目前鑄鐵中主要存在的氣體元素（sù）為氧、氮、氫，這三種氣體元素在鐵液中的存（cún）在形態以及含量對鑄鐵質量（liàng）和性能有（yǒu）著重要的影響[1]。氧對鑄鐵組織和性能的影響，主要體現在鑄鐵的凝（níng）固過程中（zhōng），氧與鐵液中多種元素結合形成氧化物，一部分（fèn）構（gòu）成石墨形核質點，另一部分（fèn）形成氧化夾雜物。過高（gāo）的氧會促（cù）使鐵（tiě）液的氧化，降低鐵液流動性（xìng），還（hái）會產生鑄（zhù）造缺陷。同時孕育球化過程中氧還會消耗額外的孕育球化劑，造成孕育球化不良[2]。氮對鑄鐵組（zǔ）織和性能的影響，主要體現在氮能夠（gòu）抑製石墨片的生長，使石墨片長度變短、端部鈍化，彎曲（qǔ）度增（zēng）大，長寬比減小[3]，適（shì）量的氮在鑄鐵中還起到微合金化的作用，固溶強化基體組織，提高材料性能，過高的氮會產生氮氣孔（kǒng）[4]。氫對鑄鐵組織和性能沒有好（hǎo）的影響，據研究表明在碳當量（liàng）為（wéi）4.2%左右的（de）鑄鐵中，1 200 ℃時氫的溶解（jiě）度為7.5×10-6。過高的氫在（zài）凝固過（guò）程中析出（chū），使鑄件形成氫針孔等。 

綜上，為生產出性能穩定且質（zhì）量較高的鑄鐵件，檢測（cè）鑄鐵中（zhōng）氧、氮、氫三種氣體元素的含量，並探討其元素含量對鑄鐵件組織和性能的影響（xiǎng），對（duì）鑄鐵生產具有重要的現實意義。

1　試驗材料製備與方法

本試驗采用中頻感應爐進行鐵液熔煉，製備（bèi）出不同型號的灰鑄鐵和球墨鑄鐵，用來測定和分析灰鑄鐵及球墨鑄鐵中氧和氮元素的含量。爐料中廢鋼的加（jiā）入量為50%~65%，回爐料20%~35%，生鐵0~20%，製（zhì）備灰鑄（zhù）鐵和球墨鑄鐵時分別采用半石墨化增碳劑和石墨化增碳劑進行增碳處理，加（jiā）入量為1.0%~2.0%，同時加（jiā）入（rù）0.6%~1.0%碳化矽增矽。鐵（tiě）液溫度升至1 450 ℃左右時，取樣進行成分分析（xī），***終鐵液在1 480~1 520 ℃出爐。 

試樣（yàng）的（de）製備與分（fèn）析。現場取樣：采用Φ5 mm真空（kōng）玻璃管取樣，將真空玻璃管（guǎn）插入鐵（tiě）液中，瞬間抽（chōu）吸成鐵棒立即放入水中，冷卻後裝到幹淨塑料袋內，取出的試棒致密且不能有氣孔。化驗室製（zhì）樣：利用打（dǎ）磨的方法去除試樣表麵（miàn）的氧化物，並在打（dǎ）磨（mó）過（guò）程中不（bú）斷浸入乙醇內冷卻（què），以避免試樣過熱，磨完後放入乙醇內保存。采用吹風機吹幹表麵的乙醇，再用金剛銼對表麵進行細加工，使試樣表麵光滑且無粗糙（cāo）紋路，***後加工成適合分析用量的試樣（0.5 g左（zuǒ）右）進行分（fèn）析。 

分析（xī）時，用鑷子將試樣（yàng）放入（rù）鋼研納克ON-3000分析儀中進行分析。結果數據均為5個試樣的平均值。

2　灰鑄鐵及球墨鑄鐵中的氧、氮含量的測定

灰鑄鐵孕育出爐後（hòu）溫度（dù）降至1 350 ℃左右進行玻璃管取樣（yàng），測量氧、氮含（hán）量，分析結果如表（biǎo）1所示。在試樣HT250和HT300中（zhōng），其內部的含氧量一般遠低於含氮量。和試樣HT250相比較（jiào），HT300的含氧量和含氮（dàn）量的均值都更高。 

                         表1　灰鑄（zhù）鐵中氧和氮的含量

由表3可知，在1 450 ℃時和在裝（zhuāng）爐時加入不同比例（lì）的Fe2O3，其氧含量在（12~18）×10-6之間變（biàn）化，平均值為13.75×10-6，性能在330~375 MPa變動，無明顯規律。可見，人為的用Fe2O3增加氧含量效果並不（bú）明顯，氧含量與抗拉強度的大小（xiǎo）不成比例關（guān）係。但試驗成分為HT300材質，強度都達到了330 MPa以（yǐ）上（shàng），平均值（zhí）347 MPa，說明鐵（tiě）液中氧的含量在（10~20）×10-6為宜。原因是當鐵液中的氧含量過低到（dào）10×10-6以下時，可作為石墨外（wài）來核（hé）心的氧（yǎng）化物（wù）和硫氧複合化合物較少，鐵液對孕育處理（lǐ）的響應能力（lì）不（bú）夠，灰鑄鐵組織中就會（huì）出（chū）現較多的過冷石墨（D、E型石墨）。當氧（yǎng）含量過高時，將（jiāng）會消耗額外的合金元素，從而導致試樣的性能降低。

由表4可（kě）知，隨著（zhe）MnN添加量的增多，灰鑄鐵中氮含量（liàng）呈逐漸增加的趨勢，珠光體的含量逐漸增加（jiā），試樣的抗拉（lā）強度逐漸增大，且鑄鐵中石墨形（xíng）態（tài）均為***。另外當（dāng）MnN的添加量為（wéi）0.3%時，灰鑄鐵中氮含量為110×10-6，試樣的抗拉強度可以達到370 MPa，但（dàn）是在鑄件（jiàn）中（zhōng）出現了可見的（de）氮氣孔（如圖1中A、B、C處）。

5　QT450中氫氣孔的形成與控製

氫在鑄（zhù）鐵中存在的形態，可以少量溶於（yú）液態或（huò）固態鑄鐵中，也可以（yǐ）在鑄鐵凝固過程中以單質氣體析出（chū），造成鑄件中（zhōng）的氣孔缺陷[9]。鐵液凝固過程中，產生氫氣氣泡難於上（shàng）浮，也難於向內遷移，***後停留在鑄件表皮（pí）層下時，有（yǒu）可（kě）能（néng）使鑄件產生氣（qì）孔缺陷[10]。氫氣孔缺陷（xiàn）一（yī）般出現在鑄件上表麵，形（xíng）狀較圓整，鑄鐵中氫的來源很多，主要來自爐料、爐襯、包襯和鑄型塗（tú）料及金屬（shǔ）爐料表麵的鏽（xiù）蝕（shí），油汙是導致鐵液中（zhōng）氫含量高的主要原因，另外包襯的幹燥清潔也是導致（zhì）鑄件氫氣孔的關鍵（jiàn）因素。

 如圖4所示，采用QT450材質加工箱蓋（gài）過（guò）程中出現了批（pī）量氣孔（kǒng）缺（quē）陷（xiàn），經檢測氣孔為氫針孔缺陷。主要原因是首包鐵液澆注時包襯未徹底烘幹，鐵液中合（hé）金元素鋁與水汽（qì）產生反應產生氫氣，在鐵液凝固過程中形成氫氣析出，從而在鑄件（jiàn）內產生氫氣孔缺陷，其反應式為：

2Al+3H2O→Al2+3H2↑