球墨铸铁灰铁.doc

1、国标中一般球墨铸铁的表示方法为：QT400-15、QT400-18 等等，这里 QT 为球铁的第一个大写字母简称，400 指的是零件的抗拉强度，15、18 指的是延伸率。国外球墨铸铁的表示方法很多，欧标中的 EN-GJS-400-15/18,德标中球墨铸铁的牌号为GGG40/GGG40.3/GGG50 等等。国标中灰铸铁一般表示方法为：HT150、HT200、HT250 等等，这里 HT 为灰铸铁的第一个大写字母简称，150 指的是零件的抗拉强度，德标中灰铁件的表示方法为GGG15/GGG20/GGG25/GGG30 等等。现场：首先你要认识两种材质本质上的区别：灰铸铁组织里的石墨是以片状存在

2、,球墨铸铁组织里的石墨是以球状存在的.灰铸铁强度 塑性低(片状石墨割裂基体,引起应力集中),脆性大, 消振性能好.主要用来生产一些强度要求不高的零件 ,球形石墨对基体的割裂作用降到最低 ,应力集中作用最小,可以充分发挥基体的性能 ,且有一定的塑性和良好的韧性 .因此，球墨铸铁的强度要比灰铸铁高很多！灰铸铁组织里的石墨是以片状存在,球墨铸铁组织里的石墨是以球状存在的.组织上的差别导致它们的性能也有巨大差异:灰铸铁强度塑性低(片状石墨割裂基体,引起应力集中),脆性大,消振性能好.主要用来生产一些强度要求不高,主要承受压应力的各种箱体底座等.球墨铸铁:球形石墨对基体的割裂作用降到最低,应力集中作用最

3、小,故其强度很高,可以和中碳钢蓖美,可以充分发挥基体的性能,且有一定的塑性和良好的韧性.常用来制作一些强韧性要求高且形状复杂(铸造性能比钢好,但比灰铸铁要差)的工件,比如内燃机曲轴连杆等之类的零件.球墨铸铁一般还可以经过热处理来进行强化,而灰铸铁一般不能经过热处理来提高强度(片状石墨的影响).灰铸铁灰 铸 铁 灰 铸 铁 的 组 织 和 性 能 组 织 ： 可 看 成 是 碳 钢 的 基 体 加 片 状 石 墨 。 按 基 体 组 织 的 不 同 灰 铸 铁 分为 三 类 ： 铁 素 体 基 体 灰 铸 铁 ； 铁 素 体 一 珠 光 体 基 体 灰 铸 铁 ； 珠 光 体 基 体 灰 铸铁

4、。 力 学 性 能 ： 灰 铸 铁 的 力 学 性 能 与 基 体 的 组 织 和 石 墨 的 形 态 有 关 。 灰 铸铁 中 的 片 状 石 墨 对 基 体 的 割 裂 严 重 ， 在 石 墨 尖 角 处 易 造 成 应 力 集 中 ， 使 灰 铸铁 的 抗 拉 强 度 、 塑 性 和 韧 性 远 低 于 钢 ， 但 抗 压 强 度 与 钢 相 当 ， 也 是 常 用 铸 铁件 中 力 学 性 能 最 差 的 铸 铁 。 同 时 ， 基 体 组 织 对 灰 铸 铁 的 力 学 性 能 也 有 一 定 的影 响 ， 铁 素 体 基 体 灰 铸 铁 的 石 墨 片 粗 大 ， 强 度 和 硬

5、度 最 低 ， 故 应 用 较 少 ； 珠光 体 基 体 灰 铸 铁 的 石 墨 片 细 小 ， 有 较 高 的 强 度 和 硬 度 ， 主 要 用 来 制 造 较 重 要铸 件 ； 铁 素 体 一 珠 光 体 基 体 灰 铸 铁 的 石 墨 片 较 珠 光 体 灰 铸 铁 稍 粗 大 ， 性 能 不如 珠 光 体 灰 铸 铁 。 故 工 业 上 较 多 使 用 的 是 珠 光 体 基 体 的 灰 铸 铁 。 其 他 性 能 ： 良 好 的 铸 造 性 能 、 良 好 的 减 振 性 、 良 好 的 耐 磨 性 能 、 良 好的 切 削 加 工 性 能 、 低 的 缺 口 敏 感 性 灰 铸

6、铁 的 热 处 理 ： 1.消 除 内 应 力 退 火 2.改 善 切 削 加 工 性 退 火 3.表 面 淬 火 灰 铸 铁 的 密 度灰 铸 铁 分 HT250 与 HT220， 其 密 度 分 别 为 7.35g/cm与7.2g/cm。球墨铸铁百科名片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

7、料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。成 分生 铁 是 含 碳 量 大 于 2 的 铁 碳 合 金 ， 工 业 生 铁 含 碳 量 一 般 在 2.5%-4%， 并 含C、 SI、 Mn、 S、 P 等 元 素 ， 是 球 墨 铸 铁用 铁 矿 石 经 高 炉 冶 炼 的 产 品 。 根 据 生 铁 里 碳 存 在 形 态 的 不 同 ， 又 可 分 为 炼 钢 生 铁 、 铸 造生 铁 和 球 墨 铸 铁 等 几 种 。 析 出 的 石 墨 呈 球 形 的 铸 铁 。 球 状 石 墨 对 金 属 基 体 的 割 裂 作 用 比 片 状 石 墨 小 ， 使 铸铁 的 强 度 达 到 基 体 组

8、 织 强 度 的 70 90 ， 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 3.6 3.8 ， 含 硅 量2.0 3.0 ， 含 锰 、 磷 、 硫 总 量 不 超 过 1.5 和 适 量 的 稀 土 、 镁 等 球 化 剂 。 编 辑 本 段性 能球 铁 铸 件 差 不 多 已 在 所 有 主 要 工 业 部 门 中 得 到 应 用 ， 这 些 部 门 要 求 高 的 强 度 、 塑 性 、韧 性 、 耐 磨 性 、 耐 严 球 墨 铸 铁重 的 热 和 机 械 冲 击 、

9、 耐 高 温 或 低 温 、 耐 腐 蚀 以 及 尺 寸 稳 定 性 等 。 为 了 满 足 使 用 条 件的 这 些 变 化 、 球 墨 铸 铁 现 有 许 多 牌 号 ， 提 供 了 机 械 性 能 和 吻 理 性 能 的 一 个 很 宽 的 范围 。 如 国 际 标 准 化 组 织 ISO1083 所 规 定 的 大 多 数 球 墨 铸 铁 铸 件 ， 主 要 是 以 非 合 金 态 生产 的 。 显 然 ， 这 个 范 围 包 括 抗 拉 强 度 大 于 800 牛 顿 /毫 米 ， 延 伸 率 为 2%的 高 强 度 牌 号 。另 一 个 极 端 是 高 塑 性 牌 号 ， 其 延

10、伸 率 大 于 17%， 而 相 应 的 强 度 较 低 (最 低 为 370 牛 顿 /毫 米 勺 。 强 度 和 延 伸 率 并 不 是 设 计 者 选 择 材 料 的 唯 一 根 ， 而 其 它 决 定 性 的 重 要 性 能 还 包括 屈 服 强 度 、 弹 性 模 数 、 耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 、 硬 度 和 冲 击 性 能 。 另 外 ， 耐 蚀 性 和 抗 氧化 以 及 电 磁 性 能 对 于 设 计 者 也 许 是 关 键 的 。 为 了 满 足 这 些 特 殊 使 用 ， 研 制 了 一 组 奥 氏 体球 铁 ， 通 常 叫 傲 Ni 一 Resis 亡 球 铁 。

11、 这 些 奥 氏 体 球 铁 ， 主 要 用 锌 、 铬 和 锰 合 金 化 ， 并且 列 入 国 际 标 准 。 编 辑 本 段历 史国 内在 河 南 巩 县 铁 生 沟 西 汉 中 、 晚 期 的 冶 铁 遗 址 中 出 土 的 铁 ， 经 过 金 相 检 验 ， 具 有放 射 状 的 球 状 石 墨 ， 球 墨 铸 铁球 化 率 相 当 于 现 代 标 准 一 级 水 平 。 而 现 代 的 球 墨 铸 铁 则 是 迟 至 1947 年 才 在 国 外 研 制成 功 的 。 我 国 古 代 的 铸 铁 ， 在 一 个 相 当 长 的 时 期 里 含 硅 量 都 偏 低 ， 也 就 是 说

12、 ， 在 约2000 年 前 的 西 汉 时 期 ， 我 国 铁 器 中 的 球 状 石 墨 ， 就 已 由 低 硅 的 生 铁 铸 件 经 柔 化 退 火 的方 法 得 到 。 这 是 我 国 古 代 铸 铁 技 术 的 重 大 成 就 ， 也 是 世 界 冶 金 史 上 的 奇 迹 。 球 墨 铸 铁 以 其 优 良 的 性 能 ， 在 使 用 中 有 时 可 以 代 替 昂 贵 的 铸 钢 和 锻 钢 ， 在 机 械 制 造工 业 中 得 到 广 泛 应 用 。 国 际 冶 金 行 业 过 去 一 直 认 为 球 墨 铸 铁 是 英 国 人 于 1947 年 发 明的 。 西 方 某 些

13、 学 者 甚 至 声 称 ， 没 有 现 代 科 技 手 段 ， 发 明 球 墨 铸 铁 是 不 可 想 象 的 。1981 年 ， 我 国 球 铁 专 家 采 用 现 代 科 学 手 段 ， 对 出 土 的 513 件 古 汉 魏 铁 器 进 行 研 究 ，通 过 大 量 的 数 据 断 定 汉 代 我 国 就 出 现 了 球 状 石 墨 铸 铁 。 有 关 论 文 在 第 18 届 世 界 科 技史 大 会 上 宣 读 ， 轰 动 了 国 际 铸 造 界 和 科 技 史 界 。 国 际 冶 金 史 专 家 于 1987 年 对 此 进 行验 证 后 认 为 ： 古 代 中 国 已 经 摸

14、索 到 了 用 铸 铁 柔 化 术 制 造 球 墨 铸 铁 的 规 律 ， 这 对 世 界 冶 金史 作 重 新 分 期 划 代 具 有 重 要 意 义 。 国 外1947 年 英 国 H.Morrogh 发 现 ， 在 过 共 晶 灰 口 铸 铁 中 附 加 铈 ， 使 其 含 量 在 0.02wt%以上 时 ， 石 墨 呈 球 状 。 1948 年 美 国 A.P.Ganganebin 等 人 研 究 指 出 ， 在 铸 铁 中 添 加 镁 ，随 后 用 硅 铁 孕 育 ， 当 残 余 镁 量 大 于 0.04wt%时 ， 得 到 球 状 石 墨 。 从 此 以 后 ， 球 墨 铸 铁开

15、始 了 大 规 模 工 业 生 产 。 球 墨 铸 铁 作 为 新 型 工 程 材 料 的 发 展 速 度 是 令 人 惊 异 的 。1949 年 世 界 球 墨 铸 铁 产 量 只 有 5 万 吨 ， 1960 年 为 53.5 万 吨 ， 1970 年 增 长 到 500 万吨 ， 1980 球 墨 铸 铁年 为 760 万 吨 ， 1990 年 达 到 915 万 吨 。 2000 年 达 到 1500 万 吨 。 球 墨 铸 铁 的 生 产 发 展速 度 在 工 业 发 达 国 家 特 别 快 。 世 界 球 墨 铸 铁 产 量 的 75%是 由 美 国 、 日 本 、 德 国 、 意

16、大 利 、 英 国 、 法 国 六 国 生 产 的 。 中 国 球 墨 铸 铁 生 产 起 步 很 早 ， 1950 年 就 研 制 成 功 并投 入 生 产 ， 中 国 的 球 墨 铸 铁 年 产 量 达 230 万 吨 ， 位 于 美 国 、 日 本 之 后 ， 居 世 界 第 三 位 。适 合 中 国 国 情 的 稀 土 镁 球 化 剂 的 研 制 成 功 ， 铸 态 球 墨 铸 铁 以 及 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸铁 等 各 个 领 域 的 生 产 技 术 和 研 究 工 作 均 达 到 了 很 高 的 技 术 水 平 。 （ 1） 铸 态 珠 光 体 球 墨 铸 铁 曲

17、轴 和 铸 态 铁 素 体 球 墨 铸 铁 汽 车 底 盘 零 件 分 别 在 我 国 第二 汽 车 厂 、 南 京 汽 车 厂 和 第 一 汽 车 厂 相 继 投 产 。 这 标 志 着 中 国 铸 态 球 墨 铸 铁 生 产 达 到 了较 高 水 平 。 与 之 相 适 应 的 包 外 脱 硫 、 双 联 法 熔 炼 、 瞬 时 孕 育 、 孕 育 块 技 术 以 及 音 频 检 测和 热 分 析 快 速 分 析 等 技 术 的 采 用 ， 则 标 志 着 中 国 大 量 流 水 生 产 汽 车 铸 件 的 技 术 水 平 与国 际 先 进 水 平 的 差 距 正 在 缩 小 。 （ 2）

18、 试 验 研 究 了 大 断 面 （ 壁 厚 大 于 120mm） 球 墨 铸 铁 的 冶 金 因 素 以 及 相 应 的 生产 工 艺 措 施 。 采 用 适 量 的 钇 基 重 稀 土 复 合 球 化 剂 、 强 制 冷 却 、 顺 序 凝 固 、 延 后 孕 育 ， 必要 时 添 加 微 量 锑 、 铋 等 可 防 止 球 墨 铸 铁 件 中 心 部 位 的 石 墨 畸 变 和 组 织 疏 松 等 ， 现 已 成功 地 制 作 了 38 吨 重 的 大 型 复 杂 结 构 件 ， 17.5 吨 重 的 柴 油 机 体 、 截 面 为 805mm 的 球墨 铸 铁 轧 辊 等 。 （ 3）

19、 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸 铁 的 研 究 与 应 用 。 20 世 纪 70 年 代 初 ， 几 乎 同 时 中 国 、美 国 、 芬 兰 3 个 国 家 宣 布 研 究 成 功 了 具 有 高 强 度 、 高 韧 性 的 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸 铁（ 国 际 上 统 称 ADI） ， 这 种 材 质 的 抗 拉 强 度 达 1000MPa， 因 此 它 广 泛 应 用 于 齿 轮 以 及各 种 结 构 件 ， 与 合 金 钢 相 比 ， 奥 -贝 球 墨 铸 铁 具 有 显 著 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。 （ 4） 球 墨 铸 铁 管 和 水 平

20、连 续 铸 造 球 墨 铸 铁 型 材 。 中 国 已 相 继 建 成 几 个 球 墨 铸 铁 管厂 ， 且 近 几 年 还 将 有 几 个 球 墨 铸 铁 管 厂 建 成 。 2000 年 ， 中 国 年 产 离 心 铸 造 球 墨 铸 铁 管达 90 万 吨 。 此 外 ， 中 国 自 行 研 制 的 水 平 连 续 铸 造 球 墨 铸 铁 型 材 生 产 线 已 通 过 国 家 鉴 定 ，并 已 有 多 家 企 业 投 产 。 再 加 上 中 国 引 进 的 一 条 生 产 线 ， 至 2002 年 ， 中 国 年 产 球 墨 铸铁 型 材 的 能 力 达 数 万 吨 。 （ 5） 系

21、统 地 测 定 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 力 学 性 能 及 其 他 性 能 ， 为 设 计 人 员 提 供 了有 关 数 据 。 测 定 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 比 重 、 导 热 性 、 电 磁 性 等 物 理 性 能 ， 结 合 金 相 标准 研 究 了 石 墨 和 基 体 组 织 对 球 墨 铸 铁 性 能 的 影 响 规 律 。 系 统 地 测 定 了 铁 素 体 球 墨 铸 铁 在常 温 、 低 温 、 静 态 和 动 态 条 件 下 的 各 种 性 能 。 此 外 ， 还 研 究 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 应 力 应变 性 能 、 小 能 量 多

22、冲 抗 力 和 断 裂 韧 性 ， 并 开 始 用 于 指 导 生 产 。 结 合 球 墨 铸 铁 齿 轮 的 应 用 ，还 系 统 地 研 究 了 球 墨 铸 铁 的 弯 曲 疲 劳 强 度 和 接 触 疲 劳 强 度 ， 以 及 球 墨 铸 铁 齿 轮 的 点 蚀 、剥 落 机 理 等 。 （ 6） 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 。 在 高 强 度 低 合 金 球 墨 铸 铁 方 面 ， 除 了 对 铜 、 钼研 究 较 多 外 ， 还 对 镍 、 铌 等 进 行 了 研 究 。 在 利 用 天 然 钒 钛 生 铁 制 作 钒 钛 合 金 球 墨 铸 铁 方面 ， 中 国 国 内 一 些 单

23、 位 进 行 了 大 量 、 系 统 的 工 作 。 中 锰 球 墨 铸 铁 虽 然 在 性 能 上 不 够 稳 定 ，在 系 统 研 究 与 生 产 应 用 ， 取 得 了 显 著 的 经 济 效 益 。 在 耐 热 球 墨 铸 铁 方 面 ， 除 了 中 硅 球 墨 铸 铁 以 外 ， 系 统 研 究 了 Si+Al 总 量 对 稀 土 镁球 墨 铸 铁 抗 生 长 能 力 的 影 球 墨 铸 铁响 。 中 国 研 制 的 RQTAL5Si5 耐 热 铸 铁 用 作 耐 热 炉 条 的 使 用 寿 命 是 灰 铸 铁 的 3 倍 ， 是普 通 耐 热 铸 铁 的 2 倍 ， 并 与 日 本

24、 Cr25Ni13Si2 耐 热 钢 的 使 用 寿 命 相 当 。 高 镍 奥 氏 体 球墨 铸 铁 方 面 也 取 得 了 进 展 ， 它 在 石 油 开 采 机 械 、 化 工 设 备 、 工 业 用 炉 器 件 上 均 取 得 了 成功 的 应 用 。 在 耐 酸 球 墨 铸 铁 方 面 ， 中 国 生 产 的 稀 土 高 硅 球 墨 铸 铁 比 普 通 高 硅 铸 铁 的 组 织细 小 、 均 匀 、 致 密 ， 由 此 ， 抗 蚀 性 能 提 高 了 10% 90%， 并 且 其 机 械 强 度 也 有 显 著 改善 。 （ 7） 稀 土 在 球 墨 铸 铁 中 的 作 用 。 稀

25、 土 能 使 石 墨 球 化 。 自 从 H.Morrogh 最 先 使 用铈 得 到 球 墨 铸 铁 以 来 ， 先 后 许 多 人 研 究 了 各 种 稀 土 元 素 的 球 化 行 为 ， 发 现 铈 是 最 有 效的 球 化 元 素 ， 其 他 元 素 也 均 具 有 程 度 不 等 的 球 化 能 力 。 结 合 国 情 ， 中 国 对 稀 土 的 球 化 作 用 进 行 了 大 量 研 制 工 作 ， 发 现 稀 土 元 素 对 常 用 的 球墨 铸 铁 成 分 （ C3.6 3.8wt%， Si2.0 2.5wt%） 来 说 ， 很 难 获 得 同 镁 球 墨 铸 铁 那 样 完

26、 整均 匀 的 球 状 石 墨 ； 而 且 ， 当 稀 土 量 过 高 时 ， 还 会 出 现 各 种 变 态 形 的 石 墨 ， 白 口 倾 向 也 增大 ， 但 是 ， 如 果 是 高 碳 过 共 晶 成 分 （ C 4.0wt%） ， 稀 土 残 留 量 为 0.12 0.15wt%时 ，可 获 得 良 好 的 球 状 石 墨 。 根 据 中 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

27、 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 。 中 国 绝 大 部 分 的 生 铁 中 含 有 钛 ， 有 的 生铁 中 含 钛 高 达 0.2 0.3wt%， 但 稀 土 镁 球 化 剂 由 于 能 使 铁 中 的 稀 土 残 留 量 达0.02

28、0.03wt%， 故 仍 可 保 证 石 墨 球 化 良 好 。 如 果 在 球 墨 铸 铁 中 加 入0.02 0.03wt%Bi， 则 几 乎 把 球 状 石 墨 完 全 破 坏 ； 若 随 后 加 入 0.01 0.05wt%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

29、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 应 用1947 年 英 国 H. Morrogh

30、发 现 ， 在 过 共 晶 灰 口 铸 铁 中 附 加 铈 ， 使 其 含 量 在 0.02wt%以上 时 ， 石 墨 呈 球 状 。 1948 年 美 国 A. P. Ganganebin 等 人 研 究 指 出 ， 在 铸 铁 中 添 加 镁 ，随 后 用 硅 铁 孕 育 ， 当 残 余 镁 量 大 于 0.04wt%时 ， 得 到 球 状 石 墨 。 从 此 以 后 ， 球 墨 铸 铁开 始 了 大 规 模 工 业 生 产 。 球 墨 铸 铁球 墨 铸 铁 作 为 新 型 工 程 材 料 的 发 展 速 度 是 令 人 惊 异 的 。 1949 年 世 界 球 墨 铸 铁 产 量 只有

31、5 万 吨 ， 1960 年 为 53.5 万 吨 ， 1970 年 增 长 到 500 万 吨 ， 1980 年 为 760 万 吨 ，1990 年 达 到 915 万 吨 。 2000 年 达 到 1500 万 吨 。 球 墨 铸 铁 的 生 产 发 展 速 度 在 工 业 发 达国 家 特 别 快 。 世 界 球 墨 铸 铁 产 量 的 75%是 由 美 国 、 日 本 、 德 国 、 意 大 利 、 英 国 、 法 国六 国 生 产 的 。 我 国 球 墨 铸 铁 生 产 起 步 很 早 ， 1950 年 就 研 制 成 功 并 投 入 生 产 ， 至 今 我 国 球 墨 铸 铁年 产

32、 量 达 230 万 吨 ， 位 于 美 国 、 日 本 之 后 ， 居 世 界 第 三 位 。 适 合 我 国 国 情 的 稀 土 镁 球化 剂 的 研 制 成 功 ， 铸 态 球 墨 铸 铁 以 及 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸 铁 等 各 个 领 域 的 生 产 技 术 和研 究 工 作 均 达 到 了 很 高 的 技 术 水 平 。 汽 车 方 面（ 1） 铸 态 珠 光 体 球 墨 铸 铁 曲 轴 和 铸 态 铁 素 体 球 墨 铸 铁 汽 车 底 盘 零 件 分 别 在 我 国 第二 汽 车 厂 、 南 京 汽 车 厂 和 第 一 汽 车 厂 相 继 投 产 。 这 标 志

33、 着 我 国 铸 态 球 墨 铸 铁 生 产 达 到 了较 高 水 平 。 与 之 相 适 应 的 包 外 脱 硫 、 双 联 法 熔 炼 、 瞬 时 孕 育 、 孕 育 块 技 术 以 及 音 频 检 测和 热 分 析 快 速 分 析 等 技 术 的 采 用 ， 则 标 志 着 我 国 大 量 流 水 生 产 汽 车 铸 件 的 技 术 水 平 与 国际 先 进 水 平 的 差 距 正 在 缩 小 。 冶 金 因 素（ 2） 试 验 研 究 了 大 断 面 （ 壁 厚 大 于 120mm） 球 墨 铸 铁 的 冶 金 因 素 以 及 相 应 的 生产 工 艺 措 施 。 采 用 适 量 的

34、钇 基 重 稀 土 复 合 球 化 剂 、 强 制 冷 却 、 顺 序 凝 固 、 延 后 孕 育 ， 必要 时 添 加 微 量 锑 、 铋 等 可 防 止 球 墨 铸 铁 件 中 心 部 位 的 石 墨 畸 变 和 组 织 疏 松 等 ， 现 已 成 功地 制 作 了 38 吨 重 的 大 型 复 杂 结 构 件 ， 17.5 吨 重 的 柴 油 机 体 、 截 面 为 805mm 的 球 墨铸 铁 轧 辊 等 。 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸 铁20 世 纪 70 年 代 初 ， 几 乎 同 时 中 国 、 美 国 、 芬 兰 3 个 国 家 宣 布 研 究 成 功 了 具 有 高

35、强 度 、 高 韧 性 的 奥 氏 体 -贝 氏 体 球 墨 铸 铁 （ 国 际 上 统 称 ADI） ， 这 种 材 质 的 抗 拉 强 度 达1000MPa， 因 此 它 广 泛 应 用 于 齿 轮 以 及 各 种 结 构 件 ， 与 合 金 钢 相 比 ， 奥 -贝 球 墨 铸 铁具 有 显 著 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。 球 墨 铸 铁 型 材我 国 已 相 继 建 成 几 个 球 墨 铸 铁 管 厂 ， 且 近 几 年 还 将 有 几 个 球 墨 铸 铁 管 厂 建 成 。2000 年 ， 我 国 年 产 离 心 铸 造 球 墨 铸 铁 管 达 90 万 吨 。 此

36、外 ， 我 国 自 行 研 制 的 水 平 连 续铸 造 球 墨 铸 铁 型 材 生 产 线 已 通 过 国 家 鉴 定 ， 并 已 有 多 家 企 业 投 产 。 再 加 上 我 国 引 进 的 一条 生 产 线 ， 至 2002 年 ， 我 国 年 产 球 墨 铸 铁 型 材 的 能 力 达 数 万 吨 。 力 学 性 能 及 其 他 性 能（ 5） 系 统 地 测 定 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 力 学 性 能 及 其 他 性 能 ， 为 设 计 人 员 提 供 了 有关 数 据 。 测 定 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 比 重 、 导 热 性 、 电 磁 性 等 物 理

37、性 能 ， 结 合 金 相 标 准 研究 了 石 墨 和 基 体 组 织 对 球 墨 铸 铁 性 能 的 影 响 规 律 。 系 统 地 测 定 了 铁 素 体 球 墨 铸 铁 在 常 温 、低 温 、 静 态 和 动 态 条 件 下 的 各 种 性 能 。 此 外 ， 还 研 究 了 稀 土 镁 球 墨 铸 铁 的 应 力 应 变 性 能 、小 能 量 多 冲 抗 力 和 断 裂 韧 性 ， 并 开 始 用 于 指 导 生 产 。 结 合 球 墨 铸 铁 齿 轮 的 应 用 ， 还 系 统地 研 究 了 球 墨 铸 铁 的 弯 曲 疲 劳 强 度 和 接 触 疲 劳 强 度 ， 以 及 球

38、墨 铸 铁 齿 轮 的 点 蚀 、 剥 落 机理 等 。 稀 土 镁 球 墨 铸 铁在 高 强 度 低 合 金 球 墨 铸 铁 方 面 ， 除 了 对 铜 、 钼 研 究 较 多 外 ， 还 对 镍 、 铌 等 进 行 了 研究 。 在 利 用 天 然 钒 钛 生 铁 制 作 钒 钛 合 金 球 墨 铸 铁 方 面 ， 国 内 一 些 单 位 进 行 了 大 量 、 系 统的 工 作 。 中 锰 球 墨 铸 铁 虽 然 在 性 能 上 不 够 稳 定 ， 但 多 年 来 的 系 统 研 究 与 生 产 应 用 ， 取得 了 显 著 的 经 济 效 益 。 在 耐 热 球 墨 铸 铁 方 面 ，

39、 除 了 中 硅 球 墨 铸 铁 以 外 ， 系 统 研 究 了 Si+Al 总 量 对 稀 土 镁球 墨 铸 铁 抗 生 长 能 力 的 影 响 。 我 国 研 制 的 RQTAL5Si5 耐 热 铸 铁 用 作 耐 热 炉 条 的 使 用寿 命 是 灰 铸 铁 的 3 倍 ， 是 普 通 耐 热 铸 铁 的 2 倍 ， 并 与 日 本 Cr25Ni13Si2 耐 热 钢 的 使 用寿 命 相 当 。 高 镍 奥 氏 体 球 墨 铸 铁 方 面 也 取 得 了 进 展 ， 它 在 石 油 开 采 机 械 、 化 工 设 备 、 工 业 用 炉器 件 上 均 取 得 了 成 功 的 应 用 。

40、 在 耐 酸 球 墨 铸 铁 方 面 ， 我 国 生 产 的 稀 土 高 硅 球 墨 铸 铁 比 普 通 高 硅 铸 铁 的 组 织 细 小 、均 匀 、 致 密 ， 由 此 ， 抗 蚀 性 能 提 高 了 10% 90%， 并 且 其 机 械 强 度 也 有 显 著 改 善 。 稀 土 在 球 墨 铸 铁 中 的 作 用稀 土 能 使 石 墨 球 化 。 自 从 H. Morrogh 最 先 使 用 铈 得 到 球 墨 铸 铁 以 来 ， 先 后 许 多 人研 究 了 各 种 稀 土 元 素 的 球 化 行 为 ， 发 现 铈 是 最 有 效 的 球 化 元 素 ， 其 他 元 素 也 均

41、具 有 程 度不 等 的 球 化 能 力 。 结 合 国 情 ， 我 国 对 稀 土 的 球 化 作 用 进 行 了 大 量 研 制 工 作 ， 发 现 稀 土 元 素 对 常 用 的 球墨 铸 铁 成 分 （ C3.6 3.8wt%， Si2.0 2.5wt%） 来 说 ， 很 难 获 得 同 镁 球 墨 铸 铁 那 样 完 整均 匀 的 球 状 石 墨 ； 而 且 ， 当 稀 土 量 过 高 时 ， 还 会 出 现 各 种 变 态 形 的 石 墨 ， 白 口 倾 向 也增 大 ， 但 是 ， 如 果 是 高 碳 过 共 晶 成 分 （ C 4.0wt%） ， 稀 土 残 留 量 为 0.1

42、2 0.15wt%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.

43、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0.2 0.3wt%， 但 稀 土 镁 球 化 剂 由 于 能 使 铁 中 的 稀 土 残 留 量 达 0.02 0.03wt%， 故 仍可 保 证 石 墨 球 化 良 好 。 如 果 在 球 墨 铸 铁 中 加 入 0.02 0.03wt%Bi， 则 几 乎 把 球 状 石 墨完 全 破 坏 ； 若 随 后 加 入 0.01 0.05wt%Ce， 则 又 恢 复 原 来 的 球

44、 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

45、 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

46、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 发 展 前 途当 球 铁 的 吨 位 增 加 和 市 场 渗 透 是 很 惊 人 的 ， 这 种 材 料 决 不 能 看 到 达 到 了 它 的 全 部 潜力 。 基 于 这 一 点 ， 现 在

47、 不 生 产 球 铁 的 铸 铁 厂 ， 建 议 很 好 地 重 新 考 虑 这 方 面 的 可 能 性 。 节能 要 求 导 致 基 本 上 重 新 设 计 零 件 ， 以 达 到 重 量 轻 、 效 率 高 ， 这 就 必 然 要 提 醒 设 计 者 集中 注 意 材 料 。 球 铁 正 日 益 被 认 为 能 提 供 高 的 强 度 一 重 量 特 性 ， 并 且 能 以 比 较 低 的 成 本 生产 。 因 此 预 料 ， 随 着 代 替 灰 铸 铁 、 可 锻 铸 铁 和 铸 银 件 ， 能 亲 眼 看 到 球 铁 生 产 吨 位 的 持续 增 加 。 最 近 出 版 的 刊 物 对

48、 于 帮 助 造 厂 在 这 面 的 力 是 有 利 的 ， 虽 然 计 值 会 变 提 高 而 改 善 。但 铁 水 温 度 低 于 1450“C 后 孕 育 效 果 很 差 ， RG 值 几 乎 不 变 。 由 表 3 可 得 :孕 育 铸 铁 的质 量 指 标 用 铸 造 焦 熔 炼 的 比 用 冶 金 焦 熔 炼 的 高 18%， 值 得 注 意 的 是 相 对 硬 度 反 而 降 低3%。 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 ， 经 过 金 相 检 验 ， 具 有放 射 状 的 球 状 石 墨 ， 球 化 率

49、相 当 于 现 代 标 准 一 级 水 平 。 而 现 代 的 球 墨 铸 铁 则 是 迟 至1947 年 才 研 制 成 功 的 。 中 国 古 代 的 铸 铁 ， 在 一 个 相 当 长 的 时 期 里 含 硅 量 都 偏 低 ， 在 约2000 年 前 的 西 汉 时 期 ， 中 国 铁 器 中 的 球 状 石 墨 ， 就 已 由 低 硅 的 生 铁 铸 件 经 柔 化 退 火 的方 法 得 到 。 这 是 中 国 古 代 铸 铁 技 术 的 重 大 成 就 ， 也 是 世 界 冶 金 史 上 的 奇 迹 。 球 墨 铸 铁 以 其 优 良 的 性 能 ， 在 使 用 中 有 时 可 以 代 替 昂 贵 的 铸 钢 和 锻 钢 ， 在 机 械 制 造工 业 中 得 到 广 泛 应 用 。 国 际 冶 金 行 业 过 去 一 直 认 为 球 墨 铸 铁 是 英 国 人 于 1947 年 发 明的 。 西 方 某 些 学 者 甚 至 声 称 ， 没 有 现 代 科 技 手 段 ， 发 明 球 墨 铸 铁 是 不 可 想 象 的 。1981 年 ， 中 国 球 铁 专 家 采 用