球墨鑄鐵

球墨鑄鐵本詞條介紹的是球墨鑄鐵（通過球化和孕育處理得到球狀石墨），更多含義，請參閱“球墨鑄鐵（多義詞）”。球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀五十年代發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。目 錄1簡介1 1.1 成分表1 1.2 性能2歷史1 2.1 國內(nèi)1 2.2 國外3發(fā)展前途4特性范圍5應用1 5.1 汽車方面1 5.2 冶金因素1 5.3 奧氏體-貝氏體1 5.4 型材1 5.5 稀土鎂1 5.6 稀土作用1 5.7 制造步驟1 5.8 表示方法6生產(chǎn)應用7歷史爭論8氣孔缺陷1簡介鑄鐵是含碳量大于2.14%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及 球墨鑄鐵其合金材料經(jīng)過高溫熔融和鑄造成型而得到，除Fe外，還含C、Si、Mn、S、P等五大元素及其它合金元素。鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出，若析出的石墨呈條片狀時的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲狀時的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團絮狀時的鑄鐵叫白口鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。球狀石墨對金屬基體的割裂作用比其它形狀石墨小，能使鑄鐵的強度達到基體組織強度的7090%，抗拉強度可達120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。球墨鑄鐵除鐵外的化學成分通常為：含碳量3.04.0%，含硅量1.83.2%，含錳、磷、硫總量不超過3.0%和適量的稀土、鎂等球化元素。成分表市面上球墨鑄鐵光譜標準樣品成分如下：名稱編號CSiMnPSCrGSB03-1813-200512.623.430.1820.5470.00432.9322.062.680.3780.0560.0192.0132.922.150.8380.0750.0101.5243.221.131.250.2000.0101.0953.490.6121.570.3710.0110.34664.080.3401.860.0320.0670.04編號NiMoVMgCuAlt14.461.900.0340.1370.0620.11522.000.2020.0840.00590.2170.02033.220.3040.1780.0600.5060.02640.6150.9100.3890.0330.6860.01651.011.430.3090.0601.070.04460.0940.0360.5870.00261.560.0027編號TiBNbAs10.1560.00340.00230.003220.0540.00730.00190.002430.2360.0500.0300.002240.0650.1180.00250.002150.2980.1120.00460.004260.00720.1930.0022名稱編號CSiMnPSCrGBW01131aT010-1a3.310.930.3170.0510.02902.02GBW01132aT010-2a3.182.280.7150.4470.00611.62GBW01133aT010-3a3.721.501.120.2510.0381.61GBW01134aT010-4a4.030.2480.9870.7270.0980.476GBW01135aT010-5a3.002.651.270.1400.00340.784GBW01136aT010-6a2.693.681.700.3950.0211.31GBW01137aT010-7a1.813.351.990.0910.00820.212名稱編號NiMoVMgCuTiGBW01131aT010-1a0.0630.8110.3290.000330.5710.223GBW01132aT010-2a1.010.5590.200.0381.120.478GBW01133aT010-3a0.5280.4670.1330.0140.8460.388GBW01134aT010-4a0.0540.0180.3170.00150.1480.031GBW01135aT010-5a0.940.3840.0430.0770.5360.078GBW01136aT010-6a0.2470.2240.250.0340.3380.129GBW01137aT010-7a1.090.1520.0570.00101.730.131名稱編號WBLaCeSnGBW01131aT010-1a0.3230.5240.282GBW01132aT010-2a0.1720.260.0150.0340.107GBW01133aT010-3a0.0490.0960.0002*0.289GBW01134aT010-4a0.00730.0210.0035GBW01135aT010-5a0.2840.00250.0960.00330.038GBW01136aT010-6a0.4440.1280.00570.00880.102GBW01137aT010-7a0.9710.0180.0230.1220.0064名稱編號CSiMnPSCrGBW01138aT012-1a1.753.400.0800.5800.1192.48GBW01139aT012-2a2.222.440.3010.0430.0582.13GBW01140aT012-3a2.551.500.8780.0710.0450.417GBW01141aT012-4a3.161.960.4620.3960.0171.40GBW01142aT012-5a3.521.170.3110.4200.0190.766GBW01143aT012-6a4.020.1631.410.0210.0260.112GBW01144aT012-7a3.940.9181.380.0850.00481.05編號編號NiMoVMgCuAltGBW01138aT012-1a0.0300.0310.0210.00060.0250.248GBW01139aT012-2a0.3410.0870.0550.00850.4580.060GBW01140aT012-3a0.5190.3540.0850.0240.6410.034GBW01141aT012-4a0.7780.4280.1660.0250.9210.0073GBW01142aT012-5a1.030.6290.3240.0210.389GBW01143aT012-6a1.890.7260.5090.1041.830.019GBW01144aT012-7a1.370.1680.3900.0561.100.214編號編號TiLaCeNSnGBW01138aT012-1a0.0380.00010.00010.0150.0031GBW01139aT012-2a0.0650.0100.0010.0240.044GBW01140aT012-3a0.0270.00610.0270.0240.021GBW01141aT012-4a0.0650.00010.00010.00730.024GBW01142aT012-5a0.16100.00010.00010.00470.013GBW01143aT012-6a0.2380.00010.00010.0130.057GBW01144aT012-7a0.1140.00014.0wt%），稀土殘留量為0.120.15wt%時，可獲得良好的球狀石墨。根據(jù)我國鐵質(zhì)差、含硫量高（沖天爐熔煉）和出鐵溫度低的情況，加入稀土是必要的。球化劑中鎂是主導元素，稀土一方面可促進石墨球化；另一方面克服硫以及雜質(zhì)元素的影響以保證球化也是必須的。稀土防止干擾元素破壞球化。研究表明，當干擾元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等總量為0.05wt%時，加入0.01wt%（殘余量）的稀土，可以完全中和干擾，并可抑制變態(tài)石墨的產(chǎn)生。我國絕大部分的生鐵中含有鈦，有的生鐵中含鈦高達0.20.3wt%，但稀土鎂球化劑由于能使鐵中的稀土殘留量達0.020.03wt%，故仍可保證石墨球化良好。如果在球墨鑄鐵中加入0.020.03wt%Bi，則幾乎把球狀石墨完全破壞；若隨后加入0.010.05wt%Ce，則又恢復原來的球化狀態(tài)，這是由于Bi和Ce形成了穩(wěn)定的化合物。稀土的形核作用。20世紀60年代以后的研究表明，含鈰的孕育劑可使鐵液在整個保持期中增加球數(shù)，使最終的組織中含有更多的石墨球和更小的白口傾向。經(jīng)研究還表明，含稀土的孕育劑可改善球墨鑄鐵的孕育效果并顯著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球數(shù)增多的原因可歸結(jié)為：稀土可提供更多的晶核，但它與FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原來（存在于鐵液中的）不活化的晶核得以長大，結(jié)果使鐵液中總的晶核數(shù)量增多。制造步驟（一）嚴格要求化學成分，對原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中錳，磷，硫的含量（二）鐵液出爐溫度比灰鑄鐵更高，以補償球化，孕育處理時鐵液溫度的損失（三）進行球化處理，即往鐵液中添加球化劑（四）加入孕育劑進行孕育處理（五）球墨鑄鐵流動性較差，收縮較大，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸，合理應用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則（六）進行熱處理表示方法各種鑄鐵代號，由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字母的第一個大寫正體字母組成。當兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時，可在該大寫正體字母后加小寫正體字母來區(qū)別。同一名稱鑄鐵，需要細分時，取其細分特點的漢語拼音第一個大寫正體字母，排列在后面。鑄鐵名稱，代號及牌號表示方法鑄鐵名稱.代號牌號.表示方法實例灰鑄鐵.HT.HT100蠕墨鑄鐵.RuT.RuT400球墨鑄鐵.QT.QT 40017黑心可鍛鑄鐵.KHT.KHT300-06白心可鍛鑄鐵.KBT.KBT350-04珠光體可鍛鑄鐵.KZT.KZT450-06耐磨鑄鐵.MT.MT Cu1PTi-150抗磨白口鑄鐵.KmBT.KmBTMn5Mo2Cu抗磨球墨鑄鐵.KmQT.KmQTMn6冷硬鑄鐵.LT.LTCrMoR耐蝕鑄鐵.ST.STSi15R耐蝕球墨鑄鐵.SQT.SQTAl15Si5耐熱鑄鐵.RT.RTCr2耐熱球墨鑄鐵.RQT.RQTA16奧氏體鑄鐵.AT.-.牌號中代號后面的一組數(shù)字，表示抗拉強度值；有兩組數(shù)字時，第一組表示抗拉強度值，第二組表示延伸率值。兩組數(shù)字中間用“一”隔開。合金元素用國際元素符號表示，含量大于或等于1%時，用整數(shù)表示：小于1 %時一般不標注。常規(guī)元素（C、Si、Mn、S、p）一般不標注，有特殊作用時，才標注其元素符號及含量。.白口鑄鐵：白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（Fe3c）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業(yè)應用方面很少直接使用，只用于少數(shù)要求耐磨而不受沖擊的制件，如拔絲模、球磨機鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料。.灰口鑄鐵；鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡單，成本低、廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復雜鑄件和耐磨件。灰口鑄鐵按基體組織不同，分為鐵素體基灰口鑄鐵、珠光體-鐵素體基灰口鑄鐵和珠光體基灰口鑄鐵三類。由于灰口鑄鐵內(nèi)存在片狀石墨，而石墨是一種密度小，強度低、硬度低、塑性和韌性趨于零的組分。它的存在如同在鋼的基體上存在大量小缺口，即減少承載面積，又增加裂紋源，所以灰口鑄鐵強度低、韌性差，不能進行壓力加工。為改善其性能，在澆注前在鐵水中加入一下量的硅鐵，硅鈣等孕育劑，使珠光體基體細化，.可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是用碳、硅含量較低的鐵碳合金鑄成白口鑄鐵坯件，再經(jīng)過長時間高溫退火處理，使?jié)B碳體分解出團絮狀石墨而成，即可鍛鐵是一種經(jīng)過石墨化處理的白口鑄鐵?？慑戣T鐵按熱處理后顯微組織不同分兩類；一類是黑心可鍛鑄鐵和珠光可鍛鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵組織主要是鐵素體（F）基本+團絮狀石墨；珠光體可鍛鑄鐵組織主要是珠光體（P）基體+團絮狀石墨。另一類是白心可鍛鑄鐵，白心可鍛鑄鐵組織決定于斷面尺寸，小斷面的以鐵素體為基體，大斷面的表面區(qū)域為鐵素體、心部為珠光體和退火碳。石墨變細小而均勻分布，經(jīng)過這種孕育處理的鑄鐵。稱為孕育鑄鐵。.球墨鑄鐵：在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）使鑄鐵中石墨球化。由于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛替代可鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車后橋等。6生產(chǎn)應用球墨鑄鐵由於其糊狀凝固的特徵決定所生產(chǎn)的鑄鐵由於補縮不良經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，為了能在鑄件生產(chǎn)以前預測這些缺陷情況，早在印年代國內(nèi)外就開展了鑄造過程數(shù)值類比。鑄造過程數(shù)值類比是使用數(shù)值類比技術，在計算機虛擬的環(huán)境下類比實際鑄件形成過程，包括金屬液體的充型過程、冷卻凝固過程、應力形成過程、判斷成型過程中主要原素的影響程度，預測組織、性能和可能出現(xiàn)的缺陷，為優(yōu)化工藝減少廢品提供依據(jù)。1962年丹麥的Forsund第一個采用電子計算機類比鑄件的凝固過程，此后美國、英國、德國、日本、法蘭西等相繼開展了這方面的研究。我國于70年代末開始，大連理工大學、沈陽鑄造研究所率先在我國開展了這一技術的研究，并分別于1980年發(fā)表了研究報告（郭可韌等，大型鑄件凝固過程的數(shù)字類比，大連工學院學報，1980（2）116；沈陽鑄造研究所，鑄件凝固熱場電子計算機類比，鑄造，1980（1）1422，此后在我國高等院校投入大量人力開展了這項研究。在“六五”、“七五”期間國家攻關項目中部有計算機在鑄造中應用的攻關項目，“六五”的項目為“大型鑄鋼件凝固控制”、“七五”項目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織產(chǎn)、學、研聯(lián)合攻關，大大推展了此項技術在我國的發(fā)展，清華大學、華中理工大學已分別能提供FTStar和華鑄CAEInte 4.0商品化學的軟體并在三明重型機器有限公司等單位應用，獲得了良好的效果。計算機數(shù)值類比由前處理、中間計算和后處理三部分組成，包括幾何模型的建立，格點劃分，求解條件（初始條件和邊界條件）的確定，數(shù)值計算，計算結(jié)果的處理及圖形顯示。其所用的數(shù)值類比的基本方法主要是有限差分法，有限元法和邊界元法。（1）凝固過程數(shù)值類比，主要進行鑄造過程的傳熱分析。包括數(shù)值計算方法的選擇，潛熱處理、縮孔縮撿預測判別，鑄件、鑄型界面?zhèn)鳠釂栴}處理。（2）流動場數(shù)值類比，涉及動量、能量與質(zhì)量傳遞，其難度較大。使用的數(shù)值求解技術有MAC 法、SAMC法，SOLAAOF法以及SOLA一MAC法。（3）鑄造應力類比，此項研究開展較晚，主要進行彈塑性狀態(tài)應力分祈，目前有Heyn模型，彈塑性模型，Perzyna模型，統(tǒng)一內(nèi)變量模型等。（4）組織類比，尚處起步階段。分巨視、中觀和微視類比。能計算形核數(shù)，分析初晶類型，枝晶生長速度，類比組織轉(zhuǎn)變，預測機械性能。目前有確定性模型，Monte、Cellular、Automaton等統(tǒng)計法模型、相場模型等。計算機及其應用是迅速發(fā)展的技術領域，鑄造作為重要的工業(yè)領域之一，理應加強投入。研究開發(fā)計算機在鑄造研究及生產(chǎn)領域的應用，徹底改變過去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀態(tài)，計算機的應用也必將會促進球墨鑄鐵的應用和發(fā)展。7歷史爭論在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵，水平。而現(xiàn)代的球