合金材料與熔煉02

1、1合金材料及熔煉蔡啟舟Tel:mail: 材料成型及控制工程專業(yè)選修課2第一章 鑄鐵合金1.3 灰口鑄鐵 (灰鑄鐵)1.3.1灰鑄鐵的組織和性能 灰鑄鐵的金相組織由金屬基體和片狀石墨所組成。主要的金屬基體形式有珠光體、鐵素體及珠光體加鐵素體三種。石墨片可以不同的數(shù)量、大小、形狀分布于基體中。此外，還有少量非金屬夾雜物，如硫化物、磷化物等。磷共晶珠光體3 石墨的形態(tài)(1) 灰鑄鐵的組織A型石墨(片狀)B型石墨(菊花狀)C型石墨(塊片狀)D型石墨(枝晶點(diǎn)狀)E型石墨(枝晶片狀)F型石墨(星狀)4A型石墨(片狀) A型石墨是在石墨的成核能力較強(qiáng)，冷卻速度較慢，共晶轉(zhuǎn)變在很

2、小的過冷度下進(jìn)行的。由于晶核的數(shù)目較多，又在很小的過冷度下結(jié)晶，線生長速度低，所以石墨分枝不很發(fā)達(dá)，故形成較為均勻分布的片狀石墨，這是灰鑄鐵中最經(jīng)常出現(xiàn)的一種石墨分布形態(tài)。 5 D型石墨是在石墨的成核條件較差（如碳當(dāng)量低），冷卻速度較大，造成較大的過冷情況下形成的。 開始結(jié)晶時，石墨晶核不能大量形成，而奧氏體枝晶發(fā)達(dá)。 當(dāng)熔體出現(xiàn)較大的過冷時，奧氏體枝晶之間的殘留熔體中才形成大量石墨晶核。因這時石墨是在較大的過冷度下成長，分枝很發(fā)達(dá)，故最后在奧氏體枝晶間形成許多細(xì)小的無一定排列方向的石墨。這種石墨常在牌號較高（碳量較低），薄壁（冷卻速度較快）的灰鑄鐵鑄件中出現(xiàn)，D型石墨又稱“過冷石墨”D型石墨

3、(枝晶點(diǎn)狀)6B型石墨(菊花狀)B型石墨成花朵狀，其實質(zhì)是中心部分由D型石墨組成，花朵的外圍則為A型石墨，形成過程：成核條件要較形成A型石墨差些，故共晶轉(zhuǎn)變時過冷度也比出現(xiàn)A型石墨時要大一些，由于成核條件較差，因此常常在共晶團(tuán)的中心部分形成過冷(D型)石墨，當(dāng)共晶結(jié)晶開始后，由于放出結(jié)晶潛熱，能夠把未結(jié)晶的鐵水加熱，使其溫度有所上升，因而其外圍部分在稍高的溫度下進(jìn)行結(jié)晶，當(dāng)然石墨的分枝較少，石墨片也顯得粗大些，最后形成花朵狀分布。7E型石墨是亞共晶程度較大的鑄鐵在慢冷條件下形成的。初生奧氏體枝晶數(shù)量較多，至共晶結(jié)晶時過冷度不太大，形成的石墨核心不太多（共晶團(tuán)較大），所以最后石墨片不像D型石墨那

4、樣細(xì)小而是比較粗一些，因為共晶結(jié)晶時液體的數(shù)量已很少，僅僅占據(jù)初生奧氏體枝晶間的間隙位置，所以形成的比較粗的石墨片則是順著枝晶的枝干方向生長，顯出一定的方向性。這種鑄鐵如果在快速冷卻下結(jié)晶凝固，往往會形成D型石墨，所以經(jīng)常在高強(qiáng)度的薄壁鑄鐵件中，會同時出現(xiàn)D型、E型石墨的分布特征。 E型石墨(枝晶片狀)8C型石墨是在過共晶鑄鐵，冷卻速度很慢的情況下出現(xiàn)的。過共晶灰鑄鐵中的石墨常呈這種形態(tài)。在對鐵水進(jìn)行石墨化孕育處理時，由于孕育劑量加入過大，造成局部硅元素過于富集，使出現(xiàn)局部過共晶區(qū)，也會出現(xiàn)這種石墨。當(dāng)過共晶鐵水冷卻時，遇到液相線，在一定過冷度下即析出初生石墨晶核，在熔體中逐漸長大，由于結(jié)晶時

5、的溫度較高，而且成長的時間較長，故生長成分枝較少的粗大片狀。當(dāng)達(dá)到共晶溫度時，便按正常的共晶過程進(jìn)行，此時大都形成A型石墨。C型石墨(塊片狀)9F型石墨是我國標(biāo)準(zhǔn)中所特有的，其特點(diǎn)是在大塊石墨（又稱星形石墨）上分布著許多小的石墨片（這些小石墨片呈A型分布），F(xiàn)型石墨實質(zhì)上亦是過共晶石墨，是高碳鐵水，在較大過冷條件下生長的。大塊石墨可以認(rèn)為是相當(dāng)于C型石墨，小片狀石墨在其上生長。這種石墨在生產(chǎn)活塞環(huán)時經(jīng)常出現(xiàn)，為了防止活塞環(huán)組織中出現(xiàn)白口，常采用高碳（如C3.8%）鐵水，由于壁薄，必須加強(qiáng)孕育過程，因此促進(jìn)了F型石墨的生產(chǎn)。 F型石墨(星狀)1011 基體組織F+G片F(xiàn)+P+G片P+G片灰鑄鐵的

6、基體組織12(2) 灰鑄鐵的性能特點(diǎn) 力學(xué)性能 灰鑄鐵的機(jī)械性能首先取決于石墨的形狀、數(shù)量、尺寸與分布，其次取決于基體組織。 灰鑄鐵的機(jī)械性能利用率僅有30（與鋼比）。性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度 b/ MPa延伸率 / %沖擊韌性 k/ J彈性模量 E/ MPa鑄造碳鋼4006501025206020104灰鑄鐵1004000.55.0(716)104灰鑄鐵與鑄造碳鋼力學(xué)性能比較13 鑄造性能 由于灰鑄鐵的熔點(diǎn)低，成分接近于共晶點(diǎn)，灰鑄鐵件鑄造成形時，不僅其流動性好，而且還因為在凝固過程中析出比容較大的石墨，減小凝固收縮，容易獲得優(yōu)良的鑄件，表現(xiàn)出良好的鑄造性能，可澆注復(fù)雜和薄壁鑄件。四缸柴油機(jī)缸體(H

7、T250最小壁厚3.5mm)14 減振性 灰鑄鐵與鋼、球墨鑄鐵減振性比較 石墨對鑄鐵件承受振動能起緩沖作用，減弱晶粒間振動能的傳遞，并將振動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，所以灰鑄鐵具有良好的減振性，石墨片愈多愈粗，吸震性能愈好。 由于灰鑄鐵具有良好的減振性，特別適合制造發(fā)動機(jī)的缸體、缸蓋、機(jī)器的機(jī)座、立柱、導(dǎo)軌和車輛的制動器等零件。 15 石墨本身也是一種良好的潤滑劑，脫落在摩擦面上的石墨可起潤滑作用，還由于石墨剝落后留下的孔隙具有 儲存潤滑劑的作用。因而灰鑄鐵具有良好的耐磨性能，且石墨愈細(xì)愈均勻，耐磨性愈好。 耐磨性能 導(dǎo)熱性能 由于石墨具有良好的導(dǎo)熱性，而且灰鑄鐵共晶團(tuán)內(nèi)石墨是相連的，所以灰鑄鐵的導(dǎo)熱性好

8、，用于缸體、缸套、排氣管、鐵鍋。16 片狀石墨相當(dāng)于許多微小缺口，從而減小了鑄件對缺口的敏感性，無缺口試樣和有缺口試樣的疲勞強(qiáng)度之比-1/-1k = 1.051.26，而鋼約為1.5。因此表面加工質(zhì)量不高或組織缺陷對鑄鐵疲勞強(qiáng)度的不利影響要比對鋼的影響小得多。 切削加工性能 在進(jìn)行切削加工時，石墨起著減摩、斷屑的作用。由于石墨脫落形成顯微凹穴，起儲油作用，可維持油膜的連續(xù)性，故灰鑄鐵切削加工性能良好，刀具磨損小。 低的缺口敏感性 171.3.2 灰鑄鐵的生產(chǎn) (1) 灰鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)GB9439-2010T 單鑄試棒的工藝18(2) 化學(xué)成分C: 2.54.0%, Si: 1.03.0%Mn:

9、 0.51.4%P: 0.12%S: 0.15%191.3.3 提高灰鑄鐵力學(xué)性能的途徑 (1) 合理選定化學(xué)成分 適當(dāng)提高Si/C比 20(2) 低合金化 合金元素最大用量使用1強(qiáng)度提高百分比激冷傾向Ni3.0%10較弱或沒有Cu1.5%10較弱或沒有Mn與碳量有關(guān)10較弱Cr0.5%20較強(qiáng)Mo1.0040中等V0.3545很強(qiáng)常用合金元素對灰鑄鐵強(qiáng)度和激冷傾向的影響211.3.4 灰鑄鐵的孕育 定義：孕育處理是在鐵水中加入少量材料，促使形成結(jié)晶核心以改善金屬組織和性能的方法 目的：促進(jìn)石墨化，降低白口傾向； 降低斷面敏感性； 控制石墨形態(tài)，消除過冷石墨； 適當(dāng)增高共晶團(tuán)數(shù)和促進(jìn)細(xì)片狀珠光

10、體的形成； 改善鑄鐵的強(qiáng)度性能及其它性能(如致密性、 耐磨性及切削性能等)。 22(1) 孕育劑與孕育方法 石墨化孕育劑：75SiFe Ba, RE, Sr, Zr + 75SiFe (具有促進(jìn)石墨化和改善石墨形態(tài)的特性) 穩(wěn)定化孕育劑：Cr-Si-Mn, Cr-Si-Mn-Zr Cr-Si-C (強(qiáng)化基體、提高強(qiáng)度和硬度) 復(fù) 合 孕 育劑：RE-Sb-Ca-Si, RE-Sb-Cr-Ca-Si (兼有上述兩種孕育劑的特性) 孕育劑23 孕育方法一次孕育一次孕育最常用的方法：出鐵槽或澆包加入。24一次孕育的優(yōu)點(diǎn)：簡單易行。 一次孕育的缺點(diǎn)：孕育劑用量大，易發(fā)生孕育衰退現(xiàn)象(孕育作用隨時間延長

11、而消失)。252627瞬時孕育(后孕育、晚期孕育)隨流孕育 把2040目粒狀的孕育劑隨鐵水澆注流加入0.080.2%的孕育劑，即可使鐵水得到充分的孕育，這種方法的孕育劑用量很少，對消除碳化物非常有效，并可大幅度增加共晶團(tuán)或石墨球數(shù)。 28保溫澆注爐的隨流孕育29江鈴鑄造廠氣沖生產(chǎn)線澆注現(xiàn)場30孕育絲孕育孕育絲：粒度：40140號篩板厚：0.20.4mm直徑：1.87.0mm加入量：0.020.03%特點(diǎn)：無粉塵污染；可避免不熔質(zhì)點(diǎn)帶入鑄型造成白點(diǎn)；便于自動控制；但裝置比較復(fù)雜。31特點(diǎn)：孕育效果好，適用于大批量生產(chǎn)。缺點(diǎn): 不易檢驗。 孕育塊可用鑄造方法制造，也可將粉狀孕育劑用硬脂酸粘結(jié)成塊，

12、然后插入澆口杯或特設(shè)的反應(yīng)室內(nèi)，當(dāng)鐵水流過時孕育塊逐層熔化帶入鑄型產(chǎn)生孕育作用。 孕育塊孕育32(2) 孕育理論 核心理論 氧化物：SiO2 碳化物：CaC2, SiC 硫化物：CeS, LaS, SrS 非核心理論 過飽和形核理論 3SiO2 + 4Al = 2Al2O3 = 3Si SiO2 + 2Ca = 2CaO + Si SiO2 + 2Ce = 2CeO + Si 直接石墨化及間接石墨化理論331.3.4 灰鑄鐵的熱處理 消除內(nèi)應(yīng)力退火(人工時效) 500550，保溫2h/10mm，隨爐緩冷至150-200出爐空冷。 消除白口組織的退火 850950，保溫14h，隨爐緩冷，使?jié)B碳體

13、分解，消除白口。 正火 850950，保溫13h，出爐空冷，得到珠光體基體組織。 表面淬火 表面淬火使鑄件表面獲得回火馬氏體的硬化層，從而提高灰鑄鐵的表面強(qiáng)度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。341.4 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的石墨呈球狀，使其具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性。其綜合機(jī)械性能接近于鋼，因其鑄造性能好，成本低廉，生產(chǎn)方便，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。球狀石墨的金相組織球狀石墨的立體形貌351.4.1 球墨鑄鐵的組織及性能球墨鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)36(1) 珠光體球墨鑄鐵 珠光體基體球墨鑄鐵是以珠光體基體為主，余量為鐵素體的球墨鑄鐵。QT700-2, QT800-2性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和硬度較高，具有一定的韌

14、性，與45#鋼相比，具有高的屈/強(qiáng)比、低的缺口敏感性、耐磨性。37 珠光體基體球墨鑄鐵主要應(yīng)用于承受重載荷及摩擦磨損零件。典型零件： 曲軸曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、缸套、驅(qū)動橋殼、平衡軸支架、差速器殼、軋輥 38 鐵素體基體球墨鑄鐵是指基體以鐵素體為主、余為珠光體的球墨鑄鐵 QT350-22，QT400-18，QT400-15，QT450-10性能特點(diǎn)： 塑性、韌性高 強(qiáng)度較低應(yīng) 用：承受力較大、又承受震動和沖擊的零件典型零件：轉(zhuǎn)向節(jié)、汽車底盤、后橋外殼、離心球鐵管、閥體、泵體(2) 鐵素體球墨鑄鐵39轎車轉(zhuǎn)向節(jié)性能要求:延伸率高(10%)，低溫沖擊韌性好。本田神龍40(3) 混合基體球墨鑄鐵

15、 鐵素體和珠光體混合基體的球墨鑄鐵，這種鑄鐵由于有較好的強(qiáng)度和韌性的配合，多用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、冶金設(shè)備及柴油機(jī)中一些部件，通過鑄態(tài)控制或熱處理手段可調(diào)整和改善組織中珠光體和鐵素體的相對數(shù)量及形態(tài)與分布，從而可在一定范圍內(nèi)改善和調(diào)整其強(qiáng)度和韌性的配合，以滿足各類部件的要求。 QT500-7, QT550-5, QT600-3411.4.2 球墨鑄鐵的生產(chǎn) 鐵素體球鐵 珠光體球鐵C 3.64.0% 3.43.8%Si 2.42.8% 2.22.6%Mn 0.30.4% 0.40.8% P 0.010.05 0.040.06%S 盡可能低(國外：S 0.02%) 球化元素稀土和鎂使相圖的共晶點(diǎn)位置

16、右移，共晶點(diǎn)的碳當(dāng)量CE為4.64.7%。(1)化學(xué)成分的選定 42(2) 球化處理 球化劑與硫、氧親和力大，生成穩(wěn)定的反應(yīng)生成物;在鐵水中的溶解度低,易上浮排除；可用元素: Mg、Ce、La、Ca、Y 強(qiáng) Li、Sr、Ba、Tu 中 Na、K、Zn、Cd、Sn、Al 弱我國應(yīng)用最廣的球化劑成分：(4050)%Si，(3.09.0)%Mg，(0.358.0)%RE，(0.55.0)%Ca，(0.751.9)%A1， *(3.05.0)%Ba, 余Fe。國外常用球化劑成分Mg5%，RE2%，Si45%，余Fe43 球化處理工藝球化劑的加入量：1.12.0 鎂的吸收率：4050% RE的吸收率：4

17、050%i. 沖入法處理現(xiàn)場堤壩式凹坑式44處理時產(chǎn)生大量的鎂光和煙霧為了提高球化元素的吸收率，減少鎂光和煙霧，采用蓋包球化處理。蓋包球化處理45球化劑純鎂步驟: 澆包內(nèi)裝入1/3的鐵水，密封。 鐘罩壓入鐵水內(nèi)(鎂塊固定于鐘罩) 停止沸騰后，澆包開封，補(bǔ)加12倍鐵水。 鎂的吸收率：5080% ii. 壓力加鎂461967年，瑞士的George Fisher公司發(fā)明的iii. 轉(zhuǎn)動包法(GF包)鐵水S: 0.06， Mg的加入量: 0.140.20%47優(yōu)點(diǎn)：球化劑吸收率高，80%以上；所得球墨鑄鐵的性能比普通沖入法的高；克服了球化衰退和孕育衰退的問題 iv.型內(nèi)球化缺點(diǎn)：檢驗困難48 球鐵的孕

18、育處理 孕育處理的目的：消除結(jié)晶過冷傾向、促進(jìn)石墨球化、減小晶間偏析 49孕育的重要性大于灰鐵大劑量孕育及多次孕育瞬時孕育球墨鑄鐵的孕育50(3) 鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn) 鑄態(tài)鐵素體球鐵的生產(chǎn)鑄態(tài)(as-cast) 熱處理態(tài)(heat-treated) QT350-22、QT400-18、QT400-15、QT450-10QT350-22L、QT400-18L(要求低溫韌性，用于風(fēng)電球鐵)51 國內(nèi)外已在鑄態(tài)高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產(chǎn)方面取得了不少經(jīng)驗。主要有： 嚴(yán)格選擇化學(xué)成分，如選高的碳當(dāng)量，限制錳、磷及硫的含量(Mn0.4%、P0.08%)，防止在爐料中帶入鉻、鎢、鉬、銅、錫、銻等合金元素； 限

19、制球化劑中稀土元素的含量及防止球化元素過高； 加強(qiáng)孕育處理，細(xì)化石墨球等，并強(qiáng)調(diào)采用瞬時孕育處理增加石墨球數(shù)是極為有利的措施。52 鑄態(tài)珠光體球鐵的生產(chǎn)i. 傳統(tǒng)方法工藝方法合金化 化學(xué)成分(C3.64.0, Si1.72.2, Mn0.30.5, P, S ) 球化處理 孕育處理（石墨化孕育劑） 合金化(Cu、Cr、Ni、Sn、Mo、V) 提前開箱53 促進(jìn)和穩(wěn)定珠光體，強(qiáng)化鐵素體，隨Cu量增加，強(qiáng)度和硬度提高。但是，含Cu量在0.2%以下時，強(qiáng)度增加緩慢，珠光體量不大于70%。鑄態(tài)珠光體球鐵中常加入0.40.6%Cu，可使25mm試棒珠光體量達(dá)90%。 東風(fēng)汽車公司鑄造一廠采用加Cu工藝生

20、產(chǎn)140曲軸已近30年。Cu合金化54 銻是強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體的元素，為Sn的10倍，Cu的100倍，0.015%Sb可使鑄態(tài)球鐵珠光體量由60%增至90%，但銻易于偏析，并在晶界富集，加入過多使鑄件變脆，球墨變異，所以工藝控制較難。Sb合金化 Sn強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體形成，0.04%Sn鑄態(tài)珠光體可達(dá)100%，且可以細(xì)化石墨球。但Sn增加球鐵的脆性。Sn合金化55ii. 采用鑄態(tài)球墨鑄鐵專用孕育劑華中科技大學(xué)開發(fā)的鑄態(tài)珠光體球鐵專用孕育劑SPI孕育劑561.4.2 球墨鑄鐵的鑄造性能及主要缺陷 (1) 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn) 球墨鑄鐵有較寬的共晶凝固溫度范圍 由于球墨鑄鐵共晶凝固時石墨-奧氏體兩相的離異生

21、長特點(diǎn)，使球墨鑄鐵的共晶團(tuán)生長到一定程度后，(奧氏體在石墨球外圍形成完整的外殼)，其生長速度即明顯減慢，或基本不再生長。此時共晶凝固的進(jìn)行要借助于溫度進(jìn)一步降低來獲得動力，產(chǎn)生新的晶核。因此，共晶轉(zhuǎn)變需要在一個較大的溫度區(qū)間才能完成。據(jù)測定，通常球墨鑄鐵的共晶凝固溫度范圍是灰鑄鐵的一倍以上。 57 球墨鑄鐵的糊狀凝固特性 在溫度梯度相同的情況下，球墨鑄鐵的液-固兩相區(qū)寬度比灰鑄鐵大得多，這種大范圍液-固兩相區(qū)范圍，使球墨鑄鐵件表現(xiàn)出具有較強(qiáng)的糊狀凝固特性。此外，大的共晶凝固溫度范圍，也使得球墨鑄鐵的凝固時間比灰鑄鐵及其它合金要長。 58 球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹 糊狀凝固和長的共晶凝固時間使

22、凝固時球墨鑄鐵件的外殼長期處于較軟的狀態(tài)，而在共晶凝固過程中，溶解在鐵液中的碳以石墨的形式結(jié)晶出來時，其體積約比原來增加2倍。這種由于石墨化膨脹產(chǎn)生的膨脹力可高達(dá)(5.065-10.13)105Pa，此力通過較軟的鑄件外殼傳遞給鑄型，將足以使砂型退讓，從而導(dǎo)致鑄件外形尺寸脹大。 59(2) 球墨鑄鐵的鑄造性能 鐵液經(jīng)球化處理后，由于脫硫、去氣和去除了部分金屬夾雜物，使鐵液凈化，對提高流動性是有利的，因此，在化學(xué)成分和澆注溫度相同時，球墨鑄鐵的流動性較灰鑄鐵好。但通常由于鐵液經(jīng)球化、孕育處理后，溫度降低較多，從而使實際的澆注溫度偏低，再加之鐵液中含有一定量的鎂，會使鐵液的表面張力增加，因此在實際

23、生產(chǎn)中往往感到流動性較灰鑄鐵差。所以，為改善其充填鑄型的能力，應(yīng)適當(dāng)注意提高球墨鑄鐵的澆注溫度。 流動性60 球墨鑄鐵收縮前的膨脹要比灰鑄鐵大得多，因此，總的線收縮值顯得較小，但這只是在其膨脹受阻較小時才是如此。在實際鑄件中，若鑄型剛度增大，將使這部分膨脹量減小，最終可能會和灰鑄鐵接近。當(dāng)鑄型剛度較小時，共晶石墨化膨脹使得鑄件外殼脹大，增加了鑄件內(nèi)部的縮孔和縮松的數(shù)量，使鑄件致密性下降。 收縮特性 61 由于球墨鑄鐵的彈性模量較灰鑄鐵大(160000-180000MPa)，加之其熱導(dǎo)率又較灰鑄鐵低，因此，無論是收縮應(yīng)力還是溫差應(yīng)力均較灰鑄鐵大。這樣，球墨鑄鐵件的變形及開裂傾向均高于灰鑄鐵，故應(yīng)

24、在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計上和鑄造工藝上采取相應(yīng)的防止措施。 內(nèi)應(yīng)力62(3) 常見缺陷及防止 球化不良和球化衰退 特征 鑄件斷口為銀灰色組織上分布芝麻狀黑色斑點(diǎn)，其數(shù)量多、直徑大，表明程度嚴(yán)重。全部呈灰色粗晶粒，表明完全不球化。 金相組織集中分布大量厚片狀石墨，其數(shù)量越多，面積率增加，表明程度越嚴(yán)重。完全不球化者呈片狀石墨。 63球化不良的形成原因及防止措施 原鐵液含硫高、嚴(yán)重氧化的爐料中含有過量反球化元素；處理后鐵液殘留鎂和稀土量過低。鐵液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。 選用低硫焦炭、低硫金屬爐料，必要時進(jìn)行脫硫處理；廢鋼除銹；控制沖天爐鼓風(fēng)強(qiáng)度和料位；檢驗控制爐料及球化元素成分，必要時增加球化

25、劑中稀土元素用量；嚴(yán)格控制球化工藝，防止球化處理失敗。64球化衰退的形成原因及防止措施 形成原因：高硫、低溫、氧化嚴(yán)重；殘留球化元素減少造成球化衰退；孕育衰退也使石墨球數(shù)減少而導(dǎo)致石墨形態(tài)惡化。防止措施：應(yīng)盡量降低原鐵液含硫、含氧量，適當(dāng)控制溫度?？商砑酉≡鼊┦乖浞稚细〔窃莾粼蠹硬莼业雀采w劑以盡可能隔離空氣。加包蓋或采用密封式澆注包、采用氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)可有效地防止球化衰退。應(yīng)加快澆注，盡量減少倒包、運(yùn)輸及停留時間。采用釔基重稀土鎂球化劑，其衰退時間可延長1.52倍.65 石墨漂浮特征 冷卻過程中的過共晶鐵液首先析出石墨球，上浮聚集形成石墨漂浮，它分布于鑄件最后凝固部位的上部，如冒口、

26、冒口頸邊緣、厚壁處上部、芯子下面。宏觀斷口呈連續(xù)均勻分布、顏色均勻的一層黑色斑， 66形成原因 碳 當(dāng) 量：碳當(dāng)量越高，初生石墨愈多。因此，過共晶成分的球鐵產(chǎn)生石墨漂浮的可能性大一些。中小件CE4.34.7%，厚大件CE4.34.4%，快冷時CE可適當(dāng)高些。澆注溫度：隨著澆注溫度的提高，出現(xiàn)石墨漂浮的可能性增大。鐵水中的殘余RE量：當(dāng)RE殘0.06%時，極易產(chǎn)生石墨漂浮。67防止措施 嚴(yán)格控制碳當(dāng)量：厚壁鑄件由于冷卻速度慢，易于發(fā)生石墨漂浮，所以碳當(dāng)量應(yīng)控制在更低的范圍。降低原鐵水的含硅量：在碳當(dāng)量不變的條件下，適當(dāng)降低Si量，有助于防止石墨漂浮，可采用低硅原鐵水，改進(jìn)孕育處理方法，增強(qiáng)孕育效

27、果。工藝措施的控制：降低澆注溫度、采用強(qiáng)制冷卻措施控制鐵水中的RE殘余量：采用低稀土球化劑。68開花狀石墨 開花狀石墨是一種過球化的石墨形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下，石墨為花瓣狀。在電鏡下光觀察，開花狀石墨由放射狀軸心對稱的石墨錐體組成，錐體的包絡(luò)面為球形。 電鏡照片金相照片組織特征：69 由于石墨的0001方向生長的速度與 沿方向生長的速度的比值比球狀石墨大，球狀石墨的角錐體之間緊密接合，組成一個致密球體，而開花狀石墨的角錐體之間沿徑向距離越來越大。 生產(chǎn)中，當(dāng)RE殘0.08或C + Si6.8或孕育強(qiáng)度過大時容易產(chǎn)生開花狀石墨。 形成原因：101070防治措施： 合理控制碳及碳當(dāng)量； 控制球化劑中

28、的稀土含量，當(dāng)較難降低而又必須使用時，可以加入少量反球化元素，如0.001%Sb或0.007%Pb或0.02%Sn，用來中和鈰的有害作用； 使鐵液過冷、共晶溫度降低，共晶團(tuán)變小，細(xì)化石墨，也能防止石墨開花，并能減緩球化衰退。 71 碎塊狀石墨 光學(xué)顯微鏡下，碎塊狀石墨是彼此孤立的，并且伴隨著有圓整的球狀石墨。電子顯微鏡下，碎塊狀石墨實際上是連成一體的。組織特征：電鏡照片金相照片72形成原因： 共晶團(tuán)在形成及長大過程中應(yīng)力是不可避免的。石墨受到壓應(yīng)力，奧氏體受到拉應(yīng)力， 若石墨的膨脹力超過奧氏體的強(qiáng)度極限，奧氏體殼破裂，破裂處形成液體通道，碳原子迅速沿通道向石墨球擴(kuò)散并沿通道向外生長，從而使石墨

29、球發(fā)生畸變。由于在一個區(qū)域中這樣的石墨一奧氏體共晶團(tuán)很多，但多個共晶團(tuán)的奧氏體殼破裂時，各自裸露出的石墨就可能連結(jié)為一個整體，成為一個大的石墨群，這就是碎塊狀石墨。 當(dāng)石墨球所受應(yīng)力過大時，石墨球會破碎成許多小塊，這些小塊石墨表面積大，立即成為剩余液體中石墨的形核基底，形成沿晶界分布的碎塊狀石墨。73防治措施： 控制含硅量，一般Si2.0% 加入穩(wěn)定奧氏體殼的元素，如Sb、Bi、Sn等，如向鐵水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2050ppm的Sb，即使Si含量高達(dá)2.5%，也不會出現(xiàn)碎塊狀石墨。 控制殘余RE量，由于國內(nèi)生鐵由于雜質(zhì)含量較高，因此使用含稀土球化劑是必要的，但殘余RE不能過量。741.4.4 球

30、墨鑄鐵的熱處理(1) 鑄鐵熱處理的特點(diǎn) 鑄鐵是Fe-C-Si三元合金，其共析轉(zhuǎn)變有一較寬的溫度范圍； 鑄鐵組織的最大特點(diǎn)是有高碳相，它在熱處理過程中雖無相變，但卻會參與整體組織的變化過程； 鑄鐵中的雜質(zhì)含量較鋼的高，在一次結(jié)晶后共晶團(tuán)的晶內(nèi)和晶界處成分往往會有較大差異，通常晶內(nèi)硅量偏高，而晶界處則錳、磷、硫含量偏高，此外，由于凝固過程的差異，即使同樣在共晶團(tuán)晶界處，也會產(chǎn)生一些成分的差異。使熱處理后的組織在微觀上會產(chǎn)生一些差異。 75獲得塑性好的鐵素體基體，改善切削性能和消除鑄造應(yīng)力。(2) 退火 鑄態(tài)組織中滲碳體3%, 磷共晶1%，出現(xiàn)三元或復(fù)合磷共晶時亦應(yīng)進(jìn)行高溫石墨化退火。常采用兩段退火

31、，高溫階段消除滲碳體、三元或復(fù)合磷共晶，低溫階段由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，最終獲得以鐵素體為主要基體組織，76 也可在高溫保溫后隨爐緩冷完成第二階段退火。其工藝示于下圖。 鑄態(tài)組織滲碳體3%，無三元或復(fù)合磷共晶，鐵素體85% (QT450-10)或90%(QT400-18) 或低于圖紙規(guī)定值時可進(jìn)行低溫石墨化退火，以使珠光體分解，改善韌性。77增加基體中珠光體的數(shù)量，細(xì)化基體組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。 完全奧氏體化，采用高溫正火； 不完全奧氏體化，采用低溫正火。 注：正火后要進(jìn)行去應(yīng)力退火。（正火后有較大內(nèi)應(yīng)力）(3) 正火78(3) 調(diào)質(zhì)(淬火 + 高溫回火)獲得較高的綜合力學(xué)性能。 承受交變載荷工件(4) 等溫淬火很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。 這種工藝適合于綜合力學(xué)性能要求高且外形又較為復(fù)雜、熱處理易變形與開裂的零件，如：齒輪、凸輪軸。等溫淬火工藝79 蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。所不同的是，其石墨片的長厚比較小，端部較鈍。 (1) 蠕鐵的組織1.5 蠕墨鑄鐵 1.5.1 蠕墨鑄鐵的組織和性能 80材質(zhì)基體抗拉強(qiáng)度(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa)疲勞強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)硬度HB導(dǎo)熱系數(shù)(W/m-K)灰鐵P230-300114-21095-110105-115175-23045-52