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1、球墨铸铁特性及奠应用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墨析岀的铸铁。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石墨的存在，使得石墨对金属基体的切口作用大 为减如畫本消除了片状引起中现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 过的球墨铸铁可以取得很好的韧性，延伸率高达 24抗拉强度可以高达1400MPa,基本接近 钢材。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。球墨铸铁的形成有意儿了解mi饗牆鳩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， 什么样的金相结构决定了什么样的
2、力学性 能。球墨铸铁也不例外，只有石墨球化，才 能复挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能 有有墨球化,进一步改变 基体的性能才更有懐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 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,在随盾浇铸、充 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。球状石墨的形核石墨形核的条件石墨的形核閤均质形核和异质形核。均质形核：C的微观原子团(C6)n 晶胚铁液过冷度达2 00300 °C异质形核：形核基底的外来质点形核物质1 石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平衡石墨2、岩状结构碳化
3、物基底3、氧化物球墨铸铁的孕育球墨铸铁孕育的重要性灰铸铁、球墨铸铁孕育的异同点孕育衰退现象提高孕育效果的措施3选择强效孕育剂b.必要的S的含量C.改善处理方法 d 提高铸件：球状石墨的生长球状石墨的生长条件3、极低的硫、氧含b、限制反球化元素c、保证必要的冷却速度d、添加的球化元素第一组：镁、锂、饰、钙、澜、樸、侈、纟商、穗、钦、铝第二组：顿、锂、锥、挪、锂、牡、钾、钠 第三组：铝、锌、镉、锡最佳含量 W(Mg)： (0.04-0.08)% W(Ce): (0.07-0.12)% W(Y) :(0.15-0.2)%石墨球的螺旋生长n -母蛾®一罐化学成分中，对石墨生长有墨蟲黠翻r在于
4、改期石墨球生长的工艺措施从生丿'7实践屮得知，使石墨 按球状生长的工艺措施为改变化 学成分和控制冷却速度。重要影响的是一些能显著改变铁 液过冷倾向的元素；而引起铸铁 冷珈1摩产生变化的因素则是铸 件壁厚、铸型以及浇铸。球墨铸铁的金相组织与力学性能的关系提高。也只有石墨球步改艾基体的性能才更有意.1、金相组织球状石墨外貌接 近球形，内部呈放射 状，有明显的偏光效 应。石墨是由很多角、团絮布绅吆林团2、球化分级说明2级90-953级809070-806070泸虫状、片状及球球化级别1级球化率（）95石墨呈球状，少量团絮，允许极少量 团絮状石墨大部分呈球状，余为团状和极少 量团絮状'
5、 ' * z z '石墨大部分呈团状，余为团絮状，允 许有极少量蠕虫状3、石墨大小石墨球大小分级(GB9441-1988)级别3级4级5级6级7级8级石墨直径(100X)mm>25-50>12-25>6-12M>1.5-3AGB9441 -1998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分 成六级。球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减 小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地坪壷铸铁的强石墨球径的减小，匕球墨铸铁数量增亠咼抗夕,丿 1XzJ7LzZx<>7 7SZ<.vE冋 疲劳遐度的一个要求。抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是各
6、种基体与力学性能的关系1、铁素体根据GB9441-1 988球墨铸铁金相检验评定铁素体数量。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数量，仅检查与其共存的珠光体数量43、奥氏偉、贝氏越、马氏憐由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等温淬 火，加入适当元素获得。4、渗碳体渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中易使 基体变脆，故应避免其出现。5、磷共晶体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 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 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一、五大元素1、碳和硅由于石墨球对基体
7、的削弱作用很小，所以碳含量在3.2-3.8%时，对力学栓能无咱显影响。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 八当碳含量ii低肘,铸性易产生缩松和裂纹;碳当量过 髙时,易产生爲墨漂潘现象,结果傥夾朶物增参。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2.8%时，可 能降低韧性，使韧性一脆性转变温度升高。1量应适当降低因此，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，则含硅县铁素体C： 3.6-4.0% Si： 2珠光体C： 3.4-3.8% Si： 22、猛球墨铸铁中，由于球化元素具有很强 的脱硫能力，不需要
8、猛承担这种功能。猛 有严重的正偏析倾向，往往盲可能富集于 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。铸态铁素体Mn： 0.3-0.4%4-0.8%珠光体球铁Mm 03、磷nnG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 共晶，严重降低球铁的韧性。对于寒冷地区使用的铸件，易采用磷的下限含量。磷的含量控制在0.04-0.06%以下。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 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 产生缺陷。国外一般要求铁液含硫量低于0.02% ,1、合金元素球墨铸
9、铁的合金元素主要有铝、铜、 镰、纟各、鳞、飢、钮等金属。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。球墨铸铁的凝固特点1、球墨铸铁有较宽的共晶温度范围2、球墨铸铁的糊状凝固特性3、球墨铸铁具有较大的共晶膨胀球墨铸铁的典型缺陷1、球化不良和球化退化特征：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。原因：原铁液含硫高，过量反球化元素。2、缩孔和缩松特征：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 缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第垂次收 缩阶段。被树枝晶分割的溶池处成为真 空，凝固蛊的孔壁粗糙、排满树枝晶的 疏松孑为缩松。Hf23、石墨漂浮HV2III特征：
10、冷却过程中的过共晶铁液首先 析岀石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布 于铸件最后部位的上部的冒口处。微观观 察石墨球串接呈开花状。HQ原因：碳当量和稀土残留量高，炉料 原始尺寸大、数量多，都可能增加石墨漂rr措施：建议C< 4% 注意原生铁与其他炉料的搭配。4、反白口特征：宏观断面为界限清晰的白亮块，呈方向性白亮针，出现于热节中心。金相观察为过冷 密集细针状渗碳体。原因：凝固热节中心偏析富镁、稀土、猛等 白口化元素，孕育不足或大件冷却速度快等。措施：保证球化前提下减少残留稀土镁，防牛铸件温度5、夹渣特征：浇铸位置上表面或死角处，断面呈暗 黑无光泽、深浅不一的夹杂物，金相为可见、块 状夹杂物。
11、原因：形成一次夹渣的重要原因是原铁液含 硫量高、氧化严重；二次夹渣主要原因是镁残留 量过高，提高了氧化膜形成温度。7、应力变形和裂纹特征：收缩应力、相变应力之和超过 断面金属抗断裂后形成裂纹，热裂呈暗褐 色不平整端口，冷裂形成浅褐色光滑平直 断口。原因：碳含量低，碳化物形成元素增 加，孕育不足，冷却过快等。h量，降低含磷8、碎块状石墨特征：出现在Ce等活性元素富集在共 晶团边界，促使该区域过饱和析出而形成 蠕虫状盜墨，其断血形态为碎块状。原因：冷却缓慢，共晶凝固时间过长 引起的成分偏析和孕育衰退。措施;选用纯净炉樹并限制Ce等兀蠡 低的碳入Sb、Y、薄壁铸态球墨铸铁在欧美发达国家的阀门铸造 工
12、艺中，日趋使用薄壁铸件， 可以节约资源。薄壁铸态球墨铸铁件是壁厚: 仅为几毫米的铸件。由于薄 壁,共晶凝固吋冷却速度极 快，制白口组织的出现蕖700W 600学500N 400報300董200弊1004H 0冷却速度与临界球数的关系0 1 2 5 10 15 20 25成为首要问题。在铸铁凝固时，存在石墨共晶与渗碳体共晶两种形 式。在平衡状态图中，前者的温度比后者高。为了要避免 白口的产生，应使石墨共區凝固过程在温度达到渗碳体共 晶以前完成，这就扁要琥咼右墨共晶的凝固速-率，一 定的冷却速度下，球铁共晶团的生长速度是一定的，因此 提高石墨共晶的凝固速度，就必须增加共晶团数量。Iri协 r墨。
13、铸石现- 球临口呷 对即汩脱 !£:r il蠶 防共J冷 为界徴靳 曲|ISIS存数，球度墨速M却有冷只一。6、皮下气孔特征：铸件表皮下2-3mm处均匀或蜂窝状 分布的球形、椭圆形或针孔状内壁光滑孔洞，直 径0.53mm,在热处理和抛丸后暴露，小件中 较多。原因：铁液表明形成的氧化膜阻碍气体析岀，碳化反应中形成的气体，镁残留量多形成的球墨铸铁铸件形式1、2、3、4、大断面球墨铸铁 铸态球墨铸铁件 薄壁球墨铸铁件 高强度高韧性球铁球墨铸铁的性能球墨铸铁的力学性能以抗拉强度和延伸率两 个指标作另矯帕表据0在生产工艺稳定的条件下，也可根据硬度值 进行验收。因硬度与强度的对应美系建立在球化
14、合格，化学成分、孕育稳定，铸造工艺合理的基 础區为保证性能,规定按硬度验收时,必须检 验金相组织，其球化率不得低于4级。GB规定的球墨铸铁牌号序号号 牌值 小 最织 纽 相 金 要 主bo度a) 购MP .A-?/(2£° (率) 伸o o4o5281体 素 铁mo o4o5251铁mo54o31o1oii2-o61体 素 铁Eo o5o237mo o6o373o72o91-EJo o7o242体 光 珠mo o8o842Eo o9o o621 一、球墨铸铁的力学性能7、净荷载性能(T )硬学 諮蠶铁昨鬻瞬蠶汕(2)强度和塑性 龍麗蟹皺鸚続鶴卑于黔组 赢器鶯睪体芒卉体。u取
15、屜基S是上2、动荷载性能(1)冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁由于 上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变化范围较大。基体组织铁索体珠光体贝氏体14012050-1501008015-35604030-1002020-60o冲击韧度(J/cm2)有缺口 无缺口80 °C0-160 -120:常温冲寻(2)疲劳强度某些球墨铸铁具有很高的疲劳强度，相当于45号正火 钢，如珠光体球铁。材料抗拉强度。b(MPa)疲劳强度。-1(MPa)疲劳强度/ 抗拉强度铁索体球铁4612060.45铁索体球铁4702450.52珠光体球铁7352550.347珠光体球铁76026
16、90.35珠光体球铁7102620.37贝氏体球铁1170-1470304-3430.2-0.26铁索体球铁4902100.43珠光体一铁素体球铁球铁6212760.44回火马氏体坷9313380.36上贝硏体球钞匚10884120.38试验温度（摄氏度）3、高温性能（1）硬度高笔熔聲購痹 噩魏曙并豔贅豫的硕度。四种退火球墨铸铁的高温硬度上贝氏体 *下贝氏体珠光体 卄铁素体o o o O0 5 0 52 11 S8H擲瞿出忙试验温度（摄氏度）（2）高温短时力学性能图中表明球墨 铸铁抗拉强度随温 度弁高而際低。A一-一铁素体 亠珠光体1 1 1 1 1 1 1 1|OOOOOOOOOOOOOOO
17、OOOOOO09876543211A延伸率中，铁 素体先显著降低再 急剧升高，珠光体 降，处后显 者增加。0100300500700试验温度（摄氏度）6(乂)<§:徵铁素体 珠光体1 1 1 1 1 1 1 1 1o o o o o O5 4 3 2 1O OOOOOOoooL0OOOOooT1coVg9co试验温度（摄氏度）（3）高温蠕变和持久强度材料常温（20°C）力学性能试验温度°C高温持久强度（MPa）抗拉强度j延伸率6100h1000h退火铁素体433.022427538649210.768.322.7169.551.5152.5正火珠光体901.
18、65427538649352.8115.227.4285.262.216.7奥氏体429.235427538649277.3176.481.8236.2142.160.8(4)抗疲劳强度温度(°C)20疲劳强度O 一1 (MPa)退火铁素体183.3铸态珠光体223.4250203.8183.3400132.3176.450(.34、低温性能随温度降低，球墨铸铁逐渐发生由韧 性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，冲击值急剧下降。同时，屈服强度提高，延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形量较小即断铁素体和珠光体的低温拉伸性能Si： 2.1% ； P： 0.09%温
20、5中硅耐热球铁7.1（2）熔融状态镁球墨铸铁的密度温度"C12251250130013351350137514001415备注密度 (g/cm_0)7.056.946.916.856.786.75(1)6.906.876.836.80(2)1) C:3.44%, Si:2.56%, Mn:0.22%, P:0.11%C:3.3-3.6%, Si:1.6-2.6%, Mn:0.4-0.5%,5 0 5 0 52 2 112、线膨胀系数随着温度升高，线膨胀系数缓慢增 力口，600°C以后显著增加。30珠光体 铁素体奥氏体0 11105001000温度°C（3）热导率热
21、导率取决于成分、组织、石墨形态和 温度。石墨比基体组织的导热性好，忍墨沿 基面又比沿C轴的导热性好。含碳量越高，导热性越好；球化率越、球墨铸铁的其他性能1、减震性球墨铸铁的减震性优于钢，劣于灰铸 铁。球化率越高，减震性越差。温度上升，灰铸铁的减震性下降，但是 对球墨铸铁的影响很小。2、切削性能球墨铸铁含有较多的石墨，起到切削润滑作用。因此球墨铸铁的切削阻力小于钢，切削速度较高。珠光体增多使球墨铸铁的切削性能下降,3、焊补性球墨铸铁爲能焊接，只能焊补。当球墨铸铁中稀土镁合金含量较高时，在焊缝和近焊缝区易产生白口或马氏体组织，形成 内应力和裂纹。为此，国家标准GB/T1 0044 1 988规4、
22、耐热性亠I球墨铸铁中的石墨彼此分离与灰铸 铁相比，可阻碍高温下氧的扩散。因此球 墨铸铁的抗氧化性和抗生长性均优于灰铸 铁，也优于可锻铸铁。铁素体球墨铸铁的高温抗生长性优于5、耐腐蚀性在大气中球墨铸铁耐蚀性优于钢，与灰铸铁、可锻 铸铁相近。球墨铸铁在土壤的耐蚀性优*钢JI与灰铸铁相近。球墨铸铁抗点蚀能力略强，但球墨铸铁管经腐蚀后的 强度损失则小蓋灰铸铁管。球墨铸铁在室温,0.5%的硫 酸溶液的耐蚀性与灰铸铁大体航,翳始艇段球墨铸铁 的腐蚀率低于灰铸铁，但在灰铸铁表面形成石墨化层后 腐蚀速度下降，球墨铸铁则无下降倾向，而在后期高于 灰铸铁。球墨铸铁和灰铸铁在喊溶液中的耐蚀性良好"与钢柱球墨铸铁的应用铁素体球墨铸铁的性能及应用铁素体球墨铸铁是基体组织中，铁素体占到80 %以上，余量为珠光体的球墨铸铁，典型牌号 为Q
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