球墨铸铁生产的几个具体技术难点是什么？
铸造厂球墨铸铁的生产过程包括以下几个环节：
球墨铸铁生产的几个具体技术难点是什么？熔炼合格的铁液;球化处理;孕育处理;炉前检验;浇注铸件;清理及热处理;铸件质量检验。
以上环节中以熔炼优质铁液和进行有效的球化-孕育处理是生产的关键。
一、化学成分的选定。
1.基本元素：
①碳和硅：
由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数量多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在3.2-3.8%范围内变化时，实际上对球墨铸铁的力学性能无明显影响。确定球墨铸铁的碳硅含量时，主要从保证铸造性能考虑，为此将碳当量选择在共晶成分左右。
由于球化元素使相图上的共晶点C的位置右移，因此使共晶碳当量移至4.6-4.7%。
具有共晶成分的铁液流动性最好。
形成集中缩孔倾向大(好补缩，好设置冒口)。
铸铁的组织致密度高。
当碳当量过低时，铸件易产生缩松和裂纹。
当碳当量过高时，易产生石墨漂浮现象，其结果是使铸铁中的夹杂物数量增多，降低铸铁性能，而且污染工作环境。
用镁和铈处理的铁液有较大的结晶过冷和形成白口倾向，硅能减少这种倾向。
此外，硅还能细化石墨，提高石墨球的园整度，但硅又降低铸铁的韧性，并使韧性-脆性转变温度升高。
因此，在选择碳硅含量时应按照：高碳低硅的原则，一般认为Si>2.8-3%时，会使球墨铸铁的韧性降低(尤其高寒)。
铁素体球墨铸铁 C:3.6-4.0% Si:2.4-2.8%
珠光体球墨铸铁 C:3.4-3.8% Si:2.2-2.6%
②锰：球墨铸铁中锰所起的作用与其在灰铸铁中所起的作用不同之处：
在灰铸铁中，锰除了强化铁素体和稳定珠光体外还能减小硫的危害作用。
而在球铁中，由于球化元素具有很强的脱硫能力，因而锰已不再能起这种有益作用。
而由于锰有严重的正偏析倾向，往往有可能富集于共晶团晶界处，严重时会促使形成晶间碳化物，因而降低球墨铸铁的韧性。
含锰量的控制，依对基体的要求和铸件是否进行热处理而定。
对于铸态铁素体球墨铸铁 Mn<0.5%
对于热处理铁素体球墨铸铁 Mn 0.3-0.4%
对于珠光体球铁 Mn 0.4-0.8%
铸态珠光体球铁：Mn虽可适当高些。但通常推荐用铜来稳定珠光体。
③磷：
磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球铁的韧性。
磷还增大球铁的缩松倾向。
当要求球铁有高韧性时，P应控制在0.04-0.06%以下，如球铁中有钼存在时，更应控制磷的含量，因此时易在晶界处形成脆性的磷钼四元化合物。
④硫
球墨铸铁中的硫与球化元素有很强的化合能力，生成硫化物或硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球化不稳定，而且使夹杂物数量增多，导致铸件产生缺陷。而且使球化衰退速度加快。国外生产中原铁液S<0.02%，但我国焦炭含硫量较高。因此，只有改善熔炼条件，炉前脱硫，力求降低硫量。
2.合金元素：
①钼：生产高强度球铁加钼提高铸铁的强度。用量在0.25%，在生产贝氏体球铁或奥氏体-贝氏体球铁加钼使铸铁的奥氏体等温分介曲线(C曲线)向右移，提高淬透性，含钼在0.6-0.8%。
但在铸铁中加钼在共晶团内有较大的正偏析倾向，当钼在0.8-1%时容易促使在共晶团边界形成富钼的四元磷共晶或钼的碳化物等脆性相，钼价格贵，应注意控制使用。
②铜：铜具有稳定珠光体的作用。
国内有的厂用Cu 0.4-0.8%的球铁做汽车曲轴。
在贝氏体球铁中：Mn 0.2-0.4%,Cu 0.6-0.8%配合。
使用球铁经等温淬火能稳定地获得高的贝氏体百分率的组织。
③镍：常作强化元素(同铜)，一般在厚壁件及贝氏体。
④铬：用于珠光体球墨铸铁。在铸铁中加入0.2-0.3%时，可起到显著稳定珠光体及强化力学性能。但易形成铁铬碳化物，要谨慎使用。
⑤锑：是强烈稳定珠光体的元素，其含量在0.006-0.008%时就能提高球铁基体中的珠光体百分率起有效作用。
在生产铸态珠光体球铁时，可用锑代替铜，在经济上更为合理。
但锑有干扰石墨球化作用。
当Sb>0.01%时，会使石墨形状恶化。
因此，球铁含锑应严格控制在0.006-0.008%以下，并防止积累。
3.微量元素：
球铁中常存有非特意加入的微量元素，如：Ti、Pb、Al、Cr、Sn、Sb等，这些元素对铸铁性能起不良影响，或是干扰石墨化，或是促使在共晶团边界上析出共脆性相或是阻止铁素体化。当加入Re 0.01-0.02%能中和这些元素的有害作用。
二、球铁的熔炼及炉前处理技术：
球墨铸铁具有高的力学性能，是以石墨球化状况良好为前提的。衡量石墨球化状况的标准是球化率、石墨球径和石墨球的园整度。
球化率：在铸铁微观组织的有代表性的视场中，在单位面积上球状石墨数目与全部石墨数目的比值(以%表示)、
石墨球径：在放大100倍条件下测量的有代表性的球状石墨的直径。
园整度：对石墨球园整情况的一种定量概念。
1.对熔炼的要求：
用于球铁优质铁液应是：高温、低硫、磷及杂质含量低。
由于球铁要球化处理、孕育处理，要使铁液温度降低50-100℃，为了保证浇注温度，铁液要1450-1470℃，又由于加入处理剂，孕育处理要带入大量硅，因此铁液要较低的硅量(小于1.2-1.4%)，要求生铁为专供球铁生产用的低硅生铁。
低含硫量：除对原材料含硫量要低，对冲天炉用焦炭含S量要低。最好是冲天炉+感应电炉 双联+中间脱硫
对原材料要求低硫、磷含量，尽可能减少反球化元素，对铁液的氧化程度严格控制。
2.球化处理
球化元素：加入铁液中能使石墨在结晶生长时长成球状的元素。
强：镁、铈、镧、钙、钇
中：锂、锶、钡、钍
弱：钠、钾、锌、镉、锡、铝
反球化元素：某些元素存在在铁液中会使石墨在生长时无法长成球状。
限界：
Al Ti Pb As Sb Bi Zr Sn Te Se
0.05 0.07 0.002 0.05 0.01 0.002 0.03 0.05 0.003 0.03
由于镁和大部分反球化元素不相化合，或化合程度很小，故对反球化元素的抵抗能力低。
而稀土元素Ce和Y则能和多数反球化元素相结合，从而可以在一定程度上抵消这些元素的干扰作用。
因此在球化剂中引入一定量的稀土元素时，对原铁液中反球化元素的限量可比用纯镁时适当放宽。
常用球化剂的特点：
①镁球化剂的性质及在铁液中的作用：
镁的密度为1.738g/cm3,熔点为651℃，沸点为1107℃，其化学性质极活泼，脱硫、去氧能力很强。生成的硫化镁、氧化镁熔点高，密度小，较易浮出(MgS的熔点约为2000℃)，密度为2.8g/cm2,MgO的熔点为2800℃，密度为3.07-3.20g/cm2)。
镁进入铁液后，首先起脱硫去氧作用，当铁液硫量降至一定值时，镁开始对石墨的球化起作用。
镁又是强制稳定碳化物的元素，因此，残留有一定镁量的铁液在凝固时有很大的白口倾向。
计算镁的回收率：
A=
因为Mg加入以后，一部分脱硫除氧，一部分烧损，一部分残留作为球化用。
为了提高镁的回收率，采取自压加镁法，钟罩式转包法，镁合金法(冲入、钟罩、型内)
稀土是元素周期表中第三族第六周期的镧以及与它们相似的钇(Y)和钪(Sc)第17个元素的总称。
根据它们的化学性质和原子结构分为两组：
轻稀土(铈组)――镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Na)
钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu) 7个
重稀土(钇组)――钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tu)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc) 10个
稀土元素的沸点大都高于铁液温度，因此单纯用稀土处理时，完成没有沸腾作用，非常平稳。稀土元素的球化作用较镁差一些，因而稀土镁球墨铸铁的石墨球不太园整。
由于稀土元素有脱氧、去气、净化铁液和石墨球化作用。但白口倾向很大，而且偏析严重。
在铁液中的硫不太高时，镁含量为0.03-0.05%。稀土含量为0.02-0.04%时，可保证石墨得到充分的球化。
稀土元素的化学性质很活泼，按热力学计算，铈与氧、硫的亲合力比镁还强。但稀土氧化物、硫化物都是高熔点化合物，它们的密度较大，约为5.9-7.2g.cm3不易除去，只有采取铁液搅拌的办法才能发挥作用。
稀土镁合金：
Re--4～6%
Mg—7～9%
Si≤44%
用稀土镁合金的球化处理方法：
冲入法：因为稀土镁合金密度较大，与铁液反应平稳，因此大部分采用冲入法。
冲入法：其处理包，也可能用浇包，有堤坝式、凹坑式、复包式。
铁液分两次冲满，也可一次。
三、孕育处理：
孕育处理的目的：
1.消除结晶过冷倾向：
球墨铸铁铁液的结晶过冷倾向较灰铸铁大，而且球墨铸铁的结晶过冷倾向不随铁液碳硅含量的高低而变化。因此尽管球墨铸铁的碳硅含量比一般灰铸铁高，但仍有较大的白口倾向。
在球墨铸铁组织中常发现在共晶团边界上有片状碳化物析出，而在冷却较快条件下，常常会形成局部或全部的白口组织。
球墨铸铁与灰铸铁在结晶过冷方面的区别主要是由于铁液中硫、氧含量不同。
灰铸铁铁液中含有较多的硫和氧，因此易形成大量的异质石墨晶核，促进灰口凝固。
而球墨铸铁经过比较彻底的脱硫和脱氧，使铁液的纯净度提高，加上球化元素的存在，因此石墨形核较为困难，孕育处理的作用在于往铁液中引入异质的晶核，并在铁液中造成较大的硅的浓度起伏，从而促进石墨晶核的形成。
球墨铸铁结晶过冷度大的另一方面原因在于镁和铈降低共晶转变的温度，从而使铸铁按照白口方式凝固。
由于球墨铸铁铁液的共晶过冷度大，故在球化处理后，必须要进行有效的孕育，否则将导致薄壁和中等壁厚的铸件的白口倾向。
2.促进石墨球化
孕育处理能增加石墨核心，细化球状石墨，提高球状石墨生长的相对稳定性，提高石墨球的圆整度。
3.减小晶向偏析：
在球墨铸铁共晶团的生长过程中，一些产生偏析的元素如锰、磷等，均在结晶前沿富集，并于凝固终了时，在晶向处形成脆性相，造成铸铁的塑性和韧性下降，孕育处理使共晶团细化，从而减小共晶团间的偏析程度，提高铸铁的塑性和韧性。
孕育的方式：炉前一次孕育和多次孕育。
为了改善孕育效果，除在炉前进行一次孕育外，在铁液转包时再次进行一次甚至多次的孕育，这种方法较炉前一次孕育法有较好的效果，而且可减少孕育剂总的加入量。
瞬时孕育：有包外孕育、浇口杯孕育、硅铁棒浇包孕育、浮硅孕育、插丝法孕育(喂丝)、型内孕育。
瞬时孕育工艺达到了：强化孕育处理、改善金相组织(主要是石墨球的细化)、提高力学性能、降低孕育剂消耗(实质上真正的有效)需要剂量是很少的、降低铁液终硅量。
四、球墨铸铁的质量控制技术：
在球化和孕育处理后，首先必须对铁液的处理效果进行迅速准确的判断，方能进行浇注，因此必须进行炉前控制检验。
常用的方法：炉前试块法(园型、三角形)、火苗判断法、热分析法、炉前快速金相法
炉前试块法：根据试块断口色泽和敲击时发出的声音。球化良好时：断口晶粒较细，具有银白色光泽，试棒尖端有白口，中间有缩松，敲击时发出轻脆的，类似于钢的声音。
火苗判断：①最好的情况是小火苗不多，主要是大火苗，同时一瞬间冒出三个以上前后累计十个以上，火苗高度>40mm，有时达100mm。②较好的情况，除了小火苗外，也出现大火苗，瞬间小火苗10个以上。高度<15mm，也出现1-2个大火苗，高度>40mm。③基本球化铁水表面只出现小火苗，高度<15mm，呈星星状，同时出现10个以上。④没球化，铁水表面毫无火苗。
三角试棒判别：
当三角试块断面晶粒细致，有银色、银灰色光泽，中心缩松很明显。试块两侧表面稍稍向内凹入时表示球化情况良好。
若试块断面呈暗灰色，中心缩松不明显，表示球化情况不良好。
三角试块：
长 L 120
判断球化的方法：
看断面、听声音、凭手感、看切屑、闻味道、看铁豆
铁水液面皴皮的观察：
当处理完扒渣后，大包表面或转入小包后表面呈现一种寻常灰口铁水所没有的氧化皮如同豆浆或牛奶表面的一层薄膜，有此皱皮说明球化，没有则不球化。
这种现象的产生是由于铁水易氧化，镁是极活泼的元素，它很容易氧化，所以铁水中含镁时，不仅镁本身会很快氧化，同时使整个液面更容易吸附氧，从而活化了铁原子，使铁水加速氧化。
闻气味：把铸出的试棒浸到水里急冷以后敲断，闻一闻它的味道，有一种强烈的电石气味(乙炔气味)则好。
四、参考资料
Ⅰ 铸造三厂生产排气管(铁素体球铁)主要技术内容
生铁：低Mn、S、P生铁
C:4.3-4.5%;Si:0.95-1.1%;Mn≤0.15%;P≤0.04%;S≤0.02%
铁水:C:3.6-4.0%;Si:2.8-3.3%;P≤0.045%;S≤0.02%;Mn≤0.2%
1、使用500kg球化包，采用凹坑冲入法。
2、专用球化剂用量1.2-1.3%，称量无误。倒入球化包凹坑，扒平，加盖QT420-15铸铁板，复盖FeSi75Al1.5硅铁孕育剂。
3、最佳球化温度1490-1510℃。首先出铁4/5，再补满。
4、第一次包内加孕育剂：块度8-18mm，加入量为0.4-0.8%，瞬时随流加：0.1-0.13%，漏斗法。
5、浇注时间8-10s，每包浇注时间6分。
Ⅱ 铸造二厂五车间GSA球墨铸铁熔炼工艺规程
1、配料比：
回炉料：70%;废钢：20%;生铁：10%;增碳剂：1-0.7%
2、化学成分：%
C：3.6-3.95;Si：炉前1.8-2.2;炉后：2.3-2.8;Mg残：0.025-0.04;Re残：0.02-0.05
3、球化剂：1.2-1.5%先倒包子的2/3，反应时间1分钟后至600kg包，炉前试棒φ8-15×100
4、随流孕育：5-7g/s，浇注温度：1380-1420℃，不得超过10分钟。
Ⅲ 三车间熔炼工艺
Q10球墨铸铁用生铁：Si≤1.0%;Mn≤0.3%;P≤0.05%;S≤0.03%
炉料配比：生铁75%，回炉料25%
化学成分：C：3.65-3.9 碳当量CE=4.4-4.8% Si：前1.1-1.7，终2.3-3.0
Mn≤0.5 Mg残、Re残合为0.03-0.05，
加石灰石2%，石英砂1%
球化剂粒度：10-25，加入量1.2-1.6%，加草木灰和珍珠岩0.15%保温。
孕育：底硅
炉前： 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
底硅量：3.5 2.83 2.17 1.5 0.83 0.16
浮硅：每袋3.5kg
随流：0.12%
五、如何降低铁水含硫量?
熔化铸铁所用的各种金属材料、熔剂、铁合金以及焦炭都有不同程度的硫。焦炭含硫量比其它炉料高得多，大致在0.5-2%，是铁水增硫的主要来源。
欲获得低硫铁水，必须：
1.减少炉料含硫量，使用低硫焦炭，减少焦炭用量。
2.要创造条件使留在炉内的硫，大部分进入熔渣，例如提高炉温，增加熔渣碱度，此外还应降低熔渣的FeO含量。具体冲天炉内如何降低铁水含硫量。
①炉料的选择与处理：
生产球墨铸铁应尽可能采用低硫生铁和低硫焦炭。
△焦炭硫量应小于1.0%或将硫高的焦炭挑出来(高硫焦炭一般表面有黄色斑纹)
△锈垢严重的金属炉料最好用滚筒清理后再装炉。
△金属切屑应烧结(或压)成团块。
