球墨铸铁

球墨铸铁本词条介绍的是球墨铸铁（通过球化和孕育处理得到球状石墨），更多含义，请参阅“球墨铸铁（多义词）”。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，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。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。目 录1简介1 1.1 成分表1 1.2 性能2历史1 2.1 国内1 2.2 国外3发展前途4特性范围5应用1 5.1 汽车方面1 5.2 冶金因素1 5.3 奥氏体-贝氏体1 5.4 型材1 5.5 稀土镁1 5.6 稀土作用1 5.7 制造步骤1 5.8 表示方法6生产应用7历史争论8气孔缺陷1简介铸铁是含碳量大于2.14%的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及 球墨铸铁其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到，除Fe外，还含C、Si、Mn、S、P等五大元素及其它合金元素。铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫白口铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。球状石墨对金属基体的割裂作用比其它形状石墨小，能使铸铁的强度达到基体组织强度的7090%，抗拉强度可达120kgf/mm2，并且具有良好的韧性。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.04.0%，含硅量1.83.2%，含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。成分表市面上球墨铸铁光谱标准样品成分如下：名称编号CSiMnPSCrGSB03-1813-200512.623.430.1820.5470.00432.9322.062.680.3780.0560.0192.0132.922.150.8380.0750.0101.5243.221.131.250.2000.0101.0953.490.6121.570.3710.0110.34664.080.3401.860.0320.0670.04编号NiMoVMgCuAlt14.461.900.0340.1370.0620.11522.000.2020.0840.00590.2170.02033.220.3040.1780.0600.5060.02640.6150.9100.3890.0330.6860.01651.011.430.3090.0601.070.04460.0940.0360.5870.00261.560.0027编号TiBNbAs10.1560.00340.00230.003220.0540.00730.00190.002430.2360.0500.0300.002240.0650.1180.00250.002150.2980.1120.00460.004260.00720.1930.0022名称编号CSiMnPSCrGBW01131aT010-1a3.310.930.3170.0510.02902.02GBW01132aT010-2a3.182.280.7150.4470.00611.62GBW01133aT010-3a3.721.501.120.2510.0381.61GBW01134aT010-4a4.030.2480.9870.7270.0980.476GBW01135aT010-5a3.002.651.270.1400.00340.784GBW01136aT010-6a2.693.681.700.3950.0211.31GBW01137aT010-7a1.813.351.990.0910.00820.212名称编号NiMoVMgCuTiGBW01131aT010-1a0.0630.8110.3290.000330.5710.223GBW01132aT010-2a1.010.5590.200.0381.120.478GBW01133aT010-3a0.5280.4670.1330.0140.8460.388GBW01134aT010-4a0.0540.0180.3170.00150.1480.031GBW01135aT010-5a0.940.3840.0430.0770.5360.078GBW01136aT010-6a0.2470.2240.250.0340.3380.129GBW01137aT010-7a1.090.1520.0570.00101.730.131名称编号WBLaCeSnGBW01131aT010-1a0.3230.5240.282GBW01132aT010-2a0.1720.260.0150.0340.107GBW01133aT010-3a0.0490.0960.0002*0.289GBW01134aT010-4a0.00730.0210.0035GBW01135aT010-5a0.2840.00250.0960.00330.038GBW01136aT010-6a0.4440.1280.00570.00880.102GBW01137aT010-7a0.9710.0180.0230.1220.0064名称编号CSiMnPSCrGBW01138aT012-1a1.753.400.0800.5800.1192.48GBW01139aT012-2a2.222.440.3010.0430.0582.13GBW01140aT012-3a2.551.500.8780.0710.0450.417GBW01141aT012-4a3.161.960.4620.3960.0171.40GBW01142aT012-5a3.521.170.3110.4200.0190.766GBW01143aT012-6a4.020.1631.410.0210.0260.112GBW01144aT012-7a3.940.9181.380.0850.00481.05编号编号NiMoVMgCuAltGBW01138aT012-1a0.0300.0310.0210.00060.0250.248GBW01139aT012-2a0.3410.0870.0550.00850.4580.060GBW01140aT012-3a0.5190.3540.0850.0240.6410.034GBW01141aT012-4a0.7780.4280.1660.0250.9210.0073GBW01142aT012-5a1.030.6290.3240.0210.389GBW01143aT012-6a1.890.7260.5090.1041.830.019GBW01144aT012-7a1.370.1680.3900.0561.100.214编号编号TiLaCeNSnGBW01138aT012-1a0.0380.00010.00010.0150.0031GBW01139aT012-2a0.0650.0100.0010.0240.044GBW01140aT012-3a0.0270.00610.0270.0240.021GBW01141aT012-4a0.0650.00010.00010.00730.024GBW01142aT012-5a0.16100.00010.00010.00470.013GBW01143aT012-6a0.2380.00010.00010.0130.057GBW01144aT012-7a0.1140.00014.0wt%），稀土残留量为0.120.15wt%时，可获得良好的球状石墨。根据我国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化；另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.20.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.020.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0.020.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏；若随后加入0.010.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使最终的组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸铁的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。制造步骤（一）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量（二）铁液出炉温度比灰铸铁更高，以补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失（三）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂（四）加入孕育剂进行孕育处理（五）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，合理应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则（六）进行热处理表示方法各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。铸铁名称，代号及牌号表示方法铸铁名称.代号牌号.表示方法实例灰铸铁.HT.HT100蠕墨铸铁.RuT.RuT400球墨铸铁.QT.QT 40017黑心可锻铸铁.KHT.KHT300-06白心可锻铸铁.KBT.KBT350-04珠光体可锻铸铁.KZT.KZT450-06耐磨铸铁.MT.MT Cu1PTi-150抗磨白口铸铁.KmBT.KmBTMn5Mo2Cu抗磨球墨铸铁.KmQT.KmQTMn6冷硬铸铁.LT.LTCrMoR耐蚀铸铁.ST.STSi15R耐蚀球墨铸铁.SQT.SQTAl15Si5耐热铸铁.RT.RTCr2耐热球墨铸铁.RQT.RQTA16奥氏体铸铁.AT.-.牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。合金元素用国际元素符号表示，含量大于或等于1%时，用整数表示：小于1 %时一般不标注。常规元素（C、Si、Mn、S、p）一般不标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。.白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）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Fe3c，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下量的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，.可锻铸铁：可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体（F）基本+团絮状石墨；珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状石墨。另一类是白心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为基体，大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。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。.球墨铸铁：在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化。由于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。6生产应用球墨铸铁由於其糊状凝固的特徵决定所生产的铸铁由於补缩不良经常产生缩孔、缩松等缺陷，为了能在铸件生产以前预测这些缺陷情况，早在印年代国内外就开展了铸造过程数值类比。铸造过程数值类比是使用数值类比技术，在计算机虚拟的环境下类比实际铸件形成过程，包括金属液体的充型过程、冷却凝固过程、应力形成过程、判断成型过程中主要原素的影响程度，预测组织、性能和可能出现的缺陷，为优化工艺减少废品提供依据。1962年丹麦的Forsund第一个采用电子计算机类比铸件的凝固过程，此后美国、英国、德国、日本、法兰西等相继开展了这方面的研究。我国于70年代末开始，大连理工大学、沈阳铸造研究所率先在我国开展了这一技术的研究，并分别于1980年发表了研究报告（郭可韧等，大型铸件凝固过程的数字类比，大连工学院学报，1980（2）116；沈阳铸造研究所，铸件凝固热场电子计算机类比，铸造，1980（1）1422，此后在我国高等院校投入大量人力开展了这项研究。在“六五”、“七五”期间国家攻关项目中部有计算机在铸造中应用的攻关项目，“六五”的项目为“大型铸钢件凝固控制”、“七五”项目为“大型铸钢件铸造工艺CAD”，组织产、学、研联合攻关，大大推展了此项技术在我国的发展，清华大学、华中理工大学已分别能提供FTStar和华铸CAEInte 4.0商品化学的软体并在三明重型机器有限公司等单位应用，获得了良好的效果。计算机数值类比由前处理、中间计算和后处理三部分组成，包括几何模型的建立，格点划分，求解条件（初始条件和边界条件）的确定，数值计算，计算结果的处理及图形显示。其所用的数值类比的基本方法主要是有限差分法，有限元法和边界元法。（1）凝固过程数值类比，主要进行铸造过程的传热分析。包括数值计算方法的选择，潜热处理、缩孔缩捡预测判别，铸件、铸型界面传热问题处理。（2）流动场数值类比，涉及动量、能量与质量传递，其难度较大。使用的数值求解技术有MAC 法、SAMC法，SOLAAOF法以及SOLA一MAC法。（3）铸造应力类比，此项研究开展较晚，主要进行弹塑性状态应力分祈，目前有Heyn模型，弹塑性模型，Perzyna模型，统一内变量模型等。（4）组织类比，尚处起步阶段。分巨视、中观和微视类比。能计算形核数，分析初晶类型，枝晶生长速度，类比组织转变，预测机械性能。目前有确定性模型，Monte、Cellular、Automaton等统计法模型、相场模型等。计算机及其应用是迅速发展的技术领域，铸造作为重要的工业领域之一，理应加强投入。研究开发计算机在铸造研究及生产领域的应用，彻底改变过去那种“睁眼型式，闭眼浇注”的状态，计算机的应用也必将会促进球墨铸铁的应用和发展。7历史争论在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁，水平。而现代的球