球墨铸铁

球墨铸铁旳化学成份
选择合适旳化学成份是确保球墨铸铁 取得良好旳金相组织和高性能旳基本条件， 化学成份旳选择既要利于石墨旳球化和取 得满意旳基体，以期取得满意旳性能，又 要使球墨铸铁具有良好旳铸造性能。
一、五大元素
1、碳和硅
因为石墨球对基体旳减弱作用很小，所以碳含量在 3.2-3.8%时，对力学性能无明显影响。拟定球墨铸铁旳 碳硅含量时，主要从确保铸造性能考虑，将碳当量选择在 共晶成份左右。
2、缩孔和缩松
特征：缩孔发生于第一次收缩阶段。 表面凹陷及局部热节凹陷，含气孔旳暗 缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第二次收 缩阶段。被树枝晶分割旳溶池处成为真 空，凝固后旳孔壁粗糙、排满树枝晶旳 疏松孔为缩松。
原因：碳当量低，磷含量高，增长缩 孔缩松倾向。
措施：提升铸型刚度，如使用树脂砂， 提升铁液碳当量。
形核物质 1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平 衡石墨 2、岩状构造碳化物基底 3、氧化物 4、硫化物/氧化物 5、铋及铋旳化合物
球墨铸铁旳孕育
球墨铸铁孕育旳主要性 灰铸铁、球墨铸铁孕育旳异同点 孕育衰退现象 提升孕育效果旳措施
a.选择强效孕育剂 b.必要旳S旳含量 c.改善处理措施 d.提升铸件冷却速度
这些条件旳实质在于变化石 墨结晶旳冷却情况。
球墨铸铁旳金相组织与力学性能旳关系
球墨铸铁旳力学性能是和它旳金相 组织亲密有关旳。确保铸铁中石墨球化 良好，是熔制球墨铸铁旳第一要求。
只有石墨球化，才干充分发挥金属 基体旳作用，使铸铁旳力学性能大幅度 提升。也只有石墨球化后，进一步变化 基体旳性能才更有意义。
球墨铸铁旳形成
球状石墨旳形成经历了形核与生长两个阶段。 其中旳形核是石墨旳首要过程，铁液在熔炼及随 即旳球化、孕育处理中产生大量旳非金属夹杂物， 初生旳夹杂物非常小，在随即浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出旳关键。

1.2 球墨铸铁的热处理
球墨铸铁的热处理工艺：
主要有退火、正火、调质、等温淬火
1.2 球墨铸铁的热处理
退火的目的在于获得铁素体基体。球化剂增大 铸件的白口化倾向，当铸件薄壁处出现渗碳体时，为 了获得塑性好的铁素体基体，并改善切削性能，消除 铸造应力，根据铸铁的铸造组织，可采用两种退火工 艺。
正火的目的在于温度，又分高温正火（完全奥氏 体化正火）和低温正火（不完全奥氏体化正火）两种。
1.1 球墨铸铁的成分、组织、
性能和用途
应用：
由于球铁具有优异的力学性能，因此可用 于负荷较大、受力较复杂的零件，甚至能代替碳 钢制造某些零件。
如珠光体基体的球铁，常用于制造柴油机曲 轴、连杆、齿轮、机床主轴、蜗轮、蜗杆，轧 钢机的轧辊，水压机的工作缸、缸套、活塞等。 而铁素体的球铁，可用于制造受压阀门、机 器底座、汽车后桥壳等。
工 程 材 料 及 热 处 理
球墨铸铁
石墨成球状的铸铁称为球墨铸铁，是 在灰口铸铁的铁液中加入球化剂（稀土镁合 金等）和变质剂（硅铁）进行球化变质处理 后得到的。
铸造性能好 成本低廉 生产方便
1.1 球墨铸铁的成分、组织、 性能和用途
与灰铸铁相比，它的硫含量较低，而 碳含量较高，一般为过共晶成分，以利于石 墨球化。
但是调质处理一般只适用于小尺寸的铸件，当 尺寸过大时，铸件内部淬不透，处理效果不好。
1.2 球墨铸铁的热处理
淬火等温淬火时，将零件加热到奥氏体区，保温一定时 间后，在300℃左右的等温盐浴中冷却并保温，使基体 在此温度下转变为下贝氏体。球墨铸铁经等温淬火后不 仅可以获得较高的强度，同时还具有良好的塑性和韧性。
1.2 球墨铸铁的热处理
完全奥氏体正火工艺曲线图

铸造缺陷预防
总结词
铸造缺陷会影响球墨铸铁的质量和性能，因此需要采取一系列措施预防铸造缺陷的产生。
详细描述
在生产过程中，要严格控制浇注温度、模具温度、冷却速度等工艺参数，以防止产生气 孔、缩孔、夹渣等铸造缺陷。同时，要定期检查模具的磨损情况，及时修复和更换损坏
的模具，以防止出现不均匀冷却等缺陷。
质量检测与评估
用于生产建筑构件、水 管、阀门等。
用于制造各种承受复杂 应力的机械零件和工具。
在电力、化工、船舶等 领域也有广泛应用。
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球墨铸铁性能
力学性能
强度
球墨铸铁具有较高的强度，其抗拉强度和屈 服点均高于灰铸铁。
耐磨性
球墨铸铁的耐磨性优于其他铸铁，适用于需 要承受摩擦和磨损的场合。
韧性
球墨铸铁的韧性较好，不易脆化，能够承受 较大的冲击和振动。
提高生产效率与降低成本
自动化和智能化铸造生产线
采用先进的机器人技术、传感器技术和大数据分析技术， 实现铸造生产线的自动化和智能化，提高生产效率，降低 人工成本。
高效熔炼与连铸技术
研究新型的熔炼和连铸技术，提高铁水的纯净度和连铸坯 的质量，减少生产过程中的损耗和废品率，降低生产成本。
循环经济与资源再利用
的机械性能。
废钢
适量加入废钢，调节铁水成分，降 低成本。
球化剂和孕育剂
选用合适的球化剂和孕育剂，提高 球墨铸铁的球化率和石墨形态。
熔炼与浇注
熔炼
采用电炉或冲天炉熔炼铁水，控制熔炼温度和时间，确保铁 水质量。
浇注
根据铸件的大小和复杂程度，选择合适的浇注系统和浇注温 度，确保铁水充型良好。
球化与孕育处理
通过废旧铸件回收、再生利用和资源循环利用，降低原材 料成本，同时减少对环境的污染。

图1-11 球墨铸铁高温正火工艺曲线
2）低温正火
球墨铸铁
一般将铸件加热到820 ℃～860 ℃，保温1～4 h， 然后出炉空冷，获得珠光体 和分散铁素体的球墨铸铁。 低温正火后的铸件的塑性和 韧性提高了，但强度比高温 正火略低，其工艺曲线如图 1-12所示。
图1-12 球墨铸铁低温正火工艺曲线
球墨铸铁
球墨铸铁
图1-9 球墨铸铁低温石墨化退火工艺曲线
球墨铸铁
3）高温石墨化退火
由于球墨铸铁白口倾向较大，因而铸态组织中往往 出现自由渗碳体，为了获得铁素体球墨铸铁，需要进行 高温石墨化退火。
高温石墨化退火工艺是将铸件加热到900 ℃～950 ℃，保温2～4 h，使自由渗碳体石墨化，然后炉冷至 600 ℃，再出炉空冷，其工艺曲线如图1-10所示。
球墨铸铁
2）低温石墨化退火
当铸态基体组织为珠光体+铁素体而无自由渗 碳体存在时，为了获得塑性、韧性较高的铁素体球 墨铸铁，可进行低温石墨化退火。
低温石墨化退火工艺是将铸件加热到共析温度 范围附近，即720 ℃～760 ℃，保温2～8 h，使铸 件发生第三阶段石墨化，然后炉冷至600 ℃，再出 炉空冷，其工艺曲线如图1-9所示。
球墨铸铁的化学成分为ωC=3.6％～3.9％，ωSi=2.0％ ～2.8％，ωMn=0.6％～0.8％，ωS<0.04%，ωP<0.1％， ωMg=0.03％～0.05％。与灰铸铁相比，球墨铸铁的碳、硅 含量较高，有利于石墨球化。
球墨铸铁
2. 球墨铸铁的显微组织
球墨铸铁按其基体组 织不同，可分为铁素体球 墨铸铁、铁素体+珠光体 球墨铸铁和珠光体球墨铸 铁三种，它们的显微组织 如图1-8所示。
球墨铸铁除了能采用上述热处理工艺外，还可以采用表面强化处 理，如表面淬火和渗氮等。