常規(guī)的球墨鑄鐵生產(chǎn)中，鐵中能否有硫化物和氧化物作為石墨結(jié)晶的核心，取決于原鐵水的純度和添加劑、保持時(shí)間和溫度以及冶金處理工藝和添加劑。
生產(chǎn)中通用的孕育劑是硅鐵，其中還含有鈣、鋇、鍶、錳和鋯等金屬元素。加入上述有反應(yīng)能力的元素，目的是使其與鐵中的硫和氧結(jié)合，為石墨提供有效的非均質(zhì)結(jié)晶核心。但是，鐵水中能起作用的硫和氧是有限的，孕育劑中的添加元素的作用，因而也是有限的。處理后可能形成的有效晶核的數(shù)量將制約孕育的效果。
為了增強(qiáng)孕育效果，推出了一種新型孕育劑，其中含有鈰（Ce）、鈣（Ca）、硫（S）和氧（O），見表I。已經(jīng)證實(shí)，采用這種孕育劑，能使球墨鑄鐵的顯微組織，更為均勻，縮孔傾向較小，從而有較好的加工性能。
表1 新型孕育劑的化學(xué)成分（%）
Si Ca Ce Al S O
規(guī)格要求 70-76 0.75-1.25 1.5-2.0 0.75-1.25 ≤1.0 ≤1.0
典型實(shí)例 73 1 1 0.75 微量 微量
1．Ca- Ce -S –O的配合作用
孕育劑中的Ca和Ce，其含量已經(jīng)調(diào)定到能使鑄鐵的白口傾向最小，并能中和阻礙形成球狀石墨的微量元素的作用。孕育劑中含有少量的S和O，加入鐵水后，可以和Ca和Ce反應(yīng)。
新型孕育劑的主要作用是：在加入金屬元素的同時(shí)，引進(jìn)一定濃度的非金屬元素（S和O）。孕育劑中反應(yīng)能力強(qiáng)的Ca和Ce與硫、氧作用后，就會(huì)產(chǎn)生較多的石墨晶核。硫有利于形成石墨晶核，氧則對孕育過程有重要的作用。
通過瞬時(shí)孕育處理，石墨生核過程中，將同時(shí)受益于鈣、鈰、硫、氧的協(xié)同作用。孕育處理時(shí)，鈣是首要反應(yīng)元素，對共晶石墨生核有決定性的作用。均衡含量的鈰，可以中和有害元素的作用，產(chǎn)生穩(wěn)定的金屬間化合物，且對硫和氧有強(qiáng)親和力，從而生成高度穩(wěn)定的氧化物、硫化物和硫氧化物。在整個(gè)凝固區(qū)間內(nèi)，此類含鈰的化合物都有助于改善生核條件，有益于孕育處理過程。
在球化劑、孕育劑和原鐵水之間反應(yīng)并產(chǎn)生晶核的同時(shí)，上述晶核也一并起作用。
孕育劑成分的擬定，是要使球墨鑄鐵在減輕白口傾向和縮孔傾向的同時(shí)，還能強(qiáng)化石墨的生核條件。這種孕育的理念是新的，體現(xiàn)在加入硅鐵的同時(shí)還加入非金屬粉末，以使其有特殊的性能。
制造對韌性和沖擊性能要求較高的鐵素體球墨鑄鐵時(shí)，適于采用此種新型孕育劑。對于含硫量低的球墨鑄鐵，在轉(zhuǎn)包中用鎂處理的球墨鑄鐵或用喂線法處理的球墨鑄鐵，這種孕育劑特別有效。
2．石墨球數(shù)增多
用含鈣、鈰、硫、氧的新型孕育劑，能使球墨鑄鐵中的石墨球數(shù)增多，并可改善各種性能，如：
◆ 因避免了形成硬質(zhì)碳化物，加工性能改善；
◆ 促進(jìn)石墨和鐵素體形成；
◆ 減輕合金元素和微量元素的偏析；
◆ 減少凝固過程中的收縮；
◆ 提高韌性；
◆ 形成復(fù)雜的鑄件，不同部位的組織和性能比較均一。
大家都知道，瞬時(shí)孕育前保持了較長時(shí)間的原鐵水或加鎂處理過的鐵水，其生核能力會(huì)大為減弱。此種情況下，采用新型孕育劑能有效地提供新的晶核。
生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件時(shí)，強(qiáng)生核作用和石墨球數(shù)增多是使鐵素體含量最多的前提條件。采用新型孕育劑，可使石墨球的尺寸有大、小二種，呈雙峰分布，這有助于減少收縮，并可在富含珠光體促進(jìn)元素的偏析區(qū)沉積碳，以產(chǎn)生較多的鐵素體。這種情況，間接地使鑄件的加工性能改善。
3．鑄造廠的實(shí)際用例
這里，簡略地舉四個(gè)現(xiàn)場用例，供參考。
（1）鑄造廠A
A廠用感應(yīng)電爐熔化，用蓋包法進(jìn)行球化處理。原先用含鋯、錳、鈣的孕育劑隨流瞬時(shí)孕育。常遇到的問題是：在薄壁的復(fù)雜鑄件上出現(xiàn)碳化物和收縮過多。
改用親型孕育劑隨流孕育后，薄壁處的碳化物消除了，肥厚部位鉆孔后，微觀縮松也大為改善。
用原先的孕育劑時(shí)，球墨鑄鐵件2-3毫米截面上石墨球數(shù)為315個(gè)/mm2，改用新型孕育劑后則為602個(gè)/mm2。
改用新型孕育劑后，鑄件質(zhì)量改善，廢品率顯著降低，孕育劑用量也比原先減少了25%。
（2）鑄造廠B
B廠用感應(yīng)電爐熔化，用夾心法進(jìn)行了球化處理，將孕育劑用于該廠的自動(dòng)澆注系統(tǒng)，隨流孕育。
分別鑄造了5、10、20和40毫米厚的板狀鑄件，比較其石墨球數(shù)。采用新型孕育劑時(shí)，石墨球數(shù)比用含鍶（Sr）的孕育劑時(shí)多。
用新型孕育時(shí)，40毫米厚的鑄件上石墨球數(shù)為340個(gè)mm2，比5毫米厚的鑄件上的石墨球數(shù)（312個(gè)/mm2）還多。這說明在稍后的冷卻過程中，有二次生核作用，這對鑄件的厚壁部位特別有益。
采用新型孕育劑后，產(chǎn)生縮孔缺陷的情況減少，孕育劑的加入量也減到了最低值。
（3）鑄造廠C
C廠生產(chǎn)厚截面球墨鑄鐵件，用感應(yīng)電爐熔化，用蓋包法進(jìn)行球化處理。制造厚大鑄件，有石墨漂浮、偏析、縮孔和球化不良等問題。用新型孕育劑和含鋇的孕育劑進(jìn)行了試驗(yàn)，在澆包中加入。
試驗(yàn)結(jié)果表明：用新型孕育劑時(shí)，石墨球數(shù)為357 個(gè)/mm2，用含鋇孕育劑時(shí)則為187 個(gè)/mm2。用新型孕育劑時(shí)，鑄件金相組織中石墨球徑的變化范圍較寬，呈雙峰分布，使縮孔減少。
用新型孕育劑，石墨球徑較小，球化率提高了10%。還使晶胞間珠光體由25%減少到13%，相連的珠光體網(wǎng)（占25%以上）破碎成小片分散在鐵素體基體中。
