球鐵的金相組織（干貨分享）

1、1 球鐵的金相組織 2 1. 1. 球鐵牌號(hào)及力學(xué)性能（球鐵牌號(hào)及力學(xué)性能（GB1348-88GB1348-88） 表2-1 單鑄試塊的力學(xué)性能 3 l球鐵力學(xué)性能的驗(yàn)收依據(jù)，主要為抗拉強(qiáng)度（b）和伸長率（）， 如用戶有特殊需要，沖擊韌性、屈服點(diǎn)、硬度也可作為附加的驗(yàn)收依 據(jù)，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)金相組織進(jìn)行檢驗(yàn)。 l在特殊情況下，經(jīng)供需雙方同意，允許根據(jù)鑄件本體所測(cè)得的硬度值 規(guī)定球鐵的硬度牌號(hào)，見GB1348-88。 4 2.2.金相組織金相組織 l正常組織：正常組織：細(xì)小圓整的石墨球+金屬基體 l鑄態(tài)組織：鑄態(tài)組織：通?；w為鐵素體與珠光體的混合組織；由于二次結(jié)晶條件 的影響，鐵素體通常位于石墨

2、球周圍，形成“牛眼狀組織”。 l熱處理組織：熱處理組織：通過不同的熱處理工藝，可以方便的調(diào)整球鐵的基體組織。 高溫退火：全體素體 正 火：全珠光體 調(diào) 質(zhì)：馬氏體 等溫淬火：奧氏體+貝氏體 5 l目前，可以通過各種工藝手段，在鑄態(tài)獲得鐵素體或幾乎全部為珠 光體的球墨鑄鐵，除去了退火或正火處理，縮短生產(chǎn)周期，降低成 本。 l在通常的生產(chǎn)條件下，由于某些化學(xué)元素的偏析以及球鐵的凝固特 性等原因，在共晶團(tuán)界處會(huì)出現(xiàn)一些非正常組織，如滲碳體、磷共 晶等雜質(zhì)相，應(yīng)該加以限制。 6 3.3.基體組織類型基體組織類型 （1 1）珠光體球鐵）珠光體球鐵 基體組織：以珠光體為主，余量為鐵素體，一般可在鑄態(tài)獲正火

3、態(tài)獲 得。 典型牌號(hào)：QT600-3、QT 700-2、QT800-2 性能特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度b、硬度HB高，延伸率低。 （2 2）鐵素體球鐵）鐵素體球鐵 基體組織：以鐵素體為主，余量為珠光體。 典型牌號(hào)：QT400-18、QT 400-15、QT450-10 性能特點(diǎn)：塑性和韌性較高，強(qiáng)度較低。 影響鐵素體球墨鑄鐵塑性和韌性的主要因素為化學(xué)成分（含硅量）、 石墨球大小及形狀、殘留的自由滲碳體及夾雜物、鐵素體的晶粒度等。 7 （3 3）混合基體球鐵）混合基體球鐵 基體組織：為鐵素體和珠光體混合組織。 典型牌號(hào)：QT500-7 性能特點(diǎn)：較好的強(qiáng)度和韌性配合。 （4 4）奧氏體）奧氏體- -貝氏體球

4、鐵（貝氏體球鐵（ADIADI球鐵）球鐵） 與普通球鐵相比，具有強(qiáng)度、塑性和韌性都很高的綜合力學(xué)性能，優(yōu) 于珠光體球鐵，也優(yōu)于經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的球鐵。 性能特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度b=9001400MPa 延伸率10% 沖擊韌性、抗疲勞性能、耐磨性都很高。 8 4.4.金相組織評(píng)定金相組織評(píng)定 l按GB9441-88球墨鑄鐵金相，對(duì)球鐵的金相組織進(jìn)行評(píng)定。指標(biāo)有： 球化級(jí)別、石墨大小、珠光體粗細(xì)和數(shù)量、分散的鐵素體的數(shù)量、磷 共晶和碳化物。 （1）球化級(jí)別16級(jí)，一般要求13級(jí)。 （2）石墨大小38級(jí)，一般要求石墨直徑68級(jí)。 （3）珠光體的粗細(xì)和數(shù)量。 珠光體粗細(xì)度分為：粗片狀珠光體、片狀珠光體、細(xì)片狀珠光

5、體。 一般要求為細(xì)片狀珠光體。 對(duì)于高韌性球鐵，珠光體要少，特別是QT400-18，不允許有珠光體， 或其量2.8%時(shí)， 會(huì)使球墨鑄鐵的韌性降低，故當(dāng)要求高韌性時(shí)，應(yīng)以此值為限，如鑄 件是在寒冷地區(qū)使用，則含硅量應(yīng)適當(dāng)降低。 l對(duì)鐵素體球鐵，一般控制碳硅含量為： C3.6%4.0%，Si2.4%2.8%； l對(duì)珠光體球鐵，一般控制碳硅含量為： C3.4%3.8%，Si2.2%2.6%。 13 (2) (2) 錳錳 l球墨鑄鐵中錳所起的作用與其在灰鑄鐵中所起的作用不同。在灰鑄鐵中， 錳除了強(qiáng)化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外，還能減小硫的危害作用；在球鐵中， 由于球化元素具有很強(qiáng)的脫硫能力，因而錳已不再能起

6、這種有益的作用。 而由于錳有嚴(yán)重的正偏析傾向，有可能富集于共晶團(tuán)晶界處，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 促進(jìn)形成晶間碳化物，因而顯著降低球墨鑄鐵的韌性。 l鑄態(tài)鐵素體球鐵，通?？刂圃贛n0.3%0.4%； l熱處理態(tài)鐵素體球鐵，可控制Mn0.5%； l鑄態(tài)珠光體球鐵，可控制Mn0.4%0.8%； l其中鑄態(tài)珠光體球鐵錳含量可適當(dāng)高些，但通常推薦用銅來穩(wěn)定珠光體。 l在球鐵中，錳的偏析程度實(shí)際上受石墨球數(shù)量及大小的支配，如能把石 墨球數(shù)量控制的較多，則可適當(dāng)放寬對(duì)錳量的限制。 14 (3) (3) 磷磷 l磷在球墨鑄鐵中有嚴(yán)重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴(yán)重降低球墨鑄鐵的韌性。 l磷還增大球墨鑄鐵的縮松傾向。

7、l當(dāng)要求球墨鑄鐵有高韌性時(shí)，應(yīng)將含磷量控制0.04%0.06%以下，對(duì)于寒冷地區(qū)使用的鑄件， 宜采用下限的含磷量。 l如球墨鑄鐵中有鉬存在時(shí)，更應(yīng)注意控制磷的含量，因此時(shí)易在晶界處形成脆性的磷鉬四 元化合物。 15 (4) (4) 硫硫 l球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強(qiáng)的化合能力，生產(chǎn)硫化物或硫氧化 物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且還使夾雜物數(shù)量增多， 導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生缺陷。此外，還會(huì)使球化衰退速度加快，故在球化處理 前應(yīng)對(duì)原鐵液的含硫量加以控制。 l國外一般要求原鐵液中硫的含量低于0.02%，我國目前由于焦炭含硫量 較高等熔煉條件的原因，原鐵液含硫量往往達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng) 進(jìn)一步改善

8、熔煉條件，有條件時(shí)可進(jìn)行爐前脫硫，力求降低含硫量。 16 1.2 1.2 合金元素合金元素 l球鐵中加入合金元素的作用是控制基體，提高力學(xué)性能和獲得 某些特殊的性能，如耐磨、耐熱、耐蝕性能等。 l球鐵中應(yīng)用的合金元素主要有鉬、銅、鎳、鉻和銻。這些元素 的應(yīng)用場(chǎng)合、作用及適宜含量如下。 17 (1) (1) 鉬鉬 l在生產(chǎn)高強(qiáng)度球鐵時(shí)，不少工廠往往使用鉬以提高鑄鐵的強(qiáng)度，其用 量一般在0.25%左右。 l在生產(chǎn)貝氏體球鐵或奧氏體-貝氏體球鐵時(shí)，往往亦加入一些鉬，使鑄 鐵的奧氏體等溫分解曲線(即C曲線)右移，提高淬透性。為了將奧氏體 的等溫分解溫度降低至200400范圍，須使鑄鐵的含鉬量為 0.6

9、%0.8%左右(對(duì)于厚壁鑄件，含鉬量應(yīng)選擇高些)。 l但在鑄鐵的結(jié)晶過程中，鉬在共晶團(tuán)內(nèi)有較大的正偏析傾向，當(dāng)含鉬 量達(dá)到0.8%1.0%時(shí)，容易促使在共晶團(tuán)邊界形成富鉬的四元磷共晶或 鉬的碳化物等脆性相。 l此外，鉬的價(jià)格貴，應(yīng)注意控制使用。 18 (2) (2) 銅銅 l銅具有穩(wěn)定珠光體的作用。國內(nèi)外有的工廠用含銅為0.4%0.8% 的球鐵制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，有時(shí)常和0.25%左右的鉬配合使 用。 l在貝氏體球墨鑄鐵中，常將銅和鉬按Mo0.2%0.4%，Cu0.6%0.8% 的比例配合使用，這種成分的球墨鑄鐵經(jīng)過等溫淬火處理，能穩(wěn) 定地獲得高的貝氏體百分率的組織。 19 (3) (3)

10、鎳鎳 l鎳常作為強(qiáng)化元素使用，其作用和銅相似。在國內(nèi)由于其價(jià)格較貴， 因而用得較少。 l鎳還可用于生產(chǎn)奧氏體球墨鑄鐵，并與鉬相配合，在奧氏體-貝氏體球 鐵中應(yīng)用，如Ni1.3%1.8%，Mo0.3%0.8%的球墨鑄鐵，與等溫淬火相 配合，可穩(wěn)定得到所要求的奧氏體-貝氏體基體組織。 l與鉬相比，鎳作為合金元素的優(yōu)點(diǎn)，是其在共晶團(tuán)內(nèi)部分布比較均勻， 不會(huì)因偏析而使共晶團(tuán)邊界脆化。鉬和鎳都是較貴重的金屬，在奧氏 體-貝氏體球墨鑄鐵中要有條件地選用，一般用在厚壁而重要的零件上。 20 (4) (4) 鉻鉻 l鉻用于珠光體球鐵，在鑄件中加入量為0.2%0.3%時(shí)，即可起到顯著的 穩(wěn)定珠光體及強(qiáng)化力學(xué)性能

11、的作用，但由于易形成鐵鉻碳化物，故應(yīng) 用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。 (5) (5) 銻銻 l銻是強(qiáng)烈穩(wěn)定珠光體元素，當(dāng)其含量在0.006%0.008%時(shí)，就能有效的 提高球鐵基體中珠光體的百分率。 l在生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵時(shí)，用微量銻代替銅，在經(jīng)濟(jì)上更為合理。 l但銻有干擾石墨球化的作用，當(dāng)Sb0.01%時(shí)，即會(huì)明顯地使石墨形狀 惡化，故對(duì)球墨鑄鐵的含銻量應(yīng)嚴(yán)格控制在0.006%0.008%以下，使用 時(shí)還應(yīng)注意積累問題。 21 1.3 1.3 微量元素（干擾元素）微量元素（干擾元素） l球鐵中常存在一些非特意加入的微量元素，如Ti、As、Pb、Al、Cr、 Sn、Sb等。在大多數(shù)情況下，這些元素對(duì)鑄鐵的性能起

12、不良影響；或 是干擾石墨球化，或是促使在共晶團(tuán)邊界上析出脆性相，或是在鐵素 體球鐵中阻礙基體的鐵素體化過程，即使含量很低，也防礙球化，導(dǎo) 致力學(xué)性能下降，特別是塑性和韌性急劇下降。 l稀土元素如鈰、鑭、釷、釔等皆有不同程度的中和干擾球化元素的作 用，加入RE0.01%0.02%即能中和這些元素的有害作用。稀土元素的 存在可放寬反球化元素的最大允許量。 l采用地方生鐵，應(yīng)該了解其原生礦中微量元素的含量，因從供貨廠家 所提供的化學(xué)成分中往往看不出微量元素的存在，如果微量元素含量 超標(biāo)，將會(huì)影響球化效果。一些采用廢鋼和廢機(jī)鐵熔煉的生鐵，也會(huì) 出現(xiàn)微量干擾元素超標(biāo)的問題。 22 1.4 1.4 各種基

13、體組織球墨鑄鐵的化學(xué)成分各種基體組織球墨鑄鐵的化學(xué)成分 1.4.11.4.1鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵 表中列出各類鐵素體球墨鑄鐵推薦的化學(xué)成分。其中低溫用鐵素體球 墨鑄鐵是指在40仍保持足夠沖擊韌度的球墨鑄鐵。 表 各類鐵素體球墨鑄鐵的推薦化學(xué)成分（%） 23 l對(duì)于退火鐵素體球鐵，允許的Si、Mn含量范圍較寬，Si的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)可從2.0%到2.7%，對(duì)原材料的純凈度(干擾球化元素含量) 要求可適當(dāng)放寬。 l對(duì)于鑄態(tài)鐵素體球鐵，允許硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可提高至 2.5%3.0%(應(yīng)力求采用下限含硅量)，必須使用低錳生鐵(錳含 量越低越好)，還要求生鐵中的含磷量低、形成珠光體的元素 (Cu、Cr、S

14、n、Sb等)含量要盡量降低，生鐵的純凈度(干擾元素 含量)和廢鋼的純凈度都有很高的要求，采取強(qiáng)化孕育措施，如 型內(nèi)孕育、澆口杯孕育等遲后孕育工藝，采用高效孕育劑以及 增加冷卻速度等，以增加石墨球數(shù)。在保證球化前提下，降低 殘余Mg和RE量。 l對(duì)于低溫用鐵素體球墨鑄鐵，除了必須采取上述適用于鑄態(tài)鐵 素體球墨鑄鐵的措施外，還必須嚴(yán)格限制Si、Mn、P的上限。 24 1.4.2 1.4.2 珠光體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵 表 珠光體球鐵推薦化學(xué)成分（%） l 對(duì)于硅含量，小件取上限，大件取下限，只要不出現(xiàn)游離滲碳體，含硅量 盡量低。 l 由于錳易呈正偏析和形成碳化物，故不宜通過添加錳獲得珠光體組織，

15、尤 其是對(duì)于厚大斷面、或是薄壁小鑄件 ，含錳量應(yīng)按下限控制。 l 對(duì)于韌性要求較低的鑄件，可放寬含磷量：w(P)0.1%。 l 對(duì)于厚大斷面鑄件，應(yīng)添加銅或同時(shí)添加銅和鉬。也可以添加：鎳w (Ni)2%、釩w (V)0.3%或錫w (Sn)0.05%0.08%等，以穩(wěn)定珠光體。 25 生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵要遵循以下原則：生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵要遵循以下原則： (1) 嚴(yán)格控制爐料(生鐵與廢鋼)，避免含有強(qiáng)烈形成碳化物元 素如Cr、V、Mo、Te等，含錳量取下限，以防止鑄態(tài)下形成游離滲碳體。 (2) 適量孕育，一方面防止形成碳化物，另一方面還要防止 因強(qiáng)化孕育導(dǎo)致出現(xiàn)大量的鐵素體。 (3) 根據(jù)鑄件壁

16、厚的性能要求，添加穩(wěn)定珠光體，但又不形 成碳化物的元素如Cu、Ni、Sn等，其中，添加銅的效果顯著，成本較低 (與添加鎳相比)，而且也無副作用(與添加錫相比)。 在生產(chǎn)高強(qiáng)度珠光體球墨鑄鐵（抗拉強(qiáng)度要求超過700MPa） 時(shí)，應(yīng)采用純凈爐料、嚴(yán)格控制形成碳化物元素、干擾元素以及P、S等 有害雜質(zhì)元素的含量，必要時(shí)，還應(yīng)添加適量的銅和鉬。 26 1.4.3 1.4.3 鐵素體鐵素體- -珠光體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵 l生產(chǎn)牌號(hào)QT500-7這種鐵素體和珠光體混合基體的球鐵時(shí)，可參考鐵素體、 珠光體球鐵生產(chǎn)所必須遵循的原則。 l(1) 采用熱處理生產(chǎn)鐵素體-珠光體球鐵時(shí)，參考生產(chǎn)退火鐵素體球鐵所 要求的化學(xué)成分，此時(shí)，可不必添加銅，只是在石墨化退火第二階段， 縮短保溫時(shí)間，令其中的部分珠光體轉(zhuǎn)變成鐵素體，其余部分則保留下 來，組成混合基體。視所要求的鐵素體與珠光體的相對(duì)含量，決定縮短 第二階段的保溫時(shí)間，要求的鐵素體越多，則要縮短的保溫時(shí)間就越短。 l(2) 采用鑄態(tài)生產(chǎn)鐵素體-珠光體球鐵時(shí)，參考生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球鐵要遵 循的原則。在此基礎(chǔ)上，通過控制添加銅的數(shù)量，以獲得鐵素體與珠光 體的混合基體，隨加銅量的增多，珠光體量增加。 27 1.4.4 1.4.4 貝氏體球墨鑄鐵貝氏體球墨鑄鐵 l貝氏體球鐵是指基體組織以貝氏體為主的球鐵。