第三章 球墨鑄鐵.ppt

1、第一節(jié)概述 第二節(jié) 球墨鑄鐵的金相組織、性能特點(diǎn)、牌號(hào)及技術(shù)要求 第三節(jié) 球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn) 第四節(jié) 球墨鑄鐵的化學(xué)成分及熔制工藝 第五節(jié) 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)、鑄造性能及鑄造工藝特點(diǎn) 第六節(jié) QT常見的鑄造缺陷及防止措施 第七節(jié) QT的熱處理 習(xí)題與思考題,第三章 球墨鑄鐵目 錄,第一節(jié)概述 一、QT的概念、特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用 1、QT的概念及特點(diǎn) 2、QT的發(fā)展及應(yīng)用 二、QT的分類 三、本章的重點(diǎn)知識(shí),第一節(jié)概述,一、QT的概念、特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用 1、QT的概念及特點(diǎn) 球墨鑄鐵是指鐵液經(jīng)過球化處理而使石墨大部或全部呈球狀，有時(shí)少量為團(tuán)絮狀的鑄鐵。和灰鑄鐵相比，由于石墨呈球狀，對(duì)金屬基體的割裂

2、作用大為減小，使金屬基體的利用率提高，可達(dá)70%90% (而普通灰鑄鐵僅為30%50%）、基體的塑性和韌性也能得以發(fā)揮。 球墨鑄鐵同鑄鋼相比，它的強(qiáng)度指標(biāo)接近甚至超過碳鋼和一些合金鋼，具有鑄造性能好，耐磨性和耐腐蝕性能好，生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡單、成本低、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。,2、QT的發(fā)展及應(yīng)用 1947年，英國人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年在美國鑄造工程師協(xié)會(huì)上宣布，成為球鐵的發(fā)明者。 自1948年美國人A.P.Gangnebin以鎂作為球化劑加到鐵水中，隨后用硅鐵孕育得到了球墨鑄鐵以來，球墨鑄鐵這一新型工程材料從此得以迅速發(fā)展，各國競相采用。 1950

3、年，我國王遵明教授在東北應(yīng)用球鐵獲得成功，到1951年就將球墨鑄鐵應(yīng)用到了生產(chǎn)上。 在一些主要工業(yè)國家，其產(chǎn)量超過了具有百年歷史的鑄鋼和可鍛鑄鐵，成了僅次于普通灰鑄鐵的鑄造工程材料。球墨鑄鐵可用來制造各種受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如曲軸、鑄管、齒輪、機(jī)床等。據(jù)資料介紹，每年這種材料在工程上的應(yīng)用以15%的速度遞增。,二、QT的分類 球墨鑄鐵按其基體和性能特點(diǎn)可以分為：F體（高韌性）球墨鑄鐵、P體（高強(qiáng)度）球墨鑄鐵、F體+ P體混合基體球墨鑄鐵、B體（耐磨）球墨鑄鐵、A體B體（耐磨）球墨鑄鐵、M體（抗磨）球墨鑄鐵及A體（耐熱、耐蝕）球墨鑄鐵等；按其所含的合金元素可分為：普通球

4、墨鑄鐵、合金球墨鑄鐵（如VTi球墨鑄鐵等）；按球化劑的類型可分為：鎂球墨鑄鐵、稀土鎂球墨鑄鐵等；按其熱處理狀態(tài)可分為:鑄態(tài)球墨鑄鐵、各種熱處理狀態(tài)下的球墨鑄鐵；按使用條件分為：結(jié)構(gòu)用球墨鑄鐵、耐熱球墨鑄鐵、抗磨球墨鑄鐵等。 三、本章的重點(diǎn)知識(shí) 本章主要介紹鐵素體、珠光體及貝氏體球墨鑄鐵的金相組織、性能特點(diǎn)及技術(shù)要求，化學(xué)成分確定及熔制工藝，球墨鑄鐵的熱處理、鑄造性能及鑄造工藝特點(diǎn)，常見缺陷及其防止措施等。,第二節(jié) 球墨鑄鐵的金相組織、性能特點(diǎn)、牌號(hào)及技術(shù)要求 一、球墨鑄鐵的金相組織特點(diǎn) 1、石墨 2、金相基體 二、QT的性能特點(diǎn) 1、力學(xué)性能 2、使用性能 3、工藝性能 三、球墨鑄鐵的牌號(hào)及技

5、術(shù)要求 1、球墨鑄鐵的牌號(hào) 2、力學(xué)性能的檢驗(yàn),第二節(jié) 球墨鑄鐵的金相組織、性能特點(diǎn)、牌號(hào)及技術(shù)要求,一、球墨鑄鐵的金相組織特點(diǎn) 球墨鑄鐵的金相組織：G+F體、G+P體、G+ F體+ P體等，而且直接決定著球墨鑄鐵的力學(xué)性能。 1、石墨 （1）石墨的形態(tài) 石墨形態(tài)對(duì)球墨鑄鐵的力學(xué)性能影響很大，在球墨鑄鐵中經(jīng)常出現(xiàn)以幾種石墨形態(tài)： 1）球狀石墨。其外形近似圓球狀，在放大100倍的金相顯微鏡下觀察,其周界呈比較圓滑的圓形或橢圓形，如圖3-1 a所示。 2）團(tuán)狀石墨。外形似團(tuán)狀，周界有明顯的凹凸不平，如圖3-1b所示。,3）團(tuán)蟲狀石墨。外形比團(tuán)狀不規(guī)則，邊緣明顯向外伸長，呈團(tuán)蟲狀，如圖3-1c指示。

6、 圖中所示，球狀G最好，對(duì)基體的割離輕微，故QT的性能最好。GB9441-88QT金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中按G的形態(tài)是球化等級(jí)分為六級(jí)，作為QT分級(jí)的依據(jù)，見表3-1和圖3-2所示。,（2）G的大小 球狀G的大小，在金相顯微組織放大100倍后，用測微目鏡直接測量。GB9441-88QT金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)G大小分為六級(jí)、見表3-2所示。也可對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)圖冊(cè)進(jìn)行評(píng)定。,G的大小可用單位面積（mm2）上G的數(shù)量來表示。一般來說，球徑越大，其性能越差。故單位面積上的G數(shù)量越多，G越細(xì)化，性能越好，如圖3-3所示。,2、金相基體 金相基體有F、P、A、B、M等，應(yīng)用比較廣泛是F、P。 （1）F 體 其影響性能見圖3-4所示

7、。按GB9441-88評(píng)定其數(shù)量、其百分比按大多數(shù)視場對(duì)照?qǐng)D片來評(píng)定。F體多以分散分布?jí)K狀及網(wǎng)狀形式存在。,（2）P體 1）P體數(shù)量?；w組織中珠光體數(shù)量增多，鐵素體量減少，可以使球墨鑄鐵的強(qiáng)度提髙而伸長率下降，如圖3-4所示。GB9441-88將珠光體數(shù)量分為12級(jí)，評(píng)定時(shí)可對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)圖冊(cè)進(jìn)行。,2）珠光體的形態(tài)。在QT中，球光體的形態(tài)一般分為四種：粗片狀珠光體、中片狀珠光體、細(xì)片狀珠光體和粒狀珠光體，如圖3-5所示。同樣都是珠光體，隨著珠光體片間在各種石墨形態(tài)中，以圓球狀石墨較好，它對(duì)金屬基體的割裂作用最??；而團(tuán)狀和團(tuán)蟲狀石墨就比球狀石墨差，當(dāng)團(tuán)蟲狀石墨大量出現(xiàn)會(huì)使鑄鐵的力學(xué)性能急劇降低。G

8、B9441-88QT金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中按照石墨的形態(tài)將球化等級(jí)分為六級(jí)，作為球墨鑄鐵石墨分級(jí)的依據(jù)，見表3-1和圖3-2。,（3）B體 貝氏體基體是鑄態(tài)球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后形成的一種組織。具有強(qiáng)度和硬度高、塑性及韌性好的綜合力學(xué)性能。若在450 350 C等溫淬火，則形成羽毛狀的上貝氏體組織； 若在350 230C等溫淬火， 則形成交叉分布的細(xì)針狀的下貝氏體組織。 （4）M體及其回火組織 馬氏體強(qiáng)度硬度髙、耐磨性能好，但塑性、韌性差。為了保持高的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)又不至于太脆，可將馬氏體經(jīng)低溫、中溫和高溫回火，分別得到回火馬氏體、回火托氏體和回火索氏體。,（5）磷共晶 磷共晶在球墨鑄鐵中的危害遠(yuǎn)比灰

9、鑄鐵中大，它使鑄鐵的硬度提高，而塑性和韌性大幅度降低。因此在球墨鑄鐵中應(yīng)降低磷共晶體的數(shù)量。GB9441-88中將磷共晶體的數(shù)量分為五級(jí)，檢驗(yàn)時(shí)可與標(biāo)準(zhǔn)圖冊(cè)對(duì)照評(píng)定。 （6）滲碳體 滲碳體在球墨鑄鐵中常呈針狀、條狀或以萊氏體存在，易使球墨鑄鐵變脆，因此生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免其出現(xiàn)。,二、QT的性能特點(diǎn) 1、力學(xué)性能 為了進(jìn)一步了解QT性能特點(diǎn)，現(xiàn)將QT和其它鋼鐵材料的性能列于表3-3 中?？梢钥闯觯琎T的力學(xué)性能遠(yuǎn)超過灰鑄鐵和孕育鑄鐵，也比同基體的可鍛鑄鐵好。,（1）靜載荷性能（包括強(qiáng)度、硬度、塑性和彈性模量） QT的強(qiáng)度和性能隨著基體組織的不同而不同，B下及M回強(qiáng)度最高、其次是B上、S體、P體、F

10、體。 QT靜載荷性能的一其個(gè)突出的特點(diǎn)是屈服點(diǎn)。0.2高，超過正火45鋼，比強(qiáng)度0.2/b也高于鋼(據(jù)測試:QT0.2/b=0.70.8，鋼的 0.2/b= 0.3-0.57)。QT可以代替鋼制造靜態(tài)承力大、材料強(qiáng)度要求較高的件。 QT硬度比同基體的鋼和灰鑄鐵要高，所以耐磨性能好。球墨鑄鐵的彈性模量在159000172000MPa，而且隨球化率的降低而降低。,（2）動(dòng)載荷的性能（包括沖擊韌度、彎曲疲勞強(qiáng)度和多次沖擊韌度) 沖擊韌度僅對(duì)高韌性QT而言，而珠光體QT的一次性沖擊韌度比45鋼低。因此，一些要求承受巨大沖擊載荷的零件，珠光體QT的應(yīng)用就受到了限制。但在實(shí)標(biāo)應(yīng)用中的許多零件如曲軸、連桿等

11、工作時(shí)承受的是小能量多次沖擊載荷，見圖3-6所示。 從圖中可見，當(dāng)沖擊吸收功小于2.4J時(shí)珠光體QT的小能量多次沖擊韌度優(yōu)于正火45鋼。而且實(shí)驗(yàn)還證明，珠光體QT的小能量多次沖擊韌度也優(yōu)于鐵素體球墨鑄鐵，但常規(guī)的大能量一次沖擊韌度則相反。 （3）高溫和低溫力學(xué)性能 和其它鋼鐵材料一樣，QT的常溫力學(xué)性能隨著溫度的升高而下降，伸長率則相反。隨著基體組織的不同，他們的強(qiáng)度及塑性韌性各有不同。,圖3-6是珠光體QT和正火45鋼的沖擊吸收功A和沖擊次數(shù)N曲線,從表3-4可以看出，QT對(duì)缺口的敏感性比鋼小，在用光滑試樣試驗(yàn)時(shí)，QT的彎曲-1比鋼低，但用帶孔帶肩的試樣時(shí)比鋼高。故珠光體QT適用于制造各種動(dòng)

12、力機(jī)的曲軸、凸輪軸等軸類零件。,2、使用性能 包括耐磨性能、耐蝕性能、耐熱性能、減振性能。 3、工藝性能 （1）切削性能 由于QT含有較多的石墨，可以在切削時(shí)起潤滑作用，使切削的阻力減小，切削速度較高。產(chǎn)生塑性變形使刀具溫度升髙，珠光體增多使切削性能下降,貝氏體球墨鑄鐵的切削性能較差。 （2）焊補(bǔ)性能 當(dāng)QT需要焊補(bǔ)時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)，若鎂和稀土含量較高時(shí)易產(chǎn)生白口或馬氏體，形成內(nèi)應(yīng)力和裂紋；若鎂和稀土不足時(shí)焊縫呈現(xiàn)灰鑄鐵組織，使力學(xué)性能降低。因此，球墨鑄鐵焊補(bǔ)時(shí)所用電焊條及氣焊絲可按國家標(biāo)準(zhǔn)BG10044-88規(guī)定進(jìn)行。,三、球墨鑄鐵的牌號(hào)及技術(shù)要求 1、球墨鑄鐵的牌號(hào) QT牌號(hào)應(yīng)符合GB5

13、612-85鑄鐵牌號(hào)表示方法的規(guī)定，并分為單鑄和附鑄試塊兩類；單鑄試塊的力學(xué)性能分為八個(gè)牌號(hào)，分別見表3-5和表3-6；附鑄試塊的力學(xué)性能分為五個(gè)牌號(hào)，分別見表3-7和表3-8。,2、力學(xué)性能的檢驗(yàn) 本技術(shù)要求適用于砂型或?qū)嵝耘c砂型相當(dāng)?shù)蔫T型中鑄造的普通和低合金球墨鑄鐵件，不適用于球鐵管件和連續(xù)鑄造的QT件。 QT的力學(xué)性能以抗拉強(qiáng)度及伸長率為驗(yàn)收依據(jù)，對(duì)于屈服點(diǎn)及硬度有要求時(shí)，共需雙方協(xié)商決定，可作為驗(yàn)收依據(jù)。QT檢驗(yàn)用試塊形狀見圖3-7所示，尺寸分別見表3-9和表3-10。,澆注單鑄試塊時(shí)應(yīng)與所測鑄件同包鐵液在干型或濕型內(nèi)澆注。若需熱處理時(shí)，試塊應(yīng)與鑄鐵同爐熱處理。當(dāng)鑄件質(zhì)量大于2000

14、kg，且壁厚在30200mm時(shí)，一般采用附鑄試塊，熱處理后從鑄件上切取，其形狀及尺寸如圖3-8和表3-11所示。,對(duì)于上述試樣毛坯標(biāo)準(zhǔn)加工成抗拉和沖擊試樣進(jìn)行試驗(yàn)，分別見圖3-9和圖3-10所示。 設(shè)計(jì)者可以根據(jù)GB1348-88QT鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能去選擇牌號(hào)；同時(shí)要考慮其使用性能和物理性能，對(duì)于要求耐磨性的鑄件可選用QT900-2、QT800-2、QT700-2等牌號(hào)；若要求有一定的耐蝕性和抗氧化性、抗生長性的鑄件可即用單一基體的QT400-18、QT400-15、QT450-10等。,第三節(jié) 球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn) 一、球墨鑄鐵的一次結(jié)晶特點(diǎn) 二、QT的二次結(jié)晶特點(diǎn) 三、G球形成的條件及

15、立體外貌 1、 G球形成的條件 2、球狀石墨的立體外貌,第三節(jié) 球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn),一、球墨鑄鐵的一次結(jié)晶特點(diǎn) 由于QT化學(xué)成分多為共晶或稍微過共晶，所以QT的一次結(jié)晶主要是共晶轉(zhuǎn)變過程。和HT相比，其一次結(jié)晶過程有很大的差別，見圖3-11。,目前已基本肯定，石墨球可以直接從熔體中析出，這可通過離心澆注時(shí)能分離出石墨球，厚大件的頂面有石墨漂浮以及液淬實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象得到證實(shí)。 熔體中析出G球，即：L G球+A 石墨球的長大包括兩個(gè)階段：即從熔體中直接長大和在A體殼包圍下長大。一般A體外殼一旦形成，因C在A體殼中擴(kuò)散困難，使石墨的生長速度大為減小。要使結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，這就需要不斷增大過冷度。而球化處理后

16、再加上孕育處理，更有利于細(xì)化共晶團(tuán)，使球墨鑄鐵共晶團(tuán)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HT。,二、QT的二次結(jié)晶特點(diǎn) QT的二次結(jié)晶過程與HT基本相同，鑄態(tài)組織時(shí)在G球的周圍多為F體，外環(huán)為P體，從而形成QT特有的牛眼狀基體組織。若要在鑄態(tài)組織中獲得F體QT，除適當(dāng)提高含Si量、強(qiáng)化孕育獲取細(xì)小的G球，還應(yīng)盡量降低Mn和P的含量；若想在鑄態(tài)獲得P體QT，則需要適當(dāng)降低含Si量和加入適量的銅和鉬等穩(wěn)定P體的元素。,三、G球形成的條件及立體外貌 1、 G球形成的條件 G球形成的條件： 一是鐵液在凝固時(shí)必須有較大的過冷度T；二是必須使鐵液和石墨之間具有較大的界面張力，也就是使鐵液中的雜質(zhì)（表面活性元素如S、O等）含量足夠

17、低;三是鐵液中還必須有一定的球化元素殘留量；四是要有良好的石墨成核條件，即良好的石墨化孕育。只要滿足上上幾個(gè)條件，就能生產(chǎn)出球墨鑄鐵。 球化處理(孕育)的機(jī)理:在鐵液中加入球化劑，使鐵液中的表面活性物質(zhì)硫和氧降低，鐵液中石墨的界面張力增大，同時(shí)使鐵液過冷度加大，以促使球狀石墨的形成。球化處理后再進(jìn)行爐前孕育處理，使石墨的成核條件得以改善，從而獲得量大、形小、外形圓整、成分均勻的球狀石墨鑄鐵。,2、球狀石墨的立體外貌 球狀石墨在低倍顯微鏡下的外形近似圓球形，當(dāng)放大倍數(shù)較大時(shí)，可見其具有多邊形的輪廓，內(nèi)部呈放射狀。如圖3-12是在掃描電鏡中所看到的球狀石墨的立體外貌，其表面并不光滑。,第四節(jié) 球墨

18、鑄鐵的化學(xué)成分及熔制工藝 一、QT化學(xué)成分的確定 1、確定化學(xué)成分的一般原則 2、.基本化學(xué)成分的確定 二、QT的熔制工藝 1、QT對(duì)熔煉的需求 2、球化劑 2、稀土元素的化學(xué)性質(zhì)和在鐵液中的作用 3、球化處理工藝 4、孕育劑及孕育處理工藝 5、爐前檢驗(yàn)與控制,第四節(jié) 球墨鑄鐵的化學(xué)成分及熔制工藝,一、QT化學(xué)成分的確定 1、確定化學(xué)成分的一般原則 1）首先應(yīng)按球墨鑄鐵的牌號(hào)和各種性能要求來確定； 2）同時(shí)要考慮鑄件的形狀、尺寸、重量及冷卻速度； 3） 結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝條件（如是否進(jìn)行熱處理，鑄型種類，有無冒口鑄造，球化及脫硫工藝等）； 4）一般采用高碳、低硅、低錳、低硫磷（即一高全低），強(qiáng)

19、化孕育。,2、.基本化學(xué)成分的確定 （1）碳和硅 在球墨鑄鐵中，碳、硅含量的選擇主要是考慮保證球化、改善鑄造性能、消除鑄造缺陷。 1）碳當(dāng)量CE 球墨鑄鐵的碳當(dāng)量一般取在共晶或過共晶成分，提高碳當(dāng)量可以保證球化的需要，改善鑄造性能（使鐵液的流動(dòng)性好、形成縮孔、縮松的傾向?。Ｍ瑫r(shí)，也可以增加鑄態(tài)球墨鑄鐵中的鐵素體含量；但碳當(dāng)量過高則易產(chǎn)生石墨漂浮，使件的性能降低。一般取WCE=4.5%4.7%,厚大件取下限，薄小件取上限。 2）碳量 當(dāng)碳當(dāng)量選定后，一般按上述原則采取高碳低硅加強(qiáng)孕育即可。若碳高，則析出的石墨個(gè)數(shù)增多，球徑小，圓球度好；碳高石墨化膨脹大，在鑄型剛度較高的前提下， 可減輕或消除縮

20、孔和縮松，得到致密鑄件。但碳量過高易產(chǎn)生石墨漂浮，因此含碳量取WC=3.63.9%，厚大件取下限，薄小件取上限。,3) 硅量 提高球墨鑄鐵的含硅量，可使鑄態(tài)鐵素體量增加，珠光體量減少，過高則會(huì)使鑄件脆性增加。因此，在滿足石墨化要求的前提下，盡量降低終硅量。一般厚大件硅量應(yīng)低些，以防產(chǎn)生石墨漂?。槐⌒〖涔枇靠筛咝?，以防止產(chǎn)生大量的白口組織滲碳體；對(duì)于鐵素體球墨鑄鐵終硅量可控制在WSi = 2.4% 2.9%；對(duì)于珠光體基體的球墨鑄鐵終硅量可控制在WSi = 2.0% 2.6%。由于球化和孕育處理時(shí)要帶入一定量的硅，所以要求原鐵液中的硅量要低（對(duì)于鐵素體球墨鑄鐵硅取WSi = 1.6% 1.9%

21、，對(duì)于珠光體球墨鑄鐵硅取WSi = 1.0% 1.4%),孕育方法采用高效強(qiáng)化孕育工藝（型內(nèi)孕育,、瞬時(shí)孕育等）加入鐵液，可使球鐵的性能（鑄造性能、力學(xué)性能）、石墨球的圓整度得到較大的改善。,（2）錳 錳在球墨鑄鐵中主要起合金化作用。通常將含錳量控制在WMn0.4%。錳是阻礙石墨化元素，可穩(wěn)定和細(xì)化P體。但錳在球墨鑄鐵中易產(chǎn)生偏析，降低鑄件的塑性和韌性。所以各種牌號(hào)的球墨鑄鐵希望含錳量低，特別是鑄態(tài)球墨鑄鐵件和厚大斷面球鐵件更是如此。 （4）磷 磷在球墨鑄鐵中極易發(fā)生偏析，在晶界上形成磷共晶組織，嚴(yán)重降低球墨鑄鐵的塑性和韌性。對(duì)于鐵素體球墨鑄鐵，磷的危害尤為嚴(yán)重，不僅使常溫沖擊韌度降低，同時(shí)使

22、脆性轉(zhuǎn)變溫度急劇提高，造成低溫脆性，故WP0.08%為好；但磷量要求過低，對(duì)原材料的限制較大。因此，對(duì)于一般條件下工作的球墨鑄鐵件，含磷量可適當(dāng)放寬到WP0.1%0.12%。磷還可提高硬度，改善耐磨性能，但也易使鑄件的縮孔、縮松及開裂傾向增加。,（5）硫 硫在球墨鑄鐵中硫也是有害元素。硫高必然消耗較多的球化劑，嚴(yán)重影響球化效果，同時(shí)還易引起球化衰退、球化不良、縮孔和縮松以及皮下氣孔等鑄造缺陷的產(chǎn)生。因此在球鐵中含硫量愈低愈好，要求沖天爐熔煉鐵液含硫量WS0.06%0.1%，電爐熔煉WS0.04%（國外強(qiáng)調(diào)WS0.04%)，對(duì)于含硫量較高或有特殊要求的鑄件在球化處理之前應(yīng)采取必要的脫硫措施，脫硫

23、后原鐵液中含硫量降至WS0.02%。 （6）鎂和稀土 鎂和稀土元素都是球化元素，同時(shí)又是脫硫、脫氧十分強(qiáng)烈的反石墨化元素。因此，鐵水中鎂量和稀土量不能過低，也不能過髙。若殘余量過低，易使球化不良，產(chǎn)生球化衰退。過高雖能保證球化,但基體組織中易產(chǎn)生大量的滲碳體，而且伴隨許多鑄造缺陷(夾渣、皮下氣孔,、縮松及白口等)產(chǎn)生，使石墨球形狀惡化，性能降低。所以，一般控制殘余鎂量為WMg殘=0.040.06%，殘余稀土量為WRE殘=0.03%0.05%為宜。表3-12為常用球墨鑄鐵的化學(xué)成分范圍（僅供參考）。,二、QT的熔制工藝 1、QT對(duì)熔煉的需求 QT生產(chǎn)時(shí)要經(jīng)過球化、孕育處理，降溫幅度較大，一般使鐵

24、液降溫50100 C。一般要求有較高的出鐵溫度，一般1420 1460C。 因?yàn)楦邷罔F液不僅可以減輕因脫硫、球化、孕育所損失的熱量，而且還可以提高球墨鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量。由于鐵液的化學(xué)成分要達(dá)到碳高，硅、錳、硫、磷全低的要求，因此對(duì)原材料的要求較高，特別是所用原生鐵質(zhì)量（含硫、磷量）對(duì)球墨鑄鐵質(zhì)量影響較大。本溪生鐵雜質(zhì)少,是生產(chǎn)球墨鑄鐵較理想的生鐵，但其價(jià)格較高，且產(chǎn)量有限；所以國內(nèi)許多廠家多用地方生鐵來生產(chǎn)球墨鑄鐵（如河北的邯鄲生鐵、河南的安陽鐵、江蘇徐州生鐵、陜西寶雞的紅光生鐵等）。 球墨鑄鐵熔煉財(cái)要求鐵液溫度和成分穩(wěn)定，波動(dòng)范圍小，避免鐵液嚴(yán)重氧化（因鐵液氧化可使化學(xué)元素的燒損加大，白口傾向

25、大，鑄造性能差，消耗大量的球化劑，易產(chǎn)生球化不良、夾渣等缺陷）。 熔煉可用沖天爐、電爐，或沖天爐電爐雙聯(lián)熔煉。,2、球化劑 （1）球化劑的種類 凡加入到鐵液中能使石墨結(jié)晶成球狀的物質(zhì)稱之為球化劑。最早發(fā)現(xiàn)的球化劑是鈰,以后又發(fā)現(xiàn)鎂、鈣、鋰、鋇、釔、鈉、鈹?shù)扔袕?qiáng)或弱的球化作用，見表3-13 所示。但在生產(chǎn)上有實(shí)用價(jià)值的不多，目前國內(nèi)外常用的球化劑主要是鎂和稀土系列。,（2）球化元素的性質(zhì)和在鐵液中的作用 1 ) 鎂的化學(xué)性質(zhì)和作用 鎂在元素周期表中第三周期第二主族，系堿土金屬，具有銀白色光澤，密度小(1.74g/Cm3),熔點(diǎn)低(651 C），沸點(diǎn)也低（1105 C)。鎂的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，易氧

26、化，與硫和氧的親和能力很強(qiáng)，加入鐵液后首先起脫硫、脫氧去氣的作用，所生成的硫化物和氧化物的穩(wěn)定性高，熔點(diǎn)高、密度小、易上浮隨渣去除。鎂的球化能力最強(qiáng)，當(dāng)鐵液含硫量降至WS=0.01% 0.02% (原鐵液硫量為WS 0.07%)，鐵液中殘留鎂WMg殘0.04時(shí)就可使石墨完全球化。鎂又是一個(gè)強(qiáng)烈的碳化物穩(wěn)定元素，盡管球墨鑄鐵的含碳量比灰鑄鐵髙，但其白口傾向仍比灰鑄鐵大。同時(shí)鎂的球化作用受某些微量元素（也叫反球化元索或干擾元素）的影響較大，這些元索有：鈦、鉛、鉍、銻、錫、砷等。 由于鎂的密度小，沸點(diǎn)低，在球墨鑄鐵處理時(shí)產(chǎn)生激烈的沸騰作用，使鐵液飛濺，并有強(qiáng)烈的白光和濃煙，球化處理效果易衰退，惡化了

27、勞動(dòng)條件，鑄造性能變差，易產(chǎn)生夾渣、縮松和皮下氣孔等缺陷。,2）稀土元素的化學(xué)性質(zhì)和在鐵液中的作用 稀土元素主要包括第六周期第三副族的鑭系元素（原子序數(shù)為5771）和與它性能相近的鈧和釔共17個(gè)。稀土元素的密度較大（69 g/Cm3)，熔點(diǎn)高（一般在800 15000 C），沸點(diǎn)高（除鈰為1238 C外，一般都在1600 C 以上），球化處理時(shí)無沸騰現(xiàn)象，反應(yīng)平穩(wěn)、操作安全。稀土元素的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可與硫、氧、氮等形成化合物。它有比鎂更強(qiáng)的脫硫、脫氧作用（約為鎂的四倍)，和鎂配合使用可除去密度較大的氧化夾渣，凈化鐵液，提高鐵液的流動(dòng)性，有利于減少鑄造缺陷（如冷隔、夾渣、縮松和皮下氣孔等）的形

28、成。稀土元素能和反球化元素組成高熔點(diǎn)化合物，故能消除其反球化元素的干擾作用，以保證石墨球化，從而可以擴(kuò)大原生鐵的來源。用釔等重稀土元素做復(fù)合球化劑還具有很強(qiáng)的抗衰退能力。稀土元素在鐵液中具有細(xì)化石墨、強(qiáng)化基體提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能及耐磨、耐熱和耐腐蝕性能的作用。 其缺點(diǎn)是：稀土元素是一種輔助球化劑，與鎂QT相比，G不夠圓整，稀土殘留過多，會(huì)引起G球形惡化，白口傾向加大，易功生“G漂浮”。,（3）常用球化劑的選用 由于球化劑的種類較多，見表3-14所示。其中我國使用最多的是稀土硅鐵鎂合金球化劑，見表3-15所示。少數(shù)工廠選用純鎂，以提高G的圓整度。,（4）球化劑的選用 對(duì)于球化劑的選用應(yīng)從以下幾

29、個(gè)方面考慮： 1）注意金屬爐料中的干擾元素含量。 2 ) 注意原鐵液中的含硫量及鐵液溫度 對(duì)于低硫高溫鐵液應(yīng)選用低稀土低鎂含量的稀土 硅鐵鎂合金球化劑;對(duì)于沖天爐熔煉，鐵液溫度在14001450 C，含硫量在WS = 0.050.2%范圍時(shí)，可選用FeSiMg8RE7 、FeSiMg8RE5球化劑； 對(duì)于電爐熔煉，鐵液溫度在14601520 C，含硫量在WS = 0.020.04%時(shí)，可選用FeSiMg6RE4、FeSiMg8RE7球化劑； 對(duì)于鐵液溫度在1460 1520 C，含硫量較高，經(jīng)脫硫處理后WS 0.02%時(shí)，可選用FeSiMg5RE1、FeSiMg6RE2球化劑。,3）根據(jù)不同的

30、生產(chǎn)工藝要求和所生產(chǎn)的球墨鑄鐵牌號(hào)來選用。 若生產(chǎn)高韌性球鐵時(shí)，宜選用鎂球化劑；若生產(chǎn)的是鑄態(tài)鐵素體球鐵，則選用低稀土球化劑；若生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵，可選用含銅或鎳的球化劑；對(duì)于金屬型、離心鑄管等可選用低稀土或純鎂球化劑；對(duì)于大型厚大斷面球鐵件，可選用釔基重稀土鎂硅鐵球化劑。,3、球化處理工藝 （1）球化劑加入量的確定 在球化處理時(shí)，加人到鐵液中的球化劑的主要去向以鎂為例見圖3-13。 從圖可見，球化劑的燒損量較大，其次是脫硫、去氣，僅有少量用于球化劑。在保證石墨球化的前提下，應(yīng)盡量減少球化劑的加入量。,鎂的吸收率和球化劑的加入量取決于鐵液的化學(xué)成分（主要是鐵液中的含硫量）、鑄件壁厚（冷卻速度）

31、、鐵液溫度、所用球化劑的種類及球化處理方法等因素，參考數(shù)據(jù)見表3-16。其中最主要的因素是原鐵液中的含硫量。如生產(chǎn)中常用的稀土硅鐵鎂合球化劑，采用沖入法處理工藝，原鐵液含硫量與球化劑的加入量關(guān)系見表3-17。,（2）球化處理方法 球化處理的方法較多，根據(jù)不同的球鐵件工藝要求，選擇不同的球化劑就對(duì)應(yīng)有不同的處理方法。各種處理方法的特點(diǎn)及適用范圍見表3-18。,生產(chǎn)中常用的幾種球化處理方法簡介如下： 1）沖入法 此法主要用于密度大，與鐵液反應(yīng)平穩(wěn)的稀土硅鐵鎂球化劑處理。生產(chǎn)中為了提高球化處理效果，防止球化劑過早反應(yīng)或上浮燒損多采用專用澆包。 球化處理包深度H與內(nèi)徑D之比H/D= 1.51.8，常用

32、堤壩式包底（或其它形式）見圖3-14。堤壩內(nèi)面積占包底2/51/2，高度以能容納球化劑和覆蓋熔劑為宜。,球化處理前先將處理包預(yù)熱600 800 C (暗紅色），再將破碎成一定粒度的（1530mm）的球化劑裝入堤壩內(nèi)（若是平底包可放入一側(cè)）緊實(shí)，上面覆蓋硅鐵粒（粒度等于或小于球化劑）,然后再覆蓋草木灰、珍珠巖等集渣劑。若出鐵溫度高時(shí)，有的工廠還在硅鐵粒上蓋一薄鐵板，以控制球化時(shí)間和反應(yīng)速度，球化劑加人量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為1.3% 1.8%。 出鐵液時(shí)不能正對(duì)球化劑，沖入2/31/2包鐵液時(shí)即停止出鐵，讓鐵液充分沸騰反應(yīng)約13min鐘后扒渣，再補(bǔ)入其余的1/31/2鐵液，同時(shí)在出鐵槽內(nèi)進(jìn)行孕育，在補(bǔ)加

33、鐵液時(shí)若液面逸出鎂光及白黃火焰，表示球化正常。處理完畢，加集渣劑經(jīng)攪拌、扒渣、爐前檢驗(yàn)合格后即可澆注。 采用沖入法時(shí)鎂的吸收率低，處理時(shí)的煙塵及鎂閃光大，勞動(dòng)條件較差，為此不少工廠采用了密封流動(dòng)法。,2）密封流動(dòng)法 此法是將反應(yīng)器置于出鐵槽和澆包之間，在反應(yīng)器內(nèi)加入球化劑（如FeSiMg8RE5等)約1.0% 1.1% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，鐵液在密封條件下流過反應(yīng)室并吸收球化元素，其處理溫度為1450 C，可保證球化。處理后反應(yīng)室內(nèi)不得有殘留鐵液及球化劑。 密封流動(dòng)法的原理與型內(nèi)球化相同，可以改善勞動(dòng)環(huán)境，提高鎂的吸收率（約60% 70%），節(jié)約球化劑，其工藝如圖3-15所示。,3）壓力加鎂法 其原

34、理是利用鎂的沸點(diǎn)低，隨壓力增大而沸點(diǎn)提高（若鐵液表面上有68個(gè)大氣壓，則鎂的沸點(diǎn)增大為1350 1400 C的特點(diǎn)，在密封的壓力加鎂于鐵液包中，如圖3-16所示，將裝有鎂的鐘罩壓人鐵液中，鎂在高溫下產(chǎn)生大量的蒸氣，使包內(nèi)的壓力升高，可以有效地控制沸騰，勞動(dòng)條件好，鎂吸收率也高（50%80%)。 壓力加鎂用的鐵液包必須密封、堅(jiān)固、安全可靠，處理包的耐壓能力應(yīng)大于1MPa，處理時(shí)放入工作坑中，密封后進(jìn)行球化處理，人員必須撤離到安全區(qū)，在鐘罩壓桿停止振動(dòng)前不得開啟包蓋，以防稀土合金粉末飛濺傷人。處理溫度在13501400 C，處理時(shí)間約4 6min，鎂的加人量與鐵液的含硫量有關(guān)，見表3-19。,4）

35、轉(zhuǎn)動(dòng)包法 此法目前在國內(nèi)外均有應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)見圖3-17?？梢杂行У乜刂奇V球化劑的沸騰反應(yīng)，有利于脫硫、脫氧和鎂的吸收率挺高（約達(dá)到60%70），且石墨粘土制的反應(yīng)室使用壽命長（約300350次），反應(yīng)時(shí)間短（約80S），可以處理含硫較高的鐵液（WS0.25%）。 鎂的加入量和壓力加鎂法相似，原鐵液含硫量愈高， 加鎂量也愈多。若原鐵液含硫量如WS = 0.06%，則鎂的加入量為0.14%0.2%。此法操作簡便，勞動(dòng)條件好，降溫也少。此外，還有型內(nèi)球化處。,4、孕育劑及孕育處理工藝 （1）孕育劑 1）孕育處理的主要目的 其主要目的是:消除球化元素所造成的白口傾向，獲得鑄態(tài)無自由滲碳體鑄件；增加石墨

36、球數(shù)量，使石墨球徑變小，分布均勻，形狀圓整，提高球化等級(jí);進(jìn)一步細(xì)化共晶團(tuán)，減少偏析，提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能。 2）對(duì)孕育劑的要求 較強(qiáng)的孕育能力，并能維持盡可能長的有效作用時(shí)間;要求易被鐵液吸收，鐵液降溫少，不引起缺陷和其它副作用的產(chǎn)生；來源廣泛，價(jià)格便家，孕育處理操作簡便。,3）常用孕育刑。在我國，普遍應(yīng)用硅鐵合金作為孕育劑，它具有孕育效果好，來源廣泛，價(jià)格便宜。其最大缺點(diǎn)是孕育效果的衰退較快。生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)，以硅鐵為.主，加人少量其它元素組成的復(fù)合孕育劑，可進(jìn)一步延長孕育時(shí)間,改善孕育的效果。如硅鐵硅鈣、硅鐵鋁（WAl2%）、硅鐵硅鈣錳鐵、硅鐵錳鐵、硅鐵硼等。 常用孕育劑的具體成分見表3-

37、20所示。,（2）孕育處理工藝 1）孕育加入量的確定 實(shí)踐證明，加大孕育劑量可使石墨球更細(xì)、更圓整，力學(xué)性能顯著提髙，其前提是原鐵液含硅量應(yīng)愈低愈好。否則總硅量過高，力學(xué)性能惡化。 孕育劑的加入量要根據(jù)鑄件的壁厚、性能要求、孕育劑類型、孕育處理方法及所需用的球化劑等來確定。為了防止帶入氣體和水分，孕育劑用前應(yīng)預(yù)熱。并將孕育劑破碎成一定的粒度。,2）孕育處理方法 爐前一次孕育法。當(dāng)球化處理后，扒除表面渣子，在補(bǔ)如剩余鐵液時(shí)將孕育劑撒入出鐵槽沖入包內(nèi)；密封流動(dòng)法球化時(shí)孕育劑隨反應(yīng)器出鐵口沖入包內(nèi),粒度大小由澆包的容量選定，一般5001000Kg、粒度為510mm。此法簡便易行，但孕育效果易衰退，孕

38、育劑加人量大。一般生產(chǎn)珠光體球鐵所需FeSi75約占鐵液量的0.4% 0.6% ，若要生產(chǎn)的是鑄態(tài)高韌性球鐵時(shí)，加入量為0.8% 1.2%。, 倒包孕育法（也叫二次或多歡孕育法）。為了改善孕育效果，將一次孕育劑分成二次或多次，在倒包時(shí)隨流或加入包底,也可以加在表面并攪拌。加入量約0.1% 0.3%，其孕育效果優(yōu)于爐前一次孕育法，而適用于各種鑄件，但操作相對(duì)較為麻煩。 瞬時(shí)孕育法。在鐵液澆入鑄型前的瞬間進(jìn)行孕育，使進(jìn)人型腔的鐵液都處于充分孕育狀態(tài)，完全避免了孕育衰退，孕育效果好。此方法與前面介紹的孕育鑄鐵處理工藝相同； 分別見圖3-18、圖3-19、圖3-20。,此外還有內(nèi)孕育法、浮硅孕育法、孕

39、育絲法、液體孕育法等。 經(jīng)球化和孕育處理后，進(jìn)行爐前檢驗(yàn)。取樣后在鐵液表面立刻覆蓋上草木灰，以減少鐵液與空氣的接觸。檢驗(yàn)合格后即迅速澆注，以避免球化和孕育的衰退。一般要求在處理后20 30min內(nèi)澆注完畢。,5、爐前檢驗(yàn)與控制 經(jīng)球化和孕育后的鐵液必須進(jìn)行爐前檢驗(yàn)，合格后方能澆注，否則應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)救，確保鑄件的質(zhì)量，避免造成廢品。生產(chǎn)中常用如下方法： （1）爐前三角試片檢驗(yàn) 從處理好的鐵液中取樣，澆入爐前三角試片砂型中，待試樣冷至暗紅色，底面向下淬入水中冷卻，然后打斷試樣，觀察其斷口來判斷球化是否良好。 若三角試片斷口晶粒較細(xì)，有銀白色光澤，尖角白口清晰，側(cè)面有明顯的縮陷，中心有縮松

40、（見圖3-21），敲擊時(shí)聲音清脆近似鋼,遇水有電石臭味，表明球化良好。否則球化不良。 若斷口呈麻口白口 ，且有放射狀結(jié)構(gòu)，則認(rèn)為球化可以而孕育差，應(yīng)補(bǔ)加孕育劑。 此外還有采用1530mm的圓棒試樣、矩形試樣等。,若三角試片斷口晶粒較細(xì)，有銀白色光澤，尖角白口清晰，側(cè)面有明顯的縮陷，中心有縮松（見圖3-21），敲擊時(shí)聲音清脆近似鋼,遇水有電石臭味，表明球化良好。否則球化不良。,（2）火苗判斷法 經(jīng)球化處理的鐵液，在補(bǔ)加鐵液孕育或倒包時(shí)，可以看到鐵液表面會(huì)冒亮白色時(shí)火苗，生產(chǎn)中根據(jù)火苗的特征可以判斷球化情況和控制補(bǔ)加鐵液量?；鹈缍喽辛Γf明球化良好；火苗少而無力，則可能球化不良。 （3）爐前快速

41、金相法 此法準(zhǔn)確可靠，但需要一套金相試驗(yàn)設(shè)備和熟練的操作人員，一 般在爐前23min內(nèi)完成磨片拋光制樣，然后在顯微鏡下直接觀察球化情況。但應(yīng)注意，由于試樣尺寸小，其球化情況比鑄件實(shí)際要好，評(píng)定時(shí)試樣要求應(yīng)高于鑄件。 （4）音頻法 根據(jù)球化程度不同，鑄件的固有頻率也不相同的原理，對(duì)于固定形狀、尺寸和基體組織相同的鑄件，敲擊后用音頻計(jì)測定其音頻以數(shù)字顯示。球化等級(jí)高，音頻就愈髙。若測定的音頻數(shù)字高于合格的頻率值則合格。 此外還有熱分析法（測定經(jīng)球化處理后鐵液的凝固曲線，并加以分析）、超聲波法（利用超聲波在鑄鐵中的傳播速度隨球化程度的不同而不同來判斷球化等級(jí)）、比電阻法（利用金屬在凝固過程中，其比電

42、阻發(fā)生變化這一特點(diǎn)來判斷球化等級(jí)）等。,第五節(jié) 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)、鑄造性能及鑄造工藝特點(diǎn) 一、QT的疑固特點(diǎn) 1、共晶轉(zhuǎn)變?cè)诟蟮倪^冷度下進(jìn)行 2、共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍寬 3、共晶轉(zhuǎn)變的時(shí)間長 4、共晶團(tuán)的數(shù)量比灰鑄鐵多 二、QT的鑄造性能特點(diǎn) 1、流動(dòng)性 2、收縮性 3、鑄造應(yīng)力 4、氣體和夾雜物 三、QT鑄造工藝的特點(diǎn),第五節(jié) 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)、鑄造性能及鑄造工藝特點(diǎn),在QT的生產(chǎn)中，只有根據(jù)鑄鐵的凝固特點(diǎn)、鑄造性能特點(diǎn)制定合理的鑄造工藝，才能保證減少廢品，獲得健全的鑄件。 一、QT的疑固特點(diǎn) 和灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵具有過冷度大，共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍寬，完全凝固所需時(shí)間長(呈糊狀凝固)，共晶團(tuán)

43、數(shù)量多等特點(diǎn)。 1、共晶轉(zhuǎn)變?cè)诟蟮倪^冷度下進(jìn)行 由于球化元素鎂和稀土都是強(qiáng)烈的脫硫、脫氧、去氣和去除雜質(zhì)的元素，經(jīng)球化處理后，凈化了鐵液，減少了結(jié)晶時(shí)的異質(zhì)核心，因此使共晶轉(zhuǎn)變?cè)谳^大的過冷度下進(jìn)行。,2、共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍寬在球墨鑄鐵中，認(rèn)為石墨早期在直接和鐵液接觸下長大到一定的尺寸，而沒有奧氏體外殼包圍，但到中后期，就被奧氏體外殼包圍上，這樣隨奧氏體外殼的增厚，液體中碳原子向石墨上擴(kuò)散就很困難。因此必須依靠降低溫度，不斷形成新的石墨核心，從而使共晶轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。有實(shí)驗(yàn)測定，在一定的條件下球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍為46 C，而灰鑄鐵僅為16 C。 3、共晶轉(zhuǎn)變的時(shí)間長由于Q

44、T的共晶轉(zhuǎn)變是在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)完成，澆注后表面完全凝固的凝固層增長速度緩慢、時(shí)間長；僅相當(dāng)于灰鑄鐵同期的1/6左右。如圖3-22所示為用傾出法對(duì)HT和QT凝固過程的比較。當(dāng)澆注后60S時(shí)，灰鑄鐵已全都凝固，而球墨鑄鐵表層凝固殼尚未完全形成。,如圖3-22所示為用傾出法對(duì)HT和QT凝固過程的比較。,這要是因?yàn)榛诣T鐵,轉(zhuǎn)變溫度范圍較窄，固液兩相區(qū)的范圍小，隨著凝固過程的進(jìn)行,固相區(qū)逐漸增厚，近似逐層凝固。而球墨鑄鐵則相反，當(dāng)鑄件表面尚未形成完整的外殼時(shí)，中心就已開始共晶轉(zhuǎn)變。使鑄件在很大斷面上呈現(xiàn)為固液共存,稱之為糊狀凝固，見圖3-23。 4、共晶團(tuán)的數(shù)量比灰鑄鐵多由于孕育處理的結(jié)果，大大增

45、強(qiáng)了石墨結(jié)晶核心，使共晶團(tuán)的數(shù)量增多，約為HT的50200倍。,二、QT的鑄造性能特點(diǎn) 1、流動(dòng)性 經(jīng)球化處理后的鐵液，由于脫硫、去氣和去除非金屬夾雜物，使鐵液凈化，其流動(dòng)性優(yōu)于HT。但球化處理時(shí)鎂使鐵液表面形成氧化膜，流動(dòng)性變差，氧化膜越厚，其流動(dòng)性就愈差；再加上經(jīng)球化處理和孕育處理降溫多，鐵液表面張力比灰鑄鐵大，流動(dòng)性差。 在球墨鑄鐵中加人少量的稀土元素，可以降低鐵液表面氧化膜的結(jié)膜溫度，更好地進(jìn)行脫硫、去氣和夾雜物，使流動(dòng)性提高。,2、收縮性由于QT的凝固特點(diǎn)，收縮率受合金本身的性質(zhì)影響外，還和鑄型因素有著密切的關(guān)系。（1）線收縮由圖3-24可以看出，球墨鑄鐵和灰鑄鐵的收縮過程基本相同，

46、而兩者的最大區(qū)別在于球墨鑄鐵的縮前膨脹比灰鑄鐵大得多。因此，球墨鑄鐵總的線收縮值比鑄鐵小，如表3-21所示。實(shí)際生產(chǎn)中，QT與HT的收縮率線=1%。（2）體收縮由于球墨鑄鐵的碳當(dāng)量高，析出的石墨數(shù)量多、共晶膨脹量大。據(jù)實(shí)驗(yàn)測定，QT在凝固時(shí)，產(chǎn)生的石墨化膨脹完全可以抵消液態(tài)和凝固時(shí)期的收縮量，因而使體收縮很小。但球墨鑄鐵生成縮孔、縮松的傾向比較大。圖3-25為兩種鑄鐵凝固時(shí)的體積變化和內(nèi)部致密度的關(guān)系。圖3-26為形成縮松示意圖。,圖3-24可以看出，球墨鑄鐵和灰鑄鐵的收縮過程基本相同，而兩者的最大區(qū)別在于球墨鑄鐵的縮前膨脹比灰鑄鐵大的多。,圖3-25為兩種鑄鐵凝固時(shí)的體積變化和內(nèi)部致密度的關(guān)

47、系。圖3-26為形成縮松示意圖。,3、鑄造應(yīng)力QT的彈性模量（E=160000180000MPa）,比灰鑄鐵（E=70000108000 MPa)大，而熱導(dǎo)率又比灰鑄鐵低，約是灰鑄鐵的20%40%。因此，球墨鑄鐵的鑄造應(yīng)力比灰鐵大23倍，而接近鋼。這就使其變形、開裂傾向大于灰鑄鉄。生產(chǎn)中通過改善鑄件結(jié)構(gòu)，合理制定鑄造工藝，提高C、Si含量而降低含P量，采取退火處理等措施減小內(nèi)應(yīng)力、防止開裂。4、氣體和夾雜物由于球化理產(chǎn)生的凈化作用，QT中的含氣量只有灰鑄鐵中的50%。在灰鑄鐵中常見的雜質(zhì)如SiO2、Al2O3等在QT中也大大減少，而代一些新的夾雜物如MgS、MgO等，但其危害比在HT中大。,三

48、、QT鑄造工藝的特點(diǎn)由于QT與HT有顯著不同的鑄造性能和凝固特點(diǎn)，只有根據(jù)這些特點(diǎn)來制訂QT的鑄造工藝，才能獲得健全鑄件。 （1）合理使用冒口和冷鐵，可以有效地減少縮孔縮松缺陷的產(chǎn)生。（2）提高鑄型剛度和采用均衡凝固工藝方案，可以實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵的無冒口鑄造，減少縮孔和縮松；但必須注意鑄型的排氣，控制型砂中的水分,防業(yè)澆注時(shí)產(chǎn)生“嗆火“。（3）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能保證鐵液的平穩(wěn)充型，并且有良好的擋渣作用，以防QT夾渣和皮下氣孔缺陷的產(chǎn)生。球鐵的澆注溫一般較灰鑄鐵低,為防止冷隔和澆不足，必須采用較快的澆注速度，澆注系統(tǒng)截面比例應(yīng)保證有一定的緩沖作用，國內(nèi)外多采用F橫F直F內(nèi)或F橫F內(nèi)F直的半封閉式澆注系

49、統(tǒng)，不易出現(xiàn)噴射、飛濺。,第六節(jié) QT常見的鑄造缺陷及防止措施 一、球化不良和球化衰退 1、球化不良 2、球化衰退 二、石墨漂浮 三、縮孔與縮松 四、皮下氣孔 五、夾渣,第六節(jié) QT常見的鑄造缺陷及防止措施,在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，除了產(chǎn)生一般缺陷外，還會(huì)產(chǎn)生一些特有的缺陷，常見的有球化不良和球化衰退、石墨飄浮、縮松、皮下氣孔、夾渣等。 一、球化不良和球化衰退1、球化不良指球化處理未能達(dá)到球化等級(jí)要求。（1）特征在銀白色的斷口上，分布有肉眼可見的黑點(diǎn)。且黑點(diǎn)多、直徑大，表明球化不良的程度比較嚴(yán)重。在觀察顯微組織時(shí)，除了球狀石墨外，還存在大量的厚片狀石墨。由此造成力學(xué)性能達(dá)不到牌號(hào)所規(guī)定的指標(biāo)而使鑄件

50、報(bào)廢。,（2）產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)樵F液中的含硫量過高或鐵液嚴(yán)重氧化；球化元素殘留量不足（球化劑加入量不足，球化劑中的鎂含量不夠或發(fā)生嚴(yán)重偏析，鐵液溫度過高，處理時(shí)球化劑燒損量較大;或處理溫度低，球化劑粘結(jié)在包底等）；鐵液中有干擾元素存在等。（3）防止措施可以采取對(duì)應(yīng)的防止措施,若爐前檢査發(fā)現(xiàn)，若爐前檢查球化不良后，應(yīng)及時(shí)向處理包內(nèi)補(bǔ)加適當(dāng)?shù)那蚧瘎?2、球化衰退指澆注后期球化元素殘留量過低,而引起鑄件不合格。（1）特征同球化不良相同。在球墨鑄鐵中，有時(shí)會(huì)遇到這種情況，經(jīng)球化處理的同一包鐵液，先澆注的鑄件球化良好，而后澆注的球化不良;或爐前檢驗(yàn)的球化良好，但鑄件上出現(xiàn)球化不良。這說明處理后的鐵

51、液，在停留一定時(shí)間后，球化效果會(huì)消失；而且當(dāng)原鐵液中含硫量愈高，殘留鎂量愈低，包內(nèi)鐵液量愈少時(shí)，其球化衰退現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。（2）產(chǎn)生的原因主要是鐵液中的殘留鎂和稀土量隨時(shí)間的延長而逐漸減少,當(dāng)減少到不足以保證球化時(shí)，石墨便由球狀過渡到團(tuán)片狀、厚片狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)變成片狀。扒渣不充分，鐵液覆蓋不好，鐵液的運(yùn)輸、攪拌、倒包過程中球化元素鎂聚集上浮逸出被氧化等。（3）防止措施應(yīng)盡量降低原鐵液的含硫、氧量，適當(dāng)控制溫度，注意扒凈渣后加草木灰、冰晶石粉等覆蓋好鐵液表面,以隔離空氣。加快澆注速度，盡量減少倒包、運(yùn)輸及停留時(shí)間。最好選用具有抗衰退能力的長效球化劑（如釔基重稀士鎂球化劑等），必要時(shí)可適當(dāng)增加球化劑的

52、加入量，以防止衰退。,二、石墨漂浮 （1）特征 石墨漂浮是球鐵生產(chǎn)中特有缺陷之一，在鑄件最后凝面部位的上表面（如冒口處，厚壁鑄件上部）和型芯的下表面，宏觀斷口呈連續(xù)均勻分布的一層密集的石墨黑斑。顯微鏡（100倍）下觀察，石墨球密集成串，多呈開花狀。該區(qū)域內(nèi)碳、硅量高，鎂和稀土及硫量高；力學(xué)能差，且易剝落，如圖3-27所示。 （2）產(chǎn)生的原因 主要是鐵液的CE過高,而且隨CE增如而嚴(yán)重；鑄件壁厚，凝固緩慢，時(shí)間長，加劇了石墨漂??；澆注溫度高，使鐵液在鑄犁內(nèi)保持液態(tài)時(shí)間長，促使石墨漂?。ㄈ缤话F液先澆的鑄件比后澆的石墨漂浮嚴(yán)重）；鐵液中稀土元素殘留量高（WRE殘0.06%時(shí)),使共晶點(diǎn)左移，石墨

53、易漂浮，而增加鎂的殘留量(使共晶點(diǎn)右移），可以減輕石墨漂浮。,顯微鏡（100倍）下觀察，石墨球密集成串，多呈開花狀。該區(qū)域內(nèi)碳、硅量高，鎂和稀土及硫量高；力學(xué)能差，且易剝落，如圖3-27所示。,（3）防止措施1）首先是嚴(yán)格控制碳當(dāng)量，這是防止石墨漂浮的根本方法。根據(jù)鑄件壁厚控制碳當(dāng)量（一般WC=3.84.0%、WSi=2.62.8%），對(duì)于厚大斷面還可以降低一些。為了避免石墨漂浮鑄件各種壁厚所對(duì)應(yīng)的臨界碳當(dāng)量見表3-22所示。2）控制適當(dāng)?shù)臐沧囟取?）在保證球化的前提下，控制球化劑稀土的殘留量不宜過高。4）加快鑄件的冷卻速度（如在厚壁處放置冷鐵），可以消除或輕石墨漂浮。5）在大斷面鑄鐵生產(chǎn)時(shí)

54、，可加 少量反石墨化元素（如鉬等）,以減輕石墨漂浮;6）在配料時(shí)，含Si較低的生鐵與回爐料搭配使用，且適當(dāng)使用廢鋼。7）采用電爐熔煉的鐵液比沖天爐熔煉的鐵液出現(xiàn)石墨漂浮的機(jī)會(huì)少。,為了避免石墨漂浮鑄件各種壁厚所對(duì)應(yīng)的臨界碳當(dāng)量見表3-22所示。,三、縮孔與縮松（1）特征縮孔與縮松也是球鐵件經(jīng)常出現(xiàn)的一種缺陷，往往出現(xiàn)在鑄件最后凝固處。集中性縮孔多產(chǎn)生在鑄件的熱節(jié)處，使鑄件的力學(xué)性能降低，耐壓零件易發(fā)生滲漏而引起報(bào)廢。（2）產(chǎn)生的原因主要是由于球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)所致，呈“糊狀凝固，澆注后長時(shí)間不能形成堅(jiān)固的外殼，再加上石墨化膨脹力大，特別是鑄型剛度小時(shí),鑄件外形脹大，加上內(nèi)部的液態(tài)和和凝固收縮；

55、碳當(dāng)量偏低，化學(xué)成分不合格；鑄造工藝不當(dāng)?shù)取?（3）防止措施1）嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分提高碳當(dāng)量,有利于石墨化，鐵液流動(dòng)性好，可減少縮孔和縮松；具有關(guān)資料介紹：WC+WSi/33.9%時(shí)，可以獲得無縮孔、縮松的健全鑄件；磷是增大縮松的元素,當(dāng)含磷高時(shí)，組織中磷共晶增多，鑄件已凝固的外殼變?nèi)?，使縮前膨脹增大，縮松增大；嚴(yán)格控制鐵液中球化元素（鎂和稀土）的殘留量，可以減小縮孔、縮松的形成（因球化元素都是增大白口傾向，加大收縮的因素)；對(duì)于其它合金元素，凡是阻礙石墨化的元素（如錳、鉬、鎢、鉻、釩等）都使縮松傾向增大。2）提高鑄型剛度。3）制定合理的鑄造工藝。,四、皮下氣孔（1）特征是QT件的特有缺陷

56、之一，常發(fā)生在澆注前鐵液溫度最低的部位（遠(yuǎn)離內(nèi)澆道），在鑄件的上、下表面下13mm處，直徑約13mm呈細(xì)小的圓形或橢圓形孔洞，內(nèi)壁光滑。有的位置淺在清理鑄件時(shí)可見，有的在后工序的處理中才可見。（2）產(chǎn)生原因經(jīng)球化處理的鐵液表面易形成氧化膜（殘留的鎂量愈多，氧化膜愈厚），加上QT凝固時(shí)呈糊狀凝固的特點(diǎn)，阻止已進(jìn)入鐵液的氣體外逸；鑄型中的水份與QT中的Mg或MgS發(fā)生作用（Mg+H2O= MgO+ H2；MgS+H2O= MgO+ H2S，而H2、H2S氣體滯伏在鑄件的表皮不能逸出就產(chǎn)生了皮下氣孔。鑄型不同，澆注溫度不同產(chǎn)生皮下氣孔都不一樣，即濕型干型水玻璃型殼型，澆注溫度越低，越易產(chǎn)生皮下氣孔；

57、而厚大件較薄小件皮下氣孔少。,（3）防止措施 1）在保證球化時(shí)，盡量改少鎂的加入量； 2）盡量降低原鐵液中硫，嚴(yán)格控制WAl 0.10.15%、WTi0.01%； 3）提高澆注溫度（1300 C）和澆注速度； 4）嚴(yán)格控制型砂水份5%； 5）加強(qiáng)型芯透氣性； 6）采用開放式澆注系統(tǒng)，大孔出流，進(jìn)水平穩(wěn)； 7）爐料要干凈、無銹蝕、油污、水份等。,五、夾渣也稱黑渣，是QT的特有缺陷之一，特別是鎂球墨鑄鐵（1）特征多出現(xiàn)在鑄件的上表面和型芯的下表面及死角處，斷面暗黑色無光澤，深淺不一的夾雜物、斷續(xù)分布。夾渣缺陷會(huì)使力學(xué)性能、致密性都降低。（2）產(chǎn)生原因主要是鎂稀土球化劑和鐵液中存有大量的硫、氧反應(yīng)形

58、成的夾渣而沒有及時(shí)扒凈；經(jīng)球化處理的鐵液在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)包、澆注及鐵液流動(dòng)過程中，鐵液的二次氧化加劇，氧化膜破碎卷入鑄型內(nèi)形成夾渣。,（4）防止措施1）在保證球化時(shí)，盡可能降低鐵液中的鎂殘留量，降低原鐵液中的硫、氧含量，可以減少氧化夾渣；2）控制適當(dāng)?shù)腤RE殘=0.020.04%，可以降低鎂QT的氧化膜的形成溫度；3）鐵液表面的熔渣清除干凈，必要是向鐵液表面加蓋冰晶石（約0.3%）;4）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證充型平穩(wěn)，提高擋渣能力。 其他缺陷：反白口、白脆和黑斑缺陷。,第七節(jié) QT的熱處理 一、QT的熱處理的特點(diǎn) 1、QT的共析轉(zhuǎn)變溫度范圍寬 2、QT的化學(xué)成分、加熱和冷卻速度對(duì)臨界溫度的影響很大 3、

59、G相當(dāng)于一個(gè)碳的儲(chǔ)存庫參與相變 4、A體的等溫轉(zhuǎn)變與鋼不同 二、QT的熱處理工藝 1、石墨化退火 得到基體組織：F體+G球 2、正火與回火 3、淬火與回火 4、等溫淬火 5、表面淬火熱處理,第七節(jié) QT的熱處理,當(dāng)QT中G的形狀已為球形，QT件的力學(xué)性能就跟基體有關(guān)，而通過熱處理可以改變基體從而可以改變QT的性能。一、QT的熱處理的特點(diǎn)鋼中的加熱、保溫也適用于QT的熱處理，但因QT件有石墨存在，有硅及其它雜質(zhì)元素的含量高，再加上偏析，所以QT件的熱處理也有自己的特點(diǎn)。1、QT的共析轉(zhuǎn)變溫度范圍寬QT主要是以FeCSi為主的多元合金，與二元合金不同，其共析轉(zhuǎn)變溫度范圍寬，在此溫度范圍內(nèi)存在著A體、F體、Cm和G三相的穩(wěn)定平衡，不同的加熱溫度及冷卻速度可以得天不同的組織。2、QT的化學(xué)成分、加熱和冷卻速度對(duì)臨界溫度的影響很大見圖3-28所示，硅、錳對(duì)臨界溫度（相變溫度）的影響較大。,圖3-28所示，硅、錳對(duì)臨界溫度（相變溫度）的影響,3、G相當(dāng)于一個(gè)碳的儲(chǔ)存庫參與相變?cè)诩訜岷屠鋮s過程中，通過控制不同的加熱溫度和足夠的保溫時(shí)間，得到不同含C量的A體，配合不同的冷卻速度，可使基體組織中的含C量在較大范圍內(nèi)變化，從而獲得不同的組織和性能，這是鋼的熱處理所無法比擬的，表3-23是由試驗(yàn)測出的QT加熱溫度與A體中含C量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,4、A體的等溫轉(zhuǎn)變與鋼不同