高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的

質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制清華大學(xué)芮爭(zhēng)家1高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制§1概述1.球墨鑄鐵的特點(diǎn)

1947年，英國(guó)人H.Morrogh在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用Ce處理鐵液，得到球狀石墨，并于1948年在美國(guó)鑄造工程師協(xié)會(huì)上宣布，成為球鐵的發(fā)明者。上世紀(jì)50年代初期，我國(guó)王遵明教授在東北應(yīng)用球鐵獲得成功。球鐵歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，取得迅速的應(yīng)用和推廣。2高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）球鐵的根本性特點(diǎn)：（1）石墨形狀的改變（從片→球狀），使石墨對(duì)基體的割裂作用減到最小，從而根本上改變了鑄鐵的性能水平；（2）可以發(fā)揮基體的作用來(lái)達(dá)到性能要求：①通過(guò)熱處理調(diào)節(jié)；②鑄態(tài)下獲得。3高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球墨鑄鐵的作用和地位球鐵的發(fā)明是鑄造業(yè)的一次革命。（1）大大提高了石墨鑄鐵的性能——σb、σs、δ、ak等；（2）使機(jī)械、汽車(chē)、冶金、礦業(yè)、造船等行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化；（3）一般預(yù)測(cè)目前及今后幾十年在鑄造材質(zhì)上無(wú)大的變革。4高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2.球鐵的主要種類(lèi)和應(yīng)用1）珠光體球鐵典型牌號(hào)（QT700-2）性能特點(diǎn)強(qiáng)度為主應(yīng)用：曲軸、連桿等2）鐵素體球鐵典型牌號(hào)（QT450-10）性能特點(diǎn)韌性為主應(yīng)用：汽拖底盤(pán)零件、鑄管等3）混合基體球鐵典型牌號(hào)（QT500-7）性能特點(diǎn)強(qiáng)韌結(jié)合應(yīng)用：齒輪、葉輪、螺栓等4）其他類(lèi)型A體QT（閥門(mén)、電力金具）、A+B、B（齒輪、凸輪軸）、M、M+A、M+P+Cm（耐磨件、磨球）等5高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3.球鐵的牌號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)FIAT美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)QT400-18QT350-2245-33-1560-40-18QT400-15其余和中國(guó)國(guó)標(biāo)相同60-38-1065-45-12QT450-1065-48-0580-55-06QT500-790-52-05100-70-03QT600-3120-90-02QT700-2QT800-2*1PSi=0.70kg/mm2QT900-26高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制4.球鐵的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展方向1）目前球鐵發(fā)展的方向主要著重于推廣現(xiàn)有牌號(hào)和提高鑄件的全面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。如材質(zhì)、工藝、內(nèi)在質(zhì)量、表面質(zhì)量等。2）理解并掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量水平的關(guān)系。7高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3）球鐵的發(fā)展重點(diǎn)：（1）鑄態(tài)球鐵、薄壁鑄件；（2）高強(qiáng)度高韌性球鐵；（3）大斷面球鐵；（4）特種球鐵——A-BQT、A體QT、低溫F體QT；（5）球鐵質(zhì)量的檢測(cè)手段。8高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制§2球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝過(guò)程和質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)9高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.球鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程造型制芯合箱配料熔煉球化處理孕育處理澆注落砂清理檢驗(yàn)機(jī)加工成品熱處理爐前檢測(cè)三角試樣化學(xué)成分取樣Y型試塊砂處理化學(xué)分析附體試樣金相組織標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能******討論：重點(diǎn)工藝：球化處理、孕育處理、爐前檢測(cè)與金相理化檢測(cè)。10高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

以包內(nèi)沖入法為例。球化劑為目前國(guó)內(nèi)普遍采用的稀土鎂硅鐵合金。球化處理包（堤壩式）包內(nèi)的高度與內(nèi)徑之比值應(yīng)大于1.5（高于一般鐵水包）。球化處理鐵水溫度為1460～1500℃（出鐵溫度用熱電偶快速測(cè)溫儀測(cè)定）。

1）球化處理11高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制球化劑和覆蓋物的加入順序如圖所示

球化處理包和包內(nèi)的球化劑、覆蓋劑、覆蓋物如圖所示。在處理包內(nèi)背向鐵水的堤壩一側(cè)，先放球化劑，其上放75硅鐵，再放覆蓋劑，然后再依次加鐵屑和鐵板覆蓋。需要注意的是，球化劑和各種覆蓋物都要適度撞緊。

12高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制13高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

球化處理開(kāi)始，先從爐內(nèi)放出約2/3包的鐵水。鐵水透過(guò)覆蓋物與球化劑接觸發(fā)生球化反應(yīng)，開(kāi)始產(chǎn)生白色鎂光。這從現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片可以清楚地看到。

14高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制15高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

從這一張照片中可以看到球化反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的大量鎂光和煙霧。如何判斷球化反應(yīng)的好壞程度，一是憑有經(jīng)驗(yàn)的操作者的觀察；二是根據(jù)白色鎂光從產(chǎn)生到消失過(guò)程的時(shí)間來(lái)判斷（一般0.8～1.5噸處理包的球化反應(yīng)時(shí)間以50秒至1分30秒為佳）。

16高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

球化處理后，包內(nèi)鐵水降溫70~100℃。此時(shí)可從爐內(nèi)放出剩余的1/3高溫鐵水，以適當(dāng)提高鐵水的整體溫度。同時(shí)，與鐵水一起，加入一次孕育劑（一般為75Si-Fe）進(jìn)行孕育處理。

2）孕育處理17高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

處理好的鐵水還須經(jīng)過(guò)2～3次扒渣，再用覆蓋劑蓋住全部液面，然后就可澆注鑄件。為避免球化衰退，應(yīng)力求快速澆注，一般澆注時(shí)間應(yīng)小于10～15分鐘。與此同時(shí)，進(jìn)行爐前球化檢測(cè)、化學(xué)成分取樣等。檢測(cè)力學(xué)性能的楔型試塊須在澆完最后一箱鑄件后再澆注。

3）爐前檢測(cè)18高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（1）爐前三角試樣檢驗(yàn)；（2）爐前快速金相檢驗(yàn)。

常用的爐前球化檢測(cè)方法有兩種：19高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制若球化良好，則主要有以下特征：爐前三角試樣的檢測(cè)①斷口呈銀白色；②邊緣有縮凹，中心有縮松；③遇水有H2S氣味。20高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2.球鐵材質(zhì)的質(zhì)量評(píng)估與控制指標(biāo)1）石墨：G球化級(jí)別1~6級(jí)；

G大小級(jí)別3~8級(jí)。2）基體（1）P體和F體各占的比例；（2）Cm和磷共晶。限制<1~3%。21高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3）力學(xué)性能：σb、σs、δ、HB、ak等；如有需要，還可檢測(cè)σ-1、低溫ak等。4）其他性能：耐熱性、耐磨性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性等。22高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制球化分級(jí)圖（100×）圖11級(jí)

本圖為1級(jí)球化：石墨呈球狀，少量團(tuán)狀，允許極少量團(tuán)絮狀，球化率不低于95％。

共分為六級(jí)23高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制圖22級(jí)

本圖為2級(jí)球化：石墨大部分呈球狀，余為團(tuán)狀和極少量團(tuán)絮狀，球化率90％到小于95％。

24高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制圖33級(jí)

本圖為3級(jí)球化：石墨大部分呈團(tuán)狀和球狀，余為團(tuán)絮狀，允許極少量蠕蟲(chóng)狀，球化率80％到小于90％。一般情況下，無(wú)論生產(chǎn)廠家，還是用戶單位，都以1～3級(jí)作為球化合格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

25高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制圖44級(jí)

本圖為4級(jí)球化：石墨大部分呈團(tuán)絮狀和團(tuán)狀，余為球狀和少量蠕蟲(chóng)狀，球化率70％到小于80％。

26高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制圖55級(jí)

本圖為5級(jí)球化：石墨呈分散分布的蠕蟲(chóng)狀和球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀，球化率60到小于70％。

27高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制圖66級(jí)

本圖為6級(jí)球化：石墨呈聚集分布的蠕蟲(chóng)狀和片狀及球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀。一般認(rèn)為4～6級(jí)為球化不良，屬于不合格球化。

28高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制鐵素體～90％（100×）

再看球墨鑄鐵的基體組織。本圖為基體組織以鐵素體為主的球鐵。鐵素體約占90％左右。相對(duì)應(yīng)的球鐵鑄件牌號(hào)為QT400-15或QT450-10。

29高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制珠光體～80％（100×）

本圖為基體組織以珠光體為主的球鐵。珠光體約占80％左右，相對(duì)應(yīng)的球鐵鑄件牌號(hào)為QT700-2。

30高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制§3球墨鑄鐵材質(zhì)質(zhì)量的保證措施31高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.球鐵材質(zhì)質(zhì)量控制的前提1）掌握穩(wěn)定的球化處理工藝2）具備并使用球鐵檢測(cè)手段

鐵水溫度測(cè)溫儀；化學(xué)成分分析；金相顯微鏡；強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)機(jī)和沖擊韌性試驗(yàn)機(jī)等。32高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3）合理的球鐵造型工藝和造型方法4）良好的型砂及其質(zhì)量控制5）必要的熱處理設(shè)備33高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2.影響鑄鐵組織和性能的基本因素

1）化學(xué)成分

2）冷卻速度（壁厚）

3）爐料遺傳性

4）孕育

5）鐵水過(guò)熱和高溫靜置

6）氣體34高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制§4球墨鑄鐵的化學(xué)成分球鐵的基本成分：C、Si、Mn、P、S、Mg、RECSiMnPSMg′RE′3.4~3.92.0~3.00.1~0.7＜0.08＜0.020.03~0.050.02~0.0435高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.基本元素的作用1）C和Si：一般選擇在近共晶成分（由于球化元素Mg的作用，共晶點(diǎn)右移到4.6~4.7%）。優(yōu)點(diǎn)（1）流動(dòng)性好；（2）形成集中縮孔傾向大；（3）致密度高。C↑↑→石墨漂??；C↓↓→縮松↑裂紋傾向↑。因此，C：3.2~3.9%。36高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

而Si能↑石墨化，↑F量，↓Cm量；但Si↑↑，則ak↓，T塑-脆↑。故一般控制Si＜3.0%。37高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制硅量對(duì)球鐵脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響Si%T塑-脆℃Si%T塑-脆℃1.281.982.583.05-50-45-25-103.503.994.254.425055606538高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.基本元素的作用2）Mn:

中和S的有害作用，穩(wěn)定細(xì)化珠光體；但晶界嚴(yán)重偏析。因此，P體球鐵，限制Mn0.3~0.7%（高牌號(hào)QT取下限）；

F體球鐵，限制Mn0.1~0.3%39高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.基本元素的作用3）P：

大于0.05%即偏析，形成磷共晶，↓↓ak、δ，故控制P<0.08%（高牌號(hào)P<0.03~0.05%）。40高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1.基本元素的作用4）S：形成硫化物夾雜，消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，乃至不球化，↓↓ak、δ。一般控制S：沖天爐0.05~0.08%；電爐<0.05%;沖-電雙聯(lián)（帶脫S工藝）<0.02~0.03%。41高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2.球化元素的作用（1）*Mg、Ca、Sr、Ba、Na、K；（2）RE：輕（7個(gè)）：La、Ce、Pr(鐠)、Nd(釹)、

Pm(钷)、Sm(釤)、Eu(銪)；重(10個(gè)）：Y(釔)、Sc(鈧)、Gd(釓)、

Tb(鋱)、Dy(鏑)、Ho(鈥)、

Er(鉺)、Tm(銩)、Yb(鐿)、

Lu(镥)。在目前生產(chǎn)條件下，最佳的球化元素為Mg，而RE（主要是輕RE中的Ce、La）僅作為輔助球化元素。42高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）球化元素的物理性質(zhì)Mg：M=24.32，D=1.737g/cm3，T熔=651℃，

T氣=1107~1120℃。RE：元素周期表中第Ⅲ族第六周期La系元素（原子序數(shù)57-71）15個(gè)，另有第Ⅲ族中的Y、Sc2個(gè)，共17個(gè)。

RE元素熔點(diǎn)為800~1730℃，比重（D）為

4.5~9.7不等。43高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球化元素（Mg）在鐵水中的作用（1）與S作用：MnS+FeS+2Mg→Fe+Mn+2MgS

（S由0.05~0.08↘~0.02）

（2）與O作用（燒損）：生成MgO占15~30%。（3）脫氧去氣：Mg去氣<0.01%44高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球化元素（Mg）在鐵水中的作用（4）球化衰退（回S）：

0.001~0.004%/分鐘（5）球化作用（殘留Mg′）：0.03~0.06%MgS+O→MgO+S↓S+Mg→MgS因此，球化劑吸收率：45高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3）討論

球鐵中合適的球化元素含量，一般為：Mg′0.03~0.05%。RE′0.02~0.04%。若Mg′↑↑——易出白口，夾渣、皮下氣孔、縮松；

RE′↑↑——易出白口，偏析。46高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3.合金元素的作用

球鐵中常用的合金元素在理論上有Cu、Mo、Mn、Ni、Sn、Sb、V、Cr、W等。由于這些合金元素能增加鑄件的淬透性，或穩(wěn)定、增加和細(xì)化珠光體，或在等溫淬火時(shí)易得B體，或用于生產(chǎn)A體球鐵（如Ni），故在P體QT、A-B體QT、A體QT、M體QT中得到廣泛應(yīng)用。但合金化不能用于F體QT。47高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制例如：QT900-5應(yīng)用：Ni0.25~0.35%Cu0.5~0.6%；鑄態(tài)QT700-2Cu0.30~0.50%Sn0.03%48高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制4.微量元素的作用

主要是指一些干擾球化或其他有害作用的微量元素，如Ti、Sn、Al、Cr、Sb、Bi、Pb等。49高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制說(shuō)明：（1）干擾元素在大于某一定量時(shí)才發(fā)生有害作用；（其界限量見(jiàn)下表）反球化干擾元素界限量元素AlTiPbAsSbBiZrSnTeSe界限量%0.050.070.0020.050.010.0020.030.050.0030.0350高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制說(shuō)明：（2）在一定的臨界值之下，有些微量元素還有合金化作用或孕育作用；（3）用RE（0.01~0.02%）可以中和一定量的干擾元素。51高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制§5球鐵的生產(chǎn)工藝及其控制1.采用高質(zhì)量的原材料提示：本項(xiàng)措施與G球級(jí)、F與P的比例、

Cm（或P共晶）的多少、性能好壞有直接的重大的關(guān)聯(lián)。

52高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

主要是指選擇優(yōu)質(zhì)生鐵：低Mn、低P、低S、低微量元素，且各成分含量合格穩(wěn)定。廢鋼也應(yīng)注意微量元素和合金元素。53高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制優(yōu)點(diǎn)：（1）易于獲得合格成分的鐵水，如低Mn、

S、P；（2）減少雜質(zhì)元素的晶間偏析，Mn、O、

N、H；（3）減少干擾球化和生成碳化物的微量元素，∑T<0.10%;（4）提高性能，特別是塑韌性（δ、ak）。54高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制*冶金部YB（T）14-86鑄造用生鐵標(biāo)準(zhǔn)（又稱(chēng)推薦標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)11種微量元素總量的規(guī)定：1級(jí)鐵∑T<0.1022%2級(jí)鐵∑T<0.1229%55高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制后來(lái)，冶金部的生鐵標(biāo)準(zhǔn)（YB/T14-1991）中關(guān)于微量元素的含量，更有明確規(guī)定，見(jiàn)下表。鑄造生鐵中限制的微量元素成分（≤，%）元素名稱(chēng)AsPbSnSbZnCrNiCuVTiMo∑T一級(jí)鐵0.00080.00050.00050.00040.00080.020.00640.0050.00950.070.0010.1022二級(jí)鐵0.00180.00070.00050.00060.0020.020.00640.0060.01150.0870.00120.122956高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制本溪生鐵∑T=Ti+V+Cr+Ni+Cu+Mo+Sn+Sb+As+Pb+Zn=0.0260+0.0056+0.0090+0.0043+0.0046+0.00033+0.00045+0.0001+0.0012+0.0003+0.0004=0.05288（%）57高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制又有：球化干擾元素綜合作用系數(shù)K1：K1=4.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al本溪生鐵K1=0.20534相關(guān)觀點(diǎn)：∑T<0.1645（%）K1=0.20~0.66（%）對(duì)石墨球化影響不大58高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2.選擇合適的化學(xué)成分提示：本項(xiàng)措施與控制指標(biāo)G球級(jí)、F與

P的比例、性能高低有直接關(guān)聯(lián)。59高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制種類(lèi)CSiMnPSMg′RE′P體QT原鐵水3.6~3.91.0~1.40.3~0.7<0.07<0.08／／球化后″1.8~2.5″″<0.020.03~0.050.02~0.04F體QT原鐵水3.2~3.71.2~1.60.1~0.3″<0.08／／球化后″2.5~3.0″″<0.020.03~0.050.02~0.0460高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制注：（1）球鐵原鐵水特點(diǎn)：高C低Si低P、S；（2）各成分的作用在§4中論述過(guò)；（3）取二個(gè)成分化驗(yàn)樣的功能——必要性。61高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制例：（1）Mn、P含量變化對(duì)鑄態(tài)QT800-2性能影響編號(hào)類(lèi)別MnPσbδak001P02Mn03正常成分高P高M(jìn)n0.300.320.600.0370.0760.0438427608365.803.303.3733.020.027.0（2）球鐵成分、性能與壁厚的關(guān)系——石家莊水泵廠QT500-7水泵葉輪的研制。62高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制FIAT球鐵成分CSiMnPSMg′N(xiāo)iCu標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)3.703.562.652.240.400.32≤0.050.024≤0.0150.0060.01~0.050.034≤1.5//0.70說(shuō)明（1）成分穩(wěn)定性：國(guó)外△C±0.05%，△Si±0.1%；（2）Mn、P顯著惡化性能（見(jiàn)電鏡照片）；（3）注意鐵水熔煉質(zhì)量：沖天爐爐渣中，F(xiàn)eO<1.0~3.0%.（3）63高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3.高溫低硫的原鐵水提示：本項(xiàng)措施和G球級(jí)、性能高低以及鐵水質(zhì)量有直接關(guān)聯(lián)。64高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制*鐵水質(zhì)量原材料熔煉方法和工藝——鐵水溫度鐵水處理技術(shù)脫S、P過(guò)濾65高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）鐵水出爐溫度：一般要求1500℃左右。2）熔煉方法熔煉方法T出鐵℃S原%沖天爐>14500.05~0.08電爐~15000.04~0.05沖天爐電爐雙聯(lián)~1500<0.03（脫S）66高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制3）脫硫方法：（1）包內(nèi)脫硫：①蘇打（Na2CO3）:（Na2CO3）+[FeS]=（Na2S）+（FeO）+CO2↑加入量：0.3~0.7%；條件：T出>1400℃，S原>0.05~0.10%；脫S率：~30%。②燒堿（NaOH）：2（NaOH）+[FeS]=（Na2S）+（FeO）+H2O*脫S效果較上者好，且無(wú)環(huán)境污染。67高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（2）多孔塞氣動(dòng)法或搖包法：①電石（CaC2）:（CaC2）+[FeS]=（CaS）+2[C]+[Fe]+Q②石灰（CaO）：（CaO）+[FeS]=（CaS）+（FeO）-Q*加5%增效劑（螢石）。3）脫硫方法：68高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制利用偏心裝置使處理包產(chǎn)生偏心迴轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致包內(nèi)鐵水搖晃，和脫硫劑有良好的接觸，達(dá)到較好的脫硫效果，可使鐵水中的含硫量從0.10％下降至0.02％以下

69高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

氮?dú)馔ㄟ^(guò)鐵水包底部的多孔塞吹入鐵水內(nèi)，和脫硫劑產(chǎn)生強(qiáng)烈攪拌，達(dá)到強(qiáng)化脫硫的目的。由于此法裝置簡(jiǎn)單，使用方便，所以是目前國(guó)內(nèi)外較受歡迎的脫硫方法。

70高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制多孔塞氣動(dòng)脫硫法原料：CaC2或CaO、N2；裝置：處理包，塞固定裝置，N2瓶，連接系統(tǒng)；影響因素：加入量，吹氣時(shí)間和壓力，S原，鐵水溫度；效果：可將S原降至<0.01%。71高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制4.適宜的球化劑和球化處理提示：本項(xiàng)措施與G球級(jí)、性能好壞有直接的、重大的關(guān)系。72高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）球化劑（1）種類(lèi)：①純Mg；②Mg-RE-Si-Fe；③Mg-Si-Fe；④Cu-Mg、Ni-Mg；⑤無(wú)Si球化劑；⑥復(fù)合球化劑；⑦Y基重稀土球化劑。等等73高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制①成分穩(wěn)定（特別是Mg、RE）、致密、密度均勻；②可用純Mg球化劑，也可用不同配比的RE-Mg-Si-Fe

合金。見(jiàn)下表。（2）要求：熔化設(shè)備Mg-RE配比（%）

加入量（%）沖天爐電爐沖——電雙聯(lián)中Mg(7-9)中RE(6-8)中Mg(6-7)低RE(4-5)中Mg(5-7)低RE(2-3)1.6~1.81.3~1.61.2~1.4（脫S）74高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（2）要求：③Mg′：RE′=（1.5~2.5）：1Mg′0.03~0.06%,RE′0.02~0.04%；稀土鎂球化劑中有效Mg量要高，即MgO<1.0%；⑤為減緩球化衰退，可加入Ba、Ca等球化強(qiáng)化元素。75高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制討論：①過(guò)去認(rèn)為只要G成球、團(tuán)、塊狀即可，性能差別不大，現(xiàn)在應(yīng)重新認(rèn)識(shí)；②球化劑的加入量，成分（Mg、RE）與鐵水硫量有關(guān)。76高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球化處理方法（1）沖入法—RE-Mg-Si-Fe、Ni-Mg、Cu-Mg——目前國(guó)內(nèi)最常用方法77高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

這是目前國(guó)內(nèi)最普遍最常用最方便的方法。一般常用RE-Mg-Si-Fe合金作為球化劑。使用的球化處理包有堤壩式、凹坑式等多種形式。78高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（2）壓力加鎂法—使用純Mg作為球化劑

鎂蒸汽壓與汽化溫度的關(guān)系表溫度℃110711501200125013001350140014501500壓力（大氣壓）11.4452.1733.0834.3455.9848.09110.7214.0379高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

鎂的汽化溫度與環(huán)境壓力存在表中所示的關(guān)系。常壓（1個(gè)大氣壓）下汽化溫度為1107℃。若要在1400～1450℃球化處理時(shí)加鎂不產(chǎn)生沸騰汽化，則必須使環(huán)境壓力達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。根據(jù)這個(gè)原理，發(fā)明了自建壓力加鎂法。

80高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制*純Mg與RE-Mg加入量，經(jīng)濟(jì)性比較

MgRE-Mg

加入量：0.1～0.2％1.2～1.8％價(jià)格：1.6萬(wàn)元/T1.0萬(wàn)元/T*工藝性比較：RE-Mg方便81高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球化處理方法（3）GF轉(zhuǎn)包法（純Mg）例：QT50-5↗QT60-10（4）型內(nèi)球化法①影響因素：

a.鐵水成分（s）；

b.鐵水溫度；

c.球化劑質(zhì)量。②例子：東北某學(xué)院——

二汽課題。82高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）球化處理方法（5）包芯線喂絲法①包芯線中含Mg~25%；②球化劑線加入量0.8~1.0%。

83高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制84高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制

通過(guò)喂絲機(jī)的機(jī)械裝置將含有球化劑的包芯線以一定的速度插入鐵水包中進(jìn)行球化反應(yīng)。球化劑的加入量由包芯線的插入速度來(lái)控制和調(diào)節(jié)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是鎂的吸收率高，球化效果好。目前在國(guó)內(nèi)外已得到較多的推廣和應(yīng)用。85高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制5.合理的合金化提示：本措施的作用主要是增加P體量，并提高力學(xué)性能（特別是σb）和其他性能。86高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制目的:用于P、P-F、A、A-B、B型球鐵。*不能用于F型QT。1）常用的合金元素Cu、Ni、Sn、Sb、Mn、Mo、Cr、V等。作用：提高淬透性，促進(jìn)穩(wěn)定P體，得到A、

B,提高斷面均勻性。87高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制一些元素的特性比較元素特征CuMoVCrNiSn白口傾向-0.40.3210.3/細(xì)化共晶團(tuán)++++++促進(jìn)珠光體能力10.5120.212淬透性8193310/88高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制P體QT:Cu、Sn

、Ni、Mo、Cr、V、Sb

A-BQT:Ni、Mo

、Cu

、Mn.*一般加入量：Cu0.5～1.0％，Ni

0.25～1.50％，Sn<0.1%。Mo0.2～0.4%(一般)，

0.6～0.8％（厚壁，等溫淬火→B）。

慎用！白口傾向大Cr0.2～0.3%Sb0.005～0.010％89高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）選擇合金元素的要求①工藝簡(jiǎn)便，效果穩(wěn)定；②強(qiáng)度—韌性結(jié)合；③合理性和經(jīng)濟(jì)性。3）合金化優(yōu)化設(shè)計(jì)——不同加入量效果比較4）合金化機(jī)理探討如：俄歇譜儀測(cè)定：Ni——均勻分布；

Cu、Sn——G球-基體界面富集層。90高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制不同合金加入量的球鐵力學(xué)性能比較（QT800-2鑄態(tài)）合金加入量％力學(xué)性能SnCuσb(MPa)σs(MPa)δ(%)ak

(J/cm2)HB0.020.407603907.7572470.607764107.2522520.030.407723967.3502490.607694066.6562510.040.407523918.0612490.607583977.8402470.808785015.6412891.008665005.34028791高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制*采用合金化工藝必須結(jié)合控制（或提前）打箱時(shí)間！否則會(huì)影響珠光體量的比例。92高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制6.高效強(qiáng)化的孕育工藝提示：本項(xiàng)措施與改善G球級(jí)、均勻細(xì)化

G大小、消除Cm、增加F體量、提高性能（特別是δ）有直接關(guān)聯(lián)。93高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制孕育劑成分優(yōu)化孕育方法改進(jìn)提高孕育效果的途徑94高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）孕育劑⑴孕育元素分類(lèi)①基本孕育元素：Si、C;②強(qiáng)化孕育元素：Sr、Ce、Ba、Al、Ti、Zr、Bi、Ca;③抗孕育衰退元素：Ba、Sr、Ce、Zr。95高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制*這些元素組成許多強(qiáng)化或復(fù)合孕育劑。一般的配比見(jiàn)下表。CSiBaCeSr條件：晶型石墨加入量：鐵水0.1~0.2％T出鐵>1450℃孕育劑中3~6％孕育劑中~10％(1*稀土)孕育劑中1~10％CaAlBiZrTi4~5%孕育劑易出氣孔？現(xiàn)控制孕育劑中Al<0.8％鐵水量~0.01％(最佳75~100ppm)1ppm=10-6孕育劑中2~7％孕育劑中~10％96高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（2）孕育劑

基本孕育劑仍是75Si-Fe。原因：

①能滿足使用要求；②經(jīng)濟(jì)性好。

另有Si-Ca-Ba-Ce和Si-Sr-Zr等多元強(qiáng)化復(fù)合孕育劑。97高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制2）孕育方法一次孕育（％）二次孕育（倒包）（％）瞬時(shí)孕育（％）

0.2~0.4隨流0.1~0.2;澆口杯(拔塞):0.15~0.25；

孕育絲0.10~0.15;浮硅0.3(P)~0.6(F)；

型內(nèi)孕育塊0.05~0.10壓塊，鑄塊。P:0.5~1.0F:0.8~1.6QT98高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制漏斗中細(xì)小顆粒的孕育劑隨澆包中的鐵水一起通過(guò)澆口杯流入鑄型，進(jìn)行瞬時(shí)孕育，達(dá)到強(qiáng)化孕育效果，細(xì)化石墨，增加鐵素體，消除滲碳體的作用。

99高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制將孕育劑放入帶拔塞的定量澆口杯內(nèi)。當(dāng)鐵水在澆口杯中有一定量并將孕育劑熔化時(shí)即把拔塞拔起，充入鑄型內(nèi)。

100高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制把孕育絲加入包內(nèi)或加入澆注流內(nèi)，一起充入型內(nèi)。

101高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制將孕育劑制成塊狀，安置在直澆道底部的反應(yīng)室內(nèi)。隨鐵水的澆入，孕育塊逐層溶化，起到瞬時(shí)孕育的效果。

102高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制幾種孕育方法比較孕育方法G球級(jí)G球數(shù)（個(gè)/mm2）F(%)Cm(%)大包孕育211355~606.5大包＋隨流＋孕育塊1－222175~95無(wú)大包＋Si-Fe倒包＋孕育塊1－221075~95無(wú)大包＋含Bi的Si-Fe倒包＋孕育塊1－224785~95無(wú)103高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制7.有效實(shí)用的熱處理提示：本項(xiàng)措施可消除鑄態(tài)Cm、調(diào)節(jié)

P、F比例、提高QT的性能。104高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制1）目的⑴消除游離滲碳體（Cm）;⑵調(diào)節(jié)基體組織，獲得需要的性能；⑶發(fā)揮合金元素的作用，提高淬透性。105高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制討論：（1）高牌號(hào)QT一般都要經(jīng)過(guò)熱處理。如

QT900-2、QT800-2、QT400-18；低牌號(hào)可在一定的鑄態(tài)下獲得。106高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（2）同一成分，經(jīng)不同熱處理后可得到不同基體、不同性能和不同牌號(hào)試樣特點(diǎn)熱處理工藝σbδHB原為QT900-5Cu0.50Ni0.25930°1h+爐冷至550℃空冷930°1h+720°4h+爐冷至550℃空冷5204201525147125討論：107高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵的u000b質(zhì)量評(píng)估和生產(chǎn)工藝控制（3）同一成分，采用不同的正火溫度對(duì)性能的影響（低碳A體化正火）編號(hào)正火溫度℃合金化σbδ1-1860Cu9295.41-2900Cu9794.82-1860