鑄鐵基礎(chǔ)知識

1、鑄鐵基礎(chǔ)知識講義 鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金,除碳外,鑄鐵還含有較多的Si、Mn和其它一些雜質(zhì)元素。與鋼相比，鑄鐵熔煉簡便、成本低廉。雖然強度、塑性和韌性較低，但具有優(yōu)良的鑄造性能，很高的耐磨性，良好的消震性和切削加工性。塑性變形的定義是物質(zhì)塑性變形的定義是物質(zhì)-包括流體及固體在一定的條件下，包括流體及固體在一定的條件下，在外力的作用下產(chǎn)在外力的作用下產(chǎn)形變形變，當(dāng)施加的外力撤除或消失后該物體，當(dāng)施加的外力撤除或消失后該物體不能恢復(fù)原狀的一種物理現(xiàn)象。不能恢復(fù)原狀的一種物理現(xiàn)象。塑性：是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生最大塑性變形而不破壞的能力各種鑄鐵及其應(yīng)用 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形態(tài)不同

2、，通常可將鑄鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵及麻口鑄鐵。而灰鑄鐵中又可根據(jù)石墨形態(tài)的不同而分為普通灰鑄鐵，蠕蟲狀石墨鑄鐵，球墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵。鑄鐵：含碳量2.11%的鐵碳合金西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT材料及熱加工工藝材料及熱加工工藝第八章第八章 鑄造鑄造一、白口鑄鐵 碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以碳化物的形式存在于鑄鐵中，斷口呈銀白色。 白口鑄鐵的特點是硬而脆，很難加工。所以一般都不希望出現(xiàn)白口。 但有時可以利用白口鑄鐵硬度高、抗磨損性能好的優(yōu)點，制造一些高耐磨的

3、零件和工具。例如。農(nóng)具（犁鏵），球磨機的內(nèi)襯及磨球，噴丸機的葉片以及電廠的葉片以及灰渣泵及磨煤機的磨損件等。二、灰鑄鐵 灰鑄鐵的碳主要結(jié)晶成石墨，并呈片狀形式存在于鑄鐵中，斷口為暗灰色。常見的鑄鐵件多數(shù)是灰鑄鐵?；瘜W(xué)成分一般為：C 2.63.6%; Si 1.23.0%; Mn 0.41.2%P0.3%; S 0.15%.石墨和碳是同素異構(gòu)體三、麻口鑄鐵 麻口鑄鐵具有灰口鑄鐵和白口鑄鐵的混合組織，斷口呈灰白色交錯。在珠光體的基體上既分布著滲碳體又分布著石墨。 由于這種鑄鐵不利于加工，一般不使用。四、可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵因有較高的塑性和韌性而得名，其實是不可鍛的。 其生產(chǎn)過程是：先鑄成一定成分的白

4、口鑄鐵，而后經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄊ嘶鹛幚恚?，使其中的滲碳體分解而形成團絮狀石墨。五、球墨鑄鐵 鐵水在澆注前，經(jīng)球化和孕育處理，碳主要以球狀石墨的狀態(tài)存在于鑄鐵中。 與其它鑄造合金相比，球墨鑄鐵亦有類似于灰口鑄鐵的優(yōu)點（如耐磨、減震、優(yōu)良的切削加工和鑄造工藝性能等），還具有比普通灰鑄鐵高得多的強度、塑性和韌性。石墨球：300個/mm2元素在鑄鐵中的作用元素在鑄鐵中的作用碳 碳是鑄鐵的基本組元，在鑄鐵中的存在形式主要有兩種 ，一種是 以游離碳石墨的形式存在，另一種是以化合碳滲碳體的形式存在。 碳是強烈促進(jìn)石墨化的元素，增加碳量會增加石墨的數(shù)量，但會使石墨粗大。 在灰鑄鐵中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2

5、.73.8%的范圍內(nèi)，碳主要以片狀石墨形式存在，高碳灰鑄鐵的金相組織為鐵素體和粗大的片狀石墨，機械強度和硬度較低，但撓度較好。低碳灰鑄鐵的金相組織為珠光體和細(xì)小的片狀石墨，有較高的機械強度和硬度，但撓度較差。 在球墨鑄鐵中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3.53.9%范圍內(nèi)，經(jīng)球化處理后碳通常會減少0.10.3%，碳主要以球狀石墨形式存在。為了改善鑄造性能，碳總是維持在較高限，并且利用石墨化膨脹的作用，以補償收縮，增加鑄鐵的致密性，保證鑄件的有較高的力學(xué)性能。 撓度：變形量硅 硅是鑄鐵中常存五元素之一，能減少碳在液態(tài)和固態(tài)中的溶解度，促進(jìn)石墨的析出，因此是促進(jìn)石墨化的元素，其作用是碳的1/3左右，故增加硅

6、量會增加石墨的數(shù)量，也會使石墨粗大。 在灰鑄鐵中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.12.7%的范圍內(nèi)，一般碳硅量低可獲得較高的機械強度和硬度，但流動性稍差；當(dāng)薄壁鑄件出現(xiàn)白口時可提高碳硅含量使之變灰；當(dāng)壁厚鑄件出現(xiàn)粗大石墨時，應(yīng)適當(dāng)降低碳硅含量，達(dá)到提高機械強度和硬度的目的。 在球墨鑄鐵中，球化前硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.02.0%的范圍內(nèi)，這主要考慮在球化時球化孕育劑還要帶入一部分硅量。通常球化后硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最終控制在1.83.3%，在此范圍內(nèi)，隨著硅量的提高，鐵素體量增加并能細(xì)化石墨，提高球狀石墨的圓整度。 對于珠光體球鐵，硅控制在1.82.5%，以不出現(xiàn)自由滲碳體為原則。 對于鐵素體球鐵，硅含量最終控制

7、 在2.63.3%，以不顯著降低韌性為原則。錳 1.在鐵水結(jié)晶過程中，錳促進(jìn)碳化物的形成，具有穩(wěn)定珠光體的作用。 2.在一定條件下，當(dāng)錳含量小于1.3%時，隨含錳量的增加，鑄鐵的強度、硬度增加，而塑性和韌性降低；當(dāng)含錳量增加到1.3%以上，鑄鐵組織中出現(xiàn)自由滲碳體，此時只有硬度提高，其它性能均降低。中和硫的有害作用穩(wěn)定和細(xì)化珠光體磷 磷對石墨化影響不顯著磷對石墨化影響不顯著，磷，磷含量大于含量大于0.3%時會形成硬而脆時會形成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會形成冷脆性，對于性，但又會形成冷脆性，對于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在0.15%以下。以下

8、。 硫 硫是強烈阻礙石墨化的元素硫是強烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，并降低流動性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。并降低流動性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。 有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%0.1%以下。以下。 增硫防止石墨長成粗大片狀。雖然硫是阻礙石墨化的元素，增硫防止石墨長成粗大片狀。雖然硫是阻礙石墨化的元素，但是灰鑄鐵中硫含量過低是非常有害的，因為低硫的鐵液中的碳原子但是灰鑄鐵中硫含量過低是非常有害的，因為低硫的鐵液中的碳原子更容易往粗大的片狀石墨上富集，使大量的石墨晶核無法長成片狀石更容易往粗大的片狀石墨上富集，使大量的石墨

9、晶核無法長成片狀石墨，使凝固后期的鐵液得不到有效的石墨化而產(chǎn)生嚴(yán)重收縮。硫本身墨，使凝固后期的鐵液得不到有效的石墨化而產(chǎn)生嚴(yán)重收縮。硫本身在鐵液中的溶解度很低，碳、硅量越高，溶解能力越差。在鐵液的成在鐵液中的溶解度很低，碳、硅量越高，溶解能力越差。在鐵液的成核能力很好，孕育也做得很好的情況下，適量增硫，利用硫阻礙石墨核能力很好，孕育也做得很好的情況下，適量增硫，利用硫阻礙石墨長成粗大片狀的作用，可以給其它石墨核心長成片狀石墨的機會，達(dá)長成粗大片狀的作用，可以給其它石墨核心長成片狀石墨的機會，達(dá)到使石墨細(xì)化，數(shù)量增多，分布均勻的目的。必須認(rèn)識到的是，硫畢到使石墨細(xì)化，數(shù)量增多，分布均勻的目的。必

10、須認(rèn)識到的是，硫畢竟是阻礙石墨化的元素，硫量過高，會增加白口?；诣T鐵最佳的竟是阻礙石墨化的元素，硫量過高，會增加白口?；诣T鐵最佳的w.(S)w.(S)范圍應(yīng)控制在范圍應(yīng)控制在0.080.080.120.12。銅 銅的石墨化能力約為硅的1/5，因此能降低鑄鐵的白口傾向，是促進(jìn)石墨化元素。由于銅能增加珠光體的含量，同時能細(xì)化 珠光體及強化珠光體中的鐵素體，因而能增加鑄鐵的硬度及強度。鉻 在普通灰鐵中加入0.5%左右的鉻，能細(xì)化石墨，增加珠光體數(shù)量，提高強度和硬度。鉻是強烈穩(wěn)定碳化物阻礙石墨化的元素。錫錫：穩(wěn)定碳化物，阻礙石墨化的元素。 為了增加珠光體數(shù)量，提高機械性能，加入0.1%以下的錫，在普通

11、灰鑄鐵中加入0.050.10%，可將灰鑄鐵強度提高一級，而且石墨呈中等片狀分布。珠光體可達(dá)90%以上。 對于球墨鑄鐵來說，加入0.050.10%，可以穩(wěn)定珠光體而又不形成游離滲碳體。因而能提高球墨鑄鐵的強度、硬度和耐磨性。鎳 鎳是促進(jìn)石墨化的元素，能減少白口形成傾向。鎳不但有細(xì)化珠光體的作用而且有增加珠光體數(shù)量的作用。所以在一般合金鑄鐵中加入鎳的目的往往是從穩(wěn)定并細(xì)化珠光體出發(fā)。鉬 鉬是典型的碳化物形成元素，在小于0.6%時， 鉬的作用十分溫和，這時鑄鐵的基本成分無需由于 鉬的加入而作改變。 鉬是很強的珠光體穩(wěn)定元素，如加到0.5%時，鑄鐵中鐵素體消失。 鉬能細(xì)化石墨，僅有輕度的白口傾向，在小

12、于0.8%時能細(xì)化珠光體，增加珠光體含量。 以 鉬為合金元素時，磷必須低于0.2%，這是由于要形成復(fù)雜的四元共晶之故（共晶中含磷4.4%，鉬5.6%），因此要消耗掉部分 鉬。鑄鐵的石墨A型石墨 A型石墨是在石墨的成核能力較強，冷卻速度較慢，共晶轉(zhuǎn)化在很小的過冷度下進(jìn)行時形成的。由于晶核的數(shù)目較多，又在很小的過冷度下結(jié)晶，線生長速度低，所以石墨分枝不很發(fā)達(dá)，故形成較為均勻分布的片狀石墨，這是灰鑄鐵中最經(jīng)常出現(xiàn)的一種石墨分布狀態(tài)。一廠生產(chǎn)鑄件石墨B型石墨 B型石墨呈花朵狀，其實質(zhì)上是中心部分由D型石墨組成，花朵的外圍則為A型石墨，其形成的過程是這樣的：它的成核條件要較形成A型石墨差些，故其共晶轉(zhuǎn)變

13、時過冷度也比出現(xiàn)A 型石墨時要大一些，由于成核條件較差，因此常常在共晶團的中心部分形成過冷（D型）石墨，當(dāng)共晶結(jié)晶開始后，由于放出結(jié)晶潛熱，能夠把未結(jié)晶的鐵水加熱，使其溫度有所上升，因而其外圍部分在稍高的溫度下結(jié)晶，當(dāng)然石墨的分枝較少，石墨也顯得粗大些，最后形成花朵狀分布一廠生產(chǎn)鑄件石墨C型石墨 C型石墨是在碳當(dāng)量很高（過共晶），冷卻速度很慢的情況下出現(xiàn)的，過共晶灰鑄鐵中的石墨常呈這種形態(tài)。在對鐵水進(jìn)行石墨化孕育處理時，由于孕育劑加入過大，造成局部區(qū)域硅元素富集，使局部出現(xiàn)過共晶區(qū)域，也會出現(xiàn)這種石墨。當(dāng)過共晶鐵水冷卻時，遇到液相線，在一定的過冷下即析出初析石墨晶核，在液體鐵中逐漸長大，由于結(jié)

14、晶時的溫度較高，而且成長的時間較長，故長成分枝少的粗大片狀，當(dāng)達(dá)到共晶結(jié)晶溫度時，便按照正常的共晶過程進(jìn)行，此時大都形成A型石墨。一廠生產(chǎn)鑄件石墨D型石墨 D型石墨是在石墨的成核條件較差（如碳當(dāng)量低），冷卻速度較大，造成較大的過冷度情況下形成的。由于穩(wěn)定系與介穩(wěn)定系共晶溫度之間的間隙較大（硅量并不很低時），因此所造成的過冷尚不足以遏制石墨析出。在這種結(jié)晶溫度下，當(dāng)熔體的溫度剛下降至穩(wěn)定系共晶平衡溫度以下時，石墨晶核還不能大量生成，而奧氏體則在初生奧氏體枝晶的基礎(chǔ)上或通過形成新的晶核仍不斷析出，直到出現(xiàn)較大的過冷時，奧氏體枝晶之間殘留熔體中才形成大量石墨晶核。因這時石墨是在較大的過冷度下成長，分

15、枝很為發(fā)達(dá)，故最后在奧氏體枝晶間形成許多細(xì)小的無一定排列方向的石墨。這種石墨常在牌號較高（碳量較低），壁?。ɡ鋮s較快）的灰鑄鐵中出現(xiàn)，D型石墨又稱為“過冷石墨”。一廠生產(chǎn)鑄件石墨E型石墨 E型石墨則是在亞共晶程度較大的鑄鐵在慢冷的條件下形成的。初生的奧氏體樹枝數(shù)量較多。至共晶結(jié)晶時過冷度不太大，形成的石墨核心不太多（共晶團較大），石墨的分枝不多，所以最后石墨片不象D型那樣細(xì)小而是比較粗一些，因為共晶結(jié)晶時液體的數(shù)量已很少，僅僅占據(jù)初生樹枝體間的間隙位置，所以形成的比較粗的石墨片則是順著樹枝體的枝桿方向生長，顯出一定的方向性。這種鑄鐵如果在快速冷卻下結(jié)晶凝固，往往會形成D型石墨，所以經(jīng)常在高強度

16、的薄壁鑄件中，會同時出現(xiàn)D型、E型石墨的分布特征。一廠生產(chǎn)鑄件石墨F型石墨 F型石墨是我國標(biāo)準(zhǔn)中所特有的，其特點是在大塊石墨（有的單位叫星型石墨）上分布著許多小的石墨片（這些小石墨片呈A型分布），F(xiàn)型石墨實質(zhì)上亦是過共晶石墨，是高碳鐵水在較大過冷條件下生長的。大塊石墨可以認(rèn)為是相當(dāng)于C型中的初生石墨，小片狀石墨在其上生長。 這種石墨在生產(chǎn)活塞環(huán)時經(jīng)常出現(xiàn)，為了防止活塞環(huán)組織出現(xiàn)白口，常采用高碳（如C3.8%）鐵水，由于壁薄，必須加強孕育過程，因此促進(jìn)了了F型石墨的生長?；诣T鐵石墨級別、長度球墨鑄鐵孕育鑄鐵 把某些物質(zhì)少量地加入到鐵水中,通過影響其生核過程以改變凝固特性的處理工藝成為孕育,加入的

17、物質(zhì)稱為孕育劑.孕育的目的:1.促進(jìn)石墨化,抑制白口;2增加共晶團數(shù);3.減小斷面敏感性;4.改善石墨形態(tài),提高機械性能. HT250以上的牌號均為高強度鑄鐵,也稱孕育鑄鐵.因為單依靠對鐵水合金化及降低碳當(dāng)量等措施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所需要的機械性能和鑄造性能的要求,所以必須對鐵水進(jìn)行孕育處理,因此稱為孕育鑄鐵.孕育鑄鐵發(fā)展: 德國二戰(zhàn)期間,發(fā)展1947年美國。孕育鑄鐵的化學(xué)成分:組織中出現(xiàn)少量自由滲碳體情況下進(jìn)行孕育才能得到預(yù)期效果.如果原鐵水碳、硅較高，不經(jīng)孕育就成為灰口組織，那么一經(jīng)孕育石墨會粗大化，反而使強度降低。石墨化：鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程l 力學(xué)性能低。力學(xué)性能低。由于由于石墨

18、相當(dāng)于鋼基體中石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。易導(dǎo)致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵與鑄鋼的強度比較分析三種灰鑄鐵：分析三種灰鑄鐵： C化合化合=0時時,為為F灰鑄鐵?；诣T鐵。強度硬度最差，很少用。強度硬度最差，很少用。C化合化合=0.8%時，為時，為P灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，強、硬度高，可制造床身、機體等重要件。強、硬度高，可制造床身、機體等重要件。 C化合化合 0.8%時時,為（為（P+F）灰鑄鐵，石墨片較粗大）灰鑄鐵，石墨片較粗大，強度低，適于一般機件。其鑄造性能和減振性均優(yōu)于強度

19、低，適于一般機件。其鑄造性能和減振性均優(yōu)于前者，應(yīng)用最廣。前者，應(yīng)用最廣。結(jié)論：結(jié)論：必須控制石必須控制石墨化程度來控制鑄墨化程度來控制鑄鐵的組織和性能。鐵的組織和性能。 C化合化合=0時時,為為F灰鑄鐵?；诣T鐵。強度硬度最差，很少用。強度硬度最差，很少用。C化合化合=0.8%時，為時，為P灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，強、硬度高，可制造床身、機體等重要件。強、硬度高，可制造床身、機體等重要件。碳和硅碳和硅 對鑄鐵的組織和對鑄鐵的組織和性能起著決定性的影響性能起著決定性的影響碳是形成石墨的元素，碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的元素。也是促進(jìn)石墨化的元素。硅是強烈促

20、進(jìn)石墨化的硅是強烈促進(jìn)石墨化的元素。含硅量過少，即使元素。含硅量過少，即使高含碳量石墨也不宜析出，高含碳量石墨也不宜析出，容易形成白口組織。容易形成白口組織。灰鑄鐵中：灰鑄鐵中：2.5-4.0%C，1.0-3.0%Si。S：硫是強烈阻礙石墨化的元素硫是強烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，并降低流動性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。形成熱脆性，并降低流動性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%以下。以下。Mn: 錳與硫作用生成錳與硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提，削弱硫的有害作用，提高鑄鐵的強度。高鑄鐵的強度。錳是阻礙

21、石墨化的元素錳是阻礙石墨化的元素，增加白口傾，增加白口傾向。生產(chǎn)中常加入向。生產(chǎn)中常加入0.61.2%錳鐵，控制鑄鐵組織。錳鐵，控制鑄鐵組織。P: 磷對石墨化影響不顯著磷對石墨化影響不顯著，磷含量大于，磷含量大于0.3%時會形時會形成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會形成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會形成冷脆性，對于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在成冷脆性，對于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在0.15%以下。以下。 在高溫緩慢冷卻的條件下，由于原子具有較高的擴在高溫緩慢冷卻的條件下，由于原子具有較高的擴散能力，鑄鐵中的碳以游離態(tài)（石墨相）析出。散能力，鑄鐵中的碳以游離態(tài)（石墨相）析出。u對于薄壁件

22、容易得到對于薄壁件容易得到白口組織，要獲得灰口白口組織，要獲得灰口組織就應(yīng)增加碳、硅含組織就應(yīng)增加碳、硅含量；反之亦然。量；反之亦然。冷卻速度對鑄鐵組織的影響冷卻速度對鑄鐵組織的影響冷卻速度主要取決于鑄冷卻速度主要取決于鑄型材料和鑄件壁厚型材料和鑄件壁厚 鑄件的機械性能 客戶驗收鑄件的標(biāo)準(zhǔn)最終是以機械性能為依據(jù)的,它可以給供應(yīng)商提供化學(xué)成分,但是范圍特寬，不完全作為驗收依據(jù)。 鑄件的機械性能取決于石墨(它的形狀、大小、分布和數(shù)量)和基體組織。 鑄件的化學(xué)成分在很大程度上決定了鑄件的金相組織，而鑄件的金相組織在很大程度上決定了鑄件的力學(xué)性能，并且鑄件的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能這三者之間存在著

23、十分緊密的內(nèi)在聯(lián)系。 化學(xué)成分、冷卻速度、鐵水的過熱溫度和保溫時間、孕育處理和爐料的特性等因素影響著鑄鐵的石墨化和基體的結(jié)晶。經(jīng)過孕育的鐵水能夠得到具有中等大小、均勻分布的A型石墨，并且共晶團數(shù)增加，抑制了白口傾向，使斷面敏感性減小。 材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)是其力學(xué)性能的內(nèi)部依據(jù)，而力學(xué)性能則是具有一定化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。鑄鐵的石墨化 鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化。 石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得?；铱阼T鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要是從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長時間退火，由滲碳體分解而得到。 石墨結(jié)構(gòu)圖 鑄鐵的石墨化按照按

24、照FeFeG G相圖，可將鑄鐵的石墨化過程分為三相圖，可將鑄鐵的石墨化過程分為三個階段：個階段：第一階段石墨化： 鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄鐵）和在1154通過共晶反應(yīng)形成共晶石墨。 第二階段石墨化 ：在1154738溫度范圍內(nèi)奧氏體沿ES線析出二次石墨。 第三階段石墨化 ：在738通過共析反應(yīng)析出共析石墨。 影響鑄鐵石墨化的因素可分為內(nèi)因和外因兩個方面，內(nèi)因是化學(xué)成分，外因是冷卻速度。影響石墨化的因素內(nèi)因-化學(xué)成分 分為促進(jìn)石墨化和阻礙石墨化二類。1、 C、Si為強烈促進(jìn)石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多； 硅能減弱碳和鐵的親合力，不利于滲碳體的析出

25、，從而促進(jìn)了石墨化； 在鑄鐵中，1%Si對石墨化的作用相當(dāng)于1/3%C，所以有： 碳當(dāng)量CE=C%+1/3Si% 內(nèi)因-化學(xué)成分2、 S 是阻礙石墨化的元素。硫強烈促進(jìn)白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機械性能惡化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS與鐵形成低熔點(約980)共晶體，沿晶界分布。因此限定硫的含量在0.15%以下。3、 錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體，增強鐵、碳原子間的結(jié)合力，擴大奧氏體區(qū)，阻止共析轉(zhuǎn)變時的石墨化，促進(jìn)珠光體基體的形成。錳還能與硫生成MnS，減少硫的有害作用。錳含量一般為0.5%1.4%。內(nèi)因-化學(xué)成分4、磷是促進(jìn)石墨化的元素。 鑄鐵中磷含量增加時，液

26、相線降低，從而提高了鐵水的流動性。在鑄鐵中，磷含量大于0.3%時，常常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄鐵有較高強度時，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量（可達(dá)0.3%以上）。 外因-冷卻速度 在生產(chǎn)過程中，鑄鐵的冷卻速度越緩慢，或在高溫下長時間保溫，均有利于石墨化。 在其它條件一定的情況下，冷卻速度與鑄件的壁厚有關(guān)，壁厚越大，冷卻速度越小，越有利于石墨化，反之亦然； 在生產(chǎn)，鑄件的表面和薄壁處常形成白口組織，使切削加工困難，就是由于這個原因造成的。 影響石墨化的因素鑄件壁厚/mm鑄件壁厚(冷卻速度）和化學(xué)成分對

27、鑄鐵組織的影響碳硅當(dāng)量102030405060704.06.05.07.0F+GP+GP+F+GFe3CFe3C+P CD12270CFKLeLeA15380C11489120CA+LGSPA7270C0.020.772.114.36.69%FF+AA+Fe3CF+PP +Fe3CA3Fe3CF+ ELL+Fe3C簡化后相圖說明縱標(biāo)溫度橫成分,六點六線六組織;海平面上三燕飛,兩兩相加夾組織.六點:純鐵的熔點A;共晶點C;滲碳體熔點D;碳在-Fe中的最大溶解度點； -Fe -Fe純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點；共析點；六線：液相線；固相線；冷卻時奧氏體析出鐵素體的開始線；碳在奧氏體中的溶解度線；共晶轉(zhuǎn)變線

28、；共析轉(zhuǎn)變線六組織：指三個單相【 （鐵素體）、奧氏體（）、滲碳體（Fe3C） 】，兩種機械混合物【珠光體（）、萊氏體（高溫Le、低溫Le）】。海平面上三燕飛：線理解為海平面，雄燕線；雌燕線；子燕線。兩兩相加夾組織：利用已知的六個組織，左右兩個相加即為所夾區(qū)域的混合組織。1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 金屬（純鐵、銅、金屬（純鐵、銅、 鋁等）都是晶體鋁等）都是晶體 金屬的結(jié)晶：由液態(tài)冷卻變成固態(tài)，原子由不規(guī)金屬的結(jié)晶：由液態(tài)冷卻變成固態(tài)，原子由不規(guī) 則排列則排列有規(guī)則的排列有規(guī)則的排列 形核長大形核長大晶粒晶粒 金屬和合金多為多晶體構(gòu)。金屬和合金多為多晶體構(gòu)。 晶粒間的接觸面（邊

29、界）稱為晶界。晶粒間的接觸面（邊界）稱為晶界。 細(xì)化晶粒的方法細(xì)化晶粒的方法 ： 1）快速冷卻，增加晶核數(shù)；）快速冷卻，增加晶核數(shù)； 2）添加高熔點彌散質(zhì)點）添加高熔點彌散質(zhì)點 （孕育或變質(zhì)處理）。（孕育或變質(zhì)處理）。 晶粒粗細(xì)對力學(xué)性能晶粒粗細(xì)對力學(xué)性能影響很大。一般規(guī)律：影響很大。一般規(guī)律： 晶粒愈細(xì)，強度、硬晶粒愈細(xì)，強度、硬度愈高，塑性、韌性愈好。度愈高，塑性、韌性愈好。請觀看金屬結(jié)晶過程結(jié) 晶 過 程灰灰鑄鑄鐵鐵的的牌牌號號及及應(yīng)應(yīng)用用球墨鑄鐵的化學(xué)成分分類球墨鑄鐵的牌號熱處理或鑄態(tài)化學(xué)成分（）CSiMnPSReMg其它鐵素體類QT400-18熱處理（退火）3.5-3.92.0-2.

30、70.60.070.030.05-0.1QT400-150.02-0.05QT450-10鑄態(tài)2.5-3.00.40.02-0.050.03-0.05鐵素體和珠光體類QT500-7熱處理（退火）3.5-3.92.3-3.00.3-0.80.080.030.05-0.1QT600-30.02-0.050.03-0.05珠光體類QT700-2熱處理（正火）3.5-3.92.1-2.50.3-0.80.10.030.02-0.050.03-0.05Cu0.3-0.8,Mo0.15-0.4QT800-2熱處理（正火）3.5-3.92.8-3.20.5-0.90.10.130.05-0.1球墨鑄鐵 19

31、47年1) 定義：在澆注前向鐵水中定義：在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑加入球化劑和孕育劑進(jìn)行球化處進(jìn)行球化處理和孕育處理，獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，理和孕育處理，獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱簡稱“球鐵球鐵”。 灰口鑄鐵經(jīng)灰口鑄鐵經(jīng)孕育處理孕育處理后雖然細(xì)化了石墨片，但后雖然細(xì)化了石墨片，但球狀石墨則是最為理想的一種石墨形態(tài)。球狀石墨則是最為理想的一種石墨形態(tài)。2) 球墨鑄鐵的組織球墨鑄鐵的組織 對基體割裂作用進(jìn)一步減輕對基體割裂作用進(jìn)一步減輕球墨鑄鐵的生產(chǎn)（1） 鐵液的化學(xué)成分鐵液的化學(xué)成分: C(3.6-4.0%) ，Si（2-2.6%），）， S、P鑄件的

32、外殼強度很低，球鑄件的外殼強度很低，球狀石墨析出引起的膨脹力狀石墨析出引起的膨脹力很大。若鑄型的剛度不足，很大。若鑄型的剛度不足，鑄件外殼將向外脹大，造鑄件外殼將向外脹大，造成鑄件內(nèi)部的鐵水不足，成鑄件內(nèi)部的鐵水不足，在鑄件最后凝固的部位產(chǎn)在鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔和縮松。生縮孔和縮松。 （二）碳對球墨鑄鐵力學(xué)性能的影響 含碳量高，則石墨球數(shù)增加；對于鑄態(tài)球墨鑄鐵來說，增加含碳量可以減少游離滲碳體,碳接近3.0%時,滲碳體消失;超過3.0%時,開始出現(xiàn)鐵素體.在球墨鑄鐵生產(chǎn)中,需要加入較多的硅,因而引起碳當(dāng)量發(fā)生變化,因此球墨鑄鐵力學(xué)性能還必須考慮碳當(dāng)量的影響. 總之,選擇含碳量應(yīng)從保證球墨

33、鑄鐵具有良好的力學(xué)性能和鑄造性能兩方面考慮,對于退火鑄件來說,含碳量對于力學(xué)性能影響不是太明顯;而對于鑄態(tài)球墨鑄鐵來說,則應(yīng)采取高碳量. 硅硅: 硅是促進(jìn)石墨化的元素,能促進(jìn)滲碳體的分解.增加硅的含量可使球鐵鐵素體含量增多,白口傾向減少,細(xì)化石墨,提高圓整度,但強度、硬度下降，塑性和韌性提高。珠光體球鐵的硅含量為2.02.6%；鐵素體球鐵的硅含量為2.53.2%，薄件取上限，厚件取下限。 錳：錳：錳具有中和硫的有害作用和細(xì)化珠光體的作用。實際上硫在球化過程中已被鎂去除，少量的錳可以作為合金元素而發(fā)揮作用。錳高時有促成碳化物的傾向，使球鐵的塑性、韌性降低。為此，要把球墨鑄鐵的含錳量保持在最低水平

34、，特別是制作薄壁鑄件時尤為重要。例如制作6mm以下的鑄件要求錳量低于.，只有這樣才能得到?jīng)]有滲碳體的基體組織。 磷：磷：有害元素，最好低于.。 硫：硫：硫是反石墨化元素，屬于有害雜質(zhì)，要求越低越好。加入鐵水中的鎂和稀土其中有相當(dāng)部分與硫化合，其余所剩的鎂和稀土才起球化作用。生成的硫化物根據(jù)它們的密度、熔點和鐵液溫度的不同?？梢陨仙凌F液表面進(jìn)入浮渣中，或者浮到鑄件上表面，有的則留在鑄件內(nèi)部。稀土硫化物和硫化鎂都有很高的熔點，范圍在 不等，超過鐵液溫度，稀土硫化物的密度要比硫化鎂大的多，幾乎接近于鐵液密度。因此，稀土硫化物進(jìn)入浮渣中要比硫化鎂困難的多，它們將被留在鑄件中，破壞基體強度或形成渣孔。

35、結(jié)論：結(jié)論：球鐵原鐵水的化學(xué)成分應(yīng)具有高碳、高硅、中錳、低硫球鐵原鐵水的化學(xué)成分應(yīng)具有高碳、高硅、中錳、低硫球墨鑄鐵生產(chǎn)要點 1. 球鐵包的高度/直徑比要足夠(1.51.8)為宜; 2. 采用沖入法,鎂的吸收率為3040%;采用蓋包法吸收率約50%,殘鎂量穩(wěn)定,無鎂光和煙塵,合金加入量減少. 3. 鐵水中的殘鎂量:目標(biāo)是澆注末期鐵液中的鎂量不小于含硫量的1.5倍,方可保證球化良好. 4. 稀土殘余量:建議在0.01%以內(nèi). 5. 球化劑和孕育劑上加蓋板. 6. 出爐溫度在14801500 ,因為球化反應(yīng)要降溫4050 . 7. 出鐵后檢測鐵水: 1)火苗判斷法:鐵水表面冒出白亮色火苗(似蠟燭火

36、苗),這是鎂蒸汽發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象.火苗長說明鐵水殘留鎂足,球化良好.2)三角試塊法:兩側(cè)有凹陷,斷口組織細(xì)密呈白色金屬光澤,中間有明顯縮松,敲擊時如鋼的聲音,斷面有電石臭味.思考題：球墨鑄鐵為什么要孕育浩信一廠球墨鑄鐵金相球化率單位面積上球狀石墨數(shù)目占全部石墨數(shù)目的百分?jǐn)?shù)球墨鑄鐵檢驗灰鑄鐵的孕育處理（變質(zhì)處理： 變質(zhì)鑄鐵、高強度鑄鐵）孕育鑄鐵 把某些物質(zhì)少量地加入到鐵水中,通過影響其生核過程以改變凝固特性的處理工藝成為孕育,加入的物質(zhì)稱為孕育劑.孕育的目的:1.促進(jìn)石墨化,抑制白口;2增加共晶團數(shù);3.減小斷面敏感性;4.改善石墨形態(tài),提高機械性能. HT250以上的牌號均為高強度鑄鐵,也稱孕

37、育鑄鐵.因為單依靠對鐵水合金化及降低碳當(dāng)量等措施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所需要的機械性能和鑄造性能的要求,所以必須對鐵水進(jìn)行孕育處理,因此稱為孕育鑄鐵. 孕育鑄鐵發(fā)展: 德國,1947年美國 孕育鑄鐵的化學(xué)成分:組織中出現(xiàn)少量自由滲碳體情況下進(jìn)行孕育才能得到預(yù)期效果.如果原鐵水碳、硅較高，不經(jīng)孕育就成為灰口組織，那么一經(jīng)孕育石墨會粗大化，反而使強度降低。 孕育劑加入量 孕育劑加入量和許多因素有關(guān)，例如原鐵水化學(xué)成分，鐵水的溫度和氧化程度鑄件壁厚及孕育方法等。如果鐵水成分和處理方法一定的前提下，加入量主要取決于鑄件壁厚，孕育處理以后保證鑄件最薄壁處的組織滿意。 1.碳當(dāng)量低的鐵水比碳當(dāng)量高的鐵水需要更多的孕

38、育劑 鑄鐵的牌號越高,孕育劑加入量越大.孕育處理受含硫量影響很大.如含S為0.050.12%,硅鐵加入量為0.250.30%;S含量0.020.03%, 硅鐵加入量為0.350.40%,才能避免過冷和滲碳體出現(xiàn). 2.薄壁鑄件比厚壁鑄件需要更多的孕育劑 要根據(jù)薄面選擇,保證薄面不出現(xiàn)白口而呈珠光體組織. 3.鐵水溫度越高,需要的孕育量也越大 感應(yīng)爐鐵水要比沖天爐需要更多的孕育劑,一般要多用0.05%. 4.爐料構(gòu)成 生鐵比例大,孕育劑用量大;生銹的廢鋼孕育劑用量也大. 碳當(dāng)量和共晶度感應(yīng)爐熔煉鑄鐵一、感應(yīng)爐 鑄鐵生產(chǎn)用的感應(yīng)爐一般分為無芯感應(yīng)爐、有芯感應(yīng)爐和澆注感應(yīng)爐。有芯感應(yīng)爐主要用于自動線

39、澆注和有色金屬熔煉，無芯感應(yīng)爐多用于鐵水熔煉和鐵水的保溫。.感應(yīng)爐加熱的基本概念 感應(yīng)電爐中有一個感應(yīng)線圈，當(dāng)它通上交流電時即建立交變磁場，要加熱的金屬爐料放至交變磁場中，由于電磁感應(yīng)作用，金屬爐料內(nèi)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流，電流通過金屬爐料電阻時使金屬爐料發(fā)熱?？梢?，感應(yīng)爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理將電能傳給金屬爐料，而電能變換為熱能的加熱方式，屬于電阻加熱。.分類工頻無芯感應(yīng)爐：或赫茲中頻無芯感應(yīng)爐：-赫茲，常用-赫茲變頻無芯感應(yīng)爐：頻率也是中頻-赫茲，但頻率隨坩堝 內(nèi)爐料狀況而變化。二、感應(yīng)爐鐵水的特點 和沖天爐相比：1.可獲得高溫過熱鐵水；2.化學(xué)成分均勻；3.氧化夾雜物少；（電磁攪拌

40、作用，純凈）4.合金元素?zé)龘p少；5.環(huán)境污染??；6.可以生產(chǎn)合成鑄鐵。 三、感應(yīng)爐熔煉方式三、感應(yīng)爐熔煉方式 連續(xù)熔煉和間歇熔煉 連續(xù)熔煉：工作日內(nèi)爐子晝夜連續(xù)不斷地熔煉。 間歇熔煉：每天工作一班或兩班，或者是每周工作幾 天，停產(chǎn)后倒空鐵水。 雙聯(lián)作業(yè)：化鐵爐提供鐵水，感應(yīng)爐調(diào)整成分及過熱處理。 發(fā)展趨勢：中頻爐熔煉 特點：功率密度大，起熔方便，易于倒空鐵水，變換鑄 鐵品種方便，可實現(xiàn)自動化管理，對熔化、保溫、 爐襯預(yù)熱燒結(jié)可編程自動化作業(yè)。 四、感應(yīng)爐的爐料 1.可以用冷料，也可用熱料； 2.板狀、條狀、屑料、切邊、廢鑄件等； 3.爐料要脫油、預(yù)熱； 4.含砂多的回爐料引起熔煉過程大的渣量；

41、 5.潮濕的爐料(淋雨、冰、雪)不能加入； 6.銹蝕的爐料會嚴(yán)重侵蝕爐襯； 7.杜絕密閉容器的加入。 五、熔煉過程 加料用冷料熔煉時，裝料的次序如下：在啟熔塊上放澆冒口-鐵屑-增碳劑，然后再放入輕型爐料或其它廢料，一直加滿到坩堝上口 啟動爐子送電開始從變壓器的低電壓開始，經(jīng)過一段時間加熱后可直接接到電壓最高一級 熔化在熔化過程中要時刻觀察爐料下沉情況.爐料不許搭橋，如遇搭橋要用搗棒把料推入鐵水中，爐料潮濕時盡量放在爐口，待烘干后再加入爐內(nèi)用餐時把功率調(diào)至最小一級保溫爐料化清后，爐渣多半是呈半固態(tài)堆積在鐵水表面，扒開渣可以看到在翻騰的鐵水表面產(chǎn)生氧化膜，當(dāng)鐵水開始發(fā)白刺眼時，不再有氧化膜，鐵水溫

42、度已超過，此時就可以扒渣取樣操作根據(jù)分析結(jié)果合理調(diào)整爐內(nèi)化學(xué)成分至工藝要求元素調(diào)整計算公式（一）調(diào)整C、Si、Mn等元素計算公式 Gz(Xa-Xb) gt= - c d式中：gt-增碳劑或或其它合金添加量（kg）；Xa被調(diào)整元素的目標(biāo)值（%）； Xb被調(diào)整元素爐前分析值（%）；Gz爐內(nèi)鐵水重量（Kg）；C增碳劑或其它合金有效成分； d吸收率（100%）（二）元素超標(biāo)，用廢鋼拉碳計算公式Gz(Xb-Xa)gs= - （Xa-b）式中：gs廢鋼添加量（Kg）; b-廢鋼中被調(diào)整元素的含量（%）爐內(nèi)反應(yīng)及成分變化 感應(yīng)爐熔煉鑄鐵時，許多元素都有與氧起氧化反應(yīng)的傾向，從而引起鐵液內(nèi)成分的變化 C +

43、O =CO Si +2O=SiO2 Mn+O=MnO SiO2+2 C = Si +2CO 在熔煉溫度下金屬液內(nèi)元素與酸性爐襯的反應(yīng)有： 2 Mn+SiO2（MnO）+ Si 4/3 Al + SiO2 2/3(Al2O3)+ Si 2Mg+SiO2 2(MgO) )+ Si (MnO)+ SiO2 (MnO. SiO2 ) (MgO)+SiO2 (MgO. SiO2) 脫硫、增碳脫硫劑：CaC2、 Na2CO3 、CaCO3增碳劑：電極塊、石油焦碳、合成石墨、 煙煤焦、褐煤焦、干冶金焦。 六、出鐵 出鐵前要做三角試塊，觀察白口的寬度和深度，以決定孕育量的多少。關(guān)于孕育及孕育量的問題將在后面提

44、到。 出鐵的條件是：溫度符合要求，化學(xué)成分符合要求，鐵水過熱小于分鐘，澆注包正常，澆注工段工作準(zhǔn)備就緒。如果三角試塊白口過小，說明鐵水碳當(dāng)量過高，適當(dāng)補加錳鐵，反之碳當(dāng)量過低，需要補加硅鐵，硅鐵增加.白口就減少1.5mm.鐵水過熱溫度的作用 1.增加化合碳含量和響應(yīng)減少石墨碳含量； 2.細(xì)化石墨并促使枝晶石墨的形成； 3.消除鑄鐵的遺傳性； 4.提高鑄件斷面上組織的均勻性。 5.有利于鑄件的補縮。鑄鐵的“遺傳性” 實際生產(chǎn)中往往發(fā)現(xiàn)改變金屬爐料（例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等），而化學(xué)成分似乎無變化的情況下，鑄鐵具有不同的組織和性能，這說明原材料的性質(zhì)直接影響著它熔煉出來的鑄鐵的性質(zhì)

45、，稱為鑄鐵的”遺傳性“。采用提高鐵水過熱溫度（如提高到1550，熔體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，微觀均勻性明顯提高）和使用多種鐵料配料消除鑄鐵的“遺傳性”。爐襯烘烤曲線爐口和出鐵槽的修補爐渣的來源 酸性爐襯熔煉鑄鐵,渣線的侵蝕是很嚴(yán)重的 一是裝料時爐料帶入的非金屬夾雜和氧化物; 二是爐襯材料剝落或以其它方式進(jìn)入爐中變成渣. 回爐料-型砂 廢鋼-氧化物、雜質(zhì) 爐料預(yù)熱-氧化物 措施:1.不允許生成大量渣; 2. 在反應(yīng)平衡溫度（1460）以下及時扒凈渣子; 3.最低過熱溫度下熔煉和保溫.爐口和出鐵槽的修補的方法爐口損壞的原因: A.爐渣侵蝕; B.捅料時做了支點; C.加料時爐料撞擊所致. D.耐火材料的

46、剝落. 修補方法 1.每日都要進(jìn)行修補; 2.交接班要嚴(yán)格; 3.清理干凈需要修補的部位的渣子,刷上水玻璃,用和好的 石英砂(或A76)搗實成型 (爐口成型即直立型,禁止斜坡型)。如何獲得提高無芯爐襯壽命 如何提高無芯爐襯壽命1.爐襯維護(hù) 1） 保持爐料溫度，降低間歇時功率 2） 清除爐襯掛渣 3） 每天修補爐口和爐嘴 4）每周測量爐襯的侵蝕程度 5）總量侵蝕33%，局部侵蝕50%時更換爐襯。2. 減少爐襯下部侵蝕的辦法 1）模具要除銹 2）控制材料加入厚度（75100MM）? 3）先加回爐料，再用廢鋼補充 4）熔池超過一半前不要加碳 5）減少低液面保溫時間 6）減少低液面時功率 7）降低保溫溫度 8）改進(jìn)模具下部斜度尺寸和角度 按照熔化溫度選擇黏結(jié)劑含量平均出爐溫度（） 氧化硼含量（%）B2O3硼酸含量（%）H3BO313701.52.0137014251.31.8142514801.21.7148015301.01.6153016000.81.5耐火材料的施工一、基本保障.材料：品質(zhì)優(yōu)異的石英砂。）合格的供應(yīng)商；）石英砂的挑選；）石英砂的配比：如，）黏結(jié)劑的選擇加入，用5目篩子過篩；）潮模時，水分的加入量；）和料工裝。.技術(shù)：先進(jìn)的施工工藝和爐襯烘烤燒結(jié)工藝.使用：良好的使用與維護(hù).設(shè)備：熔煉設(shè)備運行可靠，設(shè)計合理 二、獲得理想爐襯壽命的方法與途徑 1.坩堝模的設(shè)計