球鐵的金相組織

1、球雀禱鐵的生產(chǎn)1 球鐵牌號及力學(xué)性能(GB1348-88)表21單鑄試塊的力學(xué)性能牌號ab /MPa (kgf/mm2)q()2/MPa (kgfYmm2)5 (%)供參考最小值硬度(HB)主要金相組織QT400-18400(40.80)250(25.50)18130180鐵素體QT400-15400(40.80)250(25.50)|15130180鐵素體QT450-10450(45.90)310(31.60)10160210鐵素體QT500-7500(51.00)320(32.65)鐵素體+珠光體QT600-3600(61.20)370(37.75)3J190 270珠光體+鐵素體QT70

2、0-2700(71.40)420(42.85)2225305珠光體QT800-2800(81.60)480(48.98)2245335珠光體或回火組織QT900-2900(91.80)600(61.20)2280360貝氏體或回火馬氏體球鐵力學(xué)性能的驗收依據(jù)，主要為抗拉強度（Ob）和伸長 率（6）,如用戶有特殊需要，沖擊韌性、屈服點、硬度 也可作為附加的驗收依據(jù)，必要時還應(yīng)對金相組織進(jìn)行檢 驗。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 得的硬度值規(guī)定球鐵的硬度牌號，見GB1348-88o2 金相組織正常組織：細(xì)小圓整的石墨球+金屬基體鑄態(tài)組織：通?；w為鐵素體與珠光體的混合組織；由于

3、二 次結(jié)晶條件的影響，鐵素體通常位于石墨球周圍，形成“牛 眼狀組織”。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。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。3基體組織類型（1）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) 獲正火態(tài)獲得。 典型牌號：QT600-3

4、、QT 7002、QT800-2 a性能特點：抗拉強度Ob、硬度HB高，延伸率&低。（2）鐵素體球鐵基體組織：以鐵素體為主，余量為珠光體。a 典型牌號：QT400-18、QT 400-15、QT450-10A性能特點：塑性和韌性較高，強度較低。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。(3) 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:-QT500-7性能特點：較好的強度和韌性配合。(4) 奧氏體貝氏體球鐵(ADI球鐵)與普通球鐵相比，具有強度、塑性和韌性都很高的綜合力 學(xué)性能，優(yōu)于珠光體球鐵

5、，也優(yōu)于經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的球鐵。性能特點：抗拉強度Ob=9001400MPa延伸率&>10%沖擊韌性、抗疲勞性能、耐磨性都很高。4 金相組織評定按GB9441-88球墨鑄鐵金相，對球鐵的金相組織進(jìn)行評定。指 標(biāo)有：球化級別、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）球化級別級，一般要求級。(2)石墨大小38級，一般要求石墨直徑68級。（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)片狀珠光體。 一般要求為細(xì)片狀珠光體。對于高韌性球鐵，珠光體要少，特別是QT400-18,不允許有珠光體, 或其量VI%,其余為鐵素體。（4）高韌性球鐵中

6、不允許出現(xiàn)磷共晶和碳化物。球屋鑄鐵的生產(chǎn)球墨鑄鐵的生產(chǎn)過程包含以下幾個環(huán)節(jié)：熔煉合格的鐵液，球化處理，孕育處理，爐前檢查，澆注鑄件，清理及熱處理，鑄件質(zhì)量檢查。在上述各個環(huán)節(jié)中，熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液和進(jìn)行有效的 球化孕育處理是生產(chǎn)的關(guān)鍵。1.化學(xué)成分的選定選擇適當(dāng)化學(xué)成分是保證鑄鐵獲得良好的組織狀 態(tài)和高性能的基本條件，化學(xué)成分的選擇既要有 利于石墨的球化和獲得滿意的基體，以期獲得所 要求的性能，又要使鑄鐵有較好的鑄造性能。1.1基本元素(1)碳和硅由于球狀石墨對基體的削弱作用很小，故球墨鑄鐵中石墨數(shù)量多少，對力學(xué)性能的影響不顯著，當(dāng)含碳量在 3.2%-3.8%范圍內(nèi)變化時，實際上對球墨鑄鐵的力學(xué)性能

7、無明顯影響。確定球墨鑄鐵的含碳量時，主要從保證鑄造性能考慮，為此將碳當(dāng)量選擇在共晶成分左右。由于球化元素使相圖上共晶點的位置右移，因而使 共晶碳當(dāng)量移至4.6%4.7%左右，具有共晶成分的鐵液 流動性最好，形成集中縮孔傾向大，鑄鐵的組織致密度高。當(dāng)碳當(dāng)量過低時，鑄件易產(chǎn)生縮松和裂紋。碳當(dāng)量過高時,易產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，其結(jié)果是使鑄鐵中夾雜物數(shù)量增多,降低鑄鐵性能，而且污染工作環(huán)境。用鎂和肺處理的鐵液有較大的結(jié)晶過冷和形成白口的傾向，硅能減小這種傾向。此外，硅還能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度。但硅又降低鑄鐵的韌性，并使韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。因此在選擇碳硅含量時，應(yīng)按照高碳低硅的原則，一般認(rèn)為Si&

8、gt;2.8%時，會使球墨鑄鐵的韌性降低，故當(dāng)要求高韌性時，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。對鐵素體球鐵，一般控制碳硅含量為:C36%40%, Si24%28%；對珠光體球鐵，一般控制碳硅含量為：C3.4%38%，Si2.2%26%。猛球墨鑄鐵中猛所起的作用與其在灰鑄鐵中所起的作用不同。在灰鑄鐵中, 猛除了強化鐵素體和穩(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的脫硫能力，因而猛已不再能起這種有益的作用。 而由于鐳有嚴(yán)重的正偏析傾向，有可能富集于共晶團(tuán)晶界處，嚴(yán)重時會 促進(jìn)形成晶間碳化物，因而顯著降低球墨鑄鐵的韌性。鑄態(tài)鐵素體球鐵，通?？刂圃贛

9、n0.3%-0.4%；熱處理態(tài)鐵素體球鐵，可控制Mn<0.5%；鑄態(tài)珠光體球鐵，可控制Mn0.4%-0.8%；其中鑄態(tài)珠光體球鐵猛含量可適當(dāng)高些，但通常推薦用銅來穩(wěn)定珠光體。在球鐵中，猛的偏析程度實際上受石墨球數(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)放寬對猛量的限制。磷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。磷還增大球墨鑄鐵的縮松傾向。當(dāng)要求球墨鑄鐵有高韌性時，應(yīng)將含磷量控制0.04%0.06%以下，對于寒冷地區(qū)使用的鑄件，宜采 用下限的含磷量。女口球墨鑄鐵中有乍目存在時，更應(yīng)注意控制磷的含量，因此時易在晶界處形成脆性的磷鈕四元化合

10、物。硫球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強的化合能力，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，還會使球化衰退速度加快，故在球化處理前應(yīng)對原鐵液的含硫量加以控制。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)一步改善熔煉條件，有條件 時可進(jìn)行爐前脫硫，力求降低含硫量。1-2合金元素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。球鐵中應(yīng)用的合金元素主要有鈕、銅、牢臬、鉆和錘。 這些元素的應(yīng)用場合、作用及

11、適宜含量如下。鉗在生產(chǎn)高強度球鐵時，不少工廠往往使用鉗以提高鑄鐵的 強度，其用量一般在0.25%左右。在生產(chǎn)貝氏體球鐵或奧氏體貝氏體球鐵時，往往亦加入 一些鋁，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°C范圍，須使鑄鐵的含鋁量為0.6%0.8%左 右（對于厚壁鑄件，含鋁量應(yīng)選擇高些）。H旦在鑄鐵的結(jié)晶過程中，鉗在共晶團(tuán)內(nèi)有較大的正偏析傾 向，當(dāng)含鋁量達(dá)到0.8%-1.0%時，容易促使在共晶團(tuán)邊 界形成富鋁的四元磷共晶或鋁的碳化物等脆性相。此外，鉗的價格貴，應(yīng)注意控制使用。銅銅具有穩(wěn)定珠光體的作用。國內(nèi)外有的工廠用含銅為

12、0.4%0.8%的球鐵制造汽車發(fā)動機的曲軸，有時常 和0.25%左右的鈕配合使用。在貝氏體球墨鑄鐵中，常將銅和鈕按Mo0.2%-0.4%, CuO.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。(3)B鐮常作為強化元素使用，其作用和銅相似。在國內(nèi)由于其 價格較貴，因而用得較少。鐮還可用于生產(chǎn)奧氏體球墨鑄鐵，并與鈕相配合，在奧氏體-貝氏體球鐵中應(yīng)用，女dNil.3%-1.8%,MoO.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。與鈕相比，鐮作為合金元素的優(yōu)點，是其在共晶團(tuán)內(nèi)部分 布比較均勻，不會因

13、偏析而使共晶團(tuán)邊界脆化。鋁和鐮都是較貴重的金屬，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。(4)e珞用于珠光體球鐵，在鑄件中加入量為0.2%03%時， 即可起到顯著的穩(wěn)定珠光體及強化力學(xué)性能的作用，但由 于易形成鐵珞碳化物，故應(yīng)用時應(yīng)謹(jǐn)慎。(5) W銖是強烈穩(wěn)定珠光體元素，當(dāng)其含量在 0.006%-0.008%時，就能有效的提高球鐵基體中珠光 體的百分率。在生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵時，用微量錘代替銅，在經(jīng)濟(jì)上更 為合理。但錘有干擾石墨球化的作用，當(dāng)Sb>0.01%時，即會明 顯地使石墨形狀惡化，故對球墨鑄鐵的含錘量應(yīng)嚴(yán)格控制 在0.006%0.008%以下，使用時還

14、應(yīng)注意積累問題。1.3微量元素（干擾元素）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，這些元素對鑄鐵的性能起不良影響； 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。稀土元素如肺、瀾、社、鎧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。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

15、看不出微量元素的存在，如果微量元素 含量超標(biāo)，將會影響球化效果。一些采用廢鋼和廢機鐵熔煉的生鐵， 也會出現(xiàn)微量干擾元素超標(biāo)的問題。1.4各種基體組織球墨鑄鐵的化學(xué)成分1.4.1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一 0°C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（）類別CSiMnPSMgRE退火態(tài)3.5-3 92.0-2 7<0.6<0.07<0.020.03-0 060.02-0.04鑄態(tài)3.5-3 92.5-3 0<0.3<0.07<0.020.03-0 060.0

16、2-0 04低溫用3.5-3 91.4-2 0<0.2<0.04<0.01004 0.06對于退火鐵素體球鐵，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%,對原材料的純凈度（干擾球化元素含 量）要求可適當(dāng)放寬。對于鑄態(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），必須使用低鐳生鐵 （鐳含量越低越好），還要求生鐵中的含磷量低、形成珠光體的 元素（Cu、Cr、Sn、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

17、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。對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。1.4.2珠光體球墨鑄鐵表 珠光體球鐵推薦化學(xué)成分()狀態(tài)CSiMnPsCuMo鑄態(tài)3.63.82.1 2.50.3 0.5W0. 07WO. 020.5 1.00 0.2熱處理3.5 3.72.02.40.40.8W0. 07W0.0201.000.2對于硅含量，小件取上限，大件取下限，只要不岀現(xiàn)游離滲碳體，含硅量 盡量低。由于猛易呈正偏析和形成碳化物，故不宜通過添加猛獲得珠光體組織，尤 其是對于厚大斷面、或

18、是薄壁小鑄件，含鐳量應(yīng)按下限控制。對于韌性要求較低的鑄件，可放寬含磷量：w(P)<0.1%o對于厚大斷面鑄件，應(yīng)添加銅或同時添加銅和鋁。也可以添加：Ww (Ni)<2%> fLw (V)<0.3%或錫w (Sn)<0.05%0.08%等，以穩(wěn)定珠光體。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），避免含有強烈形成碳化物元素 如Cr、V、Mo、Te等，含猛量取下限，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 化孕育導(dǎo)致出現(xiàn)大量的鐵素體。（3）根據(jù)鑄件壁厚的性能要求，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 添加鐮相比），而且也無副作用（與添加錫相比）。在生產(chǎn)高強度珠光體球墨鑄鐵（抗拉強度要求超過700MPa）時,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，還應(yīng)添加適量的銅和鋁。1-4-3鐵素體珠光體球墨鑄鐵生產(chǎn)牌號QT500-7這種鐵素體和珠光體混合基體的球鐵時，可參考鐵 素體、珠光體球鐵生產(chǎn)所必須遵循的原則。 (1)采用熱處理生產(chǎn)鐵素體珠光體球鐵時，參考生產(chǎn)退火鐵素體球鐵所要求的化學(xué)成分，此時，可不必添加銅，只是在石墨化退火第二階段,縮短保溫時間，令其中的部分珠光體轉(zhuǎn)變成鐵