球墨鑄鐵問世至今已有52年，其發(fā)展迅速之快令人驚訝，即使在經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，球鐵仍然有所發(fā)展，有人稱球墨鑄鐵為不適當(dāng)退卻中的勝利者，指出︰球墨鑄鐵由於其高強(qiáng)度、高韌性和低價(jià)格，所以在材料市場上仍佔(zhàn)有重要的地位，儘管幾年來鋼鐵鑄造總產(chǎn)量有所下降，但球鐵產(chǎn)量並未下降，奧──貝球鐵的出現(xiàn)增強(qiáng)了球鐵的競爭地位。
　　球鐵的生產(chǎn)和研究現(xiàn)狀
　　3.1常規(guī)球鐵
　　目前常規(guī)球鐵──即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產(chǎn)量中的絕大部分比例，因此注意提升常規(guī)球鐵的性能和質(zhì)量，在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。
　　3.2對影響球鐵質(zhì)量的原素加強(qiáng)控制
　　球鐵的組織與性能取決於鑄鐵的成份和結(jié)晶條件以及所用球化劑的質(zhì)量，研究認(rèn)為為了確保球鐵的機(jī)械性能，必須針對鑄件具體壁濃、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數(shù)的優(yōu)化以及有效的排渣措施進(jìn)行嚴(yán)格控制，而適當(dāng)?shù)慕档吞籍?dāng)量，合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。
　　3.3有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產(chǎn)[2]
　　控制球鐵基體的主要原素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型，加入方法以及冷卻條件等。鑄態(tài)鐵素體球鐵的成份控制微過共晶成份，其中碳稍高，但不出現(xiàn)石墨漂浮，含矽稍低，孕育劑矽量應(yīng)少於3%，錳越低越好，應(yīng)使Mn<0.04%，硫、磷應(yīng)低，使S≦0.02%、 P≦0.02％，這是因?yàn)槲�可改善球鐵組織和相應(yīng)的塑性，Si=3.0～3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出，Si=2.6～2.8％時(shí)，鑄鐵具有最高的延伸率和衝擊韌性，但矽在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加，這種偏析越嚴(yán)重，並對機(jī)械性能有不良影響，特別是當(dāng)溫度低于零度時(shí)影響更大，而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化，並減少“黑斑”缺陷的產(chǎn)生，而“黑斑”主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物，此外也要用低矽球化劑以保證可以進(jìn)行多次孕育。對珠光體球鐵而言，在生產(chǎn)時(shí)鑄鐵成份中錳可提升至0.8～1.0％，有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時(shí)，錳可提升至1.2～1.35％，生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體元素銅.加入量大于1.8%時(shí)，它阻礙石墨球化，但促進(jìn)基體完全珠光體化，一般球鐵中銅含量應(yīng)小于1.5%，錫是強(qiáng)烈的珠光體化元素，其對硬度的影響大于銅和錳，但Sn≧1.0%時(shí)使石墨畸變，因此其含量應(yīng)限制在0.08％以下。
　　3.4 稀土在球鐵中的作用
　　稀土能促進(jìn)鎂合金的球化效果（球化率和球的圓整度），它對壁濃球鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視，這也是國內(nèi)外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化，這些元素即所謂的球化干擾元素，干擾元素分為兩類，一是消耗球化元素型干擾元素，它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成；另一類是晶間偏析型干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結(jié)晶時(shí)，這些元素富集在晶界，促進(jìn)使碳在共晶後期形成畸形的枝晶狀石墨　，球化干擾元素原子量越大，其干擾作用越強(qiáng)，現(xiàn)下許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量，當(dāng)這些元素含量小於臨界含量時(shí)，並不能形成畸變石墨。在有干擾元素的鑄鐵中，加入稀土可消除其干擾作用，有研究報(bào)告指出在鑄鐵中干擾元素之和應(yīng)小於0.10％即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%
　　有研究指出，中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005～0.04%Ce即可，例如，中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。干擾元素在鑄件壁濃，冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。
　　干擾元素對球鐵基體也有影響，Te、B強(qiáng)烈促進(jìn)白口形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩(wěn)定珠光體，Al、Zr促進(jìn)鐵素體.值得注意的是，目前正在發(fā)展一些球化元素與干擾元素複合球化劑，以改善大斷面球鐵的處理效果及石墨球的圓整度。
　　3.5球鐵檢測加強(qiáng)
　　球鐵檢測是保證其質(zhì)量的重要措施，目前正在研究發(fā)展線分析，即產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中進(jìn)行分析，以確定其質(zhì)量，已有不少單位在大批量生產(chǎn)條件下利用超音波對鑄件質(zhì)量進(jìn)行分析。
　　在利用超音波測定鑄鐵組織時(shí)，片狀石墨的聲速為4500m/s、蠕墨鑄鐵為5400m/s、球墨鑄鐵5600m/s，此外在鑄鐵中高頻衰減率的變化也可判斷鑄鐵類型，球鐵中心頻率為5MHz而片狀鑄鐵僅為1.5MHz.目前還有單位正在用超音波作球化級別的測定，已可測定合格的球化級別和不合格的產(chǎn)品（3級和4級之間），但還不能進(jìn)行更細(xì)分級測定，此方法正在完善中。
　　3.6球化劑的現(xiàn)狀
　　球化劑是目前獲得球鐵的主要手段之一，在志包鋼稀土一廠共同完成國家攻關(guān)課題“稀土三劑系列化”時(shí)，我校課題組對世界上100多個(gè)球化劑生產(chǎn)廠，國內(nèi)主要合金生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)研，取得了英、美、法、德、日、蘇俄、印度等十幾個(gè)國家50多家合金生產(chǎn)廠的產(chǎn)品樣本及國內(nèi)主要球化劑生產(chǎn)廠的產(chǎn)品樣本，為對比國內(nèi)外球化劑性能及今後球化劑生產(chǎn)改進(jìn)提供了依據(jù)。 2．1球化劑的類型按生產(chǎn)模式分有下述幾種（1）球化劑的類型包括鎂矽系合金、稀土鎂矽系合金、鈣系合金（日本用的較多），鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。上述合金中目前世界上用的最為廣泛的是稀土鎂矽鐵合金，但中國合金中RE/Mg的比值範(fàn)圍大（0.5~2.2），國外的合金RE/Mg的比值範(fàn)圍小（0.1~0.3）。中國合金中稀土大于等于鎂含量的占多數(shù)，小於鎂含量的占少數(shù)，而國外（除蘇俄一些合金外）球化劑合金中的稀土含量幾乎都小於鎂含量，因此稀土三劑系列化課題組建議除保留FeSlMg8E18外（此合金是效果優(yōu)良的蠕化劑），其它全部球化劑中RE/Mg≦1，隨後修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)中採納了這個(gè)建議.鈣鎂球化劑主要是日本生產(chǎn)和應(yīng)用，如日本信越（SHIN─ETSU）生產(chǎn)的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4~28％變動(dòng)，但鈣含量變化較小，其變化範(fàn)圍為20~31%；此類合金白口傾向小，但要求處理溫度高，處理後渣量大。 鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應(yīng)用，美國國際鎳公司生產(chǎn)的鎳鎂合金最高達(dá)82~85%，其中Mg、Ca分別為13~16，及20，鎳最低的57~61%（其中Mg4.0~4.5％，Ca<2.5，F(xiàn)e32~36）。德國金屬化學(xué)公司生產(chǎn)的鎳鎂合金中Ni47~51％，Mgl5~17％，C1.0％Si28~32%，RE1.0%余Fe.這些合金的優(yōu)點(diǎn)是比重大，反映平穩(wěn)，鎳可起合金化作用，其特點(diǎn)是價(jià)格貴，這種合金在中國基本沒有應(yīng)用。鎳矽系合金目前在中國基本上已不用。純鎂合金處理時(shí)要用專用的壓力加鎂包，鎂的吸收率高，但處理安全措施要極為嚴(yán)格，生產(chǎn)中應(yīng)用比例較小。稀土是發(fā)明球鐵時(shí)使用的球化劑，它的發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了球鐵工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程。但價(jià)格高，白口傾向大，過量會(huì)使石墨變態(tài)，現(xiàn)下己不作為球化劑單獨(dú)使用，僅作為輔助球化元素。2）壓塊狀球化劑 用鎂粉和鐵粉及所設(shè)計(jì)的矽含量直接加壓成型，這種球化劑中含矽很低，通常稱為低矽壓塊狀球化劑，因而為後續(xù)的孕育提供了大的餘地，有利用生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵，但這種合金易漂浮，處理效果波動(dòng)大，處理時(shí)最好跟塊狀球化劑混合使用。（3）包芯線型球化劑 將鎂粉、鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中，將其快速送入鐵水中達(dá)到球化目的，這種球化劑較貴，且設(shè)備投資大，但處理時(shí)合金吸收率高，因此處理球鐵的總成本幾乎沒有提升。 （4）粉狀球化劑種球化劑是俄羅斯的一個(gè)專利，使用時(shí)將鎂粉與抑制劑混合放入包內(nèi)，並使鐵水從合金表面上流過，逐層與合金反映達(dá)到球化效果，這種專門工藝稱之為MC. 2．2球化劑的應(yīng)用目前國內(nèi)外在球鐵生產(chǎn)中主要應(yīng)用火法冶煉的合金，壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑應(yīng)用的很少，火法冶煉的球化劑在生產(chǎn)中應(yīng)用占90％以上，目前這類合金中增加Ba、Ca、Cu、Ni等以達(dá)到控制基體目的，對合金中的氧化鎂含量已有限量指標(biāo)。
　　熔化設(shè)備沖天爐占30%，感應(yīng)電爐占63％，球化處理溫度1482~1538℃占75%；原鐵水在球化處理前有50％工廠採用預(yù)脫硫工藝，有90％的工廠S小於0．025%，球化處理方法中在美國大工廠中沖入法占36％，而小廠（小于200公頓/周）沖入法僅占22％，壓入法、多孔塞法、型內(nèi)處理法、Tundish蓋包法、壓力加鎂法則占絕大部分比重，使用的球化劑中含鎂大於％的占8．2％Mg4~6％占63．3，含鎂小于4％占16．4％純鎂占5％，其它的鎂合金占8．2％。
　　我國從90年到現(xiàn)下球化劑生產(chǎn)已有了很大變化，稀土鎂合金國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過修訂，對合金中的RE作了重大調(diào)整，除保留Mg8RE18以外，其它合金中Mg/Re均大于1，工廠使用的合金中稀土量有所下降，Mg8RE5─7的合金應(yīng)用大量增加，電爐也增加了不少，但原鐵水中的含硫量變化不大，預(yù)脫硫工藝未有效地推展，因此我國球化劑中Mg、BE仍處在較高的水準(zhǔn)上，新的球化處理工藝在我國推展不多，如在美國佔(zhàn)有很大比例的Tundish蓋包法在我國幾乎還未得到應(yīng)用，這些都是我國球鐵生產(chǎn)廠待解決的問題.
　　3.7球化劑在使用中的問題及質(zhì)量原素控制指標(biāo)
　　影響球化劑質(zhì)量的原素有︰成分、粒度、形狀、密度、MgO含且等。這裡僅就火法冶煉生產(chǎn)的球化劑分析，例舉不少工廠使用中反映的問題︰（1）球化劑成分不準(zhǔn)。（2）球化劑粉化合金粒度不合要求。（3）球化劑密度波動(dòng)大、有些球化劑上浮快，回應(yīng)過於激烈，安全無保證.（4）MgO含量過高，球化處理不良，球化劑加入量過大。（5）球化處理後衰退快。（6）球化後白口傾向大。要解決上述問題，應(yīng)從兩方面入手︰一是合金生產(chǎn)廠提供質(zhì)量合格的產(chǎn)品。首先要完善氧化鎂分析問題，其次嚴(yán)格控制原材料，控制促進(jìn)合金粉化的元素和干擾元素，加強(qiáng)管理，第三要嚴(yán)格執(zhí)行準(zhǔn)確的冶煉工藝，控制好影響球化劑質(zhì)量的主要指標(biāo)，第四是提供用戶所要求的粒度。另一方面對生產(chǎn)的工人進(jìn)行培養(yǎng)訓(xùn)練，讓它們懂得合金特性及準(zhǔn)確的使用方法。生產(chǎn)中的問題與生產(chǎn)工人素質(zhì)直接相關(guān)，有些工人只是教什麼做什麼，不能舉一反三，這是不行的。需要合金生產(chǎn)廠家和使用廠家的配合，普及提升對球鐵的認(rèn)識(shí)和生產(chǎn)技術(shù)水準(zhǔn)，這樣才能使我國球鐵生產(chǎn)保持良好的發(fā)展勢頭.
　　3.8計(jì)算機(jī)在球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　球鐵由於其糊狀凝固的特徵決定所生產(chǎn)的鑄鐵由於補(bǔ)縮不良經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，為了能在鑄件生產(chǎn)以前預(yù)測這些缺陷情況，早在印年代國內(nèi)外就開展了鑄造過程數(shù)值類比．鑄造過程數(shù)值類比是使用數(shù)值類比技術(shù)，在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境下類比實(shí)際鑄件形成過程，包括金屬液體的充型過程、冷卻凝固過程、應(yīng)力形成過程、判斷成型過程中主要原素的影響程度，預(yù)測組織、性能和可能出現(xiàn)的缺陷，為優(yōu)化工藝減少廢品提供依據(jù)。1962年丹麥的Forsund第一個(gè)採用電子計(jì)算機(jī)類比鑄件的凝固過程，此后美國、英國、德國、日本、法蘭西等相繼開展了這方面的研究。我國于70年代末開始，大連理工大學(xué)、沈陽鑄造研究所率先在我國開展了這一技術(shù)的研究，並分別于1980年發(fā)表了研究報(bào)告（郭可韌等，大型鑄件凝固過程的數(shù)字類比，大連工學(xué)院學(xué)報(bào)，1980（2）1─16；沈陽鑄造研究所，鑄件凝固熱場電子計(jì)算機(jī)類比，鑄造，1980（1）14─22，此后在我國高等院校投入大量人力開展了這項(xiàng)研究，在“六五”、“七五”期間國家攻關(guān)項(xiàng)目中部有計(jì)算機(jī)在鑄造中應(yīng)用的攻關(guān)項(xiàng)目，“六五”的項(xiàng)目為“大型鑄鋼件凝固控制”、“七五”項(xiàng)目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，大大推展了此項(xiàng)技術(shù)在我國的發(fā)展，目前清華大學(xué)、華中理工大學(xué)已分別能提供FT─Star和華鑄CAE─Inte CAST4．0商品化學(xué)的軟體並在三明重型機(jī)器有限公司等單位應(yīng)用，獲得了良好的效果。計(jì)算機(jī)數(shù)值類比由前處理、中間計(jì)算和后處理三部分組成，包括幾何模型的建立，格點(diǎn)劃分，求解條件（初始條件和邊界條件）的確定，數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的處理及圖形顯示。其所用的數(shù)值類比的基本方法主要是有限差分法，有限元法和邊界元法。目前鑄造中應(yīng)用的較多的領(lǐng)域是︰1）凝固過程數(shù)值類比，主要進(jìn)行鑄造過程的傳熱分析。包括數(shù)值計(jì)算方法的選擇，潛熱處理、縮孔縮撿預(yù)測判別，鑄件、鑄型界面?zhèn)鳠釂栴}處理。2）流動(dòng)場數(shù)值類比，涉及動(dòng)量、能量與質(zhì)量傳遞，其難度較大。使用的數(shù)值求解技術(shù)有MAC 法、SAMC法，SOLA─AOF法以及SOLA一─MAC法。3）鑄造應(yīng)力類比，此項(xiàng)研究開展較晚，主要進(jìn)行彈塑性狀態(tài)應(yīng)力分祈，目前有Heyn模型，彈塑性模型，Perzyna模型，統(tǒng)一內(nèi)變量模型等。4）組織類比，目前尚處起步階段。分巨視、中觀和微視類比。能計(jì)算形核數(shù)，分析初晶類型，枝晶生長速度，類比組織轉(zhuǎn)變，預(yù)測機(jī)械性能。目前有確定性模型，Monte、Cellular、Automaton等統(tǒng)計(jì)法模型、相場模型等。計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用是目前迅速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，鑄造作為重要的工業(yè)領(lǐng)域之一，理應(yīng)加強(qiáng)投入。研究開發(fā)計(jì)算機(jī)在鑄造研究及生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，徹底改變過去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀態(tài)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也必將會(huì)促進(jìn)球墨鑄鐵的應(yīng)用和發(fā)展。　　球墨鑄鐵問世至今已有52年，其發(fā)展迅速之快令人驚訝，即使在經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，球鐵仍然有所發(fā)展，有人稱球墨鑄鐵為不適當(dāng)退卻中的勝利者，指出︰球墨鑄鐵由於其高強(qiáng)度、高韌性和低價(jià)格，所以在材料市場上仍佔(zhàn)有重要的地位，儘管幾年來鋼鐵鑄造總產(chǎn)量有所下降，但球鐵產(chǎn)量並未下降，奧──貝球鐵的出現(xiàn)增強(qiáng)了球鐵的競爭地位。
　　球鐵的生產(chǎn)和研究現(xiàn)狀
　　3.1常規(guī)球鐵
　　目前常規(guī)球鐵──即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產(chǎn)量中的絕大部分比例，因此注意提升常規(guī)球鐵的性能和質(zhì)量，在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。
　　3.2對影響球鐵質(zhì)量的原素加強(qiáng)控制
　　球鐵的組織與性能取決於鑄鐵的成份和結(jié)晶條件以及所用球化劑的質(zhì)量，研究認(rèn)為為了確保球鐵的機(jī)械性能，必須針對鑄件具體壁濃、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數(shù)的優(yōu)化以及有效的排渣措施進(jìn)行嚴(yán)格控制，而適當(dāng)?shù)慕档吞籍?dāng)量，合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。
　　3.3有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產(chǎn)[2]
　　控制球鐵基體的主要原素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型，加入方法以及冷卻條件等。鑄態(tài)鐵素體球鐵的成份控制微過共晶成份，其中碳稍高，但不出現(xiàn)石墨漂浮，含矽稍低，孕育劑矽量應(yīng)少於3%，錳越低越好，應(yīng)使Mn<0.04%，硫、磷應(yīng)低，使S≦0.02%、 P≦0.02％，這是因?yàn)槲�可改善球鐵組織和相應(yīng)的塑性，Si=3.0～3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出，Si=2.6～2.8％時(shí)，鑄鐵具有最高的延伸率和衝擊韌性，但矽在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加，這種偏析越嚴(yán)重，並對機(jī)械性能有不良影響，特別是當(dāng)溫度低于零度時(shí)影響更大，而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化，並減少“黑斑”缺陷的產(chǎn)生，而“黑斑”主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物，此外也要用低矽球化劑以保證可以進(jìn)行多次孕育。對珠光體球鐵而言，在生產(chǎn)時(shí)鑄鐵成份中錳可提升至0.8～1.0％，有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時(shí)，錳可提升至1.2～1.35％，生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體元素銅.加入量大于1.8%時(shí)，它阻礙石墨球化，但促進(jìn)基體完全珠光體化，一般球鐵中銅含量應(yīng)小于1.5%，錫是強(qiáng)烈的珠光體化元素，其對硬度的影響大于銅和錳，但Sn≧1.0%時(shí)使石墨畸變，因此其含量應(yīng)限制在0.08％以下。
　　3.4 稀土在球鐵中的作用
　　稀土能促進(jìn)鎂合金的球化效果（球化率和球的圓整度），它對壁濃球鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視，這也是國內(nèi)外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化，這些元素即所謂的球化干擾元素，干擾元素分為兩類，一是消耗球化元素型干擾元素，它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成；另一類是晶間偏析型干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結(jié)晶時(shí)，這些元素富集在晶界，促進(jìn)使碳在共晶後期形成畸形的枝晶狀石墨　，球化干擾元素原子量越大，其干擾作用越強(qiáng)，現(xiàn)下許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量，當(dāng)這些元素含量小於臨界含量時(shí)，並不能形成畸變石墨。在有干擾元素的鑄鐵中，加入稀土可消除其干擾作用，有研究報(bào)告指出在鑄鐵中干擾元素之和應(yīng)小於0.10％即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%
　　有研究指出，中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005～0.04%Ce即可，例如，中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。干擾元素在鑄件壁濃，冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。
　　干擾元素對球鐵基體也有影響，Te、B強(qiáng)烈促進(jìn)白口形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩(wěn)定珠光體，Al、Zr促進(jìn)鐵素體.值得注意的是，目前正在發(fā)展一些球化元素與干擾元素複合球化劑，以改善大斷面球鐵的處理效果及石墨球的圓整度。
　　3.5球鐵檢測加強(qiáng)
　　球鐵檢測是保證其質(zhì)量的重要措施，目前正在研究發(fā)展線分析，即產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中進(jìn)行分析，以確定其質(zhì)量，已有不少單位在大批量生產(chǎn)條件下利用超音波對鑄件質(zhì)量進(jìn)行分析。
　　在利用超音波測定鑄鐵組織時(shí)，片狀石墨的聲速為4500m/s、蠕墨鑄鐵為5400m/s、球墨鑄鐵5600m/s，此外在鑄鐵中高頻衰減率的變化也可判斷鑄鐵類型，球鐵中心頻率為5MHz而片狀鑄鐵僅為1.5MHz.目前還有單位正在用超音波作球化級別的測定，已可測定合格的球化級別和不合格的產(chǎn)品（3級和4級之間），但還不能進(jìn)行更細(xì)分級測定，此方法正在完善中。
　　3.6球化劑的現(xiàn)狀
　　球化劑是目前獲得球鐵的主要手段之一，在志包鋼稀土一廠共同完成國家攻關(guān)課題“稀土三劑系列化”時(shí)，我校課題組對世界上100多個(gè)球化劑生產(chǎn)廠，國內(nèi)主要合金生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)研，取得了英、美、法、德、日、蘇俄、印度等十幾個(gè)國家50多家合金生產(chǎn)廠的產(chǎn)品樣本及國內(nèi)主要球化劑生產(chǎn)廠的產(chǎn)品樣本，為對比國內(nèi)外球化劑性能及今後球化劑生產(chǎn)改進(jìn)提供了依據(jù)。 2．1球化劑的類型按生產(chǎn)模式分有下述幾種（1）球化劑的類型包括鎂矽系合金、稀土鎂矽系合金、鈣系合金（日本用的較多），鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。上述合金中目前世界上用的最為廣泛的是稀土鎂矽鐵合金，但中國合金中RE/Mg的比值範(fàn)圍大（0.5~2.2），國外的合金RE/Mg的比值範(fàn)圍小（0.1~0.3）。中國合金中稀土大于等于鎂含量的占多數(shù)，小於鎂含量的占少數(shù)，而國外（除蘇俄一些合金外）球化劑合金中的稀土含量幾乎都小於鎂含量，因此稀土三劑系列化課題組建議除保留FeSlMg8E18外（此合金是效果優(yōu)良的蠕化劑），其它全部球化劑中RE/Mg≦1，隨後修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)中採納了這個(gè)建議.鈣鎂球化劑主要是日本生產(chǎn)和應(yīng)用，如日本信越（SHIN─ETSU）生產(chǎn)的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4~28％變動(dòng)，但鈣含量變化較小，其變化範(fàn)圍為20~31%；此類合金白口傾向小，但要求處理溫度高，處理後渣量大。 鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應(yīng)用，美國國際鎳公司生產(chǎn)的鎳鎂合金最高達(dá)82~85%，其中Mg、Ca分別為13~16，及20，鎳最低的57~61%（其中Mg4.0~4.5％，Ca<2.5，F(xiàn)e32~36）。德國金屬化學(xué)公司生產(chǎn)的鎳鎂合金中Ni47~51％，Mgl5~17％，C1.0％Si28~32%，RE1.0%余Fe.這些合金的優(yōu)點(diǎn)是比重大，反映平穩(wěn)，鎳可起合金化作用，其特點(diǎn)是價(jià)格貴，這種合金在中國基本沒有應(yīng)用。鎳矽系合金目前在中國基本上已不用。純鎂合金處理時(shí)要用專用的壓力加鎂包，鎂的吸收率高，但處理安全措施要極為嚴(yán)格，生產(chǎn)中應(yīng)用比例較小。稀土是發(fā)明球鐵時(shí)使用的球化劑，它的發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了球鐵工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程。但價(jià)格高，白口傾向大，過量會(huì)使石墨變態(tài)，現(xiàn)下己不作為球化劑單獨(dú)使用，僅作為輔助球化元素。2）壓塊狀球化劑 用鎂粉和鐵粉及所設(shè)計(jì)的矽含量直接加壓成型，這種球化劑中含矽很低，通常稱為低矽壓塊狀球化劑，因而為後續(xù)的孕育提供了大的餘地，有利用生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵，但這種合金易漂浮，處理效果波動(dòng)大，處理時(shí)最好跟塊狀球化劑混合使用。（3）包芯線型球化劑 將鎂粉、鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中，將其快速送入鐵水中達(dá)到球化目的，這種球化劑較貴，且設(shè)備投資大，但處理時(shí)合金吸收率高，因此處理球鐵的總成本幾乎沒有提升。 （4）粉狀球化劑種球化劑是俄羅斯的一個(gè)專利，使用時(shí)將鎂粉與抑制劑混合放入包內(nèi)，並使鐵水從合金表面上流過，逐層與合金反映達(dá)到球化效果，這種專門工藝稱之為MC. 2．2球化劑的應(yīng)用目前國內(nèi)外在球鐵生產(chǎn)中主要應(yīng)用火法冶煉的合金，壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑應(yīng)用的很少，火法冶煉的球化劑在生產(chǎn)中應(yīng)用占90％以上，目前這類合金中增加Ba、Ca、Cu、Ni等以達(dá)到控制基體目的，對合金中的氧化鎂含量已有限量指標(biāo)。
　　熔化設(shè)備沖天爐占30%，感應(yīng)電爐占63％，球化處理溫度1482~1538℃占75%；原鐵水在球化處理前有50％工廠採用預(yù)脫硫工藝，有90％的工廠S小於0．025%，球化處理方法中在美國大工廠中沖入法占36％，而小廠（小于200公頓/周）沖入法僅占22％，壓入法、多孔塞法、型內(nèi)處理法、Tundish蓋包法、壓力加鎂法則占絕大部分比重，使用的球化劑中含鎂大於％的占8．2％Mg4~6％占63．3，含鎂小于4％占16．4％純鎂占5％，其它的鎂合金占8．2％。
　　我國從90年到現(xiàn)下球化劑生產(chǎn)已有了很大變化，稀土鎂合金國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過修訂，對合金中的RE作了重大調(diào)整，除保留Mg8RE18以外，其它合金中Mg/Re均大于1，工廠使用的合金中稀土量有所下降，Mg8RE5─7的合金應(yīng)用大量增加，電爐也增加了不少，但原鐵水中的含硫量變化不大，預(yù)脫硫工藝未有效地推展，因此我國球化劑中Mg、BE仍處在較高的水準(zhǔn)上，新的球化處理工藝在我國推展不多，如在美國佔(zhàn)有很大比例的Tundish蓋包法在我國幾乎還未得到應(yīng)用，這些都是我國球鐵生產(chǎn)廠待解決的問題.
　　3.7球化劑在使用中的問題及質(zhì)量原素控制指標(biāo)
　　影響球化劑質(zhì)量的原素有︰成分、粒度、形狀、密度、MgO含且等。這裡僅就火法冶煉生產(chǎn)的球化劑分析，例舉不少工廠使用中反映的問題︰（1）球化劑成分不準(zhǔn)。（2）球化劑粉化合金粒度不合要求。（3）球化劑密度波動(dòng)大、有些球化劑上浮快，回應(yīng)過於激烈，安全無保證.（4）MgO含量過高，球化處理不良，球化劑加入量過大。（5）球化處理後衰退快。（6）球化後白口傾向大。要解決上述問題，應(yīng)從兩方面入手︰一是合金生產(chǎn)廠提供質(zhì)量合格的產(chǎn)品。首先要完善氧化鎂分析問題，其次嚴(yán)格控制原材料，控制促進(jìn)合金粉化的元素和干擾元素，加強(qiáng)管理，第三要嚴(yán)格執(zhí)行準(zhǔn)確的冶煉工藝，控制好影響球化劑質(zhì)量的主要指標(biāo)，第四是提供用戶所要求的粒度。另一方面對生產(chǎn)的工人進(jìn)行培養(yǎng)訓(xùn)練，讓它們懂得合金特性及準(zhǔn)確的使用方法。生產(chǎn)中的問題與生產(chǎn)工人素質(zhì)直接相關(guān)，有些工人只是教什麼做什麼，不能舉一反三，這是不行的。需要合金生產(chǎn)廠家和使用廠家的配合，普及提升對球鐵的認(rèn)識(shí)和生產(chǎn)技術(shù)水準(zhǔn)，這樣才能使我國球鐵生產(chǎn)保持良好的發(fā)展勢頭.
　　3.8計(jì)算機(jī)在球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　球鐵由於其糊狀凝固的特徵決定所生產(chǎn)的鑄鐵由於補(bǔ)縮不良經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，為了能在鑄件生產(chǎn)以前預(yù)測這些缺陷情況，早在印年代國內(nèi)外就開展了鑄造過程數(shù)值類比．鑄造過程數(shù)值類比是使用數(shù)值類比技術(shù)，在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境下類比實(shí)際鑄件形成過程，包括金屬液體的充型過程、冷卻凝固過程、應(yīng)力形成過程、判斷成型過程中主要原素的影響程度，預(yù)測組織、性能和可能出現(xiàn)的缺陷，為優(yōu)化工藝減少廢品提供依據(jù)。1962年丹麥的Forsund第一個(gè)採用電子計(jì)算機(jī)類比鑄件的凝固過程，此后美國、英國、德國、日本、法蘭西等相繼開展了這方面的研究。我國于70年代末開始，大連理工大學(xué)、沈陽鑄造研究所率先在我國開展了這一技術(shù)的研究，並分別于1980年發(fā)表了研究報(bào)告（郭可韌等，大型鑄件凝固過程的數(shù)字類比，大連工學(xué)院學(xué)報(bào)，1980（2）1─16；沈陽鑄造研究所，鑄件凝固熱場電子計(jì)算機(jī)類比，鑄造，1980（1）14─22，此后在我國高等院校投入大量人力開展了這項(xiàng)研究，在“六五”、“七五”期間國家攻關(guān)項(xiàng)目中部有計(jì)算機(jī)在鑄造中應(yīng)用的攻關(guān)項(xiàng)目，“六五”的項(xiàng)目為“大型鑄鋼件凝固控制”、“七五”項(xiàng)目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，大大推展了此項(xiàng)技術(shù)在我國的發(fā)展，目前清華大學(xué)、華中理工大學(xué)已分別能提供FT─Star和華鑄CAE─Inte CAST4．0商品化學(xué)的軟體並在三明重型機(jī)器有限公司等單位應(yīng)用，獲得了良好的效果。計(jì)算機(jī)數(shù)值類比由前處理、中間計(jì)算和后處理三部分組成，包括幾何模型的建立，格點(diǎn)劃分，求解條件（初始條件和邊界條件）的確定，數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的處理及圖形顯示。其所用的數(shù)值類比的基本方法主要是有限差分法，有限元法和邊界元法。目前鑄造中應(yīng)用的較多的領(lǐng)域是︰1）凝固過程數(shù)值類比，主要進(jìn)行鑄造過程的傳熱分析。包括數(shù)值計(jì)算方法的選擇，潛熱處理、縮孔縮撿預(yù)測判別，鑄件、鑄型界面?zhèn)鳠釂栴}處理。2）流動(dòng)場數(shù)值類比，涉及動(dòng)量、能量與質(zhì)量傳遞，其難度較大。使用的數(shù)值求解技術(shù)有MAC 法、SAMC法，SOLA─AOF法以及SOLA一─MAC法。3）鑄造應(yīng)力類比，此項(xiàng)研究開展較晚，主要進(jìn)行彈塑性狀態(tài)應(yīng)力分祈，目前有Heyn模型，彈塑性模型，Perzyna模型，統(tǒng)一內(nèi)變量模型等。4）組織類比，目前尚處起步階段。分巨視、中觀和微視類比。能計(jì)算形核數(shù)，分析初晶類型，枝晶生長速度，類比組織轉(zhuǎn)變，預(yù)測機(jī)械性能。目前有確定性模型，Monte、Cellular、Automaton等統(tǒng)計(jì)法模型、相場模型等。計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用是目前迅速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，鑄造作為重要的工業(yè)領(lǐng)域之一，理應(yīng)加強(qiáng)投入。研究開發(fā)計(jì)算機(jī)在鑄造研究及生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，徹底改變過去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀態(tài)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也必將會(huì)促進(jìn)球墨鑄鐵的應(yīng)用和發(fā)展。