目前鑄鐵中主要存（cún）在的氣體元素為氧（yǎng）、氮、氫，這三種氣體元素在鐵液（yè）中的（de）存（cún）在形態（tài）以及含量對鑄鐵質量和性能有著（zhe）重要的影響[1]。氧對（duì）鑄鐵組織和性（xìng）能的（de）影響，主要體現在鑄鐵的凝固過程中，氧與（yǔ）鐵液中多種元素結合形成氧（yǎng）化物，一部分構成（chéng）石墨形核質點（diǎn），另一部分形成氧化夾雜物。過高的氧會促使鐵液的氧化，降低鐵液流（liú）動性，還會產生鑄造缺陷。同時孕育球化過程中氧還會（huì）消耗額外的孕育球化劑，造成孕育球化不良[2]。氮對鑄鐵（tiě）組織和性能的影響，主要體現（xiàn）在氮能（néng）夠抑製石墨（mò）片的生長，使石墨片長度變短、端部鈍化，彎曲度（dù）增大，長寬比減小[3]，適量的氮在鑄鐵中還起到微合金化的作用，固（gù）溶強化基體組織，提高材（cái）料性能，過（guò）高的（de）氮會產生氮氣孔[4]。氫對鑄鐵組（zǔ）織和性能沒有好（hǎo）的影響，據研究表明在碳當（dāng）量為4.2%左右（yòu）的鑄鐵中，1 200 ℃時氫的溶解度為7.5×10-6。過高的氫在凝固過程中析出，使鑄件形成氫針孔等。 

綜上，為生產出性能穩定且質量較高的鑄鐵件，檢測鑄鐵中氧、氮、氫三種氣體元素的含量，並探（tàn）討（tǎo）其元素含量對鑄鐵件組織和性（xìng）能的影響，對鑄鐵生產具有重要的現實意義（yì）。

1　試（shì）驗材料（liào）製備與方法

本試驗采用中頻感應爐進（jìn）行（háng）鐵液熔煉，製備出不同型號的（de）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（hé）氮元素的含量。爐料中廢鋼的（de）加入量為50%~65%，回爐料20%~35%，生鐵0~20%，製備灰（huī）鑄鐵和球墨鑄鐵時分（fèn）別（bié）采用半石墨化增碳劑和石墨化增碳劑進行增碳處理，加入量為1.0%~2.0%，同時加入0.6%~1.0%碳化矽增矽。鐵液溫度升至1 450 ℃左右時，取樣進行成（chéng）分分析，***終鐵液在1 480~1 520 ℃出爐。 

試樣的製備與分析。現場取樣：采用Φ5 mm真空玻璃管取樣，將真空玻璃管插入鐵液中，瞬間抽吸成鐵棒立即（jí）放入水中，冷（lěng）卻後裝（zhuāng）到幹淨塑（sù）料袋內，取出的試棒致密且不能有氣孔。化驗室製樣：利用打磨的方法去除（chú）試樣表麵的氧化物，並在打磨過程（chéng）中（zhōng）不斷浸入乙醇內冷卻，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（de）乙醇，再用金剛銼對表麵進行（háng）細加工，使試樣（yàng）表麵光滑且無粗糙紋路，***後加（jiā）工成（chéng）適（shì）合分析用量的試樣（0.5 g左右）進行分析。 

分析時，用鑷子將試樣放入鋼研納克ON-3000分析儀（yí）中（zhōng）進行分析。結果數（shù）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

灰鑄鐵孕育出爐後溫度降（jiàng）至1 350 ℃左右（yòu）進行玻璃管取樣，測量氧、氮含量，分析結果如表（biǎo）1所示。在試樣HT250和HT300中，其內部的含氧量一般遠（yuǎn）低於含氮量。和試樣HT250相比較，HT300的含氧量和含氮量的均值都更高。 

                         表1　灰鑄鐵中氧和氮的含量

由表3可知，在1 450 ℃時和在裝爐時（shí）加入（rù）不同比例的Fe2O3，其氧含量在（12~18）×10-6之間變（biàn）化，平均值為（wéi）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（yǎng）含量效果（guǒ）並不明顯，氧含量與抗（kàng）拉（lā）強度的大小不（bú）成比例關係。但（dàn）試驗成分為HT300材質，強度都達到了330 MPa以上，平均（jun1）值（zhí）347 MPa，說明鐵液中氧的含（hán）量在（10~20）×10-6為（wéi）宜。原因是當鐵液中的氧含量過低到10×10-6以下（xià）時，可作為（wéi）石墨外來核心（xīn）的氧化（huà）物和硫氧複合（hé）化合物較少，鐵液對孕育處理（lǐ）的響應能力不夠（gòu），灰鑄（zhù）鐵（tiě）組織中就會出現較多的過冷石墨（D、E型石墨）。當氧含量（liàng）過高（gāo）時，將會消耗額外（wài）的合金元素，從而導致試樣的性能降低（dī）。

由表4可知，隨著MnN添加量的增多，灰鑄鐵中氮（dàn）含量呈逐漸增加的趨勢，珠光體的（de）含量逐漸增加，試樣的抗拉強度逐漸增大，且鑄（zhù）鐵中石墨形態均為***。另外當MnN的（de）添加量為0.3%時，灰鑄鐵中氮含量為110×10-6，試樣的抗拉強度可以達（dá）到370 MPa，但是在鑄件中出現（xiàn）了可見的氮氣孔（如圖1中A、B、C處（chù））。

5　QT450中氫氣孔的形成與控製

氫在鑄鐵中存在的形態，可以（yǐ）少量溶於液（yè）態或固態鑄（zhù）鐵中，也（yě）可以在鑄鐵凝固過程中以單質氣體析出，造成鑄件中的氣（qì）孔缺陷[9]。鐵液凝固過程中，產生氫氣氣泡難於上浮，也難於向內遷移（yí），***後停留在鑄件表皮層下時，有可能使（shǐ）鑄件產生氣孔缺陷（xiàn）[10]。氫氣孔缺陷一般出現在鑄件上表麵，形狀較圓整（zhěng），鑄鐵中氫的來源很多，主要來自爐料、爐襯、包（bāo）襯和鑄型塗料及金屬（shǔ）爐料表麵的鏽蝕，油（yóu）汙是導致鐵液中氫含量高的主要原因，另外包襯的幹燥清潔也是導致鑄件氫（qīng）氣孔的關鍵因素（sù）。

 如圖4所示，采用QT450材質加工箱蓋過程（chéng）中出現了批量氣（qì）孔缺陷，經檢（jiǎn）測氣孔為氫針孔缺陷。主要原因是首包（bāo）鐵液澆注時包襯（chèn）未徹底（dǐ）烘幹，鐵液中合金元素鋁與（yǔ）水汽產生反應產生氫氣，在鐵液凝（níng）固過程中形（xíng）成氫氣析出，從而在鑄件內（nèi）產生氫氣孔缺陷，其（qí）反應式（shì）為：

2Al+3H2O→Al2+3H2↑