摘要：本文介紹了厚大球墨鑄鐵件生產過程中容易產生的缺陷、形成原因和控制措施；分析了厚大球鐵件的

孕育特點，并重點推薦了對生產厚大球墨鑄鐵件生產極為有益的預處理技術和熱分析技術，尤其是熱分析技術

的出現(xiàn)和應用，為厚大球墨鑄鐵件乃至所有鑄件的生產提供了極為有效的科學的指導。
1 概述
     近年來,隨著球墨鑄鐵件生產技術的進步和新的應用領域的不斷出現(xiàn),厚大球墨鑄鐵件的生產出現(xiàn)了蓬勃
的發(fā)展,例如,隨著風力發(fā)電的快速發(fā)展,風力發(fā)電設備中的輪轂、基座等厚大鑄件均采用球墨鑄鐵進行生產；
隨著世界范圍內的造船業(yè)的再次興起，大型船舶柴油機的發(fā)動機缸體、缸蓋也越來越多的采用球墨鑄鐵件進
行生產。
     對于厚大球墨鑄鐵件，我們談論的很多，但一直以來都沒有一個定義，一般而言，要么是其壁厚很厚大
（大于 100mm），要么是其重量較重（單件重量大于 3 噸），或者是兩者兼而有之，現(xiàn)在的厚大球墨鑄鐵件，
多是以上兩者兼而有之，如風力發(fā)電中的輪轂，隨著風電功率的不同，其重量在 3—15 噸之間，厚大部分的
壁厚也多在 100mm 以上，大型船舶柴油機的缸體，其重量也在 4-40 噸，厚大部分的壁厚也達 160mm 以上。
其共同點是鑄件壁厚厚大、重量重、冷卻速度慢和凝固時間長。
     伴隨著生產技術的進步和發(fā)展以及鑄件服役條件的變化，對厚大球墨鑄鐵件的要求也越來越高，如對于
風力發(fā)電的輪轂等鑄件，因為其工作環(huán)境的惡劣（有時工作在-20℃甚至更低）和維修成本的高昂，對于這類
鑄件的要求非常之高，見表1。而要達到表1中的要求，其基體基本上是鐵素體（珠光體低于10%），球化率
在90%以上，單位面積的石墨球數(shù)在100-300個，沒有夾雜和顯微縮松，同時鑄件的終硅量在1.8-2.4%,否則
很難達到以上要求。而要達到以上要求，相對于通常壁厚和重量的鑄件而言,生產難度要大的多，其對原材料
的要求、球化孕育工藝均有很大的不同。
                     
2 厚大球墨鑄鐵件生產過程中的常見缺陷
2.1 石墨漂浮
    石墨漂浮是球墨鑄鐵特有的缺陷，見圖1，通常發(fā)生在厚壁的鑄件上，因此也是大型、厚壁球墨鑄鐵件的
一種常見缺陷。石墨漂浮的特征是在鑄件的上表面聚集了大量石墨，宏觀斷口呈均勻黑斑狀。在石墨漂浮的
密集區(qū)，可看見球狀石墨形態(tài)已被破壞，成為“開花狀”  ，并通常與硫化鎂和氧化鎂聚合在一起。 經化學分
析，碳、鎂、稀土及硫含量有偏高的現(xiàn)象。通常認為，石墨漂浮的產生過程是由于碳、硅含量高，鐵液冷卻

速度緩慢，析出多量的大徑石墨，并在鑄件上部偏析而集聚。石墨漂浮的存在，降低了鑄件的力學性能，也
影響了鑄件的表面質量。

 

     石墨漂浮的危害：
    – 降低鑄件的機械性能
    – 惡化鑄件的表面質量，在鑄件厚大部位的上表面形成黑斑
    – 在鑄件的上表面或砂芯拐角處形成CO/CO2氣孔
    – 鑄件的球化等級差，形成開花狀石墨
    – 甚至對過濾器造成堵塞
     碳當量高是產生石墨漂浮的主要原因。緩慢的冷卻速度和長的凝固時間經常會加劇這一缺陷,這也是生產
厚大球墨鑄鐵件的一個經常遇到的缺陷。在生產厚壁球墨鑄鐵件選擇化學成分的時候，低的碳當量容易造成
縮孔、縮松缺陷，高的碳當量容易產生石墨漂浮。選擇合適的碳當量是防止這類缺陷的主要辦法,其次,強化孕
育細化石墨球也有助于防止這類缺陷,有時為增大冷卻速度,可用使用冷鐵的方法來解決。
     另外鐵液中存在過多的氧化物浮渣和硫化物浮渣，它們的存在也會加劇了石墨的漂浮。
2.2 碎塊狀石墨
     球鐵中碎塊石墨大都出現(xiàn)在厚大部位或者是鑄件的熱節(jié)部位。在鑄件的中心區(qū)域，這些碎塊狀的石墨一
般是互相聯(lián)系在一起的，形成鏈狀與蠕蟲狀，夾雜有一些類似球狀石墨。
     首先，在緩慢冷卻部位形成碎塊狀石墨共晶團，這些進一步長大的共晶團在鐵液熱對流的沖蝕作用下，
會使共晶團邊界的石墨形成游離的碎塊，較大的碎塊在對流的作用下分裂成更小的碎塊。其次，由于緩慢凝
固析出的石墨球比一般初生石墨球要大得多，當超過某一尺寸時，因尺寸變化，石墨球的內應力不斷增加，
超過一定值時，使石墨球開始破裂形成碎塊。在凝固過程中鐵液對流可使這些碎塊變得更小，最終凝固時，
形成一定的形貌如鏈狀、枝狀等石墨異常的形態(tài)。
   生產經驗表明，厚大球鐵中的碎塊狀石墨缺陷和鐵水中的殘留稀土特別是鈰的含量有較明確的對應關系，
殘留稀土含量越高，厚大球鐵中出現(xiàn)碎塊狀石墨缺陷的可能性越大。對厚大球鐵件，球化和孕育處理后，鐵
水中稀土的含量以不超過0.02%為宜。
     另外,硅高會促使形成碎狀石墨，為此在厚大球鐵中，盡量采取較低的含硅量，球光體球鐵硅≤2.3%，鐵
素體球鐵≤2.7%。有低溫沖擊性能要求的 QT400-18鑄件,其終硅量≤2.2%。
     在生產高質量的鑄態(tài)厚大球鐵件中,我們要根據爐料原材料狀況，正確的選擇孕育劑、球化劑，例如，如
果使用的是高純生鐵，因鐵水中微量元素和原鐵水含硫量低，球化劑和孕育劑中的稀土要較低甚至沒有，否
則就易于形成碎塊狀石墨；如果生鐵質量較差，為中和微量元素的副作用和發(fā)揮稀土較強的脫硫作用，可以
適當高一些。
     在用稀土鎂硅鐵做球化劑生產中，因為稀土中含有一定量的鈰，若在厚大斷面的球鐵中加入一定量的鉍

和銻等微量元素，也可提高石墨的圓整度，起到消除碎塊狀石墨的作用。
2.3 反白口
    一般而言，因薄壁處冷卻速度快，鐵水過冷度大，滲碳體易于在該處形成，但是在厚大的球鐵生產時，
厚大球鐵鑄件熱節(jié)或最后凝固部位有時會出現(xiàn)滲碳體,因而被稱為“反白口” 。其原因主要是化學成分偏析及
結晶速度大于擴散速度所致。實際上，這種“反白口”缺陷形成的原因也和兩方面有關系，一是因為鑄件厚
大，冷卻、凝固時間長，因而在最后凝固的部位出現(xiàn)的孕育衰退傾向大，和薄壁區(qū)域相比，無論是單位面積
的石墨球的數(shù)量，還是共晶團數(shù)量少的多，導致總的晶界面積大為減少，使得表現(xiàn)出來的單位晶界面積上的
偏析要嚴重的多，另一方面是一些元素的偏析特性相關的，如一些低熔點元素（如Sn）或是容易形成一些低
熔點化合物的元素（如易形成二元或三元磷共晶的磷）就易于在最后凝固的晶界析出，還有一些碳化物、氮
化物形成元素，如Mo、Ti、V、Cr、Mn等，也非常容易在最后凝固的部位形成碳化物，形成白口。表2是一
些元素的相對偏析系數(shù)。
              

    消除、改善生產厚大球鐵件時的反白口的最為有效和常用的辦法有二，一是盡量的降低這些易于偏析的
元素的含量，采用質量高的原材料，例如我們生產鑄態(tài)的有低溫沖擊性能要求的風電輪轂，生鐵經常全部或
部分采用進口的高純生鐵，其微量元素含量要低的多，對配料時的廢鋼，也要嚴格要求，要求最后鐵水Mn的
含量小于0.2%,P的含量低于0.03%,因為即使是鐵水中出現(xiàn)0.04%的P,在一些生產實例中,在厚大部位也會出現(xiàn)
含量在0.4-0.5%的P的磷共晶,可以想象其偏析之巨。另外一個辦法是最有效也是最必須的方法，就是強化孕育，
強化孕育并盡可能的使孕育不（少、遲）衰退是消除、改善生產厚大球鐵件時的反白口的最為有效的辦法，
事實上，強化孕育也是消除厚大球鐵件其它冶金缺陷如球化衰退、石墨漂浮、碎塊狀石墨的有效辦法。
2.4 球化衰退
    隨著球化反應的完成，由于球化鐵水停留時間較長，鐵水中的游離態(tài)的鎂會逐漸以蒸汽的形式從鐵水中
逃逸，鐵水中的鎂還會和其中的氧、硫進一步反應，同時由于熔渣沒有及時扒除，MgS熔渣漂浮到鐵水表面
后和大氣中的氧反應后形成游離態(tài)的硫（即所謂的回硫反應），硫會和鐵水中的游離鎂再次反應，所有這些反
應都會消耗鐵水中的鎂，導致殘留鎂（實質是游離態(tài)的鎂）下降，使凝固組織中的石墨球減少、衰變 為不規(guī)
則的團絮狀、蠕蟲狀直至片狀石墨，這種現(xiàn)象稱為球化衰退。對于厚大球鐵而言，由于冷卻速度慢（一般是
樹脂砂造型） ，凝固時間長，在凝固過程中，鐵液長時間的處于液態(tài)或半液態(tài)，這種衰退的傾向更為明顯。
    有一點必須指出的是，我們平時在生產過程中所稱的球化衰退，事實上不完全屬于球化衰退，更多的時
候是因為孕育衰退而導致的球化衰退。理論上講，球化反應后，只要鐵水中存在游離態(tài)的鎂，鐵水因為殘留
鎂量不足而出現(xiàn)球化衰退的可能性就很小，反而是孕育衰退的傾向大；一般而言，在通常的球化衰退過程中，
這兩種衰退方式同時存在，只是在厚大球鐵的生產中，孕育衰退導致的球化衰退的表現(xiàn)比薄壁、中等壁厚的
球鐵件要更為明顯。事實上，我們可以看到在厚大球鐵件中，厚大部位的石墨球數(shù)量要少的多，在厚大部位，
也會出現(xiàn)和薄壁、中等壁厚的反白口等異?，F(xiàn)象，事實上，它們的機理都是相通的，都是因為長時間的液態(tài)、
半液態(tài)高溫鐵水時間使其中的孕育質點熔解消失、長大成渣而發(fā)生的孕育衰退密切相關。
    在厚大球鐵件的生產過程中，為防止球化衰退，球化劑加入量可以適當高一些，以獲得較高的殘留鎂（實
際有用的是游離態(tài)的鎂），對厚大球鐵件，Mg殘保留在0.04—0.05%是合適的,如果再高,反而會帶來一系列的問
題,如夾渣、夾雜、縮松、白口。
    如前所述，厚大球鐵件的球化衰退和孕育衰退存在密切的關系，對厚大球鐵件進行有效的孕育，往往是

避免發(fā)生球化衰退的有效的手段，在本文的后述中我們可以看到。
3 厚大球墨鑄鐵件生產技術
3.1 原材料的選擇
    厚大球鐵件的生產,因為其冷卻速度慢、凝固時間長,在相同工藝的情況下，其凝固過程中更容易發(fā)生石墨
漂浮、球化（孕育）衰退、反白口、隨塊狀石墨等缺陷，在注意其它工藝過程控制的同時，對原材料的要求
也更為嚴格，如前面提到，為生產風力發(fā)電類鑄件，生鐵全部或部分采用進口的南非高純生鐵，廢鋼的成分
也要進行嚴格控制，特別是對于生產厚大鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件，Mn的含量要求控制在0.2%以下。表3是歐
洲對生產高質量球鐵件原鐵水成分的要求(有意添加的合金化元素除外),供參考。
             

     對于生產QT400-18類的鑄態(tài)厚大鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件,羅馬尼亞的I.Riposan對P、Mn和其它珠光體促進
元素的綜合作用進行了研究[1]，結論是：在 P<0.03%,Mn<0.2% Px<2.0的情況下,易于獲得鑄態(tài)鐵素體。其中，
Px=3.0(%Mn)-2.65(%Si-2.0)+7.75(%Cu)+90(%Sn)+357(%Sb)+333(%Bi) +20.1(%As)+9.60(%Cr)
3.1.2化學成分的選擇
3.1.2.1 C、Si、CE的選擇
     對厚大的球墨鑄鐵件，C的范圍的選擇既要保證充分石墨化的要求，又要考慮到發(fā)生石墨漂浮的風險，
對厚大球鐵件，一般選擇C3.5—3.7%;Si主要是根據生產何種牌號和基體的球鐵決定,一般而言,對于QT400-18,
終硅量在2.6-2.8%,對QT450-12，終硅量在2.5-2.7%;對于QT500-7,終硅量在2.4-2.6%;對于QT600-3和QT700-2,
終硅量在2.0-2.4%;但是對于有低溫沖擊要求的QT400-18球鐵件, 終硅量在2.0-2.2%;對于有低溫沖擊要求的
QT350-22球鐵件, 終硅量在1.8-2.0%。
又要考慮到發(fā)生石墨漂浮的風險;為獲得良好的補縮性
     CE的范圍的選擇也是既要保證充分石墨化的要求，
能和健全的鑄件,一般將其選在共晶點附近或稍許亞共晶成分,后面會談到,這點說起來容易,但在實際生產中,
因為各種因素的變化,真正做起來比較難。
3.1.2.2 Mn、S、P的選擇
     在鐵素體球鐵生產中,以上元素都屬于限制性元素,要求Mn<0.2%,S<0.02%,P<0.04%;即使在珠光體球鐵中,
因為Mn的偏析傾向和脆性,也很少利用它來促進珠光體,一般要求Mn<0.3%;在厚大球鐵的生產中,因為P、Mn
的偏析傾向，要對其進行更為嚴格的控制，要求Mn<0.2%,P<0.03%。
3.2孕育量和孕育方式的選擇
     和薄壁或中等壁厚(中小件)的球鐵件生產不同,厚大球鐵件的孕育量和孕育方式有較大差別。
     一般中小球鐵件的孕育量在0.3-0.6%,一般采用包內孕育和隨流孕育相結合的方式,對厚大球鐵件,因為其
鐵水澆注量大,一般采用澆口盆澆注,難以進行隨流孕育;因為澆注、凝固時間長,冷卻速度慢，衰退傾向大，因
而更應對其強化孕育，可以說，對厚大球鐵件，孕育的成敗起著致為關鍵的作用，和中小件相比，厚大球鐵
件的孕育有以下特點。
3.2.1大的孕育量
     前面提及, 中小球鐵件的孕育量在0.3-0.6%,而厚大球鐵件的孕育量常在0.7-1.0%,有時甚至更高,這都是為
了強化孕育,延緩衰退,對于風力發(fā)電的輪轂類具有低溫沖擊要求的球鐵件,為滿足要求,除高的球化率外,單位

面積的石墨球數(shù)也是很重要的一個因素,要想使沖擊值穩(wěn)定的達到要求,往往要求單位面積(每平方毫米)的石
墨球數(shù)在150-250之間,對中小球鐵件,這個要求也許易于達到,但對于大型球鐵件,難度相當大,大的孕育量是一
個必不可少的條件。
3.2.2多頻次孕育
     除了生產中小球鐵件常用到的包內孕育方式外,生產厚大球鐵件經常用到澆口盆孕育、型內孕育。采用的
孕育手段往往包括預處理（后面會專門討論）、出鐵孕育、包內孕育、澆口盆孕育和型內孕育多種方式。
     澆口盆內孕育如采用孕育劑顆粒，其加入方法和一般包內孕育相同，但是為方便操作，強化孕育，生產
大型球鐵件時，我們常采用澆口盆內孕育和孕育塊孕育相結合的方式。
    圖2是澆口盆內放置Foseco公司孕育塊INOTAB進行孕育的示意圖，加入量0.1-0.15%。

 除以上孕育方式外，在生產厚大球鐵時，為延緩衰退，今年來在世界范圍內興起了一項新的技術---預處
理技術
3.3預處理技術的應用
3.3.1 預處理概念
     預處理：在球化反應前，通過加入一種物質（預處理劑），使鐵水中的部分氧和硫同預處理劑反應，將鐵
水中的 O/S 控制在較低和穩(wěn)定的水平，并形成穩(wěn)定的形核質點，為球化反應提供良好的條件。
     預處理工藝不僅在球化處理前將鐵水中的 O/S 控制在一個低的、穩(wěn)定的水平，而且因為形成了大量的穩(wěn)
定的形核質點，大大的降低了鐵水的過冷度，從而降低球化劑用量，增加單位面積石墨球數(shù)、提高球化率，
因為產生的形核質點具有良好的孕育和抗衰退性能，為生產高質量的球鐵產品創(chuàng)造了極為有利的條件。因而
預處理后的球鐵鐵水和未經預處理的鐵水，其抗衰退性能具有明顯的差異。
     因厚大球鐵的冷卻速度慢，凝固時間長，為模擬對比經過預處理和未經過預處理的鐵水對厚大球鐵件的
抗衰退性能的影響，我們利用可以對鐵水在凝固過程中的各重要冶金質量參數(shù)進行定量測定對比的熱分析設
備 ITACA 對兩種鐵水進行了對比。
3.3.2 預處理鐵水和未預處理鐵水對比
    以下是同樣成分的球鐵鐵水， 一個經過預處理后，  一個是經過普通的球化、孕育處理后的各項參數(shù)的對比，

其抗衰退性能完全不同（見圖 3）。紅色表示未預處理的，綠色代表預處理過的（0.3%Inoculin390）,在剛處理
完 0 分鐘取樣,做熱分析,比較各項參數(shù);在處理完 10 分鐘,取樣對比它們參數(shù)的變化;在處理完 30 分鐘后,再取樣
比較它們曲線和參數(shù)的變化。

 

                圖 3 預處理、未預處理的鐵水抗衰退性能比較
     由熱分析曲線及其參數(shù)變化可以看出：在剛剛處理完后取樣，預處理和未預處理的，其熱參數(shù)基本相同；
在 10 分鐘時有些變化，但變化并不大；到 30 分鐘時熱參數(shù)差距很大，經預處理過的，和 0 分相比，其相對
變化只有 1.46%,而未預處理過的,其相對變化有 37.55%
     由此可見,經過預處理后的鐵水,其性能的穩(wěn)定性非常好,在長時間內其各項性能基本無變化,衰退慢;而只
經過普通處理的鐵水,在前期性能尚可,但隨著時間的推移,其各項參數(shù)穩(wěn)定性差,相對變化大,抗衰退性能差。
     預處理工藝抗衰退性能強的原因是:預處理劑中的鋇和鐵水中的氧/硫反應后,生成的氧化物、硫化物（還
存在氧硫化物）的熔點高，這種質點一旦形成，不易熔化消失，這是其一；二是因為這些物質的比重和鐵水
類似，不容易漂起來，太輕飄起來后就形成渣，太重則易下沉和偏析，和鐵水比重類似，懸浮在鐵水中，是
其抗衰退能力強的另一重要原因；當然另一非常苛刻的條件是這些質點的尺寸非常小，在 3u 左右，非常適合
作為形核質點，這三點是其抗衰退能力強的真正原因，事實上無論對于何種孕育劑，要想抗衰退能力強，也
必須滿足以上條件。
3.2.3 預處理好處

   預處理劑的這種特點，對于抗衰退能力要求強的地方，例如生產厚大的鑄件，這個性能就尤其可貴，事
實上，INOCULIN390 除了做球鐵預處理劑外，同時也可以作為灰鐵、球鐵生產的抗衰退能力強的長效孕育劑
使用。
  預處理劑和預處理技術的優(yōu)點可以概括如下[2]：
  大幅度提高抗衰退能力。
  降低球化劑加入量 15-30%，提高鎂的吸收率。
  增加單位面積石墨球數(shù)，提高球化率。
  使殘留 Mg 含量更低、更穩(wěn)定,減小收縮，消除縮松。
  凈化鐵水,去除鐵水中 MgS、MgO 等夾雜, 形成高質量的、穩(wěn)定的干渣，易扒除。

3.2.2低硅球化劑的應用
     在厚大球鐵的生產中,前面提到過,因為抗衰退的考慮,往往采用大孕育量、多次孕育的方式進行孕育，加
上厚大球鐵的球化衰退傾向較中小球鐵件大 ，球化劑的加入量也相應的高一些，這樣往往導致鑄件的終硅量
較高。
     鑄件的終硅量高，會導致鑄件的脆性轉變溫度提高、延伸率下降、沖擊功下降等問題，特別是對于有低
溫沖擊性能要求的QT400-18鑄件，其終硅量在2.0-2.2%,高的終硅量,會導致低溫沖擊值的大幅度降低。
     在這些情況下,在滿足終硅值的情況下,要保證孕育劑、球化劑加入量不變,只降低原鐵水的硅量。但是生
鐵的硅量要大幅度的降低也是不太容易的。同時，如果原鐵水的硅量太低，鐵水的性能也會惡化，過冷度增
大，孕育困難。
     另外一個選擇是使用硅含量低的或不含硅的球化劑。Nodulant就是這樣一類產品。Nodulant是一種用純
鎂和其它合金粉末壓制而成的特定形狀的、硅含量極低的球化劑，球化反應平穩(wěn),鎂的吸收率高,鎂的含量在
7-10%,為中和球鐵中干擾元素的影響而加入了少量的稀土,因為球化反應基本不增加硅,尤其適用于回爐料多
的球鐵生產車間,可以大幅度提高回爐料利用率,提高原鐵水的Si含量。
     由于一般的稀土鎂合金球化劑的硅含量在40%左右,球化反應時會增加0.4-0.6%的硅,從而限制了球鐵回爐
料的加入,相對于灰鐵而言,球鐵鑄件往往需要更多、更大的冒口進行補縮，造成球鐵的工藝出品率低，從而造
成回爐了的積壓，在別的工藝條件不變的情況下,由于Nodulant在球化反應時基本不增硅，可以將原鐵水硅的
含量提高0.4-0.6%,提高回爐料利用率。
     圖4是低硅球化劑Nodulant的圖片。

    低硅球化劑的應用，在保證鐵水球化劑加入量不變的情況下，為大劑量加入孕育劑，強化孕育，生產高
質量的厚大球鐵創(chuàng)造了條件，同時原鐵水保持較高的硅量，不僅增加了回爐料的利用，降低了成本，同時也
為改善鐵水性能，為后續(xù)孕育創(chuàng)造了良好的條件。再者，爐內硅量的提高，也有利于抑制坩堝反應，提高爐
襯的壽命。
3.3熱分析技術在厚大球鐵生產上的應用

     厚大球鐵件，因其重量大、造型時間長，其單件的成本往往比中小件高的多，同時因為其冷卻速度慢、
凝固時間長，更容易出現(xiàn)如石墨漂浮、顯微縮松、反白口和碎塊狀石墨的缺陷，不可預見因素更多，生產過
程不易控制（相對于大批量潮模砂生產），其生產難度更大，如何變不可控為可控，如何能對其生產提供科學
有效的指導就顯得極為必要和迫切。
     ITACA就是這樣一種能夠為生產提供科學指導的一種工具，在生產中能夠提供缺陷預見、指導工藝調整，
從而大幅度提高獲得健全鑄件的可能性。
3.3.1 ITACA 熱分析系統(tǒng)簡單介紹
     ITACA 熱分析系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的利用對鐵水在凝固過程中的一些參數(shù)的分析,對鐵水凝固形成鑄
件的過程中的冶金質量進行分析、判斷，來評估鐵水的冶金質量的一種新的工具，和傳統(tǒng)的用于檢測鐵水的
C、Si 和碳當量 CE 的熱分析儀相比，其功能要強大地多，主要包括以下功能：
      1） 檢測鐵水的 C、Si 和碳當量
      2） 預測鐵水形成滲碳體、顯微縮松、縮孔、石墨漂浮、反白口等鑄造缺陷的傾向，并建議采取措施，
         防患于未然。
      3） 對鐵水凝固后形成鑄件的機械性能（強度、硬度、延伸率）等進行預測。

           

      圖 5 中的紅色的曲線是鐵水溫度隨時間變化的凝固曲線，但是因其是連續(xù)曲線，很難在上面捕捉到我們
 需要的明確的信息，但是經過數(shù)學處理（求一階導數(shù)）后（見蘭色曲線），我們很容易在上面找到液相線溫
 度 TL，共晶轉變開始溫度 TEstart，共晶轉變最低溫度 TEmin，共晶轉變最高溫度 TEmax，凝固終了溫度
Tsolidus
      圖 6 是 ITACA7.0 熱分析系統(tǒng)的典型分析界面。

                           

      在 ITACA 系統(tǒng)中，有一些參數(shù)和鐵水的冶金質量密切相關。下面對幾個重要參數(shù)進行簡單介紹:
TEmin----共晶轉變的最底溫度。它與鐵水的過冷度及碳化物的形成傾向密切相關, 在本系統(tǒng)中，如該值低于
         1135℃，則鑄件形成滲碳體的風險非常高。
VPS---- 表征鐵水的顯微縮松傾向，在圖 7 中,即為紅色曲線的角度。對灰鑄鐵，一般 VPS<25;對球鐵，VPS 在
          25-45 之間,VPS 越大,縮松傾向越大。
Apr----  初生奧氏體含量,在灰鐵中, 初生奧氏體含量越高,抗拉強度越高;對球鐵而言,盡可能為了零, 初
          生奧氏體含量越高,宏觀縮孔傾向越大。
Gpr----   初生石墨含量,無論在灰鐵還是球鐵中,都希望其值為零, 初生石墨含量越高,出現(xiàn)石墨漂浮的風險
          越大。
Inverse--反白口，如鑄件凝固時的終了溫度低于白口轉變溫度,就會產生反白口。
H.E.H--- 共晶、亞共晶、過共晶表盤。對灰鐵，毫無疑問，都是在亞共晶區(qū)域進行生產的；對球鐵，我們都
          希望在共晶點附近進行生產，因為理論上，在共晶點附近生產，因為液相線、固相線是重合的，理
          論上是沒有縮松、縮孔缺陷的。在鐵—碳相圖上，這個點的碳當量是 4.3%,低于 4.3%則為亞共晶,
          高于 4.3%則為過共晶;實際上,這個點是變化的,隨著配料方式的變化、爐料純度的變化以及孕育的
          不同而會相應的左移或右移。
          例如如果采用質量好的生鐵配料、或生鐵比例高、或孕育效果好，實際的共晶點會左移，實際的共
          晶點的碳當量可能是 4.1%或 3.9%（左圖中的 3.98%）;這時如果仍舊按 4.3%的碳當量進行生產,就
          變成了嚴重的過共晶成分,就會產生石墨漂浮。
          反之如果采用質量差（微量元素高）的生鐵配料、或廢鋼比例高、或孕育效果差、或熔煉溫度高、
          或保溫時間長，實際的共晶點會右移，實際的共晶點的碳當量可能是 4.5%甚至于 4.7%（見圖 7）;
          這時如果仍舊按 4.3%的碳當量進行生產,就變成了嚴重的亞共晶成分,鑄件產生縮孔的風險就非常
          大。
          在我們實際生產過程中,由于配料(生鐵、廢鋼和回爐料比例)或原材料產地甚至批次的變化，都可
          能導致實際的共晶點相應地左移或右移，鐵水的收縮、冶金性能會發(fā)生巨大的變化，這就是為什么
          我們在實際生產中，有時感覺到并沒有什么變化（實際上已變），但鑄件的縮松、滲漏廢品率突然
          升高，其最大疑兇往往就是實際共晶點的遷移。找到實際的共晶點,對于指導我們生產高質量的球
          鐵鑄件至為重要,但是可惜的是，除了利用熱分析技術，目前尚無其它方法。

 

    采用 ITACA，在澆注前取樣澆注到樣杯，在 150 秒內，在界面上就可以非常直觀的看到實際的共
          晶點的位置（表盤指示） 如有偏移，偏移的幅度均有指示，極易調整（見圖 8）
  

 

          為便于明確的獲取相關信息,在 ITACA 界面上,采用了表盤式管理,可以清晰地看到和冶金鐵水質量
          相關的信息.如石墨化膨脹、石墨漂浮、縮孔、顯微縮松、滲碳體、反白口、共晶（亞共晶、過共晶）
          點、球化狀況。

3.3.2 ITACA 熱分析系統(tǒng)應用實例介紹
  下面是一個廠家的生產示例。
  生產條件如下： (1) 鑄件為 QT400-18 材質；
              (2) 鑄件重量 4.2 噸,澆注重量 5.4 噸；
              (3) 呋喃樹脂砂造型,澆口盆澆注；
              (4) 中頻爐熔煉(廢鋼加入量 40%).沖入法球化處理,Mg 殘 0.045-0.055%；
              (5) 包內孕育和澆口盆孕育；
              (6) CE 在 4.2-4.3%。
  問題:加工后,鑄件有縮松,甚至有縮孔。
  利用 ITACA 在澆口盆內取樣,澆注到樣杯里,得到如下曲線（圖 9）和表 5 中的數(shù)據:
  

                                                               雖然鑄件的CE為4.17(從光譜獲得),但是從以上的數(shù)據和表盤 可以看出:鐵液處于明顯的亞共晶區(qū)域,有相
當數(shù)量的初生奧氏體,石墨化差,縮松縮孔風險大,和實際生產中的狀況相符。

   對鐵水調整后,采用預處理技術(加入0.3%的Inoculin390),將球化劑加入量降低10%,并加入部分增碳劑,
將鐵水碳當量調整至4.45%后,再取樣可以看到鐵水的性能發(fā)生了重大變化，見圖10和表6。鐵水成分在實際共
晶區(qū)域內,縮松、縮孔傾向小，實際的生產也證明了這一點，所生產的鑄件的縮松、縮孔廢品基本消除。
                   表6 采用預處理技術后測得的鐵水參數(shù)
 

                       圖10       調整后的熱分析結果

4      結語
   生產厚大球墨鑄鐵件時，由于鑄件的冷卻速度慢、凝固時間長，在鑄件的生產過程中，容易出現(xiàn)石墨漂
 浮、碎塊狀石墨、球化（孕育）衰退和反白口等諸多缺陷，但是選擇適當?shù)脑牧?，合適的孕育劑、球化劑，
 通過多頻次、大孕育量的孕育是生產厚大球墨鑄鐵件的重要手段，特別是利用新的預處理技術和熱分析技術，
 可以將很多的不利因素加以控制，將不可見的鐵水的白口傾向、縮松縮孔傾向、反白口傾向、石墨漂浮傾向
 等簡單、清晰的量化并展現(xiàn)在眼前，為生產高質量的厚大球墨鑄鐵件提供了科學的指導依據。