球墨铸铁的工艺设计
第一节工艺特点
一、球墨铸铁的流动性与浇注工艺
球化处理过程中球化剂的加入，一方面使铁液的温度降低，另一方面镁、稀土等元素在浇包及浇注系统中形成夹渣。因此，经过球化处理后铁液的流动性下降。同时，如果这些夹渣进入型腔，将会造成夹杂、针孔、铸件表面粗糙等铸造缺陷。
为解决上述问题，球墨铸铁在铸造工艺上须注意以下问题：
（1）一定要将浇包中铁液表面的浮渣扒干净，?最好使用茶壶嘴浇包。
（2）严格控制镁的残留量，最好在0.06%以下。
（3）浇注系统要有足够的尺寸，以保证铁液能做尽快充满型腔，并尽可能不出现紊流。
（4）采用半封闭式浇注系统，根据美国铸造学会推荐的数据，直浇道、横浇道与内浇道的比例为4：8：3。
（5）内浇口尽可能开在铸型的底部。
（6）在浇注系统中安放过滤网会有助于排除夹渣。
（7）适当提高浇注温度以提高铁液的充型能力并避免出现碳化物。对于用稀土处理的铁液，其浇注温度可参阅我国有关手册。对于用镁处理的铁液，根据美国铸造学会推荐的数据，当铸件壁厚为25mm时，浇注温度不低于1315℃；当铸件壁厚为6mm时，浇注温度不低于1425℃。
二、球墨铸铁的凝固特性与补缩工艺特点
球墨铸铁与灰铸铁相比在凝固特性上有很大的不同，主要表现在以下方面：（1）球墨铸铁的共晶凝固范围较宽。灰铸铁共晶凝固时，片状石墨的端部始终与铁液接触，因而共晶凝固过程进行较快。球墨铸铁由于石墨球在长大后期被奥氏体壳包围，其长大需要通过碳原子的扩散进行，因而凝固过程进行较慢，以至于要求在更大的过冷度下通过在新的石墨异质核心上形成新的石墨晶核来维持共晶凝固的进行。因此，球墨铸铁在凝固过程中在断面上存在较宽的液固共存区域，其凝固方式具有粥状凝固的特性。这使球墨铸铁凝固过程中的补缩变得困难。
（2）球墨铸铁的石墨核心多。经过球化和孕育处理，球墨铸铁的石墨核心较之灰铸铁多很多，因而其共晶团尺寸也比灰铸铁细得多。
（3）球墨铸铁具有较大的共晶膨胀力。由于在球墨铸铁共晶凝固过程中石墨很快被奥氏体壳包围，石墨长大过程中因体积增大所引起的膨胀不能传递到铁液中，从而产生较大的共晶膨胀力。当铸型刚度不高时，由此产生的共晶膨胀将引起缩松缺陷。
（4）在凝固过程中球墨铸铁的体积变化可以分为三个阶段:铁液浇入铸型后至冷却到共晶温度过程中的液态收缩，共晶凝固过程中由于石墨球的析出引起的体积膨胀，铁液凝固后冷却过程中的体收缩。
由于上述凝固特性，从补缩的角度考虑，球墨铸铁在铸造工艺上有以下特点：（1）铸型要有高的紧实度，以使铸型有足够的刚度以抵抗球墨铸铁共晶凝固时的共晶膨胀力。需要指出的是，此时要特别注意采取适当的措施提高铸型的透气性，同时要尽可能地降低型砂中的水份，以防止出现“呛火”。
（2）合理设置浇冒口。球墨铸铁的冒口与普通钢及白口铁不同，球墨铸铁冒口设置的合理性在于它能够充分补充铁液的液态收缩，而当铁液进入共晶膨胀阶段时，浇注系统和冒口颈及时冷冻，使铸件利用石墨析出的膨胀进行自补缩。
（3）砂箱应有足够的刚度，上箱和下箱之间应有牢固的紧固装置。
第二节冒口设计
一、冒口模数的定义与计算：
一定的液态球铁铸件的冷却速度及其凝固所需要的时间取决于铸型的热性质、所浇注的合金、浇注温度以及铸件的形状和尺寸。假定铸型的性质和浇注温度不变，则冷却和凝固速度完全取决于铸件。其尺寸的影响能用简单的比例关系来正确地描述：
铸件体积
总的冷却表面积
这个比例称做模数，用M表示。因为体积是用cm3或in3度量以及面积是用cm2或in2度量，所以模数的单位是cm或in。
根据J.Jamar的意见，模数的几何计算只是在定向放热(无限大的板、无限长的圆棒和球)时提供正确数值。其它形状所计算的模数和放热速度真正成比例的理论值相比要小百分之三十。然而Berry等人以及Karsay的试验工作发现对于球体、圆柱体和矩形形状，其几何的和“实际的”模数之间并无明显差别。由于在实际应用中几何模数已足够准确，所以下文中用之。
为了设计冒口，无论重量或壁厚都不能像模数那样准地代表铸件。对于形状简单的铸件其模数计算是简单的。下图中给出了几个例子。
图3-1简单形状铸件模数计算
比较复杂的形状需要用假想的表面分割为一些简单的部分。对每个分割的部分其体积份额以1的分数来汁算，每个分体的模数也要计算，根据计算值绘制累积体积份额与模数图。图中的每个部分应按其在铸件上的实际次序来排列。这样的图形可以像阶梯形如图3-2（A ）所示，或者几个厚大断面被割开，如图3-2(B)所示。
1.立方体
M= a /6
2.平板 水平尺寸至少比“t ”大5倍
M= t /2
(A)
(B)
图 3-2 累积的体积份额—模数图 当有的分体形状仍然比较复杂时，应该以近似尺寸的简单立方体积来代表其形状和尺寸。
应着重记住，分割各个部分的假想表面并非冷却面，所以对各部分的模数进行计算时，不应该计入这些面。图3-3中虚线表示这些假想的分剖面，而各分割部分则以罗马数字来表示。
例1 模数与体积份额图的绘制（尺寸用毫米计，图3-3）
1.0 累积的体积份额 M
0 inch
cm
1.0 0 累积的体积份额
M
inch
cm
图3-3 例1的铸件
图3-3的分体I 。
因为它的截面尺寸比其圆周长度要小得多，所以这一部分可以看作是截面为0.8×1.0cm 的无限长的杆。
38.10)2
6.15.3(8.00.1I cm =?+??=π体积 模数（简化为横截面积被圆周除来计算）：
cm M I 28.08
.28.0==模数。（注意：分割面并非冷却表面） 图3-3的分体II 。
实际体积和冷却表面积按简化的进行计算，其内径是
cm 3.32
1.35.3=+ 3229cm .733)3.35.6()4
(II =?-?=π体积 冷却表面积
222125cm 5.64.1)3.35.6()4
()13(5.633.3II =??+-?+-??+??=ππ
ππ 由此：cm M II 59.0=
图3-3的分体III
按无限长的、截面为3×1cm 2、冷却表面积为3+3=6cm （由周长代替）的杆计算其模数（分割面为非冷却表面）。
体积III （已简化）35.893)35.6(cm =??+=π
模数M III =3/6=0.5cm
图3-3的分体IV
近似体积35162.17.1310cm V IV =???==π
假定这一分体是一块无限大的平板，计算其模数。
M IV =1.2/2=0.6cm
图3-3的分体V
近似为一根无限长的杆。
体积3415245.16cm =???=π 模数cm M V 74.08
.22248=+++= 冒口
模数为1.2×0.74=0.89cm ，体积计算为118cm 3。
体积份额为：
V I +V II +V III +V IV +V V +V R =1223.2cm 3，由此式
V I ：=0.01
V II ：=0.06
V III ：=0.07
V IV ：=0.42
V V ：=0.34
V R ：=0.10
用于绘制模数与体积份额图所需要的全部计算现已全部完成。这个图形示于图3-4。
图3-4—图3-3铸件换算为模数与体积份额图
用例1来说明绘制模数与体积份额图的一个重要步骤。这个图形总是把冒口看作是铸件与冒口增合体的必须部分。为此必须先知道冒口的体积与模数。
模数的计算结果及其分布是与冷却和凝固顺序相一致的。这些知识对于以后
要讲的任何一种冒口设计方法部是需要的。
二、实用冒口设计
从事实践的铸造工作者对前节的结沦可能感到满意，这个结沦这里要重复。从球铁浇注完到凝固开始所经过的时间(平方根)是： ))](1300(0028.005.1[1分-+=Tp M t 。
以及，同样的铸件从浇注完到凝固结束所需要的时间（平方根）是：
)]1300(0028.04.2[2-+=p T M t
式中：M ：模数；T p ：浇注温度；
单位用：t ：分；M （厘米）=（时/2.54）；T p （℃）8
.132-=F ο
只有当球铁浇入湿型时，这两个方程式才都有效。
只要冒口的模数大于它所连接着的铸件的分体的模数(表示为Ms 或M L )则冒口保持为液体的时间比铸件分体的要长，这个观点需要立即说明。铸件或其任何部分是不会同对凝固的，下面就这个问题将进一步讨论。说到冒口(明冒口或暗冒口)最重要的是冒口中所包含的液体要与外部大气保持连通。图3-5所示是完全背离正常冒口设计原则的。
楔形冒口(示于上模板)首先在其顶部凝结，而顶部凝固的冒口与大气不连通，因而冒口不能发挥其作用。结果铸件产生缺陷。
图3-5 形状不正确的冒口
通常冒口的形状应使体积与冷却表面的比值(模数)达到最大值。这并不是说推荐冒口应该是球形的，显然球形具有最大的模数。甚至在小冒口中，热流把比较热的(低比重的)液体带到冒口顶部，帮助顶部区域保持为液态。冒口底部温度要稍低一些，也需要有措施以防止冒口颈冻结。所以，一个设计好的冒口其高大于直径，而且冒口下部延伸到冒口颈以下，以便使冒口受热。而且冒口的水平截
面通常是圆形的，虽然并非必须这样。因为若用一个冒口补给几个铸件是可以用其它形状的。
由于以上以及其他许多理由，冒口形状不能标准化。然而，在许多设计中可以采用标准的冒口形状，这样可以明显地减少冒口的体积和模数的计算时间。图3-6表示了所推荐的冒口形状以及其和模数有关系的直径和体积的计算公式。
注意图3-6中每一个冒口的顶部都可看到一个局部剖视，都表示了冲向冒口
图3-6 标准冒口形状
内部的“凹窝”。这个凹窝的底部充分受热，从而防止哪怕是很薄的凝固层产生，所以使冒口中液体继续保持与大气接触。楔形或单独插入的(大气压冒口)坭芯可以达到同样的目的。
上述讨论使人想起一种几乎过时的冒口设置方法，即采用所谓的压边冒口。图3-7所示是从四个不同角度照的，压边胃口(边常为矩形)搭接于铸件上。这种方法不仅降低铸件的工艺出品率，而且增加治理车间的成本。
图3-7 压边冒口
与此相反，采用易割芯片则冒口易去除，而且降低清理车间的成本。要是铸造中采用易割芯片，那么坭芯的厚度以及孔口的直径的选择应不减少其有效的连接面积。根据Wlodawer的文章，具有下列关系：
表3-1冒口模数、坭芯厚度及孔口直径选择
冒口模数坭芯厚度孔口直径cm in cm in cm in
1.0 0.4 0.42 0.16 1.95 0.77
2.0 0.79 0.84 0.33
3.90 1.53
3.0 1.19 1.26 0.50 5.9 2.32
4.0 1.60 1.70 0.67 7.8 3.10
5.0 1.97 2.10 0.83 9.7 3.82
所需要的孔口的直径(见图3-8)。而且这种易割芯片也可与预制的暗冒口保温壳一起组装好造入铸型内，这种方法可以适用于所有生产场合(图3-9)。
图3-8 陶瓷易割芯片
图3-9 预制的配有陶瓷易割芯片的暗冒口保温壳
三、控制压力冒口
这是实用冒口设计的第三种也是最后一种方法，它同样也是利用了膨胀的好处。控制压力冒口试图控制膨胀所产生的压力，使铸型不致发生塑性交形。
这种方法自从球墨铸铁一开始生产就有采用的，但是，它的应用是根据失败、成功等反复试验以及学习了铸造工作者的经验。这是当前应用最普遍的冒口设计方法，只有在下述条件时才不必采用控制压力冒口：
a)当铸件模数小于0.4cm(0.16in)时(膨胀所产生的压力不应使湿型变形)。
b)当湿型铸件厚壁处内部允许有缩松时。
c)当铸型强度高，能够抵抗膨胀压力而不产生塑性变形时。
因为大部分铸铁件采用湿型或壳型都是强度比较低的，而铸件壁厚(至少部分厚度)往往超过10mm或0.4in，因此，大部分铸件需要用控制压力冒口的方法。它比直接实用冒口设计方法的铸件工艺出品率要低，但是在上述情况时，为完全消除缩松，就必须适用它。
四、冒口颈设计
冒口颈的有效模数应当等于M T，但是它的尺寸总是小于几何形状和大小相同但分开铸造的单体。主要是由于在铸件与冒口相连接处没有冷却表面而获得了好处。实际上，这两个非冷却表面从邻接的铸件和冒口中获得并将热量传送给冒口颈。
延长冒口颈冷却和凝固时间的第二个影响因素是在它附近地区的砂型被炽热。其温度高于铸件和冒口处的砂型，冒口颈愈短，则其温度愈高。内绕道连接冒口(热冒口)也得到类似的及附加的热效果。
通过一个简单的实例很容易得出主要影响的程度，让冒口颈断面为方形，而
典型铸铁件铸造工艺设计与实例叙述铸造生产中典型铸铁件——气缸类铸件、圆筒形铸件、环形铸件、球墨铸铁曲轴、盖类铸件、箱体及壳体类铸件、阀体及管件、轮形铸件、锅形铸件及平板类铸件的铸造实践。内容涉及材质选用、铸造工艺过程的主要设计、常见主要铸造缺陷及对策等。 第1章气缸类铸件 1.1 低速柴油机气缸体 1.1.1 一般结构及铸造工艺性分析1.1.2 主要技术要求 1.1.3 铸造工艺过程的主要设计1.1.4 常见主要铸造缺陷及对策1.1.5 铸造缺陷的修复 1.2 中速柴油机气缸体 1.2.1 一般结构及铸造工艺性分析1.2.2 主要技术要求 1.2.3 铸造工艺过程的主要设计1.3 空气压缩机气缸体 1.3.1 主要技术要求 1.3.2 铸造工艺过程的主要设计第2章圆筒形铸件 2.1 气缸套 2.1.1 一般结构及铸造工艺性分析2.1.2 工作条件 2.1.3 主要技术要求 2.1.4 铸造工艺过程的主要设计2.1.5 常见主要铸造缺陷及对策2.1.6 大型气缸套的低压铸造2.1.7 气缸套的离心铸造 2.2 冷却水套 2.2.1 一般结构及铸造工艺性分析2.2.2 主要技术要求 2.2.3 铸造工艺过程的主要设计2.2.4 常见主要铸造缺陷及对策2.3 烘缸 2.3.1 结构特点 2.3.2 主要技术要求 2.3.3 铸造工艺过程的主要设计2.4 活塞 2.4.1 结构特点 2.4.2 主要技术要求 2.4.3 铸造工艺过程的主要设计2.4.4 砂衬金属型铸造 第3章环形铸件 3.1 活塞环3.1.1 概述 3.1.2 材质 3.1.3 铸造工艺过程的主要设计 3.2 L形环 3.2.1 L形环的单体铸造 3.2.2 L形环的筒形铸造 第4章球墨铸铁曲轴 4.1 主要结构特点 4.1.1 曲臂与轴颈的连接结构 4.1.2 组合式曲轴 4.2 主要技术要求 4.2.1 材质 4.2.2 铸造缺陷 4.2.3 质量检验 4.2.4 热处理 4.3 铸造工艺过程的主要设计 4.3.1 浇注位置 4.3.2 模样 4.3.3 型砂及造型 4.3.4 浇冒口系统 4.3.5 冷却速度 4.3.6 熔炼、球化处理及浇注 4.4 热处理 4.4.1 退火处理 4.4.2 正火、回火处理 4.4.3 调质（淬火与回火）处理 4.4.4 等温淬火 4.5 常见主要铸造缺陷及对策 4.5.1 球化不良及球化衰退 4.5.2 缩孔及缩松 4.5.3 夹渣 4.5.4 石墨漂浮 4.5.5 皮下气孔 4.6 大型球墨铸铁曲轴的低压铸造 第5章盖类铸件 5.1 柴油机气缸盖 5.1.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.1.2 主要技术要求 5.1.3 铸造工艺过程的主要设计 5.2 空气压缩机气缸盖 5.2.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.2.2 主要技术要求 5.2.3 铸造工艺过程的主要设计 5.3 其他形式气缸盖 5.3.1 一般结构 5.3.2 主要技术要求 5.3.3 铸造工艺过程的主要设计 第6章箱体及壳体类铸件 6.1 大型链轮箱体 6.2 增压器进气涡壳体 6.3 排气阀壳体 6.4 球墨铸铁机端壳体 6.5 球墨铸铁水泵壳体 6.6 球墨铸铁分配器壳体 第7章阀体及管件 7.1 灰铸铁大型阀体 7.2 灰铸铁大型阀盖 7.3 球墨铸铁阀体 7.4 管件 7.5 球墨铸铁螺纹管件 7.6 球墨铸铁管卡箍 7.6.1 主要技术要求 7.6.2 铸造工艺过程的主要设计 7.6.3 常见主要铸造缺陷及对策 第8章轮形铸件 8.1 飞轮 8.2 调频轮 8.3 中小型轮形铸件 8.4 球墨铸铁轮盘 第9章锅形铸件 9.1 大型碱锅 9.2 中小型锅形铸件 第10章平板类铸件 10.1 大型龙门铣床落地工作台 10.2 大型立式车床工作台 10.3 大型床身中段 10.4 大型底座 中国机械工业出版社精装16开定价：299元
球墨铸铁热处理方法之探讨 陆卫倩：（上海电机学院机械工程学院，上海200240）中国铸造装备与技术4／2010 高级工程师，原任上海机床厂有限公司磨床研究所高级工程师，现任上海电机学院副教授，主要从事零件失效分析和金属材料热处理 本文详细介绍了球墨铸铁件的各种热处理工艺，并简单介绍了纳米技术在球墨铸铁件表面处理中的应用。从文献资料来看，经纳米技术表面处理后的球墨铸铁件具有良好的自润性、良好的耐磨性、良好的耐蚀性，因此是一种非常有前途的表面处理。 众所周知：热处理是一项改进金属材料品质的方法，借助热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时还可获得更高的强度、硬度和耐磨性等。铸铁热处理的种类繁多，但基本上可分成两大类：第一类是组织构造不会由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的，第二类则是基本的组织结构发生变化者。第一种热处理主要是用于消除内应力，热处理后组织、强度及其它力学性质等没有因热处理而发生明显变化。第二种热处理能使基体组织发生明显的变化，这种热处理大致分为五类：①退火：其目的主要在于分解碳化物，降低铸铁的硬度，提高加工性能；②正火：其目的主要用于改进铸铁组织、获得均匀分布的力学性能；③淬火：其目的主要是为了获得比较高的硬度和表面耐磨性；④表面硬化处理：其目的主要是获得表面硬化层，同时得到较高的表面耐磨性；⑤析出硬化处理：其目的主要是为获得更高强度。 铸铁种类繁多，有灰口铸铁、白口铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁等等，它们的组织结构也各不相同。一般根据凝固过程中的析出物———共晶石墨或共晶碳化物来分类:基体内主要含片状石墨者称之为灰铸铁，主要含碳化物者称之为白口铸铁。事实上白口铸铁由于具有很高的硬度与脆性用途较少；而灰铸铁的性质主要是由共晶石墨的形状与大小而定，这些析出的石墨无法经由热处理予以改进，因此具有非常低的强度及硬度。但若铁液添加镁及稀土金属能使石墨在凝固过程中以球状析出成为球墨铸铁，那么情况就有所不同。由于球墨铸铁其性质与基体相同的钢接近，故通过热处理可使强度、硬度明显提高，弹性模数、伸长率也有不同程度的提高。但是不同的热处理对球墨铸铁的作用完全不同，在工程上用的比较多的是退火、正火和析出硬化处理；事实上球墨铸铁同样可以通过调质、等温淬火处理以及渗氮、渗硼和低温气体碳氮共渗来改善其力学性能。下面就球墨铸铁的热处理方法予以探讨。 【1】球墨铸铁的常规热处理 1.1退火处理 若要提高球墨铸铁的韧性可采用退火处理。球墨铸铁在铸造过程中比普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，球墨铸铁件很难得到纯粹的铁素体或珠光体基体。为提高球墨铸铁件的延性或韧性，可将球墨铸铁件重新加热到900～950℃并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600℃出炉变冷。在此过程中基体中的渗碳体会分解出石墨，奥氏体中会析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围，基体则全转换为铁素体，从而提高球墨铸铁的韧性。若铸态组织由（铁素体＋珠光体）为基体+球状石墨组成，那么只需将球墨铸铁件重新加热到700～760℃的共析温度上下经保温后炉冷至600℃出炉变冷，就能将珠光体中渗碳体分解转换为铁素体及球状石墨来提高其韧性。 1.2正火处理
球墨铸铁生产工艺控制 摘要：用中频感应电炉熔化Ｚ１４生铁，获得化学成分和温度比较稳定的原铁液，按适当比例加入球化剂和孕育剂，进行球化处理和孕育处理，可稳定地生产出φ530mm轧机用球墨铸铁梅花套管。 关键词：球墨铸铁；球化处理；球化剂；孕育剂 Production Technology Control of Ductile Iron Wobbly Privepipe in Use for φ530mm Rolling Mills ZHI Jin-zhang,ZHOU Hong-peng (Shondong Zhangdian Iron and Steel General Works,Zibo 255007,China) Abstract：Using medium frequency induction furnace on remelting Z14 iron achieves the liquid iron with comparatively stable composition and temperature,adding nodularizer and inoculant according to proper ratio makes spheroidizing and inoculation,thus the wobbly dirvepipe in use for φ530mm rolling mills can be produced stably. Key words：ductile iron；spheroidizing；nodnlarizer；inoculant 山东张店钢铁总厂（简称张钢）530mm轧机原采用铸钢梅花套管，容易损坏轧辊和梅花轴头而使其报废，甚至在过冷钢等超负荷情况下使轧辊扭断。根据球墨铸铁本身特性，决定用球墨铸铁代替铸钢生产梅花套管。 影响铸态球铁生产稳定性的因素很多，要稳定地生产球墨铸铁，必须在生产中把握好以下几点：稳定的化学成分和铁液温度，准确的铁液量，合适的球化和孕育处理方法，以及可靠的炉前控制。 1 设备选择 1.1 熔炼设备选择 熔炼设备的选用首先是在满足生产需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。感应电炉的
铁水制备 优质原料 球墨铸铁管铁管的质量同原材料—生铁的质量密切相关，安钢永通球墨铸铁管有限责任公司采用安钢集团永冶钢铁公司的优质球墨铸造用生铁为原材料，水冶钢铁公司的铸造铁为我国的人参铁，具有低P、低S、低Ti等特点，产品远销美国、日本、欧洲等多个国家和地区，在国内被许多大型精密铸造企业普遍采用。 铁水调制及球化 根据所生产管径的规格，加入相应的原材料，由美国应达公司的6台10吨中频电炉将铁水调制、升温，达到工艺要求，加入球化剂进行球化处理。 铁水质量控制 在铁水制备过程中每一个环节都要结质量和温度进行严格的控制。每一炉、每一包都要经过日本岛进公司PDAII—50型直读关谱仪的成分分析，使铁水完全符合浇铸的要求。 离心浇铸 离心浇铸 永通球墨铸铁管有限责任公司采用水冷金属型离心机进行浇铸，高温铁水被连续浇进高速旋转的管模中，并通过水冷却使铁水凝固形成球墨铸铁管。浇铸好的球墨铸铁管立刻进行铸造成缺陷表面检查及称重，确保每根管子的质量。 退火处理 铁水制备 优质原料 球墨铸铁管铁管的质量同原材料—生铁的质量密切相关，安钢永通球墨铸铁管有限责任公司采用安钢集团永冶钢铁公司的优质球墨铸造用生铁为原材料，水冶钢铁公司的铸造铁为我国的人参铁，具有低P、低S、低Ti等特点，产品远销美国、日本、欧洲等多个国家和地区，在国内被许多大型精密铸造企业普遍采用。 铁水调制及球化 根据所生产管径的规格，加入相应的原材料，由美国应达公司的6台10吨中频电炉将铁水调制、升温，达到工艺要求，加入球化剂进行球化处理。 铁水质量控制 在铁水制备过程中每一个环节都要结质量和温度进行严格的控制。每一炉、每一包都要经过日本岛进公司PDAII—50型直读关谱仪的成分分析，使铁水完全符合浇铸的要求。 离心浇铸 离心浇铸 永通球墨铸铁管有限责任公司采用水冷金属型离心机进行浇铸 球墨铸铁管浇铸好的铸铁管随后进入退火炉，永通公司的退火炉长度为60m，其独特的现金蓄热技术更是当今世界第一，可保证铸铁管的充分退火，以获得球墨铸铁管所需要的金相组织结构。
Oktober 2005 DEUTSCHE NORM Normenausschuss Gie?ereiwesen (GINA) im DIN Preisgruppe 15 DIN Deutsches Institut für Normung e.V. ? Jede Art der Vervielf?ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 77.080.10 F^g 9648896 www.din.de X DIN EN 1563 Gie?ereiwesen – Gusseisen mit Kugelgraphit; Deutsche Fassung EN 1563:1997 + A1:2002 + A2:2005 Founding – Spheroidal graphite cast irons; German version EN 1563:1997 + A1:2002 + A2:2005Fonderie – Fonte à graphite sphéroidal; Version allemande EN 1563:1997 + A1:2002 + A2:2005 ? Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Ersatz für DIN EN 1563:2003-02 www.beuth.de Gesamtumfang 34 Seiten Klass.Nr: 51611 Q U E L L E : N O L I S (N o r m v o r A n w e n d u n g a u f A k t u a l i t ?t p r üf e n !/C h e c k s t a n d a r d f o r c u r r e n t i s s u e p r i o r t o u s a g e ) 标准分享网免费标准下载站https://www.doczj.com/doc/5811732358.html,
球墨铸铁曲轴的铸造与发展 1、前言 曲轴是汽车发动机的关键部件之一，其性能好坏直接影响汽车的寿命。曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。 自1947年球墨铸铁发明以来，经过不长时间的努力，其抗拉强度提高到了600~900MPa，接近或超过了碳素钢的水平。与锻钢材料比较，球墨铸铁曲轴既有制造简便、成本低廉，又有吸震、耐磨、对表面裂纹不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性，因而球墨铸铁具备了代替锻钢制造曲轴的可能性。 20世纪50年代后期，国内南京汽车制造厂率先批量生产跃进牌汽车球铁曲轴。60年代，二汽首先成为国内按照球铁曲轴生产工艺进行设计和投产的汽车厂。到了70、80年代，中小型柴油机在我国迅速发展，由于球铁制造和经济方面的优势，大多数中小型柴油机都采用球铁曲轴，极大地推动了我国球铁曲轴的应用与发展，出现了一批球铁曲轴专业生产厂。近十多年在汽车工业的快速发展过程中，又新建了一批现代化的球铁曲轴生产厂（或分厂、车间），球铁曲轴在国内得到了普遍应用。 国外球铁曲轴的应用也十分广泛，早在上世纪50 年代，国外就开始将球墨铸铁应用于曲轴的生产，如美国的福特公司首先应用，美国克莱斯勒公司、瑞士的GF公司、法国的雷诺和雪铁龙公司、意大利的菲亚特公司、罗马尼亚的布拉索夫汽车厂等先后成功地将球墨铸铁应用于曲轴的生产。在德国，排气量2000ml 以下的柴油机中球铁曲轴占50%，排气量1500ml 以下的汽油机中球铁曲轴占80%；在美国汽车行业中，球铁曲轴占80%。由于制造技术和经济上的优势，球铁曲轴在汽车工业中广泛应用的总体状况今后不会发生太大的变化。 2、球铁曲轴的熔炼 对于球铁的熔炼，国内外采用冲天炉,工频炉双联熔炼的较多。铁液一般要经过脱硫处理，铁液脱硫方式现在多采用多孔塞脱硫方法，即吹N2气加入CaC2或复合脱硫剂搅拌脱硫。脱硫的稳定性对于熔炼曲轴铁液具有重要意义，如采用感应电炉熔炼可以更好地控制合金成分范围，稳定球化，易于保证铁液质量。 球化处理是球铁曲轴生产的重要环节，石墨的形态不仅影响曲轴本体强度性能，而且会影响到曲轴疲劳强度与抗冲击性能。球化剂的选用对于球化处理结果具有重要意义。 国内球化剂主要采用稀土镁硅铁复合球化剂。 稀土具有较好的脱硫及平衡微量元素有害倾向的作用，净化铁液，稳定生产，但起主导球化作用的仍然是镁。鉴于国内铸造厂脱硫水平的提高，球化剂有向低稀土方向发展的趋势。另外，可根据铸态基体组织的需要，使用含Ca、Ba、Bi、Sb 等元素的复合球化剂。 球化时采用哪种球化工艺，主要考虑吸收率的高低、反应是否平稳。国外很多工厂采用盖包冲入法,其优点是吸收率较高，烟尘少，投资小，适应面广泛。国内采用的更多为冲入法球化处理工艺，Mg的吸收率偏低（通常30%~50%）。喂丝法球化是最近发展起来的一种球化新工艺，其优点是反应平稳、温度损失少，正在逐步推广。 孕育处理是球化后的铁液必不可少的工序。目前，国内普遍采用含硅75%的硅铁合金，国外球铁孕育剂较多地应用硅铁/锆、硅铁/锰/锆及含钙、钡的复合孕育剂，其中锆能延迟衰退
湘西民族职业技术学院备课用纸 课题：可锻铸铁与球墨铸铁讲授节数2节 授课班级11-5高模具1 11-5高数控1 11-5高数控2 11-5高数控3 11-5高数控4 授课日期星期日/ 月星期日/ 月星期日/ 月星期日/ 月星期日/ 月教学目的要求：掌握可锻铸铁化学成分；了解可锻铸铁的性能及用途；掌握可锻铸铁的牌号表示方法；了解球墨铸铁的性能；了解球墨铸铁常用热处理工艺种类；掌握球墨铸铁的牌号表示方法。学会正确识别可锻铸铁与球墨铸铁；能正确选用球墨铸铁常用热处理方法。 教学重点：1、可锻铸铁化学成分； 2、可锻铸铁的性能及用途； 3、球墨铸铁的性能。 教学难点：1、可锻铸铁的牌号表示方法； 2、球墨铸铁常用热处理； 3、球墨铸铁的牌号。 作业布置：配套习题册一、5.6.7.8. 二、6.7.8.9.10. 三、4.5.6。 教具：三角板一只。 教学过程转下页课后小结：本次课重点在于学习可锻铸铁及球墨铸铁的组织、性能及牌号，难点在于可锻铸铁及球墨铸铁的热处理工艺。通过学习本节内容，再联系前面第六章学习过的钢的热处理工艺加于比较，看看铸铁的热处理于钢的热处理工艺有何异同。注意一点可锻铸铁是不可以锻造的哦，而球墨铸铁的性能是所有几种铸铁中力学性能最好的。
可锻铸铁，由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件，再经退火而成的铸铁，有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。可锻铸铁白口铸铁通过石墨化退火处理得到的一种高强韧铸铁。有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。它与灰口铸铁相比，可锻铸铁有较好的强度和塑性，特别是低温冲击性能较好，耐磨性和减振性优于普通碳素钢。这种铸铁因具有-定的塑性和韧性，所以俗称玛钢、马铁，又叫展性铸铁或韧性铸铁。 8.2.1 可锻铸铁化学成分 首先浇注成白口铸铁件,然后经可锻化退火(可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨)而获得可锻铸铁件。可锻铸铁的化学成分是： wC=2.2%～2.8%，wSi=1.0%～1.8%，wMn=0.3%～0.8%，wS≤0.2%，wP≤0.1%。可锻铸铁的组织有二种类型： （1）铁素体(F)+团絮状石墨(G)； （2）珠光体(P)+团絮状石墨(G)。 8.2.2 可锻铸铁的性能及用途 1. 可锻铸铁的性能 白口铸铁的切削加工性能极差，但是经过高温回火后，有较高的强度和可塑性，可以切削加工。由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小,因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度和耐磨性。 2. 可锻铸铁的用途 黑心可锻铸铁的强度、硬度低，塑性、韧性好，用于载荷不大、承受较高冲击、振动的零件。 珠光体基体可锻铸铁因具有高的强度、硬度，用于载荷较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件。 8.2.3 可锻铸铁的牌号表示方法 1. 牌号表示方法 可锻铸铁的牌号是由“KTH”（“可铁黑”三字汉语拼音字首）或“KTZ”
讲座球墨铸铁的生产 球墨铸铁的生产过程包含以下几个环节：熔炼合格的铁液，球化处理，孕育处理，炉前检查，浇注铸件，清理及热处理，铸件质量检查。 在上述各个环节中，熔炼优质铁液和进行有效的球化—孕育处理是生产的关键。 1 化学成分的选定 选择适当化学成分是保证铸铁获得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学成分的选择既要有利于石墨的球化和获得满意的基体，以期获得所要求的性能，又要使铸铁有较好的铸造性能。 1.1基本元素 (1) 碳和硅 由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数量多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在 3.2%~3.8%范围内变化时，实际上对球墨铸铁的力学性能无明显影响。确定球墨铸铁的含碳量时，主要从保证铸造性能考虑，为此将碳当量选择在共晶成分左右。由于球化元素使相图上共晶点的位置右移，因而使共晶碳当量移至 4.6%~4.7%左右，具有共晶成分的铁液流动性最好，形成集中缩孔倾向大，铸铁的组织致密度高。当碳当量过低时，铸件易产生缩松和裂纹。碳当量过高时，易产生石墨漂浮现象，其结果是使铸铁中夹杂物数量增多，降低铸铁性能，而且污染工作环境。 用镁和铈处理的铁液有较大的结晶过冷和形成白口的倾向，硅能减小这种倾向。此外，硅还能细化石墨，提高石墨球的圆整度。但硅又降低铸铁的韧性，并使韧性—脆性转变温度升高。因此在选择碳硅含量时，应按照高碳低硅的原则，一般认为Si>2.8%时，会使球墨铸铁的韧性降低，故当要求高韧性时，应以此值为限，如铸件是在寒冷地区使用，则含硅量应适当降低。 对铁素体球墨铸铁，一般控制碳硅含量为C3.6%~4.0%，Si2.4%~2.8%； 对珠光体球墨铸铁，一般控制碳硅含量为C3.4%~3.8%，Si2.2%~2.6%。 (2) 锰 球墨铸铁中锰所起的作用与其在灰铸铁中所起的作用有不同之处。在灰铸
球墨铸铁铸造工艺 1、金属炉料的要求 1.1各种入炉金属炉料必须明确成份，除回炉铁和废钢由炉前配料人员根据炉料状况确定外，螺纹钢不准加入球铁中。其余炉料必须具备化学成份化验单方可使用，同时应保证炉料、合金干燥。1.2防止有密闭容器混入炉料中。 1.3所有炉料应按配料单过称。 2.1球墨铸铁化学成分 2.2球墨铸铁单铸试样力学性能（GB/T1348-1988） 3.熔炼过程化学成分和机械性能控制范围： 3.1熔炼过程化学成分控制范围
3.1.2球墨铸铁熔炼过程化学成分控制范围 3.2机械性能控制范围符合2.2、2.4标准 4.1配料：加料按（2200kg）根据材质和回炉料情况选择下表其中一种配比。（注意：如果是其他增碳剂，则增碳剂加入量增加10%） 4.2加料顺序： 200kg新生铁或回炉料-1/3增碳剂-废钢-1/3增碳剂-废钢-1/3增碳剂-新生铁-回炉料。 增碳剂不准一次加入.防止棚料. 6冶炼要求 6.1加料顺序：新生铁-废钢加满炉-增碳剂-废钢-回炉料。 6.2熔化完毕，温度升到1380℃左右清除铁水表面的渣，取原铁水化学成分。 6.3根据成分标准加合金或其他原料调整化学成分。成份不合格不准出铁水
6.4测温，根据铸件工艺要求要求确定出铁温度， 6.5出铁水前扒渣干净。 6.6小铸件要用0.5-1吨包分包出铁或球化 7球墨铸铁的孕育和球化处理 7.1孕育剂选用75SiFe,加入方法为随流加入。 7.2球化处理材料的技术要求参见下表(有特殊要求的球化剂按专项规定). 7.3球铁处理方法 7.3.1球化处理采取冲入法 7.3.2将球化处理材料按球化剂-孕育剂（1/3的硅铁粒）-0.1%增碳剂-聚渣剂-铁板的顺序层状加入铁水包底的一边，每加入一种材料需扒平,椿实。 7.3.3铁水冲入位置应是放置合金等材料的另一边，防止铁水直接冲击合金。先出2/3铁水球化。 7.3.4球化反应结束后，再出余下的铁水1/3。剩余2/3 Si75孕育剂硅铁粒随在出剩余铁水均匀加入。孕育后必须搅拌铁水。 7.3.5铁水反应平静后，搅拌，扒渣取样，检查是否球化，如球化不良，禁止浇注。 8球化质量的炉前检验 8.1三角试片检验方法：试片截面25mm（宽）X 50mm（高），冷至暗红色，取出淬水，若断口呈银灰色，中间明显缩松，三边凹缩，悬击有钢音，浸水有电石味，则球化良好。 8.2观察铁水表面：铁水表面平静，覆盖一层皱皮，温度下降，出现五颜六色浮皮，则球化良好；表面翻腾严重，氧化皮极少，且集中在中央，则未球化，处理好的铁水，应迅速扒渣浇注，防止球化衰退。 9浇注 9.1准备好泥球。及时堵住漏箱。 9.2铁水浇注温度：根据铸件工艺要求确定 9.3球铁浇注前放0.2%的大块硅铁在铁水表面,进行随流孕育. 9.4连续浇注，不得断流。始终保持浇口杯充满2/3左右。 9.5见冒口上铁水或气孔火焰无力时,慢浇,到冒口浇满或气孔溢出部分铁水后停止浇注.在冒口翻腾时继续浇入铁水，直到冒口平静为止，不允许再浇注完再向冒口内浇铁水. 9.6浇注时保证冒口浇满,盖上保温剂 9.7最后浇注试样。
球墨铸铁的热处理 目前球墨铸铁所采用的热出库工艺有：消除内应力的低温退火；高温石墨化退火；低温石墨化退火；正火与回火；淬火与回火；等温淬火等。球墨铸铁的表面淬火正在扩大应用。对球墨铸铁的化学热处理也在研究应用。 1 球墨铸铁消除内应力的低温退火 球墨铸铁与灰口铸铁比较，容易产生较高的内应力，一般高1-2倍，与白口铸铁的内应力差不多。 消除内应力低温退火的工艺过程是：将铸铁加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却使铸铁完全过渡到稳性温度范围，至200-250℃即出炉空冷。 球墨铸铁消除内应力的倾向性与金属基体有关，珠光体球墨铸铁比铁素体基体为小。例如当退火温度为600℃时，对于珠光体+铁素体和铁素体基体的球墨铸铁保温15小时后可完全消除内应力。而对于珠光体基体的球墨铸铁，要完全消除内应力保温时间长达63小时。但都比钢的消除倾向大。 在保温的前2-3小时内消除内应力的效果最为显著。退火温度愈高，则内应力消除的愈快，愈安全。 目前工厂一般按下述工艺进行：加热速度控制在60-120℃/小时的范围内。避免产生新的内应力。加热温度一般控制在550-650℃之间。对于珠光体基体的球墨铸铁，考虑到当加热温度超过600℃后，可能发生共析渗碳体的石墨化和粒化。所以加热温度适当降低为550-620℃为宜。保温时间为2-8小时。然后随炉缓冷（冷却速度为30-60℃/小时）至200-250℃出炉空冷。采用该工艺退火，可消除铸件中残余应力之90-95%。 2球墨铸铁的高温石墨化退火
球墨铸铁具有较大的向心倾向性。在生产过程中常常由于化学成分选择不当，球化剂加入量过多或孕育剂量不足而造成铸件中出项大量的奥氏体或自由渗碳体；有时由于球墨铸铁中磷量过高或磷的严重偏析倾向，甚至在含磷量为0.05%时就会出现磷共晶。当自由渗碳体和磷共晶总量超过3%时，就使铸件的机械性能变坏，加工困难。在这种情况下就必须采用高温石墨化的方法来予以消除。球墨铸铁高温石墨化退火的工艺是：将铸铁件加热至Ac3+(30-50℃)，保温一段时间进行第一阶段石墨化，然后根据对球墨铸铁基体要求的不同采用不同的冷却方式。加热温度一般为900-960℃。保温时间一般为1-4小时。 高温石墨化以后的冷却，则是根据对球墨铸铁基体的组织要求而定。如果要求获得高韧性的铁素体基体，则在高温保温待第一阶段石墨化完成后，随炉冷却到720-760℃保温进行第二阶段石墨化，以后再炉冷至600℃出炉空冷;也可以直接从高温缓慢冷却通过共析转变温度范围至600℃时出炉空冷，使奥氏体在缓慢冷却过程中直接分解为铁素体及石墨。这时球墨铸铁组织为铁素体+球状石墨。如果要求基体为珠光体，则高温保温后即出炉进行空冷。这时铸铁组织为索氏体型珠光体+少量片状铁素体〔＜10%〕+球状石墨。
管模焊接工艺操作规程 1.焊接前将焊剂在250℃左右烘焙2小时。 2.焊接前必须清除管模内壁的铁屑、模粉等杂质，保证待焊接 表面不得有油污、铁锈和水份。 3.根据管模的公称直径将支承滚轮调整到预定的间距。 4.将要焊接的管模吊放在支承滚轮上。 5.启动管模旋转电机，调节变速器，使之符合焊接规范的要求。 焊接电流焊接 电压 焊接速度 400A 34V 0.7cm/s～0.85 cm/s 6.将管模欲焊接部位均匀加热到200～300℃。 7.用砂布或铁刷清除管模外表面与碳块接触部位的铁锈。 8.接通电源焊接开关，启动ZXG-1000R硅整流焊机，并初调好 焊接电流和焊接电压。 9.接通控制器上的旋转开关。 10. 焊枪移送到管模欲焊接的起始位置，调整焊咀位置，使焊咀 中心向右偏离管模中心线10～15mm。 11. 通过控制盒上的“焊丝向上”或“焊丝向下”按钮使焊丝与 管模待焊接表面接触良好。 12. 在最先开始焊接的圆周位置划上记号，管模每转一周，焊枪 手柄移动1～1.25周（6～7.5mm）。 13. 焊接过程中，必须随时将焊剂充填到焊咀周围，并随时将熔 渣用钩子清理掉。 14. 在焊接过程中，要保证工作电流与工作电压的稳定。 15. 焊接后要保证焊接轮廊光滑，不得有严重焊接凹陷，焊接高
度比管模内表面高出3～4mm。 16. 保持焊剂的清洁，没有熔化的焊剂必须经过筛选后方可继续 使用。 17. 焊接后直观检查，若有缺陷，可进行手工补焊。 18. 焊接完后，将管模的受热影响区均匀加热到370～430℃， 并使管模匀速旋转2小时。 19. 将管模缓慢冷却到95～120℃。
论高品质球墨铸铁的熔炼技术 高品质球墨铸铁的熔炼技术是提高球墨铸铁综合性能的重要技术手段，通过高品质球墨铸铁的熔炼技术可获得高的强度、塑性、韧性、耐磨性和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀等。本文针对高品质球墨铸铁熔炼技术要点进行了简要的分析和探讨。 标签：高品质;球墨铸铁;生产;熔炼技术 当今，我国是全球生产铸铁的第一大国，铸件产量是全球总产量的25%。近些年以来，一直保持着迅速增长的态势。然而，我国球墨铸铁的应用比重跟发达国家还面临着一些差距，应用高品质的球墨铸铁还具备比较大的空间。高品质球墨铸铁的优势是化学成分稳定、石墨形态良好、力学性能优异、基体组织适宜。球墨铸铁的熔炼水平会严重地影响到其性能，从一定程度上来讲，球墨铸铁的熔炼技术是球墨铸件生产能力的体现。 1 高品质球墨铸铁的熔炼工艺技术 球墨铸铁铁液的基本要求是高温低硫，国内外一般是借助冲天炉、中频炉、感应炉的联合来熔炼铁液。应用热风除尘冲天炉能够使熔炼铁液的效率大大提高，而应用感应电炉能够有效地控制合金的成分，从而确保稳定的球化。 在国内的大型铸造企业当中，经常应用双联熔炼工艺。然而，在多样性浇注的铸件牌号上，规模较大的冲天炉对铁液成分缺少较强的调整能力。并且，我国的冲天炉在熔炼的过程当中，由于熔炼温度比较低以及焦铁比间存在比较大的差异性，这会制约铁液的质量以及成分构成。通过采用中频感应炉的工艺技术可以使熔炼操作简便，工艺灵活调整，且铁液的质量较高，熔化效率也优于冲天炉，故在中小规模的铸造企业中广泛应用。 在球墨铸铁生产当中，一个关键的生产指标是石墨的形态，石墨的形态跟铸件的抗冲击性和强度性能存在非常紧密的关系。而熔炼球墨铸铁中一个重要的技术是球化处理，选用的球化剂和球化方式会严重地制约到处理的结果。当今，我国大都应用稀土镁硅铁复合剂作为球化剂，其中镁的功能是主导球化。在我国铸造企业日益提升脱硫能力的影响下，球化剂的发展方向是低稀土。另外，结合铸件形态的组织要求，能够选用含有锑、钙、钡的球化剂。在选用球化工艺的过程中，主要的兼顾要素是反应平稳性和吸收率。国外企业大都应用盖包冲入法，该方法的特点是适用面广、吸收率高、烟尘少。我国大都应用冲入法球化处理技术。另外还有喂丝法球化工艺，这种工艺损失的温度少，反应十分稳定，且逐步地获得了应用与推广。 2 原材料对球墨铸件性能产生的影响 我国常用的铸铁件原材料是铸造生铁。其中，生铁中的石墨形态、微量元素、
锻钢和球墨铸铁曲轴的疲劳性能 乔纳森威廉姆斯和阿里法特米 托莱多大学 摘要 疲劳是内燃机中的曲轴失效的主要原因。循环加载和在曲柄销圆角的应力集中是不可避免的，并可能导致疲劳破坏。本研究的目的是比较的锻钢和球墨铸铁曲轴疲劳行为一一缸发动机以及确定是否曲轴的疲劳寿命是疲劳寿命预测的准确估计。单调拉伸试验以及应变控制疲劳试验用试样加工曲轴获得单调和循环变形行为和两种材料的疲劳性能研究。锻钢具有较高的拉伸强度比球墨铸铁更好的疲劳性能。夏比V型缺口冲击试验用试样加工曲轴的获得和比较材料的冲击韧性进行。锻钢无论在何种温度下的T-L和T-L方向的冲击韧性都要比球墨铸铁更好。负载控制部件的疲劳试验，采用锻钢和球墨铸铁曲轴进行。对于一个给定的弯矩调幅，锻钢曲轴有六个因素（6）比球墨铸铁曲轴寿命更长。曲轴的有限元分析，使用类似于组件试验边界条件下进行的。从试样的疲劳性能进行了曲轴的寿命预测。基于S-N预测的结果接近基于为锻钢和铸铁曲轴组件测试的结果。所以S-N的预测是非常接近的实际从锻钢构件测试的结果，但是铸铁曲轴不太精确的。 介绍 内燃机曲轴把活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。用来驱动曲轴用于汽车或其它装置。曲轴具有很宽的范围从一小缸割草机引擎应用到非常大的多缸柴油机。 曲轴的一个组成部分，目的是持续直至报废的发动机或车辆。作为一个高速度，旋转构件，其使用寿命有数百万，甚至数十亿的重复的负载周期。因此，曲轴通常被设计为无限的生命。 延森（1）在他的一个V-8汽车曲轴惯性和天然气发动机的载荷作用下的弯曲和扭转的形式创建一个多轴应力情况的研究表明。这样做是通过应变计测量应用到曲轴的弯曲和扭转。只有最大的扭转和弯曲力矩被认为和测试通过最大主应力理论的一个恒定幅度的弯曲试验。谐振式弯曲试验是在曲轴的部分进行的。采用S-N方法确定了曲轴的疲劳寿命。 存在应力集中或缺口，在曲轴是不可避免的。在曲轴上有直径变化的地方，存在应力集中可能会导致疲劳失效。鱼片是用来降低应力集中程度。延森确定了曲柄销上的曲轴圆角最关键的位置。在曲轴圆角滚压往往是为了在成分诱导的残余压应力，它可以帮助弥补缺口的影响。残余应力对曲轴疲劳的影响是由简等人的分析。（2）。本研究还采用谐振的弯曲试验，
球墨铸铁生产工艺的应用 发表时间：2016-05-20T16:02:51.440Z 来源：《基层建设》2016年1期作者：陈佳辉 [导读] 广东铸德实业有限公司本文主要针对废钢增碳、增硅生产球墨铸铁工艺的应用展开了探讨，详细阐述了化学元素的影响及选择。广东铸德实业有限公司广东江门 529000 摘要：本文主要针对废钢增碳、增硅生产球墨铸铁工艺的应用展开了探讨，详细阐述了化学元素的影响及选择，并对球墨铸铁的生产工艺作了系统的分析研究，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。 关键词：球墨铸铁；生产工艺；应用 0 引言 所谓的球墨铸铁，是指通过球化和孕育处理得到球状石墨，其可以有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度，并在如今的工业生产中有着广泛的应用。因此，我们需要保证球墨铸铁的生产质量，以为相关的工业生产打下坚实的基础。基于此，本文就废钢增碳、增硅生产球墨铸铁工艺的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。 1 化学元素的影响及选择 化学成分对球墨铸铁的性能有较大影响。合理的化学成分是铸件力学性能和金相组织合格的前提。对高韧性球墨铸铁来说，在高碳当量的前提下，应满足高碳、低锰、低磷、低硫的原则。 1.1 碳 碳是强石墨形成元素，促进石墨化。一般来说含碳量高，易保证球化，获得球形石墨，且增加石墨数量。若石墨球形态好，数量多，直径小，则对基体的断裂就越小，力学性能也就越高。因此，应选择较高的碳量，碳含量不够的话可以采用增碳的方法实现。但含碳量也不能过高，否则容易产生石墨漂浮、石墨破碎等缺陷。一般碳的含量为：3.5%～3.8%。 1.2 硅 硅是强促进石墨化元素，硅若以孕育方式加入其作用更显著。硅含量不够的话可以采用增硅的方实现。含硅量增加，白口倾向减少，细化石墨，提高石墨球的圆整度。但硅量过高，会提高韧性－脆性转变温度，引发铸件脆性。含硅量控制在2.3%～2.6%之间。 1.3 锰 锰是阻碍石墨化元素，具有稳定渗碳体，提高强度，降低塑性和韧性，所以尽量降低锰量，尤其是高韧性球墨铸铁。 1.4 磷 磷是有害元素，极易偏析，含量较高会形成硬而脆的磷共晶，降低塑性和韧性。应尽可能降低磷元素的含量，控制在0.04%以下。 1.5 硫 硫也是有害元素，硫与稀土的亲和力很强，消耗球化剂，对球化效果和韧性、冲击性能影响较大，因此将硫控制在0.03%以下。 1.6 镍 镍是一种石墨化元素，加入镍合金化处理能提高球墨铸铁的低温冲击韧性。加入量0.2%～0.4%。 2 高韧性球墨铸铁的熔炼工艺 2.1 原、辅材料选择 熔炼高韧性球墨铸铁的主要材料是废钢、增碳剂、硅铁、回炉料、球化剂、孕育剂，镍铁等。原材料应无油、无锈、成分明确，对原、辅材料的要求见表1、表2。 2.2 配料 高韧性球墨铸铁的熔炼配料单见表3。 2.3 熔炼操作 按比例称料，然后按顺序向中频炉内加料，加料顺序为：回炉料→废钢→增碳剂→硅铁→回炉料→废钢。送电开始熔炼。全部炉料添
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可锻铸铁，由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件，再经退火而成的铸铁，有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。可锻铸铁白口铸铁通过石墨化退火处理得到的一种高强韧铸铁。有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。它与灰口铸铁相比，可锻铸铁有较好的强度和塑性，特别是低温冲击性能较好，耐磨性和减振性优于普通碳素钢。这种铸铁因具有-定的塑性和韧性，所以俗称玛钢、马铁，又叫展性铸铁或韧性铸铁。 8.2.1 可锻铸铁化学成分 首先浇注成白口铸铁件,然后经可锻化退火(可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨)而获得可锻铸铁件。可锻铸铁的化学成分是： wC=2.2%～2.8%，wSi=1.0%～1.8%，wMn=0.3%～0.8%，wS≤0.2%，wP≤0.1%。可锻铸铁的组织有二种类型： （1）铁素体(F)+团絮状石墨(G)； （2）珠光体(P)+团絮状石墨(G)。 8.2.2 可锻铸铁的性能及用途 1. 可锻铸铁的性能 白口铸铁的切削加工性能极差，但是经过高温回火后，有较高的强度和可塑性，可以切削加工。由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小,因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度和耐磨性。 2. 可锻铸铁的用途 黑心可锻铸铁的强度、硬度低，塑性、韧性好，用于载荷不大、承受较高冲击、振动的零件。 珠光体基体可锻铸铁因具有高的强度、硬度，用于载荷较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件。 8.2.3 可锻铸铁的牌号表示方法 1. 牌号表示方法 可锻铸铁的牌号是由“KTH”（“可铁黑”三字汉语拼音字首）或“KTZ”
曲轴及制造技术 曲轴是汽车发动机的关键部件之一，其性能好坏直接影响汽车的寿命。曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。 1曲轴的工作原理： 曲轴是发动机中最典型、最重要的零件之一，其功用是将活塞连杆传递来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出做功，驱动器他工作机构，并带动内燃机辅助装备工作。 发动机主要受力零件曲轴其疲劳破坏最常见的是金属疲劳破坏，即弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏，前者的发生概率大于后者。弯曲疲劳裂纹首先产生在连杆轴颈（曲柄销）或主轴颈圆角处，然后向曲柄臂发展。扭转疲劳裂纹产生于加工不良的油孔或圆角处，然后向与轴线成方向发展。金属疲劳破坏是由于随时间周期性变化的变应力作用的结果。曲轴破坏的统计分析表明，80%左右是弯曲疲劳产生的。 2曲轴制造工艺： 目前车用发动机曲轴材质有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3 左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球墨铸铁，功率在160kW 以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。 3曲轴制造技术： 3.1球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术 球墨铸铁曲轴的生产继QT800-2、QT900-2 等几种牌号后，广西玉柴等经过攻关已能稳定生产QT800-6 牌号的曲轴，为曲轴“以铁代钢”奠定了基础。 （1）熔炼 高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。 目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。 （2）造型
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910217234.4 (22)申请日 2019.03.21 (71)申请人 长春工业大学 地址 130000 吉林省长春市延安大路17号 (72)发明人 王柏树 陈华 贾素秋 韩英 (74)专利代理机构 吉林省长春市新时代专利商 标代理有限公司 22204 代理人 石岱 (51)Int.Cl. C21D 5/00(2006.01) (54)发明名称一种有效提高球墨铸铁硬度的热处理方法(57)摘要本发明属于热处理技术或者球墨铸铁结构材料加工技术领域，采用低的双临界温度进行奥氏体化并淬火加低温回火。具体说是：第一个临界温度是共析转变点A 1，在其下临近温度保温，球墨铸铁基体由共析向亚共析成分过渡；第二个临界温度是亚共析钢的奥氏体化温度A 3点，在其下或临近温度保温，基体以亚共析钢不充分的奥氏体化为主要特征，淬火后，从球状石墨边缘到树枝晶间界面，得到树枝晶为单元的梯度化控制的组织，是少量未转变的铁素体增韧的亚温淬火组织，包括共析钢和近共析钢的细小马氏体和没有完全溶解的碳化物；低温回火降低淬火应力，使基体增韧。还有工艺成品率高、耐磨性优，降低能耗、环境友好、 简便易行等优点。权利要求书1页 说明书6页 附图4页CN 109852773 A 2019.06.07 C N 109852773 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109852773 A 1.一种有效提高球墨铸铁硬度的热处理方法，其特征在于：该热处理方法是对等温淬火球墨铸铁或者针对高淬透性球墨铸铁进行双临界热处理，具体步骤如下：1）、原料选择，选择等温淬火球墨铸铁或含Ni、Mn、Mo的高淬透性和高的等温淬火淬透性球墨铸铁作为热处理原料； 2）、所述的双临界热处理又分为双临界淬回火法或双临界等温淬火法： a、当采用双临界淬回火法时其步骤如下： ①、第一段临界处理，对照球墨铸铁基体的化学成分，比较相应成分的共析钢的A1点，将步骤1中的原料在临界温度以下或附近进行低临界温度保温石墨化退火，这时在球状石墨周围的基体发生石墨化，即珠光体中的渗碳体分解和碳脱溶，扩散到临近石墨，降低基体碳含量，使亚共析化或铁素体化，与球状石墨界面处基体的碳浓度为梯度最低点；工艺温度为670～750℃，保温30～120分钟； ②、第二段临界处理，经过所述低临界温度石墨化退火后，材料基体的碳浓度发生变化，对照该基体的新的化学成分，比较相应成分的亚共析钢的A3点，在临界温度附近进行奥氏体化高临界温度淬火加热，为基体淬火做组织准备，保温进行不充分的奥氏体化，有少量未转变铁素体和未分解或溶解的渗碳体；选择A3以下临近的温度，处于G+α+γ三相共存区，工艺温度为760～820℃，保温20～60分钟； ③、冷水淬火处理，步骤②中不充分的奥氏体化保温后淬火，从球状石墨边缘到树枝晶间的界面，使基体获得马氏体为主体的多相结构，梯度化控制树枝晶内的组织分布；淬火介质选用冷水； ④、低温回火，步骤②、③后，及时进行低温回火，降低马氏体转变所带来的淬火组织应力，继续增韧前三段①、②、③工序处理后的球墨铸铁；选用热风循环式低温回火炉或者流态床式炉，进行低温回火，工艺温度为150～250℃，保温60～150分钟，出炉空冷; b、当采用双临界等温淬火法时其步骤如下： ①、第一段临界处理，对照球墨铸铁基体的化学成分，比较相应成分的共析钢的A1点，将步骤1中的原料在临界温度以下或附近进行低临界温度保温石墨化退火，这时在球状石墨周围的基体发生石墨化，即珠光体中的渗碳体分解和碳脱溶，扩散到临近石墨，降低基体碳含量，使亚共析化或铁素体化，与球状石墨界面处基体的碳浓度为梯度最低点；工艺温度为670～750℃，保温30～150分钟； ②、第二段临界处理，经过所述低临界温度石墨化退火后，材料基体的碳浓度发生变化，对照该基体的新的化学成分，比较相应成分的亚共析钢的A3点，在临界温度附近进行奥氏体化高临界温度淬火加热，为基体淬火做组织准备，保温进行不充分的奥氏体化，有未分解或溶解的渗碳体；推荐选择A3以上临近温度，工艺温度为780～870℃，短时保温15～60分钟，； ③、盐浴等温淬火处理，步骤②中奥氏体化保温后等温淬火，从球状石墨边缘到树枝晶间的界面，使基体获得含有马氏体的多相结构，梯度化控制树枝晶内的组织分布；盐浴温度特征：控制在200～270℃这一较低的等温淬火温度范围。 2