球墨铸铁特性及其应用资料.pdf

球墨铸铁特性及其应用球墨铸铁特性及其应用 djia ng 数字签名 者：djiang DN：cn=djian g 日 期：2011.04.0 6 14:23:53 +08'00' 球墨铸铁的概念球墨铸铁的概念  球墨铸铁的概况球墨铸铁的概况 球墨铸铁是指铁液在凝固过程中碳以球型石球墨铸铁是指铁液在凝固过程中碳以球型石 墨析出的铸铁与灰铸铁相比，其金相组织的最墨析出的铸铁与灰铸铁相比，其金相组织的最 大不同是石墨形状的改变，避免了灰铸铁中尖锐大不同是石墨形状的改变，避免了灰铸铁中尖锐 石墨的存在，使得石墨对金属基体的切口作用大石墨的存在，使得石墨对金属基体的切口作用大 为减少，基本消除了片状石墨引起的应力集中现为减少，基本消除了片状石墨引起的应力集中现 象，使得金属基体的强度利用率达到象，使得金属基体的强度利用率达到7070－－9090％，％， 从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥 球墨铸铁可以像钢一样，通过热处理和合金球墨铸铁可以像钢一样，通过热处理和合金 化等措施来进一步提高其使用性能比如，处理化等措施来进一步提高其使用性能比如，处理 过的球墨铸铁可以取得很好的韧性，延伸率高达过的球墨铸铁可以取得很好的韧性，延伸率高达 2424％；抗拉强度可以高达％；抗拉强度可以高达1400MPa1400MPa，基本接近，基本接近 钢材。

钢材 与钢材相比，球墨铸铁还有很多优点比如与钢材相比，球墨铸铁还有很多优点比如 铸造性能好，成本相对较低铸造性能好，成本相对较低 由于球墨铸铁产量的不断增加，性能不断开由于球墨铸铁产量的不断增加，性能不断开 发，现已成功部分取代了锻钢和铸钢，成为前景发，现已成功部分取代了锻钢和铸钢，成为前景 广阔的金属结构材料广阔的金属结构材料 球墨铸铁的金相组织球墨铸铁的金相组织 金相组织与力学性能的关系金相组织与力学性能的关系 力学性能与金属的金相组织密切相关，力学性能与金属的金相组织密切相关， 什么样的金相结构决定了什么样的力学性什么样的金相结构决定了什么样的力学性 能球墨铸铁也不例外，只有石墨球化，才能球墨铸铁也不例外，只有石墨球化，才 能发挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能能发挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能 大幅度提高也只有石墨球化，进一步改变大幅度提高也只有石墨球化，进一步改变 基体的性能才更有意义基体的性能才更有意义 因此，对球墨铸铁的金相研究，是我们因此，对球墨铸铁的金相研究，是我们 了解球墨铸铁，使用球墨铸铁的前提条件了解球墨铸铁，使用球墨铸铁的前提条件 球墨铸铁的形成球墨铸铁的形成 球状石墨的形成经历了形核与生长两个阶球状石墨的形成经历了形核与生长两个阶 段。

其中的形核是石墨的首要过程，铁液在熔炼段其中的形核是石墨的首要过程，铁液在熔炼 及随后的球化、孕育处理中产生大量的非金属夹及随后的球化、孕育处理中产生大量的非金属夹 杂物，初生的夹杂物非常小，在随后浇铸、充杂物，初生的夹杂物非常小，在随后浇铸、充 型、凝固过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下型、凝固过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下 沉，成为石墨析出的核心沉，成为石墨析出的核心 球状石墨核心形成以后，碳原子开始在核心球状石墨核心形成以后，碳原子开始在核心 基底上堆砌，石墨最终生成的形状决定受工艺条基底上堆砌，石墨最终生成的形状决定受工艺条 件影响的生长方式件影响的生长方式 所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨 的关键 球状石墨的形核球状石墨的形核 单个夹杂物单个夹杂物 复合夹杂物复合夹杂物 球状石墨的核心球状石墨的核心球状石墨的核心球状石墨的核心 石墨形核的条件石墨形核的条件 石墨的形核分均质形核和异质形核石墨的形核分均质形核和异质形核 均质形核：均质形核：C C的微观原子团的微观原子团 （（C C 6 6 ））n n ————晶胚晶胚 铁液过冷度达铁液过冷度达200200－－300300℃℃ 异质形核：形核基底的外来质点异质形核：形核基底的外来质点 符合晶格匹配关系（失配度符合晶格匹配关系（失配度δδ25－－50501212- -252566- -121233- -6 61.51.5- -3 3≤≤1.51.5 3 3、石墨大小、石墨大小 石墨球大小分级石墨球大小分级(GB9441(GB9441- -1988)1988) 各种基体与力学性能的关系各种基体与力学性能的关系 1 1、铁素体、铁素体 根据根据GB9441GB9441- -19881988球墨铸铁金相检验球墨铸铁金相检验 评定铁素体数量。

其百分比，按大多数视评定铁素体数量其百分比，按大多数视 场对照图片评定一般不检查牛眼铁素体场对照图片评定一般不检查牛眼铁素体 数量，仅检查与其共存的珠光体数量数量，仅检查与其共存的珠光体数量 2 2、珠光体、珠光体 在球墨铸铁中，珠光体的形态一般分三在球墨铸铁中，珠光体的形态一般分三 级：粗状珠光体、片状珠光体、细片状珠级：粗状珠光体、片状珠光体、细片状珠 光体 随着珠光体的细化，球墨铸铁的强度随着珠光体的细化，球墨铸铁的强度 和硬度有所提高若基体为粒状珠光体，和硬度有所提高若基体为粒状珠光体， 则球墨铸铁在保持一定强度的同时，具有则球墨铸铁在保持一定强度的同时，具有 更高的塑性更高的塑性 3 3、奥氏体、贝氏体、马氏体、奥氏体、贝氏体、马氏体 由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等温淬由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等温淬 火，加入适当元素获得火，加入适当元素获得 4 4、渗碳体、渗碳体 渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中易使渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中易使 基体变脆，故应避免其出现基体变脆，故应避免其出现 5 5、磷共晶体、磷共晶体 磷共晶体在球墨铸铁中对性能的危害比在灰磷共晶体在球墨铸铁中对性能的危害比在灰 铸铁中大得多。

沿晶界分布的二元或三元磷共晶铸铁中大得多沿晶界分布的二元或三元磷共晶 体，强烈降低球墨铸铁的韧性、塑性和强度，受体，强烈降低球墨铸铁的韧性、塑性和强度，受 冲击时，裂痕总是沿磷共晶体边缘开始开裂冲击时，裂痕总是沿磷共晶体边缘开始开裂 球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分 选择适当的化学成分是保证球墨铸铁选择适当的化学成分是保证球墨铸铁 获得良好的金相组织和高性能的基本条获得良好的金相组织和高性能的基本条 件，化学成分的选择既要利于石墨的球化件，化学成分的选择既要利于石墨的球化 和获得满意的基体，以期获得满意的性和获得满意的基体，以期获得满意的性 能，又要使球墨铸铁具有良好的铸造性能，又要使球墨铸铁具有良好的铸造性 能 一、五大元素一、五大元素 1 1、碳和硅、碳和硅 由于石墨球对基体的削弱作用很小，所以碳含量在由于石墨球对基体的削弱作用很小，所以碳含量在 3.23.2- -3.8%3.8%时，对力学性能无明显影响确定球墨铸铁的时，对力学性能无明显影响确定球墨铸铁的 碳硅含量时，主要从保证铸造性能考虑，将碳当量选择在碳硅含量时，主要从保证铸造性能考虑，将碳当量选择在 共晶成分左右共晶成分左右。

当碳含量过低时，铸件易产生缩松和裂纹；碳当量过当碳含量过低时，铸件易产生缩松和裂纹；碳当量过 高时，易产生石墨漂浮现象，结果使夹杂物增多高时，易产生石墨漂浮现象，结果使夹杂物增多 硅可以提高石墨球的圆整度，细化石墨，还可以减小硅可以提高石墨球的圆整度，细化石墨，还可以减小 结晶过冷和白口倾向一般认为硅含量大于结晶过冷和白口倾向一般认为硅含量大于2.82.8％时，可％时，可 能降低韧性，使韧性－脆性转变温度升高能降低韧性，使韧性－脆性转变温度升高 因此，选择碳硅含量时，应按照高碳低硅的原则，铸因此，选择碳硅含量时，应按照高碳低硅的原则，铸 件在寒冷地区使用，则含硅量应适当降低件在寒冷地区使用，则含硅量应适当降低 铁素体铁素体C C：：3.63.6- -4.0% Si4.0% Si：：2.42.4- -2.8%2.8% 珠光体珠光体C C：：3.43.4- -3.8% Si3.8% Si：：2.22.2- -2.4%2.4% 2 2、锰、锰 球墨铸铁中，由于球化元素具有很强球墨铸铁中，由于球化元素具有很强 的脱硫能力，不需要锰承担这种功能锰的脱硫能力，不需要锰承担这种功能锰 有严重的正偏析倾向，往往有可能富集于有严重的正偏析倾向，往往有可能富集于 共晶团界处，严重时会促使形成晶间碳化共晶团界处，严重时会促使形成晶间碳化 物，显著降低球墨铸铁的韧性。

物，显著降低球墨铸铁的韧性 铸态铁素体铸态铁素体MnMn：：0.30.3- -0.4%0.4% 珠光体球铁珠光体球铁MnMn：：0.40.4- -0.8%0.8% 3 3、磷、磷 磷在球墨铸铁中有很强的偏析倾向，具有磷在球墨铸铁中有很强的偏析倾向，具有 增大球铁的缩松倾向，易在晶界处形成磷增大球铁的缩松倾向，易在晶界处形成磷 共晶，严重降低球铁的韧性共晶，严重降低球铁的韧性 对于寒冷地区使用的铸件，易采用磷对于寒冷地区使用的铸件，易采用磷 的下限含量的下限含量 磷的含量控制在磷的含量控制在0.040.04- -0.06%0.06%以下 4 4、硫、硫 球墨铸铁中硫与球化元素的化合能力球墨铸铁中硫与球化元素的化合能力 很强，生成硫化物或硫氧化物，不仅消耗很强，生成硫化物或硫氧化物，不仅消耗 球化剂，造成球化不稳定，衰退速度加球化剂，造成球化不稳定，衰退速度加 快，而且还使夹杂物数量增多，导致铸件快，而且还使夹杂物数量增多，导致铸件 产生缺陷产生缺陷 国外一般要求铁液含硫量低于国外一般要求铁液含硫量低于0.02%0.02%，， 我国目前由于焦炭含量较高等熔炼条件的我国目前由于焦炭含量较高等熔炼条件的 限制，往往达不到这一标准，应进一步改限制，往往达不到这一标准，应进一步改 善熔炼条件，有条件可进行炉外脱硫。

善熔炼条件，有条件可进行炉外脱硫 二、合金元素二、合金元素 球墨铸铁的合金元素主要有钼、铜、球墨铸铁的合金元素主要有钼、铜、 镍、铬、锑、钒、铋等金属镍、铬、锑、钒、铋等金属 这些元素的主要是起提高铸铁的强这些元素的主要是起提高铸铁的强 度，稳定基体组织的作用度，稳定基体组织的作用 球墨铸铁的凝固特点球墨铸铁的凝固特点 1 1、球墨铸铁有较宽的共晶温度范围、球墨铸铁有较宽的共晶温度范围 2 2、球墨铸铁的糊状凝固特性、球墨铸铁的糊状凝固特性 3 3、球墨铸铁具有较大的共晶膨胀、球墨铸铁具有较大的共晶膨胀 球墨铸铁的典型缺陷球墨铸铁的典型缺陷 1 1、球化不良和球化退化、球化不良和球化退化 特征：断口银灰色，分布芝麻状黑斑点特征：断口银灰色，分布芝麻状黑斑点 金相组织分布大量厚片石墨金相组织分布大量厚片石墨 原因：原铁液含硫高，过量反球化元素原因：原铁液含硫高，过量反球化元素 建议选用低硫焦炭，脱硫处理，必要时增建议选用低硫焦炭，脱硫处理，必要时增 加球化剂稀土量，控制冲天炉鼓风强度和加球化剂稀土量，控制冲天炉鼓风强度和 料位 2 2、缩孔和缩松、缩孔和缩松 特征：缩孔发生于第一次收缩阶段。

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，含气孔的暗表面凹陷及局部热节凹陷，含气孔的暗 缩孔，内壁粗糙缩松发生于第二次收缩孔，内壁粗糙缩松发生于第二次收 缩阶段被树枝晶分割的溶池处成为真缩阶段被树枝晶分割的溶池处成为真 空，凝固后的孔壁粗糙、排满树枝晶的空，凝固后的孔壁粗糙、排满树枝晶的 疏松孔为缩松疏松孔为缩松 原因：碳当量低，磷含量高，增加缩原因：碳当量低，磷含量高，增加缩 孔缩松倾向孔缩松倾向 措施：提高铸型刚度，如使用树脂措施：提高铸型刚度，如使用树脂 砂，提高铁液碳当量砂，提高铁液碳当量 3 3、石墨漂浮、石墨漂浮 特征：冷却过程中的过共晶铁液首先特征：冷却过程中的过共晶铁液首。