高强度高碳当量灰铸铁生产工艺问题4—化学成分的合理选配

高强度灰铸铁实用技术铸造工业网2022-08-16 19:01发表于河南一、电炉熔炼高强度灰铸铁，做好这几点才能保障质量！1．高强度合金灰铸铁成分的设计以壳体为例，其材质为灰铸铁250，硬度大于200，要求易切削加工，进行油压试验不渗漏，在铸铁中添加微量多元合金成分，选择合理的工艺参数，使铸件具有一定的化学成分和冷却速度，获得理想的金相组织和力学性能。

要保证力学性能，就必须控制好基体组织和石墨形态高强度低合金化孕育铸铁的成分设计，首先要考虑铁液碳当量与冷却速度的影响作用。

碳当量过高，铸件厚壁处冷却速度缓慢，铸件厚壁处易产生晶粒粗大、组织疏松，油压试验易产生渗漏；若碳当量过低，铸件薄壁处易形成硬点或局部硬区，导致切削性能变差。

将碳当量控制在3.95％～4.05％，即可保证材质的力学性能，又接近共晶点，其铁液的凝固温度范围较窄，为铁液实现“低温”浇注创造了条件；而且有利于削除铸件的气孔、缩孔缺陷。

其次要考虑合金元素的作用，铬、铜元素在共晶转变中，铬阻碍石墨化，促成碳化物、促进白口；而铜则促进石墨化作用，减少断面白口。

两元素相互作用在一定程度上得到中和，避免在共晶转变中产生渗碳体而导致铸件薄壁处形成白口或硬度提高；而在共析转变中，铬和铜都可以起到稳定和细化珠光体的复合作用，但各自的作用又不尽相同。

以恰当比例配合，能更好发挥两者各自的作用。

在含铬＝0.2％灰铸铁中加入大于2.0％的铜，不仅能促进珠光体转变，提高并稳定珠光体量和细化珠光体，促进A型石墨产生和均化石墨形态；还能在铬r小于0.2％灰铸铁中提高铁水的流动性，这尤其对壳体薄壁累铸件有利。

复合加入铬、铜可使铸件致密性进一步提高，因此对于要求耐渗漏的铸件。

加入适量的铬、铜、有利于改善材质本身的致密性，提高其抗渗漏能力。

珠光体基本是高强度灰铸铁生产中希望获得的组织，因为只有以珠光体为基础的铸铁强度高、耐磨性好。

锡能有效增加基体组织中珠光体含量，并促进和稳定珠光体形成，我们生产实践的结论是把锡含量控制在0.7％～0.9％. 2．严把原辅料质量关入厂原辅材料须进行取样分析，做到心中有数，不合格的原辅材料绝不投入使用。

高强度灰铸铁熔炼技术作者：信息来源:长城须崎铸造股份有限公司原晓雷张守全 2006-2-12字体大小:小中大网友评论 1 条进入论坛【摘要】本文介绍了在电炉熔炼过程中，如何在较高的碳当量和较好的机加工性能要求的条件下获得高强度灰铸铁的熔炼技术，以及如何对材料的微量元素进行控制。

关键词：灰铸铁碳当量力学性能加工性能微量元素长城须崎铸造股份有限公司（简称CSMF）传统的灰铸铁熔炼控制方向是低碳高强度铸铁（C：2。

3）这样的材料虽然能够满...【摘要】本文介绍了在电炉熔炼过程中，如何在较高的碳当量和较好的机加工性能要求的条件下获得高强度灰铸铁的熔炼技术，以及如何对材料的微量元素进行控制。

关键词：灰铸铁碳当量力学性能加工性能微量元素城须崎铸造股份有限公司（简称CSMF）传统的灰铸铁熔炼控制方向低碳高强度铸铁（C：2.7~3.0，Si：2.0~2.3，Mn：0.9~1.3）样的材料虽然能够满足材料机械性能的要求，但其铸造性能、加工性能却较差，随着公司市场开发拓展，越来越多的高难度、高技术质量要求的铸造产品纳入CSMF的生产序列，特别是CSMF用工频电炉熔炼工艺取代冲天炉熔炼工艺，如何在电炉熔炼条件下获得高碳当量高强度铸铁，满足顾客的定货要求，是我们当时的一个研究课题，本文叙述了电炉熔炼的条件下高强度灰铸铁的生产技术。

1 影响材料性能的因素1.1 碳当量对材料性能的影响决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。

当碳当量（CE=C+1/3Si）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。

这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。

在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。

当随着C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。

因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。

高强度灰铸铁生产中不可忽视的技术问题1、摘要：灰铸铁是“面大量广”的常用金属结构材料。

本文主要论述了合金元素硫、锰含量及其比例，微量元素钛和氮的控制，以及孕育剂加入量对灰铸铁组织和性能的影响。

据统计，2007年我国铸件产量达到了3000万多吨，其中，灰铸铁占60-70%。

由于灰铸铁具有独特的性能特点，它在机械、机床、冶金、汽车等行业的应用中占有非常重要的位置。

改革开放30年来，我国的灰铸铁生产技术水平获得了很大提高。

但与国外先进国家相比，还存在着较大差距。

在高强度灰铸铁生产过程中，我国大多数工厂比较注重五大元素、合金元素、熔炼温度、铸造工艺等因素的控制，这些因素的控制对提高灰铸铁的内在质量和外在质量是至关重要的。

但是，还有一些其他因素没有引起人们足够的重视，这些同样对灰铸铁的质量有着重要影响，譬如，元素硫与锰的含量与比例，微量元素钛、氮的控制以及孕育剂加入量等细节的掌握。

本文就这些因素对灰铸铁组织和性能的影响进行讨论，抛砖引玉，以期引起人们的注意。

1硫、锰的控制（1）硫过去，由于我国的灰铸铁和球墨铸铁大部分利用冲天炉熔炼，铁液的增硫比较严重，导致原铁液的含硫量较高，使得铸铁的铸造性能、力学性能降低，球化效果不好，所以，在人们的记忆中硫是一个有害元素。

随着电炉熔炼工艺的发展，可以容易获得含硫量低的铁液，这对处理球墨铸铁非常有利。

但是，有些工厂在灰铸铁生产中发现，电炉灰铸铁的材质性能还不如冲天炉好。

因此，硫不能被简单的被认为是一个有害元素。

在灰铸铁生产中发现，硫量控制在一定范围内，随着硫量的增加，片状石墨长度变短，石墨形态变得弯曲，而且石墨的头部变得钝化，并细化共晶团，提高强度。

为什么硫在一定范围内，促进石墨化，改善石墨形态？硫在铁水中的溶解度很低，对Fe-C 系平衡相图的影响不是很大。

但硫降低碳在铁水中的溶解度，理应是一个促进石墨化的元素，实际上它对石墨化的影响比较复杂。

硫对铸铁的凝固呈现双重作用【1】，一方面，硫与Mn、Sr、Ba等元素形成硫化物，为共晶石墨的成核提供基底，增加共晶团数量；另一方面，硫作为表面活性元素，富集在结晶前沿，会抑制共晶团的生长，增加结晶过冷度，白口倾向增大。

综合实验论文——高碳当量高强度灰铸铁组织性能研究指导老师：王鑫铸造学生：0803041 雷小波高碳当量高强度灰铸铁组织性能研究雷小波李沙沙闫雅雪摘要：灰铸铁良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性，在很多领域得到了很好的应用，但由于在很多情况下很难达到高的强度，使其应用受到了很大的限制，文章力求在碳当量CE≥4.0%情况下，形成石墨形态为A型或D型的灰铸铁，抗拉强度σb≥300MPa。

但实验结果表明，在这种情况下，获得符合要求的灰铸铁是很难达到的，本实验以失败告终。

关键字：高碳当量高强度灰铸铁1前言：灰铸铁良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。

但由于灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。

同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。

故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。

而灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有非常密切关系，在六种石墨形态中，以D型石墨的性能最佳，本文在前人的研究基础上，主要通过提高碳当量，添加合金元素来改变基体组织，以及石墨形态，来实现高强度灰铸铁的要求。

2.试验方法2.1 配料依据由于在碳当量不变的条件下，适当提高硅碳比可以使初析奥氏体量增加，有加固基体的作用，同时硅的提高，使铁液的白口倾向有所降低。

在高碳当量时，冷却速度一定的情况下，随着碳量的提高，初期奥氏体枝晶得到细化。

因此选择高硅高碳，较高的硅碳Si/C=0.7。

由于D型石墨性能比较好，但其成分为亚共晶成分，又因碳当量大于4.0%，且碳当量小于4.3%，取碳当量等于4.0%。

提高灰铸铁性能的途径为提高灰铸铁的性能，常采取下列几种措施：选择合理的化学成分；改变炉料组成，过热处理铁液；孕育处理；微量或低合金化。

采取何种措施取决于所要求的性能及生产条件，往往同时采取两种以上措施。

1、化学成分的合理选配（1）碳、硅及硅碳比灰铸铁的含碳量大多在2.6%~3.6%含硅量在1.2%~3.0%碳硅都是强烈地促进石墨化的元素,可用碳当量CE来说明它们对灰铸铁金相组织和力学性能的影响.提高碳当量促使石墨化变粗，数量增多，强度和硬度下降.降低碳当量可减少石墨数量，细化石墨,增加初析奥氏体枝晶，从而是提高灰铸铁力学性能时常采取的措施•但降低碳当量会导致铸造性能降低，铸件断面敏感性增大，铸件内应力增加，硬度上升加工困难等问题，因此必须辅以其它的措施•在碳当量保持不变的条件下，适当提高Si/C比（一般由0.5左右提高至0.7左右），在凝固特性，组织结构与材质性能方面有以下变化：a组织中初析奥氏体数量增多，有加固基体的作用；b由于总碳量的降低，石墨量相应减少，减轻了石墨片对基体的切割作用；c固溶于铁素体中的硅量增多，强化了铁素体（包括珠光体中的铁素体）;d提高了共析转变温度，珠光体在较高温度下生成，易粗化，会降低强度；e降低了奥氏体的含碳量，使奥氏体在共析转变时易生成铁素体；f硅高碳低情况下，易使铸件表层产生过冷石墨并伴随有大量铁素体，有利于切削加工，但不加工面的性能有所削弱；g提高了液相线凝固温度，降低了共晶温度•扩大了凝固范围•降低了铁液流动性，增大了缩松渗漏倾向•综合以上各种固素的利弊，在碳当量较低时，适当提高Si/C，强度性能会有所提高，切削性能有较大改善，但要注意缩松渗漏倾向的增'加和珠光体数量的减少。

在较高碳当量时（具体取决于生产条件）提高Si/C反而使抗拉强度下降。

此时提高硅碳比仍能有减少白口倾向的优点，适用于性能要求不高的薄壁铸件的铸造。

（2）锰和硫锰和硫本身都是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素。

开题报告题目：高碳当量高强灰铸铁组织性能的研究2、强度低。

同样的铁水化学成分生产出来的铸件，强度比国外低1~2牌号。

3、耐磨性差、寿命低。

4、断面敏感性大，加工性能差[1]。

其次，与国外的差距还有就是孕育技术落后。

国外非常重视方法的研究，发展了各种品种。

然而国内品种单一，缺乏质量要求等。

1.3灰铸铁的性能及特点灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。

灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。

同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。

故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。

良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性[2]。

特点：(1)可获得比铸钢更薄而复杂的铸件，铸件中残余内应力及翘曲变形较铸钢小。

(2)对冷却速度敏感性大，因此薄截面容易形成白口和裂纹，而厚截面又易形成琉松，故灰铸铁件当壁厚超过其临界值时，随着壁厚的增加其力学性能反而显著降低。

(3)表面光洁，因而加工余量比铸钢小，表面加工质量不高对疲劳极限不利影响小。

(4)消振性高，常用来做承受振动的机座。

(5)不允许用于长时间在250度温度下工作的零件。

(6)不同截面上性能较均匀。

适于做要求高、而截面不一的较厚（大型）铸件。

(7)成本低廉[3-4]。

1.4灰铸铁的应用灰铸铁得到广泛的应用，具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。

同时，与其他合金相比具有熔点低、充型性好、加工性好、生产设施和成型过程简单以及成本低廉的优越性。

如何提高灰铸铁的碳当量和强度是我们研究的内容，加入不同的合金元素能提高灰铸铁的碳当量和强度，应用范围更广了，工件的性能得到很高的提升，所以高碳当量高强度合成灰铸铁成为比较有前景的与铸造有关的材料[5-7]。

合理地使用增碳剂半个世纪以来，铸铁件的生产技术有了长足的进步，如在球铁生产中，ADI技术的成熟和高硅固溶强化铁素体球铁的推广，，给球铁生产技术的发展注入了新的动力，而在灰铸铁的生产技术方面，我认为采用合成铸铁技术，应当是一个很大的技术进步，它与我们生产高强度高碳当量的铸铁件找到一条正确的途径，缩短了与国外先进国家的技术差距。

合成铸铁生产技术就是改变了过去长期以来一直用生铁作为主要炉料成分的配料方法，而是不用生铁，或只用少量的生铁，主要采用废钢做主要炉料，配以增碳剂增碳来达到指定的化学成分和新的配料方法。

新的配料方法与老方法相比，主要有一下三个方面优点：1、避免了新生铁遗传性2、增碳剂增加了外来的石墨核心3、是废钢中的氮及从增碳剂中带进来的更多氮促进了珠光体和改变了石墨形态，但众多的介绍合成铸铁经验文献中，基本上都推荐要采用低氮低硫的幼稚石墨型增碳剂，其原因就是石墨型增碳剂能直溶增碳达度块，回收率高，因而在采用增碳剂时，只注意了石墨形态，含碳量，灰分和粒度，而不去关注增碳剂含氮量高低，常常把其中的氮作为影响铸件的气孔缺陷的原因而拒绝利用氮能增加铸件强度的有利条件，从而对利用增碳剂中的氮的有利作用。

做了理论上的肯定，而实际上的否定，但在实际运用中增碳剂的生产厂家一改不进行氮含量的分析，在采用的技术条件上也没有对氮含量的分析，因而在增碳剂的含氮量及生产出的灰铸铁件中的氮处于一个失控的状态，因此尽管许多铸造厂也采取了高比例的废钢配比，也加入了2%左右的增碳剂，但所得结果，有的厂铸铁件中含氮量超高，产生氮气孔而使铸件报废，而大多数工厂生产出来的铸件性能仍然不高，本体强度难以稳定地满足HT250的要求，仍要采用低碳当量来提高强度。

百铸网在近三年来，一直在宣传要利用增碳剂中的氮有利作用，并且帮助了很多厂，在时间中利用增碳剂中氮和硫，稳定地成批生产了HT250，HT300的铸铁件，合理地选用增碳剂。

掌控好其中的氮和硫就能稳定地生产出高强度高碳当量的铸铁件，根据资料和我们的实验室数据，氮在铸铁中最明显的作用就是稳定珠光体，而保证95%以上的珠光体是生产高强度的基本要求，氮在50-120ppm时能有效地抑制铁素体的生成，而当含量过高时有产生氮气孔的危险，我们控制厚大件的氮含量不超过80ppm，中小件不超过120ppm作为控制界限。

提高灰铸铁性能的途径为提高灰铸铁的性能，常采取下列几种措施：选择合理的化学成分；改变炉料组成，过热处理铁液；孕育处理；微量或低合金化。

采取何种措施取决于所要求的性能及生产条件，往往同时采取两种以上措施。

1、化学成分的合理选配（1）碳、硅及硅碳比灰铸铁的含碳量大多在2.6%~3.6%,含硅量在1.2%~3.0%,碳硅都是强烈地促进石墨化的元素,可用碳当量CE来说明它们对灰铸铁金相组织和力学性能的影响.提高碳当量促使石墨化变粗,数量增多,强度和硬度下降.降低碳当量可减少石墨数量,细化石墨,增加初析奥氏体枝晶,从而是提高灰铸铁力学性能时常采取的措施.但降低碳当量会导致铸造性能降低,铸件断面敏感性增大,铸件内应力增加,硬度上升加工困难等问题,因此必须辅以其它的措施.在碳当量保持不变的条件下,适当提高Si/C比(一般由0.5左右提高至0.7左右),在凝固特性,组织结构与材质性能方面有以下变化:a 组织中初析奥氏体数量增多,有加固基体的作用;b 由于总碳量的降低,石墨量相应减少,减轻了石墨片对基体的切割作用;c 固溶于铁素体中的硅量增多,强化了铁素体(包括珠光体中的铁素体);d 提高了共析转变温度,珠光体在较高温度下生成,易粗化,会降低强度;e 降低了奥氏体的含碳量,使奥氏体在共析转变时易生成铁素体;f 硅高碳低情况下,易使铸件表层产生过冷石墨并伴随有大量铁素体,有利于切削加工,但不加工面的性能有所削弱;g 提高了液相线凝固温度,降低了共晶温度,扩大了凝固范围,降低了铁液流动性,增大了缩松渗漏倾向.综合以上各种固素的利弊，在碳当量较低时，适当提高Si/C，强度性能会有所提高，切削性能有较大改善，但要注意缩松渗漏倾向的增加和珠光体数量的减少。

在较高碳当量时（具体取决于生产条件）提高Si/C反而使抗拉强度下降。

此时提高硅碳比仍能有减少白口倾向的优点，适用于性能要求不高的薄壁铸件的铸造。

（2）锰和硫锰和硫本身都是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素。

化学成分的合理选配1.碳、硅、碳当量灰铸铁的主要成分是铁、碳、硅。

碳和硅对灰铸铁的显微组织及最终的性能起着决定性的影响，下图是由C和Si的不同含量对直径30试棒的组织的影响，我们所要的高强度高碳当量铸铁，其C和Si含量应在Ⅱ区，即珠光体+石墨的灰口铸铁区，生产上多是通过调整和控制碳硅含量来获得所需的铸件牌号和性能。

硅是铸铁件中产生石墨的基础，含硅量越高，亚共晶铸铁越接近共晶点，在按稳定系统结晶条件下，灰铁的石墨量越多，机械性能就越低。

反之，在碳含量减低，远离共晶点时，结晶间距加大，而初生奥氏体越多，使基体骨架更为坚强，在不产生枝晶间石墨条件下，铸铁性能就提高。

硅是强烈的石墨化元素，它的作用要比碳大，硅能使Fe-C合金的共晶点和共析点向上，向左移动，使铸铁件能在比较高的温度下进行共晶和共析转变，从而促进了石墨化。

生产中采用碳当量（CE）来综合考虑碳和硅对铸铁组织和性能的影响，碳当量实际上表示铸铁的实际成分离共晶体的远近，当CE=43%时，表示这种含硅铸铁成分是共晶成分，提高碳当量能使石墨变粗数量增加，抗拉强度，硬度下降，反之。

降低碳当量能减少石墨数量，细化石墨，增加初生奥氏体，从而提高灰铸铁的力学性能。

碳当量：Ce=C+1/3（Si+P）而在欧洲常用共晶度Sc来表示铸铁的实际成分与共晶点的远近，Sc=1，为共晶铸铁，Sc<1与亚共晶铸铁，Sc>1与过共晶铸铁，Sc=C÷（426-0.312Si-0.27P）或简化为Sc=C÷[4.3-1/3（Si+P）]经过大量的实验数据统计，获得铸铁的抗拉强度与CE或Sc的关系为：抗拉强度=10.000（K-2CE）xf1Xf2 (1)其中，K=11.80（直径22试棒）k=11.50（直径30试棒） k=11.00（直径50试棒）CE=碳当量，f1，f2……合金元素因子其计算结果为英寸磅（psi）1psi=0.006894Mpa或抗拉强度=981-785XSc 简化为：抗拉强度=1000-800Sc (2)也可由图查得CE与抗拉强度的关系403020直径为30mm的铸态灰铸铁试棒的抗拉强度与CE关系用公式（1）或公式（2）依碳当量及共晶度计算得出的抗拉强度就是众多数据统计出来的经验式，也可以说反映出了正常的工艺技术水平下得出的机械性能，如果我们的强度低于这个水平，说明我们工艺水平低，而高于这个水平，说明我们的工艺先进，无论是在技术上，管理上，都是一流的，所以可用成熟度来衡量。

提高机床铸件质量的关键技术目前机床铸件大部分仍为灰铸铁，实践证明，高碳当量、高强度是灰铸铁的发展方向，它是灰铸铁在高强度下获得低的铸造应力，良好的加工性、铸造性的重要途径，是这三方面到达综合平衡的重要措施。

但是，在高碳当量下获得高强度不是一个简单的成分调整，而是要控制好熔炼与孕育环节, 尤其是提高灰铸铁的冶金质量，它是生产高碳当量、高强度铸铁的根底。

1、熔炼环节(1)碳当量的控制。

机床铸件碳当量比照，可以看出，国内机床铸件的碳当量比的低。

(2)硅碳比的控制。

硅碳比的比照，可以看出，国内机床铸件的硅碳比也比的低。

建议好将硅碳比控制在O. 55~0∙ 62 O(3)合金化的控制。

铁液中参加合金元素能增加奥氏体枝晶数量，增加并细化珠光体，强化铁素体，细化石墨，细化共晶团，截面敏感性。

主要机床件参加合金已规范化，一般为w (Cu) O. 4%~0. 6%或w (Cr) O. 2%~0∙ 4%。

国内20 世纪80年代曾公布过机床合金铸铁规范，但执行一段时间后，未再继续。

目前各厂机床铸件合金化各异，未纳入规范，生产中对参加合金元素的作用认识也缺陷。

在高碳当量下参加某些稳定珠光体的合金元素以增加其强度与硬度，减少截面敏感性。

低合金化是高碳当量，高强度灰铸铁不可缺少的措施。

常加的合金元素有Cu、Cr. Sb、Sn,并常用CU与Cr、Cu与Sb、Cu与Sn开展组合，参加合金元素的质量分数推荐如下组合:0.4%~0.6%Cu 与0. 2%"0. 4%Cr. 0. 4%"θ. 6%Cu 与O. 02%"0. 04%Sb、0. 4%~0. 6%Cu 与0. 02%"0. 04%Sn o2、配料在冲天炉熔炼条件下，机床铸件废钢配比方，可以看出，废钢参加的比例要比国内高。

在电炉熔炼条件下，国内废钢参加量少，生铁参加量多，石墨品质差。

而生铁参加量一般低于10%,同时采用高废钢、高渗碳工艺，石墨品质好。

灰铸铁成分设计的一般原则
灰铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五大常见元素。

对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。

同普通灰铸铁不同的是，为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。

1、碳及碳当量的选择原则：
碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。

由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。

铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。

将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。

但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。

因此，球墨铸铁中碳当量的上限以不出现石墨漂浮为原则。

2、硅的选择原则：
硅是强石墨化元素。

在球墨铸铁中，硅不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。

但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度（图1），降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。

球墨铸铁中终硅量一般在1.4—3.0%。

选定碳当量后，一般采取高碳低硅强化孕育的原则。

硅的下限以不出现自由渗碳体为原则。

高强度高碳当量灰铸铁生产中的工艺问题灰铸铁的生产历史已经有三千多年了，但真正生产工艺，生产技术，发展到目前的水平，只是工业革命以后，大约在200年左右的时间内才得到蓬勃发展，可以说，他的发展史也是人类文明的发展史，由于各种各类的机械设备的出现，才对灰铸铁提出了各种各样的性能要求，可以看出，铸铁的发展史紧紧围绕着强度的提高来进行的，当然这种提高得到了其他学科的进步的帮助，尤其是显微镜的问世和铁碳平衡图的建立使我们在提高铸铁强度上有了可靠的理论根据和工具。

在工业革命以前，灰铸铁的生产是不讲强度和要求的，也没有强度测量手段，客观上对铸铁件也没有高强度铸件的要求，1860年灰铸铁的抗拉强度才60-80Mpa水平，到目前，短短二百多年，在铸铁的抗拉强度已经可以达到400Mpa，而同是铸铁家族里的孕育铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁，球墨铸铁，ADI最高强度可达到1600Mpa，可见人类对铸铁机械性能的提高，取得了多大的进步。

现在已经公认，灰铸铁的机械性能取决于金相组织，要想提高机械性能就要想办法改善或改变铸铁的金相组织，大概来讲要从两个方面着手，第一个方面是改善基体组织，因珠光体强度比铁素体高，因此高强度铸铁必须保证全珠光体，其量一般要求大于95%，因为还有少量的磷共晶和碳化物及铁素体，所以只保证了珠光体量还不够，还应该使珠光体中的铁素体和碳化物间的片间距减少，就是还要保持细片状的珠光体，同时还要使珠光体中的铁素体得到强化。

第二方面，就是要改善或改变石墨的形状，大小和分布，因为石墨很软，没有什么强度，片状石墨割断了基体的连续性，当石墨的端部很尖时，应力集中更明显，使铸铁的基体发挥不了钢基体那样的作用，因此强度低而无韧性，孕育铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁，球墨铸铁主要是改变了石墨形状，从片状----蠕虫状-----团絮状----球状而大幅度地提高了强度，并获得了韧性。

故此可看出，对提高强度来讲，改变石墨形状是最有效的，但我们的任务是不能仿照生产上述铸铁那样的处理工艺，用他们来代替生产机床铸件、汽车铸件，我们还要保留灰铸铁固有的优良铸造性能和加工性能，以及散热性，减震性能及较低的生产成本等，但我们要想办法使石墨变短、变粗、使其弯曲减少对基体的割裂作用。

高强度灰铸铁生产中不可忽视的技术问题摘要灰铸铁作为一种重要的材料，在工业生产中得到广泛应用。

然而，在高强度灰铸铁生产过程中存在一些不可忽视的技术问题，这些问题不仅会影响产品质量，还可能导致生产效率低下。

本文将重点探讨高强度灰铸铁生产中的技术问题和解决方法，以期为相关领域的研究提供参考。

引言灰铸铁是一种常见的铸造材料，具有良好的流动性、耐磨性和抗压性能，因此在汽车、机械制造、建筑等领域得到广泛应用。

然而，在高强度灰铸铁生产过程中，存在一些技术问题需要引起重视，如铁液的凝固缩孔、热裂纹等。

这些问题如果不加以解决，将会严重影响产品质量和生产效率。

高强度灰铸铁生产中的技术问题1. 铁液凝固缩孔在高强度灰铸铁生产过程中，铁液凝固时会产生缩孔，影响产品性能。

凝固缩孔的主要原因包括过高的凝固浸温、合金元素成分不均匀等。

为解决这一问题，可以采取控制凝固速度、优化合金配比等措施。

同时，还可以通过调整铁液浇注温度和时间，增加压力等方式来避免凝固缩孔的产生。

2. 热裂纹热裂纹是高强度灰铸铁生产中常见的问题之一，特别是在铸件冷却过程中容易发生。

热裂纹的产生与合金元素间的互相作用、组织结构不均匀等因素相关。

为减少热裂纹的发生，可以采用合适的浇注温度和机械剔除应力等方法来控制铁液凝固过程中的温度变化，从而避免热裂纹的产生。

3. 碳化物析出在高强度灰铸铁生产中，碳化物的析出也是一个需要解决的技术问题。

过多的碳化物会导致铸件的脆性增加，从而降低其强度和韧性。

为解决这一问题，可以通过合适的合金调整和热处理方法来控制碳化物的析出。

调整合金元素的含量和比例，可以有效减少碳化物的形成，从而提高铸件的综合性能。

4. 灰铸铁中夹杂物在高强度灰铸铁生产中，夹杂物的存在也是一个无法忽视的问题。

夹杂物对灰铸铁的性能有着重要影响，因此有必要采取措施来有效控制夹杂物的生成。

常见的夹杂物包括氧化物、砂眼等。

通过精细的砂芯设计、优化浇注工艺等方式可以减少夹杂物的产生。

1.4 提高灰铸铁抗拉强度的途径提高灰铸铁的强度是拓展灰铸铁应用的前提，因此，提高灰铸铁的强度永远是国内外铸铁研究和生产者追求的主要目标。

要生产出满足罗茨风机用的合格叶轮铸件，必须通过合适的化学成分、高温优质的铁液、有效孕育处理的综合作用来完成。

对于如何提高灰铸铁强度，国内外灰铸铁研究者进行了大量的研究工作，归纳起来有如下几种途径：1.4.1 优化灰铸铁成分与提高冶金质量1.4.1.1 优化碳当量CE 与Si/C 比由于石墨的强度和硬度极低，相对于铁来说可以视为零，加之片状石墨对基体的严重割裂作用，故灰铸铁中的碳含量越高，一般来说，其强度和硬度越低，即灰铸铁的抗拉强度随着碳当量的提高而降低[10，20，21]。

在高强度灰铸铁的发展历程中，用降低碳当量，提高锰含量，从而提高灰铸铁中珠光体的比例，提高灰铸铁抗拉强度的方法曾经是重要的措施。

但是，以降低碳当量来提高灰铸铁抗拉强度的方法也带来了许多不利影响，如铸造工艺性能变差；白口倾向增大，难以加工；应力大，容易产生裂纹；铁液收缩大，易产生缩松，造成渗漏；铸件断面敏感性高，容易产生废品等，因此，未能被广泛应用[22，23]。

上世纪60年代初，WALTHER HILLER 等人提出了提高硅碳比可以显著提高灰铸铁抗拉强度的看法[24]。

从80 年代开始，国内也开始重视这方面的研究。

长期以来，国内外的大量研究表明：在一定的CE 范围内，提高Si/C值是提高灰铸铁强度的有效手段，这已被大量的科学实验及广泛的生产实践所证实[25~28]。

一般认为，在相同碳当量条件下，Si/C 比提高，抗拉强度可提高30~60MPa[29]。

这是因为，在相同碳当量的条件下，随着硅碳比的提高，灰铸铁的奥氏体枝晶数量增加。

高硅使奥氏体枝晶在较高的温度即开始生成，且延长了生长时间，使初生奥氏体数量增加，奥氏体骨架得到强化，同时高硅使得共晶结晶时，石墨数量少，也较细小，石墨尖端较钝，石墨割裂基体的作用减弱，加之灰铸铁中更多的Si 固溶于铁素体中使之强化，从而使灰铸铁的抗拉强度得到提高[30]。

浅谈机床类灰铸铁件化学成分的选择浅谈机床类灰铸铁件化学成分的选择梁学亮，魏永强（陕西秦川机床工具集团有限公司铸造厂技术科，721009）摘要机床类灰铸铁件有着高于其它灰铸铁件的性能要求，生产中应该在确保配料中废钢比例的基础上，合理选择铁水的化学成分，规范的加料、熔化操作，才能保证生产出符合质量要求的机床类灰铸铁件。

关键词机床类灰铸铁件性能要求废钢比例机床类灰铸铁件除了要满足国家标准GB/T9497-2010外，还要满足机械行业标准JB/T3997-94，这是因为作为工作母机的机床对其铸件还要有着特殊的要求，这就是：1.较高的抗压强度与抗拉强度；2.良好的精度稳定性；3.高的弹性模量；4.良好的耐磨性；5.较好的减震性；6.良好的切削性能；7.良好的铸造性能；8.较好的尺寸精度和表面光洁度[1]。

而对于灰铸铁而言，在配料不变、原材料成分稳定、加料称量准确的前提下，化学成分决定铸件的金相组织，金相组织决定铸件的性能，由此可见，机床类灰铸铁件化学成分的选择就尤为重要。

下面就机床类灰铸铁件的配料和化学成分的选择谈一些自己看法。

1．配料配料可以说是所有合金熔炼的基础。

举一个极端的例子来说明，两种配料，一种是全部用生铁熔化出ωC为3.20%的铁水（在中频电炉熔炼条件下，在春节长假期间，需要给炉内加生铁，连续几天烘炉以防止水冷系统冷却水结冻（北方），这样的情况下，全部用生铁熔化出ωC为3.20%的铁水）；还有一种就是完全用普通碳素钢类废钢加增碳剂熔化出ωC为3.20%的铁水，在其它元素含量类似情况下，那一种铁水浇铸出的铸件更好呢？在灰铸铁熔炼中，废钢在配料中的比例很大程度上决定了铸件的性能。

这里，我提一下炉料的遗传性，在一些资料中，提到炉料的遗传性，更多的谈到新生铁对铁水的不利影响；其实，炉料的遗传性含义应该是很广的，它应该是指所有炉料对铁水、铸件的影响，除了生铁，还有废钢、回炉铁、铁合金、增碳剂、增硫剂、碳化硅等等，都会给铁水带来自己独特的影响。

高强度灰铸铁铸件质量工艺控制原则当生产高强度（HT300和HT350级）灰铸铁件时更为突出，较难处理的两对主要矛盾是：提高金属强度将引起石墨形态恶化；而材质性能的升高将加大铸件产生缩松的倾向并降低铁水流动性。

本文拟就此进行分析并相应地探讨一些调解措施，寄期能有助于拟订调试工艺方案和分析问题时参考.关键词：冶金因素凝固与结晶形核能力过冷和过冷组织缩松1．问题的由来考察机械制造的动态可知，机械——尤其是行走机械，其研发重点内容之一是提高金属强度以减轻自重和提高使用寿命。

灰铸铁件生产较易、价格低廉且耐磨、抗压性好，故迄今仍占各类铸件重量的首位（约占50~55％）。

至于在汽车制造业,灰铸铁也是重量居第一位的铸造合金。

灰铸铁之所以仍具有竞争力,在于克服其固有的最大弱点-—强度相对较低导致工件较重这方面不断地取得进展的缘故.例如，有的高强度灰铸铁轿车缸体自重己降至40公斤以下，最薄断面壁厚不及3毫米。

如果孤立地仅就金属强度而言，要提高灰铸铁强度并非难事，因为只要降低灰铸铁的碳硅量,即可减少所形成的片状石墨(相对于金属而言，石墨的硬度和强度可以视为零），同时加入合金元素强化基体，就能达到这一目的。

但是,碳量(碳当量）的降低将加剧两大质量问题，一是石墨形态的恶化，二是铸件易于产生缩松缺陷。

可见，为生产高强度灰铸铁件需要解决好这些突出矛盾,而这将涉及一系列理论和实践方面的问题. 2．影响灰铁性能的因素先前的一致认识是：灰铁材质性能取决于它的化学成份及冷却速率。

对于给定形状、重量和壁厚的铸件，如果铸型介质和浇注温度不变，冷却速率也是不变的，因而影响到金属性能的将主要是化学成份,对于灰铸铁来说,基本成份中的锰、磷、硫三元素对性能的影响较小且可供调控和实际变化的范围又很窄，显然,决定灰铁材质性能的最重要因素是碳和硅的含量（合金元素影响作为另类问题对待），如果找出该两元素含量（还可以将两元素合二为一地用碳当量代表）与表征灰铁材质性能的强度和硬度之间的数学关系，这不仅给试验研究带来便捷同时也将对生产者具有实用价值。

高碳高强度灰铸铁生产技术
高碳高强度灰铸铁生产技术
铸铁获得高强度的方法有两种：一种是降低铁水的碳当量即降低碳量和硅量来获得；另一种是通过加入微量合金元素来获得。

第一种方法易使铸件产生缩孔缩松等缺陷,故现在很少使用,因此我们采用第二种方法来生产高强度灰铸铁。

高碳高强度灰铸铁生产方法：采用碳含量3.3-3.7％,硅含量1.3-2.1％,锰含量0.5-1.05％,铬含量0.2-0.6％,铜含量0.4-0.8％,钼含量0.2-0.6％。

高碳灰铸铁的抗拉强度分别过到250MPA(冲天炉)和300MPA(电炉熔炼)以上,硬度控制在HB190-220之间,同时明显减小灰铸铁组织和性能对断口的敏感性,显著减小灰铸铁铸造应力。