高强度高韧性球墨铸铁的u000b质量评估和生产工艺控制PowerPoint 演示文稿.ppt

高强度高韧性球墨铸铁的高强度高韧性球墨铸铁的质量评估和生产工艺控制质量评估和生产工艺控制清华大学清华大学 芮争家芮争家1§1 概述概述1.球墨铸铁的特点球墨铸铁的特点 1947年，英国人年，英国人H.Morrogh在实验室内采在实验室内采用用Ce处理铁液，得到球状石墨，并于处理铁液，得到球状石墨，并于1948年年在美国铸造工程师协会上宣布，成为球铁的发在美国铸造工程师协会上宣布，成为球铁的发明者上世纪明者上世纪50年代初期，我国王遵明教授在年代初期，我国王遵明教授在东北应用球铁获得成功球铁历经半个多世纪东北应用球铁获得成功球铁历经半个多世纪的发展，取得迅速的应用和推广的发展，取得迅速的应用和推广21）球铁的根本性特点：）球铁的根本性特点：（（1）石墨形状的改变（从片）石墨形状的改变（从片→球状），使石墨球状），使石墨　　对基体的割裂作用减到最小，从而根本上改　　对基体的割裂作用减到最小，从而根本上改　　变了铸铁的性能水平；　　变了铸铁的性能水平；（（2）可以发挥基体的作用来达到性能要求：）可以发挥基体的作用来达到性能要求：　　 ① ①通过热处理调节；通过热处理调节； ② ②铸态下获得。

铸态下获得32 2）球墨铸铁的作用和地位）球墨铸铁的作用和地位球铁的发明是铸造业的一次革命球铁的发明是铸造业的一次革命1）大大提高了石墨铸铁的性能）大大提高了石墨铸铁的性能—— σb、、 σs、、δ、、ak等；等；（（2）使机械、汽车、冶金、矿业、造船等行）使机械、汽车、冶金、矿业、造船等行 业的产品结构发生了很大的变化；业的产品结构发生了很大的变化；（（3）一般预测目前及今后几十年在铸造材质）一般预测目前及今后几十年在铸造材质 上无大的变革上无大的变革42.球铁的主要种类和应用球铁的主要种类和应用1）珠光体球铁）珠光体球铁典型牌号典型牌号（（QT700-2））性能特点性能特点强度为主强度为主应用：曲轴、连杆等应用：曲轴、连杆等2）铁素体球铁）铁素体球铁典型牌号典型牌号（（QT450-10））性能特点性能特点韧性为主韧性为主应用：汽拖底盘零件、应用：汽拖底盘零件、铸管等铸管等3）混合基体球铁）混合基体球铁典型牌号典型牌号（（QT500-7））性能特点性能特点强韧结合强韧结合应用：齿轮、叶轮、螺应用：齿轮、叶轮、螺栓等栓等4）其他类型）其他类型A体体QT（阀门、电力金具）、（阀门、电力金具）、A+B、、B（齿轮、凸轮（齿轮、凸轮轴）、轴）、M、、M+A、、M+P+Cm（耐磨件、磨球）等（耐磨件、磨球）等53.球铁的牌号球铁的牌号国家标准国家标准国际标准国际标准FIAT美国标准美国标准QT400-18QT350-2245-33-15 60-40-18QT400-15其余和中国其余和中国国标相同国标相同60-38-10 65-45-12QT450-1065-48-05 80-55-06QT500-790-52-05 100-70-03QT600-3 120-90-02QT700-2QT800-2*1PSi=0.70 kg/mm2QT900-264.球铁的生产现状和发展方向球铁的生产现状和发展方向1）目前球铁发展的方向主要着重于推广现有）目前球铁发展的方向主要着重于推广现有 牌号和提高铸件的全面质量，实现优质生牌号和提高铸件的全面质量，实现优质生 产。

如材质、工艺、内在质量、表面质量产如材质、工艺、内在质量、表面质量 等2）理解并掌握国家标准和产品质量水平的关）理解并掌握国家标准和产品质量水平的关 系73）球铁的发展重点：）球铁的发展重点：（（1 1）铸态球铁、薄壁铸件；）铸态球铁、薄壁铸件；（（2 2）高强度高韧性球铁；）高强度高韧性球铁；（（3 3）大断面球铁；）大断面球铁；（（4 4）特种球铁）特种球铁——A-BQT——A-BQT、、A A体体QTQT、、 低温低温F F体体QTQT；； （（5 5）球铁质量的检测手段球铁质量的检测手段8§2 球墨铸铁的生产工艺过程球墨铸铁的生产工艺过程 和质量评估标准和质量评估标准91.球铁生产工艺过程球铁生产工艺过程造型制芯造型制芯合箱合箱配料熔炼球化处理孕育处理浇注落砂清理检验机加工成品热处理炉前检测三角试样化学成分取样Y型试块砂处理化学分析附体试样金相组织标准力学性能******讨论：重点工艺：球化处理、孕育处理、炉前检测与金相理化检测10 以包内冲入法为例球化剂为目前国内普遍采用的稀土镁硅铁合金 球化处理包（堤坝式）包内的高度与内径之比值应大于1.5（高于一般铁水包）。

球化处理铁水温度为1460～1500℃（出铁温度用热电偶快速测温仪测定） 1）球化处理11球化剂和覆盖物的加入顺序如图所示 球化处理包和包内的球化剂、覆盖剂、覆盖物如图所示在处理包内背向铁水的堤坝一侧，先放球化剂，其上放75硅铁，再放覆盖剂，然后再依次加铁屑和铁板覆盖需要注意的是，球化剂和各种覆盖物都要适度撞紧 1213 球化处理开始，先从炉内放出约2/3包的铁水铁水透过覆盖物与球化剂接触发生球化反应，开始产生白色镁光这从现场拍摄的照片可以清楚地看到 1415 从这一张照片中可以看到球化反应时产生的大量镁光和烟雾如何判断球化反应的好坏程度，一是凭有经验的操作者的观察；二是根据白色镁光从产生到消失过程的时间来判断（一般0.8～1.5吨处理包的球化反应时间以50秒至1分30秒为佳） 16 球化处理后，包内铁水降温70~100℃此时可从炉内放出剩余的1/3高温铁水，以适当提高铁水的整体温度同时，与铁水一起，加入一次孕育剂（一般为75Si-Fe）进行孕育处理 2）孕育处理17 处理好的铁水还须经过2～3次扒渣，再用覆盖剂盖住全部液面，然后就可浇注铸件。

为避免球化衰退，应力求快速浇注，一般浇注时间应小于10～15分钟 与此同时，进行炉前球化检测、化学成分取样等 检测力学性能的楔型试块须在浇完最后一箱铸件后再浇注 3）炉前检测18（1）炉前三角试样检验；（2）炉前快速金相检验 常用的炉前球化检测方法有两种：19若球化良好，则主要有以下特征：炉前三角试样的检测①断口呈银白色；②边缘有缩凹，中心有缩松；③遇水有H2S气味202.球铁材质的质量评估与控制指标球铁材质的质量评估与控制指标1）石墨：）石墨：G球化级别球化级别 1~6级；级； G大小级别大小级别 3~8级2）基体）基体（（1））P体和体和F体各占的比例；体各占的比例； （（2））Cm和磷共晶限制和磷共晶限制<1~3%213）力学性能：）力学性能：σb、、 σs、、δ、、HB、、ak等；等； 如有需要，还可检测如有需要，还可检测σ-1、低温、低温ak等4）其他性能：耐热性、耐磨性、导电性、）其他性能：耐热性、耐磨性、导电性、 导磁性等导磁性等22球化分级图（100×）图1 1级 本图为1级球化：石墨呈球状，少量团状，允许极少量团絮状，球化率不低于95％。

共分为六级23图2 2级 本图为2级球化：石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率90％到小于95％ 24图3 3级 本图为3级球化：石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，允许极少量蠕虫状，球化率80％到小于90％ 一般情况下，无论生产厂家，还是用户单位，都以1～3级作为球化合格的验收标准 25图4 4级 本图为4级球化：石墨大部分呈团絮状和团状，余为球状和少量蠕虫状，球化率70％到小于80％ 26图5 5级 本图为5级球化：石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率60到小于70％ 27图6 6级 本图为6级球化：石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状 一般认为4～6级为球化不良，属于不合格球化 28铁素体 ～90％（100×） 再看球墨铸铁的基体组织本图为基体组织以铁素体为主的球铁铁素体约占90％左右相对应的球铁铸件牌号为QT400-15或QT450-10 29珠光体 ～80％（100×） 本图为基体组织以珠光体为主的球铁珠光体约占80％左右，相对应的球铁铸件牌号为QT700-2 30§3 球墨铸铁材质质量的保证措施球墨铸铁材质质量的保证措施311.球铁材质质量控制的前提球铁材质质量控制的前提1））掌握稳定的球化处理工艺2））具备并使用球铁检测手段Ø 铁水温度测温仪；铁水温度测温仪；Ø 化学成分分析；化学成分分析；Ø 金相显微镜；金相显微镜；Ø 强度拉伸试验机和冲击韧性试验机等强度拉伸试验机和冲击韧性试验机等。

323）合理的球铁造型工艺和造型方法4）良好的型砂及其质量控制5）必要的热处理设备332.影响铸铁组织和性能的基本因素影响铸铁组织和性能的基本因素 1）化学成分）化学成分 2）冷却速度（壁厚））冷却速度（壁厚） 3）炉料遗传性）炉料遗传性 4）孕育）孕育 5）铁水过热和高温静置）铁水过热和高温静置 6）气体）气体34§4 球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分球铁的基本成分：球铁的基本成分：C、、Si、、Mn、、P、、S、、Mg、、RECSiMnPSMg′RE′3.4~3.92.0~3.0 0.1~0.7 ＜＜0.08 ＜＜0.02 0.03~0.05 0.02~0.04351.基本元素的作用基本元素的作用1））C和和Si：： 一般选择在近共晶成分（由于球化元素一般选择在近共晶成分（由于球化元素Mg的作用，共晶点右移到的作用，共晶点右移到4.6~4.7%）优点优点（（1）流动性好；（）流动性好；（2）形成集中缩孔倾向）形成集中缩孔倾向 大；（大；（3）致密度高致密度高C↑↑→石墨漂浮；石墨漂浮； C↓↓→缩松缩松↑裂纹倾向裂纹倾向↑。

因此，因此，C：：3.2~3.9%36 而而Si能能↑石墨化，石墨化，↑F量，量，↓Cm量；量；但但Si↑↑，则，则ak↓，，T塑塑-脆脆↑故一般控故一般控制制Si＜＜3.0%37硅量对球铁脆性转变温度的影响Si%T塑塑-脆脆℃Si%T塑塑-脆脆℃1.281.982.583.05-50-45-25-103.503.994.254.4250556065381.基本元素的作用基本元素的作用2））Mn: 中和中和S的有害作用，稳定细化珠光体；但晶的有害作用，稳定细化珠光体；但晶界严重偏析界严重偏析 因此，因此，P体球铁，限制体球铁，限制Mn0.3~0.7%（高牌号（高牌号QT取下限）；取下限）； F体球铁，限制体球铁，限制Mn0.1~0.3%391.基本元素的作用基本元素的作用3））P：： 大于大于0.05%即偏析，形成磷共晶，即偏析，形成磷共晶，↓↓ak、、δ，故控制，故控制P<0.08%（高牌号（高牌号P<0.03~0.05%）401.基本元素的作用基本元素的作用4））S：： 形成硫化物夹杂，消耗球化剂，造成球化形成硫化物夹杂，消耗球化剂，造成球化不稳定，乃至不球化，不稳定，乃至不球化，↓↓ak、、δ。

一般控制一般控制S：冲天炉：冲天炉0.05~0.08%；电炉；电炉<0.05%;冲冲-电双联电双联（带脱（带脱S工艺）工艺）<0.02~0.03%412.球化元素的作用球化元素的作用（（1））*Mg、、Ca、、Sr、、Ba、、Na、、K；；（（2）） RE：轻（：轻（7个）：个）：La、、Ce、、Pr(镨镨)、、Nd(钕钕)、、 Pm(钷钷)、、Sm(钐钐)、、Eu(铕铕)；； 重重(10个）：个）：Y(钇钇)、、Sc(钪钪)、、Gd(钆钆)、、 Tb(铽铽)、、Dy(镝镝)、、Ho(钬钬)、、 Er(铒铒)、、 Tm(铥铥)、、Yb(镱镱)、、 Lu(镥镥) 在目前生产条件下，最佳的球化元素为在目前生产条件下，最佳的球化元素为Mg，而，而RE（主要是轻（主要是轻RE中的中的Ce、、La）仅作为辅助球化元素。

仅作为辅助球化元素421）球化元素的物理性质）球化元素的物理性质Mg：：M=24.32，，D=1.737g/cm3，，T熔熔=651℃，， T气气=1107~1120 ℃RE：元素周期表中第：元素周期表中第Ⅲ族第六周期族第六周期La系元素（原子系元素（原子 序数序数57-71））15个，另有第个，另有第Ⅲ族中的族中的Y、、Sc 2个，个， 共共17个 RE元素熔点为元素熔点为800~1730 ℃，比重（，比重（D）为）为 4.5~9.7不等432）球化元素（）球化元素（Mg）在铁水中的作用）在铁水中的作用（（1）与）与S作用：作用：MnS+FeS+2Mg→Fe+Mn+2MgS （（S由由0.05~0.08↘ ↘~0.02）） （（2）与）与O作用（烧损）：生成作用（烧损）：生成MgO 占占15~30%3）脱氧去气：）脱氧去气：Mg去气去气<0.01%442）球化元素（）球化元素（Mg）在铁水中的作用）在铁水中的作用（（4）球化衰退（回）球化衰退（回S）：）： 0.001~0.004%/分钟分钟（（5）球化作用（残留）球化作用（残留Mg′）：）：0.03~0.06%MgS+O→MgO+S↓S+Mg → MgS因此，球化剂吸收率：因此，球化剂吸收率：453）讨论）讨论 球铁中合适的球化元素含量，一般为：球铁中合适的球化元素含量，一般为：Mg′0.03~0.05%。

RE′0.02~0.04%若若 Mg′↑↑——易出白口，夹渣、皮下气易出白口，夹渣、皮下气 孔、缩松；孔、缩松； RE′↑↑——易出白口，偏析易出白口，偏析463.合金元素的作用合金元素的作用 球铁中常用的合金元素在理论上有球铁中常用的合金元素在理论上有Cu、、Mo、、Mn、、Ni、、Sn、、Sb、、V、、Cr、、W等由于这些合金元素能增加铸件的淬透性，或稳定、这些合金元素能增加铸件的淬透性，或稳定、增加和细化珠光体，或在等温淬火时易得增加和细化珠光体，或在等温淬火时易得B体，或用于生产体，或用于生产A体球铁（如体球铁（如Ni），故在），故在P体体QT、、A-B体体QT、、A体体QT、、M体体QT中得到广泛中得到广泛应用但合金化不能用于应用但合金化不能用于F体体QT47例如：例如：QT900-5 应用：应用：Ni 0.25~0.35% Cu 0.5~0.6%；；铸态铸态QT700-2 Cu 0.30~0.50% Sn 0.03%484.微量元素的作用微量元素的作用 主要是指一些干扰球化或其他有主要是指一些干扰球化或其他有害作用的微量元素，如害作用的微量元素，如Ti、、Sn、、Al、、Cr、、Sb、、Bi、、Pb等。

等49说明：说明：（（1）干扰元素在大于某一定量时才发生有害作用；）干扰元素在大于某一定量时才发生有害作用； （其界限量见下表）（其界限量见下表）反球化干扰元素界限量反球化干扰元素界限量元素元素AlTiPbAsSbBiZrSnTeSe界限量界限量% 0.05 0.07 0.002 0.05 0.01 0.002 0.03 0.05 0.003 0.0350说明：说明：（（2）在一定的临界值之下，有些微量元素还）在一定的临界值之下，有些微量元素还 有合金化作用或孕育作用；有合金化作用或孕育作用；（（3）用）用RE（（0.01~0.02%）可以中和一定量的）可以中和一定量的 干扰元素干扰元素51§5 球铁的生产工艺及其控制球铁的生产工艺及其控制1.采用高质量的原材料采用高质量的原材料提示：本项措施与提示：本项措施与G球级球级、、F与与P的比例、的比例、 Cm（或（或P共晶共晶）的多少、性能好坏）的多少、性能好坏 有直接的重有直接的重 大的关联大的关联 52 主要是指选择优质生铁：低主要是指选择优质生铁：低Mn、、低低P、低、低S、低微量元素，且各成分含量、低微量元素，且各成分含量合格稳定。

合格稳定 废钢也应注意微量元素和合金元素废钢也应注意微量元素和合金元素53优点：优点：（（1）易于获得合格成分的铁水，如低）易于获得合格成分的铁水，如低Mn、、 S、、P；；（（2）减少杂质元素的晶间偏析，）减少杂质元素的晶间偏析，Mn、、O、、 N、、H；；（（3）减少干扰球化和生成碳化物的微量元）减少干扰球化和生成碳化物的微量元 素，素，∑T<0.10%;（（4）提高性能，特别是塑韧性（）提高性能，特别是塑韧性（δ、、ak）54*冶金部冶金部YB（（T））14-86铸造用生铁标准铸造用生铁标准（又称推荐标准）（又称推荐标准）对对11种微量元素总量的规定：种微量元素总量的规定：1级铁级铁 ∑T<0.1022%2级铁级铁 ∑T<0.1229%55后来，冶金部的生铁标准（后来，冶金部的生铁标准（YB/T14-1991）中关于微）中关于微量元素的含量，更有明确规定，见下表量元素的含量，更有明确规定，见下表铸造生铁中限制的微量元素成分（铸造生铁中限制的微量元素成分（≤，，%））元素元素名称名称AsPbSnSbZnCrNiCuVTiMo∑T一级铁一级铁 0.0008 0.0005 0.0005 0.0004 0.0008 0.02 0.0064 0.005 0.0095 0.070.001 0.1022二级铁二级铁 0.0018 0.0007 0.0005 0.0006 0.002 0.02 0.0064 0.006 0.0115 0.087 0.0012 0.122956本溪生铁本溪生铁∑T=Ti + V + Cr + Ni + Cu + Mo + Sn + Sb + As + Pb + Zn =0.0260 + 0.0056 + 0.0090 + 0.0043 + 0.0046+ 0.00033 + 0.00045 + 0.0001 + 0.0012 + 0.0003+0.0004 =0.05288（（%））57又有：球化干扰元素综合作用系数又有：球化干扰元素综合作用系数K1：：K1=4.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al本溪生铁本溪生铁 K1=0.20534相关观点：相关观点：∑T<0.1645（（%））K1=0.20~0.66（（%））对石墨球化影响不大对石墨球化影响不大582.选择合适的化学成分选择合适的化学成分提示：本项措施与控制指标提示：本项措施与控制指标G球级球级、、F与与 P的比例、性能高低有直接关联。

的比例、性能高低有直接关联59种类种类CSiMnPSMg′RE′P体体QT原铁水原铁水 3.6~3.91.0~1.40.3~0.7<0.07<0.08／／／／球化后球化后″1.8~2.5″″<0.02 0.03~0.05 0.02~0.04F体体QT原铁水原铁水 3.2~3.71.2~1.60.1~0.3″<0.08／／／／球化后球化后″2.5~3.0″″<0.02 0.03~0.05 0.02~0.0460注：注：（（1）球铁原铁水特点：高）球铁原铁水特点：高C低低Si低低P、、S；；（（2）各成分的作用在）各成分的作用在§4中论述过；中论述过；（（3）取二个成分化验样的功能）取二个成分化验样的功能——必要性61例：例：（（1））Mn、、P含量变化对铸态含量变化对铸态QT800-2性能影响性能影响编号类别MnPσbδak 001 P02Mn03正常成分高P高Mn0.300.320.600.0370.0760.0438427608365.803.303.3733.020.027.0（（2）球铁成分、性能与壁厚的关系）球铁成分、性能与壁厚的关系——石家庄水泵石家庄水泵 厂厂QT500-7水泵叶轮的研制。

水泵叶轮的研制62FIAT球球铁成分铁成分CSiMnPSMg′NiCu标准标准实测实测3.703.562.652.240.400.32≤0.050.024≤0.0150.0060.01~0.050.034≤1.5//0.70说明说明（（1）成分稳定性：国外）成分稳定性：国外△△C±0.05%，， △△Si±0.1%；； （（2））Mn、、P显著恶化性能（见电镜照片）；显著恶化性能（见电镜照片）； （（3）注意铁水熔炼质量：冲天炉炉渣中，）注意铁水熔炼质量：冲天炉炉渣中，FeO<1.0~3.0%.（（3））633.高温低硫的原铁水高温低硫的原铁水提示：本项措施和提示：本项措施和G球级球级、性能高低以、性能高低以 及铁水质量有直接关联及铁水质量有直接关联64*铁水质量铁水质量原材料原材料熔炼方法和工艺熔炼方法和工艺——铁水温度铁水温度铁水处理技术铁水处理技术脱脱S、、P过滤过滤651）铁水出炉温度：一般要求）铁水出炉温度：一般要求1500℃左右2）熔炼方法）熔炼方法熔炼方法熔炼方法T出铁出铁℃S原原%冲天炉冲天炉>14500.05~0.08电炉电炉~15000.04~0.05冲天炉冲天炉 电炉双联电炉双联~1500<0.03（脱（脱S））663）脱硫方法：）脱硫方法：（（1）包内脱硫：）包内脱硫：①①苏打（苏打（Na2CO3））:（（Na2CO3））+[FeS]=（（Na2S））+（（FeO））+CO2↑加入量：加入量：0.3~0.7%；条件：；条件：T出出>1400℃，，S原原>0.05~0.10%；脱；脱S率：率：~30%。

②②烧碱（烧碱（NaOH）：）：2（（ NaOH））+ [FeS] =（（Na2S））+（（FeO））+H2O*脱脱S效果较上者好，且无环境污染效果较上者好，且无环境污染67（（2）多孔塞气动法或摇包法：）多孔塞气动法或摇包法：①①电石（电石（CaC2））:（（CaC2））+[FeS]=（（CaS））+2[C]+[Fe]+Q②②石灰（石灰（CaO）：（）：（CaO）） +[FeS]=（（CaS））+（（FeO））-Q*加加5%增效剂（萤石）增效剂（萤石）3）脱硫方法：）脱硫方法：68利用偏心装置使处理包产生偏心迴转，从而导致包内铁水摇晃，和脱硫剂有良好的接触，达到较好的脱硫效果，可使铁水中的含硫量从0.10％下降至0.02％以下 69 氮气通过铁水包底部的多孔塞吹入铁水内，和脱硫剂产生强烈搅拌，达到强化脱硫的目的 由于此法装置简单，使用方便，所以是目前国内外较受欢迎的脱硫方法 70多孔塞气多孔塞气动脱硫法动脱硫法原料：原料：CaC2或或CaO、、N2；；装置：处理包，塞固定装置，装置：处理包，塞固定装置，N2瓶，连接系统；瓶，连接系统；影响因素：加入量，吹气时间和压力，影响因素：加入量，吹气时间和压力，S原原，铁水温度；，铁水温度；效果：可将效果：可将S原原降至降至<0.01%。

714.适宜的球化剂和球化处理适宜的球化剂和球化处理提示：本项措施与提示：本项措施与G球级球级、性能好坏有、性能好坏有 直接的、重大的关系直接的、重大的关系721）球化剂）球化剂（（1）种类：）种类： ①① 纯纯Mg；； ②② Mg-RE-Si-Fe；； ③③ Mg-Si-Fe；； ④④ Cu-Mg、、Ni-Mg；； ⑤⑤ 无无Si球化剂；球化剂； ⑥⑥ 复合球化剂；复合球化剂； ⑦⑦ Y基重稀土球化剂等等基重稀土球化剂等等73①① 成分稳定（特别是成分稳定（特别是Mg、、RE）、致密、密度均匀；）、致密、密度均匀；②② 可用纯可用纯Mg球化剂，也可用不同配比的球化剂，也可用不同配比的RE-Mg-Si-Fe 合金2）要求：）要求：熔化设备熔化设备Mg-RE配比（配比（%）） 加入量加入量（（%））冲天炉冲天炉电电 炉炉冲冲——电双联电双联中中Mg(7-9)中中RE(6-8)中中Mg(6-7)低低RE(4-5)中中Mg(5-7)低低RE(2-3)1.6~1.81.3~1.61.2~1.4（脱（脱S））74（（2）要求：）要求：③③ Mg′：：RE′=（（1.5~2.5）：）：1 Mg′0.03~0.06%, RE ′0.02~0.04% ；；④④ 稀土镁球化剂中有效稀土镁球化剂中有效Mg量要高，即量要高，即MgO<1.0%；；⑤⑤ 为减缓球化衰退，可加入为减缓球化衰退，可加入Ba、、Ca等球化强化元素。

等球化强化元素75讨论：讨论：①① 过去认为只要过去认为只要G成球、团、块状即可，性能成球、团、块状即可，性能 差别不大，现在应重新认识；差别不大，现在应重新认识；②② 球化剂的加入量，成分（球化剂的加入量，成分（Mg、、RE）与铁水）与铁水 硫量有关硫量有关762）球化处理方法）球化处理方法（1）冲入法—RE-Mg-Si-Fe、Ni-Mg、Cu-Mg——目前国内最常用方法77 这是目前国内最普遍最常用最方便的方法一般常用RE-Mg-Si-Fe合金作为球化剂使用的球化处理包有堤坝式、凹坑式等多种形式78（2）压力加镁法—使用纯Mg作为球化剂 镁蒸汽压与汽化温度的关系表温度温度℃℃110711071150115012001200 125012501300130013501350140014001450145015001500压力压力（大气压）（大气压）1 11.4451.445 2.1732.1733.083.083 34.3454.345 5.9845.9848.0918.09110.710.72 214.0314.0379 镁的汽化温度与环境压力存在表中所示的关系。

常压（1个大气压）下汽化温度为1107℃若要在1400～1450℃球化处理时加镁不产生沸腾汽化，则必须使环境压力达到8～10个大气压 根据这个原理，发明了自建压力加镁法 80* 纯纯Mg与与RE-Mg加入量，经济性比较加入量，经济性比较 Mg RE-Mg 加入量：加入量：0.1～～0.2％％ 1.2～～1.8％％ 价格：价格：1.6万元万元/T 1.0万元万元/T* 工艺性比较：工艺性比较：RE-Mg方便方便812）球化处理方法）球化处理方法（（3））GF转包法（纯转包法（纯Mg）） 例：例：QT50-5↗ ↗QT60-10（（4）型内球化法）型内球化法 ① ① 影响因素：影响因素： a. a.铁水成分（铁水成分（s s）；）； b. b.铁水温度；铁水温度； c. c.球化剂质量球化剂质量 ② ② 例子：东北某学院例子：东北某学院 —— —— 二汽课题二汽课题822）球化处理方法）球化处理方法（（5）包芯线喂丝法）包芯线喂丝法 ①① 包芯线中含包芯线中含Mg~25%；； ②② 球化剂线加入量球化剂线加入量 0.8~1.0%。

8384 通过喂丝机的机械装置将含有球化剂的包芯线以一定的速度插入铁水包中进行球化反应球化剂的加入量由包芯线的插入速度来控制和调节这种方法的主要优点是镁的吸收率高，球化效果好目前在国内外已得到较多的推广和应用 855.合理的合金化合理的合金化提示：本措施的作用主要是增加提示：本措施的作用主要是增加P体量，体量， 并提高力学性能（特别是并提高力学性能（特别是σb）和）和 其他性能其他性能86目的目的:用于用于P、、P-F 、、A 、、A-B 、、B型球铁 *不能用于不能用于F型型QT1）常用的合金元素）常用的合金元素Cu 、、Ni、、Sn 、、Sb 、、Mn 、、Mo 、、Cr 、、V等作用：提高淬透性，促进稳定作用：提高淬透性，促进稳定P体，得到体，得到A 、、 B,提高断面均匀性提高断面均匀性87一些元素的特性比较一些元素的特性比较元素特征元素特征CuMoVCrNiSn白口倾向白口倾向-0.40.3210.3/细化共晶团细化共晶团++++++促进珠光体促进珠光体能力能力10.5120.212淬透性淬透性8193310/88P体体QT: Cu、、Sn 、、 Ni、、 Mo、、 Cr、、 V、、 SbA-BQT: Ni、、 Mo 、、 Cu 、、 Mn . *一般加入量：一般加入量：Cu 0.5～～1.0％，％， Ni 0.25 ～～1.50％，％，Sn<0.1%。

Mo 0.2 ～～0.4%(一般一般)，， 0.6 ～～0.8％（厚壁，等温淬火％（厚壁，等温淬火→B→B） 慎用！白口倾向大慎用！白口倾向大Cr 0.2 ～～0.3%Sb 0.005 ～～0.010％％892）选择合金元素的要求）选择合金元素的要求 ① ① 工艺简便，效果稳定；工艺简便，效果稳定； ② ② 强度强度——韧性结合；韧性结合； ③ ③ 合理性和经济性合理性和经济性3）合金化优化设计）合金化优化设计——不同加入量效果比较不同加入量效果比较4）合金化机理探讨）合金化机理探讨 如：俄歇谱仪测定：如：俄歇谱仪测定：Ni——均匀分布；均匀分布； Cu、、Sn——G球球-基体界面富集层基体界面富集层90不同合金加入量的球铁力学性能比较（不同合金加入量的球铁力学性能比较（QT800-2铸态）铸态）合金加入量％力 学 性 能SnCuσb (MPa)σs (MPa)δ(%)ak (J/cm2)HB0.020.407603907.7572470.607764107.2522520.030.407723967.3502490.607694066.6562510.040.407523918.0612490.607583977.8402470.808785015.6412891.008665005.34028791* 采用合金化工艺必须结合控制（或提前）采用合金化工艺必须结合控制（或提前） 打箱时间！否则会影响珠光体量的比例。

打箱时间！否则会影响珠光体量的比例926.高效强化的孕育工艺高效强化的孕育工艺提示：本项措施与改善提示：本项措施与改善G球级球级、均匀细化、均匀细化 G大小大小、消除、消除Cm、增加、增加F体量、提体量、提 高性能（特别是高性能（特别是δ）有直接关联有直接关联93孕育剂成分优化孕育剂成分优化孕育方法改进孕育方法改进提高孕育效果的途径提高孕育效果的途径941）孕育剂）孕育剂⑴⑴孕育元素分类孕育元素分类 ① ①基本孕育元素：基本孕育元素：SiSi、、C;C; ② ②强化孕育元素：强化孕育元素：SrSr、、CeCe、、BaBa、、AlAl、、TiTi、、ZrZr、、BiBi、、Ca;Ca; ③ ③抗孕育衰退元素：抗孕育衰退元素：BaBa、、SrSr、、CeCe、、ZrZr95* 这些元素组成许多强化或复合孕育剂一般的配比见下表这些元素组成许多强化或复合孕育剂一般的配比见下表CSiBaCeSr条件：晶型石墨加入量：铁水0.1~0.2％T出铁>1450℃孕育剂中3 ~ 6％孕育剂中~10％(1*稀土)孕育剂中1 ~ 10％CaAlBiZrTi4~5%孕育剂易出气孔？现控制孕育剂中Al<0.8％铁水量~0.01％(最佳75~100ppm)1ppm=10-6孕育剂中2~7％孕育剂中~10％96（（2）孕育剂）孕育剂 基本孕育剂仍是基本孕育剂仍是75 Si-Fe。

原因：原因： ① ① 能满足使用要求；能满足使用要求； ② ② 经济性好经济性好 另有另有Si-Ca-Ba-Ce和和Si-Sr-Zr等等 多元强化复合孕育剂多元强化复合孕育剂972）孕育方法）孕育方法一次孕育（％）二次孕育（倒包）（％）瞬时孕育（％） 0.2~0.4随流 0.1~0.2;浇口杯(拔塞):0.15~0.25； 孕育丝0.10~0.15;浮硅0.3 (P)~0.6 (F)； 型内孕育块0.05~0.10压块，铸块P:0.5~1.0 F:0.8~1.6QT98漏斗中细小颗粒的孕育剂随浇包中的铁水一起通过浇口杯流入铸型，进行瞬时孕育，达到强化孕育效果，细化石墨，增加铁素体，消除渗碳体的作用 99将孕育剂放入带拔塞的定量浇口杯内当铁水在浇口杯中有一定量并将孕育剂熔化时即把拔塞拔起，充入铸型内。

100把孕育丝加入包内或加入浇注流内，一起充入型内 101将孕育剂制成块状，安置在直浇道底部的反应室内随铁水的浇入，孕育块逐层溶化，起到瞬时孕育的效果 102几种孕育方法比较几种孕育方法比较孕育方法孕育方法G球级球级G球数球数（个（个/mm2））F(%)Cm(%)大包孕育大包孕育211355~606.5大包＋随流＋孕育块大包＋随流＋孕育块1－－222175~95无无大包＋大包＋Si-Fe倒包＋孕育块倒包＋孕育块1－－221075~95无无大包＋含大包＋含Bi的的Si-Fe倒包＋孕育块倒包＋孕育块1－－224785~95无无1037.有效实用的热处理有效实用的热处理提示：本项措施可消除铸态提示：本项措施可消除铸态Cm、调节、调节 P、、F比例、提高比例、提高QT的性能1041 1）目的）目的 ⑴⑴ 消除游离渗碳体（消除游离渗碳体（Cm））; ⑵⑵ 调节基体组织，获得需要的性能；调节基体组织，获得需要的性能； ⑶⑶ 发挥合金元素的作用，提高淬透性发挥合金元素的作用，提高淬透性105讨论：讨论：（（1）高牌号）高牌号QT一般都要经过热处理如一般都要经过热处理。

如 QT900-2、、 QT800-2、、 QT400-18；； 低牌号可在一定的铸态下获得低牌号可在一定的铸态下获得106（（2 2）同一成分，经不同热处理后可得到不同基体、不同性能和不同牌号）同一成分，经不同热处理后可得到不同基体、不同性能和不同牌号试样特点试样特点热处理工艺热处理工艺σbδHB原为原为QT900-5Cu 0.50 Ni 0.25930°1h+炉冷至炉冷至550℃空冷空冷930°1h+720°4h+炉冷至炉冷至550℃空冷空冷5204201525147125讨论：讨论：107（（3）同一成分，采用不同的正火温度对性能的影响（低碳）同一成分，采用不同的正火温度对性能的影响（低碳A体化正火）体化正火）编号编号正火温度正火温度℃合金化合金化σbδ1-1860Cu9295.41-2900Cu9794.82-1860Cu-Ni9405.22-2900Cu-Ni9754.9讨论：讨论：1082）工艺）工艺（（1））F体体QT：（：（900~950））℃（（2~4））h+（（720~740）） ℃ （（3~6））h+炉冷至（炉冷至（600~550）） ℃出炉空冷。

出炉空冷2））P体体QT：（：（930~960）） ℃ （（860~880）） ℃（（2~4））h+出炉空冷（风出炉空冷（风冷或喷雾冷却）冷或喷雾冷却）+（（500~600）） ℃回火3））B体体QT：（：（860~920）） ℃（（0.5~1.5））h+（（250~350）） ℃ 盐浴淬火（盐浴淬火（1.0~1.5））h+250 ℃回火109§6 球墨铸铁的铸造性能及缺陷防止球墨铸铁的铸造性能及缺陷防止1.铸造性能铸造性能1）流动性：）流动性： 在相同浇注温度下，球铁的流动性比灰在相同浇注温度下，球铁的流动性比灰铁好原因铁好原因（（1））CE接近共晶；（接近共晶；（2）铁水净）铁水净化但球化处理使铁水温度降低，实际流动化但球化处理使铁水温度降低，实际流动性下降故浇注温度控制在性下降故浇注温度控制在1300~1340℃以上1102）线收缩：）线收缩：QT与与HT的线收缩相近的线收缩相近3）缩孔倾向：由于）缩孔倾向：由于QT有糊状凝固的特性，故有糊状凝固的特性，故 铸件中的收缩缺陷主要表现为微观缩松。

铸件中的收缩缺陷主要表现为微观缩松4）铸造应力：较）铸造应力：较HT大 原因（原因（1））EQT↑（（1.6~1.8））×105 N/mm2；； （（2）导热系数）导热系数λQT较较HT的小1112.常见缺陷常见缺陷1）夹渣：球化处理时氧化物、硫化物随铁水）夹渣：球化处理时氧化物、硫化物随铁水 流入铸型流入铸型防止措施：防止措施：（（1））↓S原原；；（（2））↓Mg′、、RE′；；（（3））T浇浇>1350℃；；（（4）扒渣清除铁水表面熔渣；）扒渣清除铁水表面熔渣；（（5）加过滤网加过滤网1122.常见缺陷常见缺陷2）石墨漂浮：铁液中）石墨漂浮：铁液中C、、Si（（CE）量过高）量过高 （已达过共晶）已达过共晶） 防止措施防止措施: （（1）严控）严控CE<4.6~4.7%；； （（2））↓Si原原例：天内的大发夏利轿车的球铁件例：天内的大发夏利轿车的球铁件1133）皮下气孔：原因：）皮下气孔：原因： Mg（铁水）（铁水）+H2O（型）（型）→MgO+H2↑ 防止措施：严格控制防止措施：严格控制Mg′和型砂水分量。

和型砂水分量2.常见缺陷常见缺陷1142.常见缺陷常见缺陷4）缩孔缩松：主要原因为造型工艺、砂型紧实度等 防止措施：（1）增加铸型刚度，提高砂型紧实度；（2）造型工艺上选用冒口、冷铁等工艺；（3）适当增加碳量，提高自补缩能力；（4）采用适宜的浇注温度 115 5）球化不良：球化剂加入量不足，球化元素烧损 大，球化衰退严重，微量元素干扰球化等 防止措施： （1）加入足量的球化剂； （2）↓S原； （3）合理、稳定的球化处理工艺； （4）优质的原材料； （5）快速浇注工艺 116结 论： 球墨铸铁历经半个多世纪的发展，由于其从根本上消弱了石墨对铸件力学性能的负面影响，因而得到了越来越大的重视和发展而且，随着球铁生产技术的不断进步和日益完善，它的产量和质量也在大幅度迅速提高可以预期，球铁的应用和推广将出现一个新的水平 117。