1.  生產基本條件

1．1熔煉設備

要求中頻感應電爐；沖天爐—電爐雙聯。

1．2造型設備

最好采用高密度造型生產線（如KW線、靜壓線、迪砂線）或其他機器造型。

2. 原材料的選擇

2．1鑄造生鐵

要求高C、低Si、低Mn（≤0.3%），低P（＜0.06%），低S（＜0.03%），干擾元素（Pb、Sb、Bi、As）總量＜0.01%，Ti＜0.06%；形成碳化物元素（V、Cr、B）總量＜0.1%，滿足這一要求的有本溪生鐵、山西、邯鄲等地的球鐵生鐵Q10、Q12，購進后隨機抽檢C、Si、Mn、P、S。

2．2回爐料

使用本企業生產的同一牌號球鐵澆冒口、廢鑄件，忌用從市場上采購的廢舊鑄鐵件。

2．3廢鋼

主要用來調整鐵液含碳量，或用廢鋼增C生產球鐵的主要原材料。應是成分明確、批量來源穩定的無銹、少銹碳素鋼，且Mn＜0.4%，杜絕使用合金鋼或來歷不明的廢鋼。

2．4焦炭

要求固定碳高（＞80%），強度高，灰分少，硫量低（＜0.6%），采用鑄造焦或冶金焦。

2．5增碳劑

采用廢鋼增C法生產球鐵用的主要原材料之一。要求C＞98%，S＜0.05%，水分＜1%，粒度0.5~5mm，通常采用石墨增碳劑。

2．6球化劑

要求成分穩定、均勻，防止吸潮。粒度視一次處理鐵水量而定。

沖天爐熔煉選FeSiMg8RE7或FeSiMg8RE5。

電爐熔煉選FeSiMg8RE3或FeSiMg8RE5。

厚大件最好選用釔基重稀土球化劑。

2．7孕育劑

主要用于消除白口，促進組織晶粒細化。常用的有75硅鐵，或采用含有鋇、鍶、鈣、鉍等元素組成的復合孕育劑，如鋇硅鐵、鍶硅鐵、硅鈣等。

3. 化學成分的設計

成分對組織、力學性能、鑄造性能均有很大影響，球鐵化學成分的設計要根據鑄件特點、

大小、壁厚、復雜程度、性能要求等綜合考慮，主要是C、Si，而Mn、P、S是在選擇原材料時加以控制。

3．1碳當量和C、Si

碳當量（CE）是指C＋1/3 Si。C、Si都是石墨化元素，而Si的石墨化能力相當于C的1/3。CE的選擇主要著眼于改善鑄造性能、消除鑄造缺陷和提高綜合機械性能。碳高析出的石墨數多，球徑小，圓整度較高，鐵水流動性好。Si高，鑄件白口傾向小，鐵素體量多，石墨球數多，球徑小，圓整度好。但C、Si都不能太高，C太高容易出現石墨飄浮，Si太高形成硅鐵素體，使球鐵塑性韌性下降，冷脆性增加。因此，CE選擇的原則是：上限不出現石墨飄浮，下限不出現白口。通常選擇在過共晶，即CE為4.4~4.8%，較小件取上限，較大厚件取下限。按照普遍采用的“高C、低硅、大孕育量”的球鐵生產方法來分配，對于鑄態鐵素體球鐵：C3.2~3.9%，Si原鐵水1.0~1.4%，Si終2.4~3.2%，對于鑄態珠光體球鐵，C3.2~3.7%，Si原1.0~1.4%，Si終2.2~2.5%，Si終量在Si原的基礎上除球化劑帶入Si外，其差額的硅量全部以孕育方式帶入，不得爐內增硅。

3．2 Mn

Mn是穩定、促進和細化珠光體，Mn在球鐵中偏析嚴重，主要分布在晶界上，降低韌性，嚴重時生成碳化物，鑄態下出現白口，因此，不論是生產珠光體球鐵或是鐵素體球鐵，Mn都不宜高（特殊要求除外）。

推薦：鑄態鐵素體球鐵Mn≤0.3%，薄小件Mn≤0.2%，鑄態珠光體球鐵Mn可適當高些，Mn≤0.4%。

3．3 P

P是球鐵中有害元素，易生成磷共晶，使球鐵變脆，αk，δ%下降，要求越低越好，P＜0.06%。

3．4 S

S是反球化元素，它與Mg、Re的親和力強，生成MgS等，易造成黑渣、皮下氣孔等缺陷。S越低越好，控制原鐵水S＜0.04%。

3．5 Mg和Re

為保證球化良好，球鐵中必須要有足夠的殘余Mg量和殘余Re量。

生產實踐證明：Mg殘：Re殘≥1，Mg殘+ Re殘≥0.05%。通常認為：Mg殘0.03~0.05%，

Re殘0.02~0.04%。

3．6 Cu

銅有弱的石墨化作用，其能力為硅的1/5。銅能有促進、穩定、細化并增加珠光體的作用，其能力為錳的3倍。同時，銅還能強化珠光體中的鐵素體，增加鑄鐵的強度和硬度。銅在生產鑄態珠光體球鐵時作為合金元素加入，其加入量為0.5~0.8%。

4. 配料及計算

通常先采用試配法，然后進行適當調整，考慮燒損。

5．熔煉及鐵水出爐溫度

球鐵對熔煉的原鐵水要求：高溫（1450℃~1520℃），優質（雜質少、成分均勻穩定）。采用電爐或沖天爐—電爐雙聯熔煉。鐵水出爐溫度最好在1480℃~1520℃，采用熱電鍋測溫。

6．球化及孕育處理

6．1球化處理

球化處理前要對鐵水中的C、Si進行測定，特別是采用廢鋼增C法尤為重要。

球化處理主法有：沖入法、蓋包沖入法、喂絲法、型內球化法等。沖入法簡單，但作業環境差、鎂的吸收率低、球化劑加入量大。蓋包法幾乎沒有煙塵和鎂光，環保，球化劑加入量少，鎂的吸收率高，球化質量穩定，越來越引起關注和運用。沖入法：有一步沖入法（一次出到要求的鐵水量）、二步沖入法。以二步法為例：將球化劑放入靠近爐體一側的鐵水包底堤壩或凹坑內，上面覆蓋1/3的孕育劑、球鐵屑（或鋼板，厚度視出鐵水量而定）、覆蓋劑，搗實，沖入2/3總量的鐵水（不能斷流，快速），待反應完畢后，再補充1/3的鐵水量，然后快速攪拌扒渣，在鐵水表面較均勻撒入2/3的孕育劑作為浮硅孕育，加覆蓋劑后待澆注。

為保證球化處理成功，應注意：

① 鐵水包結構要合理。購置球化處理包或自制，自制的鐵水包搪好后的內腔高度與內徑之比值應為1.5~2.0，最低不小于1.2~1.5。包底應搪成堤壩式或凹坑式，其大小應占包底的2/5~1/2。

② 球化劑粒度應合適，切忌久放或受潮，不要在包子紅熱的狀態下放入球化劑。

③ 鐵液計量應準確，采用電子秤，上下波動＜5%。

④ 鐵水流不能直接沖球化劑，流量不能太小，不能斷流。

6．2孕育處理

孕育處理的目的：消除球化處理后的白口傾向，促進石墨析出，提高球化率，細化石墨球，使之分布均勻。其方法有：加大孕育劑量、復合孕育、多次孕育、澆杯孕育、浮硅孕衣、瞬時孕育、孕育絲孕育等。

孕育劑可選用75硅鐵、含鋇4~6%鋇硅鐵、含鍶的鍶硅鐵孕育劑等。在前者球化處理時已采取兩次孕育方式，為強化孕育效果可在轉包澆注時在包內加入0.2~0.3%的粒度為0.5~1mm的孕育劑作為第三次澆包瞬時孕育。

6．3爐前檢驗

① 三角試片法

三角試片法為25（底面寬）×50（高）×120mm（長），濕型臥澆，待試樣表面呈暗紅色取出，底面朝下淬入水中，擊斷觀察斷口。當斷口呈鋸齒狀，凹凸不平，銀灰色（珠光體球鐵為銀白色）兩側有縮凹，中心有縮松，晶粒細、致密，試片尖部無白口或寬度＜1~2mm白口，表明球化孕育良好。若斷口發黑，無縮凹，表明球化不好。若斷口發白或銀白色且尖部白口大于3mm，表明球化過量或孕育效果不好。

② 爐前快速金相法

試樣為φ20×30mm（視鑄件尺寸、厚度而定）。球化級別達1~2級為合格，低于2級視為球化不良。

③ 爐前采用熱分析法智能儀器。如工大雙發智能儀，能在3分鐘內測定出化學成分、球化級別、機械性能。球化級別達1~2級方為合格，低于2級應視為球化不良。

7．鑄造工藝

球鐵與普通灰鑄鐵、鑄鋼不同，有它自己的鑄造性能及鑄造缺陷。

① 球鐵凝固時有石墨析出，膨脹量大。生產上可利用這一點，采用剛性鑄型，獲得無縮孔、縮松的鑄件。

② 球鐵具有粥狀凝固的特點，冒口的有效補縮距離短，可多放冒口或冒口與冷卻相配合（鑄態鐵素體球鐵忌用）等措施來消除縮孔縮松。

③ 球鐵在球化處理后，有很多稠渣，澆注系統要考慮撇渣、擋渣裝置。

④ 球鐵容易氧化，澆注時如果出現紊流、飛濺，則產生二次氧化渣。

⑤ 球鐵容易出現皮下氣孔，造型材料要采取措施，增加透氣性，控制水分含量。

基于上述，澆冒系統的設計應根據球鐵鑄件形狀、壁厚等特點來選擇順序凝固、同時凝固、均衡凝固工藝，采用冒口還是無冒口、冷鐵等。

球鐵澆注系統一般主張采用半封閉或開放式，其特點：直澆道截面積小，內澆口、橫澆道截面積比直澆道大。

F直上＞F直下=1.6 : 1

半封閉式：F橫＞F直＞F內

開放式：F內＞F橫＞F直，注意擋渣、撇渣（澆口松、過濾網、集渣包等）。

8．澆注過程

8．1澆注溫度

控制在1340℃~1360℃。

8．2澆注時間

每包鐵水應在6分鐘內澆注完畢

9．開箱時間

對鑄態鐵素體球鐵件而言，鑄件在型內冷至暗紅色約600℃左右開箱，從型內取出的鑄件而不能堆放在一起或有水的地方。對鑄態珠光體球鐵可在800~900℃開箱空冷或風冷。

10．鑄件檢驗

10．1金相檢驗

抽樣檢驗鑄件本體的金相組織：對于鑄態鐵素體球鐵：鐵素體含量＞80%；對于鑄態珠光體球鐵，珠光體量應大于80%。球化等級均不低于4級。

10．2機械性能檢驗

按GB規定，測定σb、δ%、HB

10．3化學成分檢驗

隨機從鑄件上取樣，進行C、Si、Mn、Re、Mg元素分析。

10．4鑄件外觀、內在缺陷檢驗

鑄件清理后，應進行外觀檢查是否有缺陷，在不重要面或非加工面如發現有缺陷，需要修補時，可進行焊補。

根據要求，鑄件應進行無損檢測，射線、磁粉、超聲波等探傷。