高强度灰铸铁(HT300)研究

铸造知识介绍铸造：是一种金属材料的成形方法。

将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，凝固后成为具有一定形状和性能的铸件。

铸造方法有砂型铸造和特种铸造，既可用手工单件小批量生产，也可用机械化、自动化生造型方法大量成批生产。

铸造流程：制模——造型——烘干——熔炼——孕育处理——炉前分析——浇注——落砂清理——去浇冒口——铸件检验及缺陷分析——铸铁及熔炼白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe 3c ）形式存在，因断口呈亮白色。

故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe 3c ，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。

因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。

大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。

灰口铸铁；铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。

断口呈灰色。

它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。

灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体+铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁三类。

由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度低、塑性和韧性趋于零的组分。

它的存在如同在钢的基体上存在大量小缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性差，不能进行压力加工。

为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一定量的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布，经过这种孕育处理的铸铁。

称为孕育铸铁。

灰口铸铁的牌号、性能组织及用途见下表，国家标准根据直径30mm 单铸试棒的抗拉强度，将灰铸铁分为六个牌号。

牌号中的“HT ”是“灰铁”的汉语拼音的第一个大写字母，其后面的数字表示该牌号灰铸铁的最小抗拉强度。

灰铸铁的牌号及力学性能指标（GB5675-85）铸铁的化学成份对灰铸铁的组织有很大影响，各种牌号的灰铸铁的化学成份与铸件壁厚有关，下表数据供参考。

碳和硅是灰铸铁中最主要的化学成份，它们都是强烈促进石墨化的元素，对铸铁的组织和性能起着决定性影响。

灰铸铁件的氮气孔及其防止摘要：叙述灰铸铁件裂隙状氮气孔的主要特征、形成机理。

铁液含氮量高引起的氮气孔的防止方法是：铁液中加入钛铁，降低铸铁白口倾向和正确选用增碳剂。

防止树脂砂含氮量高引起的氮气孔的方法是：选用低氮树脂、型砂或涂料中加入氧化铁粉和避免树脂受潮。

关键词：氮气孔；含氮量；防止措施随着铸造生产的发展，出口铸件、特别是高牌号灰铸铁件的增长，我国铸造行业采用电炉熔炼、呋喃树脂等有机树脂砂造型、制芯已越来越普遍，灰铸铁熔炼废钢配比也有很大幅度的提高。

因此，出现一种裂隙状的皮下气孔也增多起来了，一些工厂由于缺乏此方面的经验而感到束手无策。

作者认为，这种裂隙状的皮下气孔大都是由于铁液或树脂砂中的含氮量过高而引起的氮气孔。

作者在日本进修铸造技术期间和在某铸造厂担任技术顾问时曾碰到和解决过此种缺陷，在此向大家介绍灰铸铁件裂隙状氮气孔的主要特征、形成机理和防止方法，以供同行参考。

1 、裂隙状氮气孔的主要特征通常，裂隙状氮气孔产生铸件的平面和边角处，垂直于铸件的表面、深度可达皮下2 em。

其形状和一般的皮下气孔有所不同，不是圆形、椭圆形、滴水状或针状的，而呈裂隙状(如图1所示)2 、裂隙状氮气孔的形成机理一般灰铸铁的含氮量为(40～70)×lO-6，适量的氮有助于改善石墨形状，促进基体的珠光体化，提高抗拉强度。

但当铁液在熔炼过程中吸收的氮量超过一定的临界值(通常大lO×lO -6)时，在铸件凝固后期析出，周围又被已经形成固体的枝晶壁所包围、得不到铁液的补充时，就会形成存在于枝晶间的裂隙状皮下气孔。

其实，这种裂隙状氮气孔不是直接由于氮气形成的。

因为氮气是非活性气体，在铁液中的溶解量低于0．015％。

而氮的化合物受铁液高温分解，成为初生态原子氮[N]，并可大量熔人铁液之中。

生产实践证明，铁液碳当量低、炉料中废钢配比高、采用电炉熔炼、树脂砂中树脂的NH2超量是产生裂隙状氮气孔的主要原因。

下面就由铁液化学成分和炉料配比、熔炼方法及呋喃树脂等氮含量而引起的裂隙状氮气孔，加以说明。

一、研究背景： 1、机床用铸铁 铸铁一直是机床基础零件的主要结构材料，这是因为其有良好的精度稳定性、抗压强度、阻尼性能(减震性)、机械加工性能与铸造性能以及高的弹性模量与耐磨性能，且成本低。 随着机床技术的发展，数控技术、加工中心、柔性加工单元(FMC)和柔性加工系统(FMS)成为机床发展的方向。高度自动化、高精度和高效率要求基础件具有更高的刚度和精度保持性，要求提高材质的内在质量来保证机床在一定的寿命期限内的使用可靠性[1]。 在设计选材时，日本提出的机床铸件的牌号一般均高于过去我国同类机床铸件。MAZAK和MATE车床床身要求FC35，床头箱、溜板要求FC3O，连床腿、油盘亦采用FC20以上牌号的铸铁。材质牌号提高，机床部件的刚度、精度均得到保证。 分析现有机械工业铸件结构发现，在满足其适用性和寿命的同时，使铸件轻量化潜力是很大的。近年来已减少至14-20mm。切削力小的小型精密机床床身主要壁厚仅为8-l0mmo减薄壁厚必须以改善铸铁性能作为前提，只有采用高强度灰铸铁才能在减薄壁厚的同时，提高铸件刚度。 由于原材料质量及管理上的一系列问题，加上工艺水平差，与国外相比，材质性能差距大，由此造成机械产品的性能和单耗的落后状态，并成为机械产品更新换代的主要技术关键之一。[2] 1、与国外相比存在的主要差距： (1)在相同的碳当量下，灰铸铁强度值比国外差1一2个牌号，发动机缸体、拖拉机底盘中的大部分铸铁件国外普遍用HT250，而我国多数采用HT200。 (2)相同牌号的灰铸铁，我们的碳当量低，由此造成铸造性能差，断面敏感性和白口倾向大，缩松、渗漏缺陷严重，加工性能差。 (3)材质稳定性差，工艺出品率低，铸件本体材质稳定性及均一性更差。 可见，灰铸铁生产不但存在着材质性能的提高问题，还存在着综合性能的开发和提高问题。将铸件壁厚减薄使整机重量减轻，同时稳定试棒的力学性能合格率在98%以上，提高薄壁处的金相组织和保持断面均匀性，这都是努力的方向。 2提高灰铸铁材质的技术方向 国外生产高牌号质量灰铸铁[3]的工艺基本上已规范化，他们稳定获得高的力学性能的办法是: ①以高温熔炼获得优质铁液，单一用冲天炉时采用热风温度为500一600℃的热风冲天炉，投用固定碳为90%以上的铸造焦，保证出铁温度为1500一1550 ℃。 ②采用冲天炉一电炉双联熔炼工艺通过直读光谱仪、热分析仪快速测定铁液成分，做到铁液成分和温度稳定。 ③炉料中大量采用废钢的配比，确保高的力学性能。 ④材质微合金化和低合金化，强化基体组织，改善断面均匀性。 ⑤采用各种常用和特殊孕育处理，达到不同的综合效果。国外的这些做法对我们有启发和借鉴作用。[2] 本厂主要产品是为日本客户生产，其对材质要求较高，并且其产品结构大多壁厚<20mm。为了达到这一要求原来方法是在HT300内加Cu，但近年来Cu的价格涨幅较大，所以期望通过其他方法来达到这一要求。 2、含锑铸铁 Sb是我国的富有资源，在铸铁中加入适量的Sb，可改善其性能，可代替部分昂贵的稀缺金属，从而降低材料的成本[4]。 含锑灰铁在工业发达国家应用相当普遍，我国由于熔炼条件等原因所限锑铸铁应用较少，人们对锑灰铁的使用条件和锑的最佳加入量，尚缺乏统一认识。锑是强烈地稳定珠光体元素，然而对促进珠光体的形式及提高珠光体稳定性的机理众说纷纭。[5] 在《铸造合金及其熔炼》[6]一书中，作者提到Sb有强烈的促进形成珠光体的作用，并且含量0.002%-0.01%时，对球墨铸铁有使石墨球细化的作用，在灰铸铁中的加入量则要〈0.02%。 沈定钊 朱玉龙[5]认为综合锑对灰铁组织和机械性能的作用，灰铁中锑的合理加入量为0.05%。锑通过影响 转变的动力学条件，增加碳原子扩散阻力，从而起促进和稳定珠光体的作用。 三、实验内容及目的 微量锑既能增加铸铁共晶时的过冷也能增加共析转变时的过冷，因而能使铸铁中石墨细化，同时又增加了基体中的珠光体的体积分数，促使铸件的硬度和强度提高。由于锑所导致的共晶过冷有限，所以铸件的显微组织中不会出现游离碳化物。本实验就是通过对HT300铸铁内加入微量Sb，从而得到高强度和高硬度的铸铁，达到机床件性能的要求。并且用Sb来替代原来的Cu，达到降低成本的作用。 具体有如下内容： 1、不同Sb含量下的HT300抗拉强度。 2、不同Sb含量下的HT300硬度。 3、不同Sb含量下的HT300中石墨形态及尺寸 4、用化学法和光谱法测定最终成分。

灰铸铁的牌号、力学性能及用途材料牌号 石墨类型 石墨尺寸 金相组织HT150 A+B 无定向分布 120~250um (4级) 40%~90%中粗片状珠光体，10%~60%铁素体，二元磷共晶＜7%HT200 A+B 允许10%~20%D 型 60~250um (4~5级)＞95%中片状珠光体，＜5%铁素体， 二元磷共晶＜4%HT250 A+B 允许5%~15%D 型60~250um (4~5级) ＞98%中细片状珠光体，二元磷共晶＜2%力学性能 铸铁类别牌号铸件壁厚/mmσb /MPa ≥HBS应用2.5～10 130 10～16610～20 100 93～14020～30 90 87～131铁素体 灰铸铁 HT100 30～50 80 82～122 适用于载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要铸件，如防护罩、盖、油盘、手轮、支架、底板、重锤、小手柄等2.5～10 175 137～20510～20 145 119～17920～30 130 110～166铁素体—珠光体 灰铸铁HT150 30～50 120 105～157承受中等载荷的铸件，如机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、工作台、带轮、端盖、泵体、阀体、管路、飞轮、电机座等2.5～10 220 157～23610～20 195 148～222 20～30 170 134～200HT20030～50 160 129～192 4.0～10 270 175～26210～20 240 164～247 20～30 220 157～236 珠光体 灰铸铁HT25030～50 200 150～225 承受较大载荷和要求一定的气密性或耐蚀性等较重要铸件，如汽缸、齿轮、机座、飞轮、床身、气缸体、气缸套、活塞、齿轮箱、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体等 10～20 290 182～27220～30 250 168～251HT300 30～50 230 161～24110～20 340199～29820～30 290182～272 孕育铸铁HT350 30～50 260171～257承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件，如重型机床、剪床、压力机、自动车床的床身、机座、机架，高压液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸轮、衬套，大型发动机的曲轴、气缸体、缸套、气缸盖等 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 。

灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理退火1. 去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。

去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。

普通灰铸铁当温度起过550C 时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。

当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650°C左右。

通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550C为宜，低合金灰铸铁为600C，高合金灰铸铁是可提高到650C，加热速度一般选用60〜120C/h •保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。

铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20〜40C /h，冷却到200〜150C以下，可出炉空冷。

一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1.2. 石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。

若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。

(1)低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。

灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。

（2）咼温石墨化退火，咼温石墨化退火工艺是将铸件加热至咼于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。

正火灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。

一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30〜50C,使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。

形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。

如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50〜100C的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。

[灰铸铁铸件生产技术灰铸铁组织灰铸铁组织]职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库灰铸铁铸件生产技术课程灰铸铁的组织灰铸铁的金相组织主要由基体组织和片状石墨组成，除此以外，还有少量氧化物、碳化物、磷化物、硫化物等夹杂物。

一、灰铸铁中的石墨组织灰铸铁结晶时，由于冷却速度和硅元素的影响发生了石墨化现象，灰铸铁中大量的碳以石墨的形式存在。

石墨本身有两个显著特点：一是密度小（约为2.25g/cm3），其在铸铁中占有的体积较大，质量分数约为3%的石墨在铸铁中占到10%的体积；二是石墨硬度、强度很低，而且较脆。

因而，片状石墨在灰铸铁中存在，不仅减少了基体组织的有效承载面积，而且相当于许多裂口一样，对金属基体起到割裂作用。

同时，由于引起应力集中，致使金属集体的力学性能不能充分发挥，从而使灰铸铁的抗拉强度较低，塑性几乎为零。

灰铸铁中石墨的形状、分布、大小和数量对灰铸铁的性能产生了决定性的作用。

1. 石墨形态灰铸铁中的石墨以片状为主，同时存在少量蠕虫状、团虫状、团块状和球状石墨等。

图2-1是灰铸铁放大100倍时的金相组织。

如果将通过深度腐蚀后观察石墨的立体形态，就会看到各共晶团内的石墨是一簇簇的，由同一核心组成，呈花朵状，如图1所示。

图1 灰铸铁的金相组织（×100）图2 石墨的形态2. 片状石墨的分布GB/T 7216-2009《灰铸铁金相检验》规定将片状石墨的分布形态分为六种，如图3所示。

（c）（a）（b）（（c）（a）（b）（d）（e）（f）图3 片状石墨的分布类型（a）A型；（b）B型；（c）C型；（d）D型；（e）E型；（f）F型片状石墨的六种分布形式的特征、形成条件及其对灰铸铁力学性能的影响见表1。

其中A型和D型石墨的扫描电镜照片如图4所示。

表1 片状石墨的六种分布形状分布形式代号特征形成条件对铸铁力学性能的影响细片状A片状石墨呈无方向均匀分布接近共晶的亚共晶成分，砂型铸造，冷却速度不大时在六种分布形式中，A型石墨是灰铸铁中经常出现的一种，而且使铸铁具有比较好的力学性能菊花状B片状及细小卷曲的片状石墨聚集成菊花状分布接近共晶的亚共晶成分，冷却速度较A型大，核条件较A型石墨差其力学性能较A型差块片状C初生的粗大直片状石墨，相当于A型石墨中分布有粗大的块状，且无方向性多出现在具有过共晶成分的铸铁中，特别是铸件厚大，冷却速度较慢时易出现由于石墨粗大，其力学性能急剧下降枝晶点状D细小卷曲的片状石墨在枝晶间呈无方向分布多出现在冷却速度较大，碳、硅含量较低的亚共晶灰铸铁中常出现在含碳量较低的高牌号、薄壁铸件中，性能较E型石墨好枝晶片状E片状石墨在枝晶二次分枝间呈方向性分布多出现在远离共晶点的亚共晶成分中，但冷却速度较D型小由于晶间石墨分布有方向性，力学性能较差星状F初生的星状（或蜘蛛状）石墨，相当于粗大的C型石墨上生长着许多小片状石墨，均匀无方向性经常出现在过共晶成分的高碳铸铁中，冷却速度较C型大的薄壁铸件中使铸件力学性能降低从表中可见，相同条件下，片状石墨的六种分布形式中以细小的A型石墨出现时，灰铸铁的性能较好。

国家标准《灰铸铁件》解读?756?Ju1.2009V oI.58NO.7国家标准铸铁解读洪晓先,张寅(1.东风汽车有限公司工艺研究所,湖北十堰442001;2.沈阳铸造研究所,辽宁沈阳110022)1标准的历史概况及修订的必要性2新标准和旧标准主要内容的差异20世纪50年代,我国灰铸铁件生产是采用当时原苏联国家标准FOCT1412_48和经修订的FOCT1412—54铸铁标准.60年代初,我国制定了自己的灰铸铁件标准JB/T297一l962,其基本内容与FOCT14l2—54完全相同.1967年我国制定了灰铸铁件国家标准,即GB/T976—1967荻铸铁件分类及技术条f牛》,并于1968年1月试行.标准中按单铸试棒的抗弯,抗拉强度等级,将灰铸铁分为7级,牌号分别为HT10.26,HT15—33,HT20—40,HT25—47,HT30—54,HT35.61和HT40—68.该标准规定,灰铸铁的力学性能以qb30rnnl单铸试棒的抗拉强度和抗弯强度作为验收依据,以抗拉强度为主.由于抗弯强度试棒不需机加工,实际生产中通常是以抗弯强度作为验收依据,抗拉强度只是在抗弯强度不合格时才测定.GB/T976一l967一直沿用了近20年.到了80年代,改革开放政策促进铸造业有了较大发展,铸件出口也从无到有地发展起来,GB/T976—1967已不能满足生产与外贸的需要,1985年GB/T5675--1985铸铁分级》应运而生.GB/T5675--1985是等效采用国际标准ISO/DIS185(1983年草案)制定的,但这只是一个牌号分级标准,在技术条款方面仍沿用GB/T976一l967 的技术条款.为了方便使用,同时也考虑与球墨铸铁件,可锻铸铁件等国家标准在结构上一致,经国家技术监督局批准,决定编制铸铁件》国家标准.1988年6月25日经国家标准局批准发布了GB/T 9439—1988铸铁件》,1989年3月1Et实施,GB/T 9439---1988是等效采用国际标准ISO/DIS185—1983 铁件分和ISO/DP7191一l987《铸铁件交货通用技术条件》编制的,为推荐性国家标准.2001年11月,中国加人世界贸易组织,随之而来国家各项与经贸密切相关的基础标准需要与国际标准接轨.2005年国家标准化管理委员会对铸造国家标准清理评价,决定重新修订《灾铸铁件》国家标准.GB/T9439---2009等同采用国际标准ISO185:2005,并参考国外先进标准.为提高标准的市场适应性,新国家标准中增加了贸易性的内容,实现从产品型标准向贸易型标准的转变.新标准的主要内容与旧标准基本相近,但几乎在每个章节和条款上表述的方式都有所不同.新标准等同采用国际标准的同时,还保留,完善了旧标准中有利于标准可操作性,完整性的章节.新标准给出了更多的技术指标和数据,在取样要求,试验方法和检验规则等章节将各条款规定的更详细,更明确,在结构编排上也更趋合理.2.1适用范围新版标准规定了灰铸铁的术语和定义,灰铸铁牌号,技术要求,取样要求,试验方法,检验规则,以及铸件标识,包装和储运要求.标准所规定的范围阐述更为具体.2.2规范性引用文件在规范性引用文件中,引用的文件一律采用最新版的标准名称和编号,删除已作废的引用标准.新标准共引用了18项国家标准,全部为非注日期引用.比旧标准多引用的5项标准是:GB/T228金属材料室温拉伸试验方法GB/T4336碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)GB/T5611铸造术语GB/T8170数值修约规则GB/T11351铸件重量公差2.3术语和定义增加了术语和定义章节,对铸件主要壁厚定义为:指用以确定铸件材料力学性能的铸件断面厚度.2.4灰铸铁牌号在灰铸铁牌号一章中,等同采用了国际标准ISO 185:2005的牌号分级,增加了HT225和HT275两个新牌号,这是新,旧标准的最显着差别.2.5订货要求将旧标准放在资料性附录中的订货要求纳入正文,并作为独立章节.规定需方订货时最少应提供材料牌号和特殊需求,其他技术参数如需方不了解,供方可帮助确定,简化了需方的专业知识要求.这是产品型标准向贸易型标准转变的一个特征.2.6生产方法和化学成分(1)增加了生产方法和化学成分章节.铸造洪晓先等:国家标准《:扼铸铁解读(2)规定铸件的生产方法一般由供方自行决定,对特殊要求可双方商定.(3)规定如需方的技术条件中包含化学成分的验收要求时,按需方规定执行.化学成分按供需双方商定的频次和数量进行检测.体现了买方市场,满足用户需求的理念.(4)规定当需方对化学成分没有要求时,化学成分由供方自行确定,化学成分不作为铸件验收的依据. 但化学成分的选取必须保证铸件材料满足本标准所规定的力学性能和金相组织要求.2_7技术要求(1)力学性能试棒取自单铸试棒还是铸件本体,性能验收指标是抗拉强度还是硬度,均必须在订货协议或需方技术要求中明确规定.铸件的力学性能验收指标应在订货协议中明确规定.因铸件的形状,壁厚不同,力学性能验收指标应根据具体铸件确定.(2)除力学性能外,金相组织也是铸件验收的主要指标,比旧标准要求更严格.(3)新标准的表1将旧标准的三表合一,易于对照.(4)表1增加了HT225和HT275牌号铸件在不同壁厚时的最小抗拉强度值.(5)表1中,HT150的主要壁厚增加了两档.铸件本体预期抗拉强度略有调低.(6)将旧标准表2中的不同尺寸附铸试棒和附铸试块整合到一起,根据铸件壁厚选择30rnlTl或50mm附铸试棒,如选附铸试块也同样有Rl5和R25两种规格.铸件主要壁厚小于80mm的选用小规格试棒(块),801/11/1及以上壁厚选用大规格试样(块).(7)旧标准中铸件壁厚在40～80mm时,可选用qb30mm附铸试棒也可选用qb50mm附铸试棒,因此导致了同一牌号,同样壁厚范围,因采用附铸试样或附铸试块产生两个不同的最小抗拉强度值.新标准避免了这种情况,即壁厚大于80iYinl时,均采用大规格试棒或试块,而不同壁厚规定的最小抗拉强度值,基本上是采用旧标准的附铸试块强度值.因为附铸试块的抗拉强度略低于附铸试棒的抗拉强度,附铸试块的铸造也较为方便.(8)HT300牌号铸件在不同壁厚范围内,附铸试棒(块)的性能略有降低或提高.(9)新,旧标准对附铸试棒(块)最小抗拉强度规定的差异见表1.(10)新标准与国际标准ISO185:2005相比,在牌号HT150,HT200中缺少壁厚2.5～5inln档及对应的铸件本体预期抗拉强度,数据有待补充.因为随着直读光谱,孕育,保温浇注和整体组芯等新技术的应用,主要壁厚小于5Inl-n的铸件时常可见,尤其是小型发动机气缸体,最小壁厚通常仅为4innl左右.旧标准中HT100,HT150和HT200对应的最小壁厚为2.5～10mnl, 太宽泛,也不尽合理,在今后该标准修订时应予以补充. (11)铸件本体取样位置,试样尺寸和抗拉强度值可由供需双方商定,若需方有明确规定时,应符合需方图样及技术要求.若需方要求从铸件本体上取样,但未指定本体取样位置时,供方可根据铸件结构和受力状况,自行决定取样位置.(12)标准给出8种规格的本体试样加工尺寸(见表2),方便使用,符合用户对铸件本体质量要求不断提高的趋势.规定铸件本体抗拉强度的检测频次和数量,由供需双方商定.(13)将铸件硬度牌号规定,由旧标准的附录性文件改为纳入正文中,体现了实际生产中,用户对铸件本体硬度日益重视,同时也更易于通过铸件硬度对供方铸件的质量进行监测.新标准按不同壁厚对铸件本体硬度作了更详细的规定,见表3.将旧标准中的硬度牌号H145改为H155,使每个硬度牌号等级间的硬度差均为20HBW.(14)给出单铸试棒抗拉强度的同时还给出了单铸试棒的硬度值,见表4.(15)规定硬度检测应在铸造面1.5rnrn以下处测试, 因为铸件表面可能存在过冷组织,热处理贫碳和抛丸应力等影响材质的真实硬度.(16)没有推荐采用易割片作敲落式铸件附铸硬度试块,这种方法在大量生产中不常用.2.8取样要求单铸试棒应在本批次铁液浇注后期浇注试棒,以保证试棒的代表性.2.9试验方法(1)样件,试生产铸件需提交全尺寸检测报告,检测数量由供需双方商定.量产供货的铸件应按批次提交关键尺寸(或重要尺寸)检测报告,检测频次和数量由供需双方商定.此规定的目的是保证铸件按生产流程的要求进行试制,试产和量产,以保证铸件品质的一致性,稳定性和可追溯性.(2)如供需双方同意,可选用等效的方法测定抗拉强度,布氏硬度,金相组织,如用测定楔压强度替代测定抗拉强度.楔压强度通常用于受铸件毛坯尺寸限制或已机加工后的铸件无法切取出本体抗拉试样的场合.2.10检验规则在取样批次的划分章节,.增加了2条新规定.(1)同一模具生产的同一炉铁液浇注的铸件构成一个取样批次.即铸件是以炉次为最大批次,条件是该炉次浇注的铸件应是采用同一型,芯模具,造型,?758?FOUNDRYV o1.58No.75lOlO2O2040HT2254080一一19O1708Ol50l55一一一l50300145一一一23020017015013510202040HT27540808015Ol50300205190l75250220190l75新版:表中斜体字数值表示指导值,其余抗拉强度值均为强制性值,铸件本体预期抗拉强度值不作为强制性值.旧版:1.壁厚150---300mm铸件的附铸试棒(块)最小抗拉强度没有规定指导值,均为强制性值.2.HT100牌号太低,没有实用价值,表中没有列出HT100牌号.3.HTI50,HT200,HT250牌号中没有5～10rnln和10---20nlnl档,以及对应的铸件本体预期抗拉强度.制芯工艺也是一样的.(2)在某一时间间隔内,如炉料,工艺条件或化学成分有变化时,在此期间连续熔化的铁液浇注的所有铸件,无论时间间隔有多短,都作为一个取样批次.强调无论是连续熔化还是间歇熔化,只要炉料,工艺条件或化学成分有变化,这个变化期间浇注的铸件都应该作为一个单独的批次.如感应炉熔化时,某包铁液加入了某种合金元素;同炉次铁液孕育剂,孕育方法的改变..浇注同样铸件但浇注工艺或浇注系统的改变等,都应该作为一个单独批次.铸造洪晓先等:国家标准锹铸铁牛》解读'759.注:1.在铸件应力最大处或铸件最重要工作部位或在能制取最大试样尺寸的部位取样.2.加工试样时应尽可能选取大尺寸加工试样.表3灰铸铁的硬度等级和铸件硬度表4单铸试棒的抗拉强度和硬度值规定供方应保存所有完整的试验和检查记录,留客户复查.需方没有特殊规定时,同一批次的拉伸试样和未做试验的试样应自填写试验报告之日起保存3个月以上.2.11附录为了方便设计者和用户,增加了"灰铸铁的力学性能和物理性能","灰铸铁件的抗拉强度,硬度和截面厚度的关系"以及"楔压强度"的附录.3标准的特点3.1由产品型标准向贸易型标准转变旧标准在内容和表述方式偏重于灰铸铁件自身的牌号等级规定,技术要求,试验方法和检验规则等,其考虑更多的是站在供方的角度指导制造商按国家标准的基本规定生产灰铸铁件.新标准虽然在主体内容上和旧标准相近,但是站在中间的立场,并以用户(需方)需求为上的理念来阐述标准的规定.3.1.1突出用户要求在很多情况下,用户对铸件的使用条件,工况和质量要求比铸件制造商更清楚,尽管用户可能对铸造工艺,材料技术本身不那么内行.反之铸件制造商虽然对铸件和铸件生产技术是内行,但其对该铸件的用途,使用工况并不一定了解.所以新标准给用户预留了更多的话语权.特别是在技术,质量要求方面,当用户有专门要求时,经供需双方协商同意,可按用户提出的要求验收.体现出在市场经济下,供方应不拘泥于标准的规定,尽可能满足客户需求,以需求拉动技术,质量提升的发展趋势.3.1.2强调供需双方协商准则标准只能做到确立规则,规定一般事件的处理方法,而实际生产,贸易中不同的情形和需求无法预知. 新标准几乎在所有重要条款中都规定了供需双方协商一致的原则,因为贸易本身就是不断洽谈协商,相互理解和妥协的过程.从某种意义上说,新标准是为供需双方协商提供了一个法定规则的平台.3.1_3重要环节和细节都列出了相应条款和具体要求铸造生产环节多,流程长,在签署订货协议中难免有漏项.新标准在主要技术,质量,检验等环节都给出了较为详细的条款,对供需双方都有提示或警示作用.?760?FOUNDRYdu1.2oo9VOI.58N0.73.2主要内容等同采用了国际标准的最新文本3.2.1与国际标准接轨与国际标准接轨是编制新标准的基本原则,为了更好地促进对外贸易和交流,国家标准应不低于国际标准已成为不言而喻的共识.新标准在主要技术内容方面等效采用了国际标准ISO185:2005((Greycast irons.Classification)),但在标准的编写结构上不完全对应.3.2.2表格合并与简化标准中规定的技术指标和技术参数多以表格的形式表述.与旧标准相比,新标准合并了一些相近内容的表格,还提供了更多的表格数据,在数据内容上更加完整.3.2-3新增加了两个灰铸铁牌号等同采用了国际标准的牌号分级.该标准的2005版,增加了HT225和HT275两个新牌号,这是新标准与旧标准的最显着差异.HT200.HT300牌号是用量最多,且随着牌号提高铸造性能恶化也较为显着的区域,为了充分挖掘灰铸铁材料的力学性能潜力,减缓铸造性能的恶化倾向,将牌号细分可为用户提供更多的选择,同时有利于物尽其用.铸造配料,熔化,炉前成分检测,孕育等新技术也为灰铸铁牌号的细分提供了技术保障.美国材料试验学会标准ASTMA48/A48M--2003 ((StandardSpecificationforGrayIronCastings))标准中,灰铸铁牌号按抗拉强度分级,从150至400,每增加25]VIVa 为一个牌号等级,分150,175,200,225,250,275,300,325,350,375和400共11个牌号.美国汽车工程师协会标准SAEJ431,将灰铸铁也分为8个等级.新标准中没有抗拉强度为375MPa和400MPa这2个级别的牌号,因为我国和许多工业国家一样,由于球墨铸铁,蠕墨铸铁的发展,实际上已很少生产这2种高强度的灰铸铁件了.对灰铸铁强度要求过高的并不总是有利的,因为它会恶化铸造性能,机加工性能和减震性.3.2.4将硬度牌号及验收指标纳入正文硬度牌号和抗拉强度牌号一样,也可以作为灰铁件的验收条件.以硬度牌号作为验收条件,一般是用于对切削性能或耐磨性能要求较高的灰铸铁件,且铸件主要壁厚小于80mill.3.2.5硬度牌号的分级硬度牌号分级的3位数字是表示各硬度牌号铸件在壁厚40mnl时所对应规定硬度的上限值,如硬度牌号H195,表示铸件壁厚40rnm部位,硬度的最大值不大于195HBW.3.2.6灰铸铁材料的性能指标附录中给出了不同牌号灰铸铁常用的力学,物理性能指标,抗拉强度和铸件壁厚的关系,以及楔压强度试验和换算方法,为标准使用者提供了方便.3.3保留,完善了旧国家标准中不可或缺的精华的部分对旧标准几十年实践证明不可或缺的部分予以保留,完善.如技术要求章节中的几何形状,尺寸,尺寸公差,加工余量,表面质量,铸造缺陷;检验规则章节中的检验权利,检验地点,取样批次的划分,试验数据保存,试样保存;铸件标识,包装,储运要求章节中的铸件标识和质量报告,表面防护,包装,储运要求等.上述条款强调了灰铸铁件作为商品的属性和商品交货时应符合的质量状态要求.这些内容国际标准ISO185: 2005((Greycastirons—Classification))均没涉及.3.4灰铸铁牌号单铸试棒的硬度值在3Omm单铸试棒上测试材质硬度是生产中常用的方法,但因单铸试棒硬度和铸件本体硬度有一定的差异,在供需双方没有事先商定的情况下,经常会因铸件硬度的定义发生争议.本标准既给出了单铸试棒的硬度范围也给出了铸件本体的硬度范围.4标准的应用铸铁件》是铸造标准中的基础性标准,应用面广,使用频率高,因此供需双方在应用新标准时应注意下列事项.4.1标准的适用范围新标准不适用于连铸型材,离心铸管,金属型铸造等非砂型灰铸铁件.4.2灰铸铁牌号的化学成分化学成分是保证力学性能的重要依据,因此在铸造企业自己的技术标准中通常都明确规定不同灰铸铁牌号的化学成分范围.而新,旧标准都没有对化学成分做出规定是因为:(1)化学元素之间有交互性和互补性,在某些元素增加的情况下,减少另外一些元素可得到同样的力学性能和硬度值范围.各铸造厂的情况和工艺方法差别很大,规定了成分就牺牲了灵活性,多样性,后果也不经济.(2)除化学成分外,还有很多其他因素对铸件的力学性能有重要影响,如微量元素,孕育,熔化过热,激冷倾向,替代元素,冷却方式,后续处理等.也就是说,即使化学成分合格或不合格,并不能完全主导铸件的力学性能和硬度.(3)中小冲天炉熔化和炉料比较复杂的情况下,难以做到对化学成分范围做比较准确的控制,铁液出炉后木已成舟,只能用综合调控手段来保证铸件力学性能.(4)对一个具体铸造企业,其条件和工艺已确定,经供需双方协商同意,可规定化学成分范围的要求.铸造洪晓先等:国家标准锹铸铁解读?761?对有特殊要求的铸件,甚至可将某些化学元素作为主要验收依据之一.(5)当需方没有提出化学成分范围要求时,铸件的化学成分由制造商自行决定,因为制造商比需方更清楚满足该牌号要求应选择的各化学元素范围,同时也有利于采用制造商的化学成分体系,检测验收体系, 实现规模化生产.(6)当需方提出具体的化学成分范围,经供需双方协商同意后,还应确认哪些元素属于强制性要求和强制性要求元素的波动范围以及超出范围时的处理办法等.4.3灰铸铁牌号灰铸铁牌号指30mm单铸试棒的最小抗拉强度,它只能间接反映铸件本体的力学性能.同样牌号的铸件,因形状,尺寸,壁厚不同,铸件本体性能力学性能和硬度会有不同.4.4HT_225和HT275~号特点提高灰铸铁牌号通常是用降低碳,硅含量或是添加合金元素来实现,而随着抗拉强度牌号的提高,灰铸铁的工艺性明显恶化,尤其是收缩倾向,白口倾向大和流动性差.新增加的2个牌号对工艺性较敏感的薄壁箱体件,薄壁小件,形状复杂件,盘类件等用途较大.4.5HT350以上牌号HT350以上牌号的铸造工艺性差,实际生产中已很少采用.对于更高强度牌号的要求,推荐采用蠕墨铸铁或球墨铸铁.虽然蠕墨铸铁和球墨铸铁各有自身特点,但除减震性外,其铸造工艺性,切削加工性和成本等都有较强的竞争力.建议在选用HT350牌号的同时应考虑对比选用蠕墨铸铁或球墨铸铁的可能性.4.6单铸试棒与本体试棒性能的差异铸造的特点是适于制造形状不规则,结构复杂的零件,因此壁厚差异较大会导致不同部位的冷速不同, 造成各部位力学性能和硬度有一定差异.单铸试棒只能代表该牌号材质特定壁厚的力学性能和硬度,铸件本体试样才能代表本体I生能.4.7附铸试棒(块)规格的选取以铸件主要壁厚80nlrn为界,壁厚小于80rnn'l时,选用小规格的附铸试棒(块),壁厚大于等于80mnl时,选用大规格试棒(块).4.8抗拉强度性能的差异(1)对于同档尺寸规格的单铸或附铸试棒,如加工成A型抗拉强度试样,其统计强度值要略高于B型试样. 因为A型试样标距内的平行段短,可能碰到组织不均匀影响的几率小,所以更能代表材质本身的真实抗拉强度.(2)对于同档尺寸规格的附铸试棒或附铸试块,附铸试棒的统计强度值要略高于附铸试块,因为附铸试棒的冷速要快一些,内部组织也致密一些.(3)附铸试棒(块)的性能还不能完全代表铸件本体性能,只是比单铸试棒性能的代表性更好一些,只有本体试样才能如实反映铸件本体性能.铸件本体性能可根据标准附录中给出的壁厚与抗拉强度,硬度的关系图估算.4.9铸件本体抗拉强度测定铸件本体抗拉强度时,抗拉强度试样的加工应尽可能选用尺寸较大的规格,大规格试样l:LsJ,规格试样的测试数据更稳定,准确.4.10抗拉强度的强制值和指导值灰铸铁各牌号等级规定的最小抗拉强度是强制性值,但对应于壁厚&gt;150mm,≤300mi/l的铸件,新标准中给出的附铸试棒(块)抗拉强度值为指导值,在表中用斜体字表示.表中给出的铸件本体预期抗拉强度值也不是强制性值.4.11铸件的本体硬度范围可以小于新标准中规定的范围当供需方同意在铸件本体的指定部位测试硬度,则该指定部位硬度值的上,下限范围应不小于40HBW. 此条款一般用于大量生产的铸件.因为标准中给出的硬度值范围是泛指,所以对给定的铸件和硬度测试部位,经供需双方协商同意,可适当缩小硬度值范围.4.12硬度检验规则新标准取消了旧标准列在规范性附录中的硬度检验规则,因为影响硬度的因素较多,测试误差也较大,而且实际中容易测试多点,多部位的硬度值来综合判断铸件材质情况,不像抗拉强度,误差较小,也比较单一.但在实际应用中硬度检测规则和抗拉强度检测规则是一样的,即在事先规定的部位测试硬度,如该部位硬度合格则材质合格,若测试结果达不到要求,又不是试样制备或操作不当造成的,则可在硬度测定点附近再选定2处测定硬度,进行复验.如复验中,其中一处硬度不合格,则判该铸件材质不合格.铸件本体硬度的测试比例,检测频次,硬度合格率及抽取铸件的代表性等,由供需双方商定.4.13铸件本体硬度检测铸件本体硬度检测简单,方便,可以不损坏铸件,甚至可100%在线检测.对大批量生产的铸件,越来越多地用本体硬度来代替抗拉试棒检测,特别是汽车灰铸铁件.以检测本体硬度为主时,应在本企业生产条件下事先做出该铸件本体硬度和单铸试棒,本体试棒之间的函数关系,以此确定本体硬度的上,下限范围,并经需方同意及确定抽检比例后才可实施.大型铸件一般检测附铸试块的硬度.4.14灰铸铁的化学成分新标准和国际标准ISO185:2005都没有规定灰铸铁的化学成分,但化学成分的控制还是尽可能控制在较窄的范围.铸造熔化中炉料分选,分类,配比定量,?762?FoUNDRYJu1.2009VOI.58NO.7熔化参数稳定,过热,保温控制,炉前检验,调整等都是缩小化学成分范围的重要环节.与先进国家相比, 我国铸件化学成分波动范围较大,缩小成分波动范围是今后努力的方向.4.15灰铸铁件的金相组织(1)如果需方没有要求,则金相组织一般不作为验收项目.如果要求检测金相组织,则应规定铸件本体的检测部位.新标准虽然没有对灰铸铁件的金相组织要求和取样方法做详细的规定,实际中可参照铸件本体抗拉强度试样的作法进行.特别是铸件非正常损坏失效或铸件残体碎片,检测金相组织是判断铸件性能的一种常用方法.(2)影响灰铸铁力学性能的金相组织首先是石墨形态和石墨长度,其次是珠光体和铁素体比例.因为灰铸铁本身是脆性材料,所以少量碳化物和磷共晶对力学性能基本没有影响,一般要求总量≤3%,高牌号灰铸铁可以放宽到≤5%.共晶团数,珠光体片间距和石墨量等均不作为铸件的验收依据.4.16铸造残余应力灰铸铁件一般以铸态交货,不做消除残余应力处。