簡介

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發(fā)展歷史

法國的雷奧姆爾（Reaumur）于1722年制成了白心可鍛鑄鐵密梯。后來桌苔、美國的塞斯·包伊登（Seth·Boyden）于1826年發(fā)明了黑心可鍛鑄鐵革睬。

到了二十世紀二十年代。由于對鑄鐵中碳腻喇、硅等主要成分及加入其他合金元素的影響洁糟、熔化方法、孕育效果等方面的研究并有了進展猖败，出現(xiàn)了所謂高級鑄鐵速缆。因此，材質(zhì)有了相當可觀的改善恩闻，并在一定程度上擴大了應用范圍艺糜。但是，由于存在著韌性低這樣的根本缺點幢尚，未能迅速擴大其應用范圍破停。

1947年，煙的莫羅(Morrogh)發(fā)現(xiàn)了鑄態(tài)下存在球狀石墨的鑄鐵尉剩。

1948年真慢，通過在高碳，低硫理茎、低磷的灰鑄鐵中加入Ce黑界，并使其殘留量保持在0．02%以上，制得了球墨鑄鐵．幾乎與此同時皂林，美國鎳公司(INCO)加格奈賓(Gagnebin)等通過在鑄鐵中加Mg朗鸠，并使其殘留量保持在0．04%以上，獲得了相同的球墨鑄鐵密巷。

在第二次世界大戰(zhàn)期間抵刺，由于生產(chǎn)耐磨馬氏體白口鑄鐵所必需的鉻元素資源缺乏，研究Cr的代用元素就成了當務之急循贝。于是衫喜，對于與碳發(fā)生化學結(jié)合的各種金屬及過渡金屬，均就其能否形成碳化物進行了系統(tǒng)的調(diào)查研究尉利，其中也就包括鎂可丝。為了減緩在加鎂時的激烈噴濺，曾使用Cu80一Mg20合金和Ni80-M920合金限牢。結(jié)果表明捎滴，鎂不但作為鉻的代用元素有良好的效果，而且還發(fā)現(xiàn)當鎂在鐵水中有某種程度的殘留量時戈裳，有顯著的脫硫作用悉契。以這些新的發(fā)現(xiàn)為基礎，繼白口鑄鐵之后，對于在灰口鑄鐵中加鎂的作用也進行了研究憔辞。在含C 3.5%页衙、Si2.25%和Ni 2%的灰鑄鐵中加入了0.5%的Mg，其抗拉強度遠遠超過原來的預期(普通灰鑄鐵約為13kgf/mm2)阴绢，高達78kgf/mm2店乐。

組成成分

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵呻袭、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經(jīng)過高溫熔融和鑄造成型而得到眨八，除Fe外，還含及其它鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出左电，若析出的石墨呈條片狀時的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵廉侧、呈蠕蟲狀時的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團絮狀時的鑄鐵叫可鍛鑄鐵或碼鐵篓足、而呈球狀時的鑄鐵就叫球墨鑄鐵段誊。

球墨鑄鐵除鐵外的化學成分通常為：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%栈拖，含錳连舍、磷、硫總量不超過3.0%和適量的稀土涩哟、鎂等球化元素审亿。

市面上球墨鑄鐵光譜標準樣品成分如下：

主要性能

球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門中得到應用，這些部門要求高的強度轨赦、塑性睛赁、韌性、耐磨性谈芬、耐嚴重的熱和機械沖擊、耐高溫或低溫藻拟、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等式蠢。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵有許多牌號卑聚，提供了機械性能和物理性能的一個很寬的范圍遥妒。

如標準化組織ISO1083所規(guī)定的大多數(shù)球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金態(tài)生產(chǎn)的纽秽。顯然珍询，這個范圍包括抗拉強度大于800牛頓/平方毫米，延伸率為2%的高強度牌號掰腌。另一個是高塑性牌號策橘，其延伸率大于17%，而相應的強度較低(低為370牛頓/平方毫米）。強度和延伸率并不是設計者選擇材料的根據(jù)丽已，而其它決定性的重要性能還包括屈服強度蚌堵、彈性模數(shù)、耐磨性和疲勞強度沛婴、硬度和沖擊性能等吼畏。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對于設計者也許是關(guān)鍵的嘁灯。為了滿足這些特殊使用泻蚊，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫Ni一Resis球鐵丑婿。這些奧氏體球鐵藕夫，主要用鎳、鉻和錳合金化枯冈，并且列入標準毅贮。

為珠光體型球墨鑄鐵，具有中高等強度尘奏、中等韌性和塑性炊捻，綜合性能較高，耐磨性和減振性良好瓣挂，鑄造工藝性能良好等特點眨捶。能通過各種熱處理改變其性能。主要用于各種動力機械曲軸类埋、凸輪軸履字、連接軸、連桿鼓辈、齒輪攀瘟、離合器片、液壓缸體等零部件失跷。 [1] 

施工工藝

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中國工藝

加入稀土提高性能

在高強度低合金球墨鑄鐵方面诉玲，除了對銅、鉬研究較多外叔梆，還對鎳沫流、鈮等進行了研究。中錳球墨鑄鐵雖然在性能上不夠穩(wěn)定筑凫，但多年來的系統(tǒng)研究與生產(chǎn)應用滑沧，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

在耐熱球墨鑄鐵方面巍实，除了中硅球墨鑄鐵以外滓技，系統(tǒng)研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響哩牍。中國研制的RQTAL5Si5耐熱鑄鐵用作耐熱爐條的使用壽命是灰鑄鐵的3倍，是普通耐熱鑄鐵的2倍殖属，并與日本Cr25Ni13Si2耐熱鋼的使用壽命相當姐叁。

高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進展，它在石油開采機械洗显、化工設備外潜、工業(yè)用爐器件上均取得了成功的應用。

在耐酸球墨鑄鐵方面挠唆，中國生產(chǎn)的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細小处窥、均勻、致密玄组，由此滔驾，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機械強度也有顯著改善杏住。

稀土能使石墨球化采冕。自從H. Morrogh先使用鈰得到球墨鑄鐵以來，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為贫拭，發(fā)現(xiàn)鈰是較有效的球化元素孩青，其他元素也均具有程度不等的球化能力。

中國對稀土的球化作用進行了大量研制工作耍叮，發(fā)現(xiàn)稀土元素對常用的球墨鑄鐵成分（C3.6～3.8wt%森肉，Si2.0～2.5wt%）來說，很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨滋评；而且朵泌，當稀土量過高時，還會出現(xiàn)各種形的石墨购廊，白口傾向也增大岳舔，但是，如果是高碳過共晶成分（C>4.0wt%）更启，稀土殘留量為0.12～0.15wt%時邢入，可獲得良好的球狀石墨。

根據(jù)中國鐵質(zhì)差趴荸、含硫量高（沖天爐熔煉）和出鐵溫度低的情況，加入稀土是必要的宦焦。球化劑中鎂是主導元素发钝，稀土一方面可促進石墨球化；另一方面克服硫以及雜質(zhì)元素的影響以保證球化也是必須的波闹。

稀土防止干擾元素破壞球化酝豪。研究表明，當干擾元素Pb、Bi孵淘、Sb蒲障、Te、Ti等總量為0.05wt%時瘫证，加入0.01wt%（殘余量）的稀土揉阎，可以*中和干擾，并可抑制石墨的產(chǎn)生背捌。中國絕大部分的生鐵中含有鈦毙籽，有的生鐵中含鈦高達0.2～0.3wt%，但稀土鎂球化劑由于能使鐵中的稀土殘留量達0.02～0.03wt%蝌飘，故仍可保證石墨球化良好北拌。如果在球墨鑄鐵中加入0.02～0.03wt%Bi，則幾乎把球狀石墨*破壞跑既；若隨后加入0.01～0.05wt%Ce稼崎，則又恢復原來的球化狀態(tài)，這是由于Bi和Ce形成了穩(wěn)定的化合物轿白。

稀土的形核作用清农。20世紀60年代以后的研究表明，含鈰的孕育劑可使鐵液在整個保持期中增加球數(shù)乙笛，使終的組織中含有更多的石墨球和更小的白口傾向魂中。經(jīng)研究還表明，含稀土的孕育劑可改善球墨鑄鐵的孕育效果并顯著提高抗衰退的能力刽室。加入稀土可使石墨球數(shù)增多的原因可歸結(jié)為：稀土可提供更多的晶核香题，但它與FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原來（存在于鐵液中的）不活化的晶核得以長大酪律，結(jié)果使鐵液中總的晶核數(shù)量增多雌隅。

注意事項

（一）嚴格要求化學成分，對原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高缸沃，降低球墨鑄鐵中錳恰起，磷，硫的含量趾牧。

（二）鐵液出爐溫度比灰鑄鐵更高检盼，以補償球化，孕育處理時鐵液溫度的損失翘单。

（三）進行球化處理吨枉，即往鐵液中添加球化劑。

（四）加入孕育劑進行孕育處理哄芜。

（五）球墨鑄鐵流動性較差貌亭，收縮較大柬唯，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸，合理應用冒口圃庭，冷鐵锄奢，采用順序凝固原則。

（六）進行熱處理剧腻。

①退火工划。得到鐵素體基體，提高塑性粪畔、韌性绸秸，消除應力，改善切削性能支际。

②正火匠似。得到珠光體基體，提高強度和耐磨性蟹嫁。

③調(diào)質(zhì)暗沉。獲得回火索氏體的基體組織，以及良好的綜合力學性能讹玉，如主軸里淡、曲軸、連桿等挡辩。

④等溫淬火谎跨。使外形復雜且綜合性能要求高的零件獲得下貝氏體的基體組織，以及高強度垃杖、高硬度男杈、高韌性等綜合力學性能，避免熱處理時產(chǎn)生開裂调俘，如主軸伶棒、曲軸、齒輪等彩库。

主要問題

縮孔縮松

球墨鑄鐵由於其糊狀凝固的特徵決定所生產(chǎn)的鑄鐵由於補縮不良經(jīng)常產(chǎn)生縮孔肤无、縮松等缺陷，為了能在鑄件生產(chǎn)以前預測這些缺陷情況骇钦，早在印年代國內(nèi)外就開展了鑄造過程數(shù)值類比宛渐。鑄造過程數(shù)值類比是使用數(shù)值類比技術(shù)，在計算機虛擬的環(huán)境下類比實際鑄件形成過程眯搭，包括金屬液體的充型過程皇忿、冷卻凝固過程、應力形成過程坦仍、判斷成型過程中主要原素的影響程度鳍烁，預測組織、性能和可能出現(xiàn)的缺陷堆嘿，為優(yōu)化工藝減少廢品提供依據(jù)羞条。

1962年丹麥的Forsund*個采用電子計算機類比鑄件的凝固過程，此后美國氏走、英國资妇、德國、日本讥燎、法蘭西等相繼開展了這方面的研究水矢。我國于70年代末開始，大連理工大學掰魁、沈陽鑄造研究所*在我國開展了這一技術(shù)的研究巩顶，并分別于1980年發(fā)表了研究報告（郭可韌等，大型鑄件凝固過程的數(shù)字類比低流，大連工學院學報日病，1980（2）1─16；沈陽鑄造研究所辨蓄，鑄件凝固熱場電子計算機類比秦辆，鑄造，1980（1）14─22祠乃，此后在我國高等院校投入大量人力開展了這項研究梦重。

在“六五”、“七五”期間國家攻關(guān)項目中部有計算機在鑄造中應用的攻關(guān)項目亮瓷，“六五”的項目為“大型鑄鋼件凝固控制”琴拧、“七五”項目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織產(chǎn)寺庄、學艾蓝、研聯(lián)合攻關(guān)，大大推展了此項技術(shù)在我國的發(fā)展斗塘，清華大學赢织、華中理工大學已分別能提供FT─Star和華鑄CAE─Inte 4.0商品化學的軟體并在三明重型機器有限公司等單位應用，獲得了良好的效果馍盟。

計算機數(shù)值類比由前處理于置、中間計算和后處理三部分組成，包括幾何模型的建立贞岭，格點劃分八毯，求解條件（初始條件和邊界條件）的確定，數(shù)值計算瑞蓉，計算結(jié)果的處理及圖形顯示予乏。其所用的數(shù)值類比的基本方法主要是有限差分法偿寥，有限元法和邊界元法。

（1）凝固過程數(shù)值類比蟹游，主要進行鑄造過程的傳熱分析填级。包括數(shù)值計算方法的選擇，潛熱處理蔓捡、縮孔縮撿預測判別怜人，鑄件、鑄型界面?zhèn)鳠釂栴}處理擦灸。

（2）流動場數(shù)值類比癌羞，涉及動量、能量與質(zhì)量傳遞剂撑，其難度較大豌富。使用的數(shù)值求解技術(shù)有MAC 法、SAMC法碴穴，SOLA─AOF法以及SOLA一─MAC法赋焕。

（3）鑄造應力類比，此項研究開展較晚仰楚，主要進行彈塑性狀態(tài)應力分祈隆判，有Heyn模型，彈塑性模型僧界，Perzyna模型侨嘀，統(tǒng)一內(nèi)變量模型等。

（4）組織類比捂襟，尚處起步階段咬腕。分巨視、中觀和微視類比葬荷。能計算形核數(shù)涨共，分析初晶類型，枝晶生長速度宠漩，類比組織轉(zhuǎn)變举反，預測機械性能。有確定性模型扒吁，Monte火鼻、Cellular、Automaton等統(tǒng)計法模型邀耽、相場模型等穗蚌。

計算機及其應用是迅速發(fā)展的技術(shù)領域，鑄造作為重要的工業(yè)領域之一，理應加強投入崭守。研究開發(fā)計算機在鑄造研究及生產(chǎn)領域的應用零勃，*改變過去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀態(tài)蔽宜，計算機的應用也必將會促進球墨鑄鐵的應用和發(fā)展水亮。

氣孔缺陷

球墨鑄鐵件的生產(chǎn)過程中，在熱處理苫颤、拋丸清理后或機加工時常會發(fā)現(xiàn)一些直徑大約為0.5-3mm，形狀為球形奏散、橢圓狀或針孔狀內(nèi)壁光滑的孔洞俯坐，這些孔洞一般在鑄件表皮下2-3mm分布，這就是所謂的皮下氣孔剩喧。

皮下氣孔的形成是由于含鎂鐵液表面的張力大寺晌，容易形成氧化膜，這對阻礙析出氣體和入侵氣體的排出有一定影響澡刹，這些氣體滯留于皮下就會形成氣孔呻征。另外，球墨鑄鐵糊狀凝固特點使氣體通道較早被堵塞罢浇，也會促進皮下氣孔缺陷的形成陆赋。 [2] 

相關(guān)資料

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品種牌號

各種鑄鐵代號，由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字母的*個大寫正體字母組成嚷闭。當兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時攒岛，可在該大寫正體字母后加小寫正體字母來區(qū)別。同一名稱鑄鐵胞锰，需要細分時灾锯，取其細分特點的漢語拼音*個大寫正體字母，排列在后面嗅榕。

鑄鐵名稱顺饮，代號及牌號表示方法

鑄鐵名稱...............代號牌號..................表示方法實例

灰鑄鐵....................HT.........................HT100

蠕墨鑄鐵..................RuT........................RuT400

球墨鑄鐵..................QT.........................QT 400——17

黑心可鍛鑄鐵..............KHT........................KHT300-06

白心可鍛鑄鐵..............KBT........................KBT350-04

珠光體可鍛鑄鐵............KZT........................KZT450-06

耐磨鑄鐵..................MT.........................MT Cu1PTi-150

抗磨白口鑄鐵..............KmBT.......................KmBTMn5Mo2Cu

抗磨球墨鑄鐵..............KmQT.......................KmQTMn6

冷硬鑄鐵..................LT.........................LTCrMoR

耐蝕鑄鐵..................ST.........................STSi15R

耐蝕球墨鑄鐵..............SQT........................SQTAl15Si5

耐熱鑄鐵..................RT.........................RTCr2

耐熱球墨鑄鐵..............RQT........................RQTA16

...牌號中代號后面的一組數(shù)字，表示抗拉強度值凌那；有兩組數(shù)字時沿阁，*組表示抗拉強度值，第二組表示延伸率值窘吟。兩組數(shù)字中間用“一”隔開畦怒。

合金元素用元素符號表示，含量大于或等于1%時蠕蹋，用整數(shù)表示：小于1 %時一般不標注桶邑。常規(guī)元素（C、Si阔渔、Mn务囤、S灌当、p）一般不標注，有特殊作用時幅挂，才標注其元素符號及含量京球。

應用領域

球墨鑄鐵常用于生產(chǎn)受力復雜，強度腺帽、韌性怎晰、耐磨性等要求較高的零件，如汽車敛苇、拖拉機妆绞、內(nèi)燃機等的曲軸、凸輪軸枫攀，還有通用機械的中壓閥門等括饶。

也可用做高放射性物體儲藏運輸容器。 [3] 

代表產(chǎn)品

奧氏體-貝氏體

20世紀70年代初来涨，幾乎同時中國图焰、美國、芬蘭3個國家宣布研究成功了具有高強度蹦掐、高韌性的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵（上統(tǒng)稱ADI）技羔，這種材質(zhì)的抗拉強度達1000MPa，因此它廣泛應用于齒輪以及各種結(jié)構(gòu)件笤闯，與合金鋼相比堕阔，奧-貝球墨鑄鐵具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

未來方向

節(jié)能要求導致基本上重新設計零件颗味，以達到重量輕超陆、效率高，這就必然要提醒設計者集中注意材料鹃改。球鐵正日益被認為能提供高的強度一重量特性战架，并且能以比較低的成本生產(chǎn)。當球鐵的噸位增加和市場滲透是很驚人的侦萍，這種材料決不能看到達到了它的全部潛力咸壮。基于這一點均壳，不生產(chǎn)球鐵的鑄鐵廠漆究，建議很好地重新考慮這方面的可能性。

因此預料拔翠，隨著代替灰鑄鐵钉榔、可鍛鑄鐵和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產(chǎn)噸位的持續(xù)增加。出版的刊物對于幫助造廠在這面的力是有利的圣钝，雖然計值會變提高而改善廷诺。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變肖喂。由表3可得:孕育鑄鐵的質(zhì)量指標用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%簇抵，值得注意的是相對硬度反而降低3%。