球墨鑄鐵性能

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球墨鑄鐵是指鐵液經球化處理后，使石墨大部或全部呈球狀形態的鑄鐵。與灰鑄鐵比較，球墨鑄鐵的力學性能有顯著提高。因為它的石石墨呈球狀，對基體的切割作用zui小，可有效地利用基體強度的70％～80％灰鑄鐵—般只能利用基體強度的30％。球墨鑄鐵還可以通過合金化和熱處理，進一步提高強韌性、耐磨性、耐熱性和耐蝕性等各項性能。球墨鑄鐵自1947年問世以來，就獲得鑄造工作者的青睞，很快地投入了工業性生產。而且，各個時期都有代表性的產品或技術。20世紀50年代的代表產品是發動機的球墨鑄鐵曲軸，20世紀60年代是球墨鑄鐵鑄管和鑄態球墨鑄鐵，20世紀70年代是奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵，20世紀80年代以來是厚大斷面球墨鑄鐵和薄小斷面輕量化、近終型球墨鑄鐵。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節閥,氣動調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。如今，球墨鑄鐵已在汽車、鑄管、機床、礦山和核工業等領域獲得廣泛的應用。據統計，2000年世界的球墨鑄鐵產量已超過1500萬噸o

    球墨鑄鐵的牌號是按力學性能指標劃分的，國標GB/T 1348－1988《球墨鑄鐵件》中單鑄試塊球墨鑄鐵牌號，見表1。

表1    單鑄試塊球墨鑄鐵牌號

球墨鑄鐵中常見的石墨形態有球狀、團狀、開花、蠕蟲、枝晶等幾類。其中，代表  性的形態是球狀。在光學顯微鏡下觀察球狀石墨，低倍時，外形近似圓形；高倍時，為多邊形，呈輻射狀，結構清晰。經深腐蝕的試樣在SEM中觀察，球墨表面不光滑，起伏不平，形成一個個泡狀物。經熱氧腐蝕或離子轟擊后的試樣在SEM中觀察，球墨呈年輪狀紋理，且被輻射狀條紋劃分成多個扇形區域；經應力腐蝕即向試樣加載應力后觀察，呈現年輪狀撕  裂和輻射狀開裂。球墨是垂直0001面向各個方向生長的，從而形成很多個從核心向外輻射的角錐體二維為扇形區域，0001面即呈年輪狀排列。在SEM中看到的年輪狀及輻射狀條紋或裂紋，就是球墨晶體學特征的反映。

    球墨鑄鐵一般為過共晶成分，因此球狀石墨的長大，應包括兩個階段：①先共晶結晶階段，球墨核心形成后，在鐵液及貧碳富鐵的奧氏體暈圈中長大。②共晶結晶階段，球墨周圍形成奧氏體外殼，即球墨-奧氏體共晶團。此時，球墨是在奧氏體殼包圍下長大的。雖然球墨在共晶階段的長大速度比在液態階段遲緩，但球墨的大部分是在共晶階段長大的。球墨鑄鐵的共晶團比灰鑄鐵的共晶團細小，其數量約為灰鑄鐵的50～200倍。還應說明，球墨鑄鐵的共晶結晶是一種變態共晶，即球墨和奧氏體均可在單獨、互不依存的情況下長大。為了評價石墨球化的好壞，國標GB/T 9441－1988《球墨鑄鐵金相檢驗》將球化等級分為6級，見表2。這是根據觀察視場內各種石墨的相對數量及球化率的高低劃分的。

表2  球化分級

石墨球的數量是衡量球墨鑄鐵質量的一項重要指標。某些工廠在檢驗中，只注意球化率，忽視石墨球數，是不全面的。理由是：①石墨球數增加，球徑減小，球墨圓整度提高，分布也趨于均勻。②用石墨球數來評價球墨鑄鐵的孕育效果，是一種有效、直觀的方法。③球墨鑄鐵中的球數基本上反應了共晶團數。④在薄壁鑄件中，鑄態是否出現滲碳體，主要取決于石墨球數。美國鑄造師協會AFS把石墨球數分成7級，見表1-3-3。由表可見，石墨球徑和石墨球數之間的對應關系較好，而石墨大小和石墨球數之間的對應關系則較差。

表3  球墨鑄鐵石墨球數與大小

球化處理是球墨鑄鐵的關鍵工序。大致來說，球化處理的歷史經歷了兩個階段：①20世紀50年代，以純鎂和壓入法為主：②20世紀60年代中期開始，以稀土鎂合金球化劑和沖入法為主，還相繼采用了蓋包法、型內法和密流法，20世紀80年代又采用了喂絲法工藝。將純鎂與稀土鎂球化劑比較：純鎂的球化能力強，球墨圓整，白口化傾向小，缺點是反應激烈，鐵液沸騰，安全性差，還難以避免縮松、夾渣和皮下氣孔等鑄造缺陷；合金球化劑的稀土，有脫硫去氣的作用，能減少縮松、夾渣等鑄造缺陷，生產也較安全，但石墨的圓整度往往稍遜于純鎂處理的球墨鑄鐵，且白口化傾向較大。

孕育處理是球化處理后*的工序。它能促進石墨化，增加石墨球數，提高石墨圓整度。但加強孕育并不是一味提高孕育量和增加孕育次數。孕育過量，反而會造成孕育缺陷，如縮松、縮孔和石墨漂浮等：孕育劑顆粒大，未曾熔化，殘留于鑄件內，會成為“硬點"。孕育處理是受多種因素制約的，睹如孕育劑種類，孕育劑粒度、孕育劑數量、孕育方式、鐵液溫度和孕育位置等等，總之應使處于飽和孕育狀態的鐵液盡可能接近鐵液凝固的瞬間，這樣才能以zui小的孕育重達到zui大的孕育效果。

   表3中8個牌號的球墨鑄鐵，QT900-2一般用熱處理制取例如等溫淬火，其余7個牌號分別為珠光體、珠光體+鐵素體和鐵素體球墨鑄鐵。在球墨鑄鐵生產初期，這些牌號都是用正火或退火獲得基體組織的，如今都可以由鑄態制取了。

   生產鑄態鐵素體球墨鑄鐵必須注意：①采用低錳wMn<0.03％、低磷wP<0.07％、低硫wS<0.025％生鐵。還應考慮促進碳化物形成元素的影響：碳化物系數CS=Mn+15Cr+20V+30B+10S+7Mo+5Sn+1.5P，其值應取CS<0.8。②控制終硅量，在鐵素體達到要求的前提F，盡量降低終硅量。例如，美國某些工廠的終硅量為wSi2.2％～2.4％。③降低終硅量又要不出現白口，就應該加強孕育，采用澆口杯孕育、型內孕育等后期孕育工藝，增加石墨球數，這對薄壁鑄件尤為重要。④控制殘留稀土的wRE，薄壁鑄件為0.015％～0.03％，厚壁鑄件為0.02％～0.04％。

   生產鑄態珠光體球墨鑄鐵必須注意：①采用低磷低硫生鐵，嚴格控制有害微量元素的含量。②"Mn以0.25％～0.50％為宜。⑧為了增加珠光體含量，常用的合金化元素有銅、錫、銻等；若以銅對珠光體的作用為1，則錫、銻的作用分別為10倍和100倍。厚壁鑄件宜加入適量的銅。錫易形成晶間碳化物，加入量要控制。④加強孕育，防止出現碳化物。

   各種牌號鑄態球墨鑄鐵中珠光體與鐵素體的相對數量，與球墨鑄鐵生產的初期比較，珠光體球墨鑄鐵中的鐵素體量己上升。例如，QT700-2允許鐵素體為35％體積分數，這已趨向于混合基體了。

   球墨鑄鐵的鑄造缺陷如縮孔、縮松、夾渣、反白口等，是其他鑄鐵都有的，有些缺陷如球化不良、球化衰退等，則是球墨鑄鐵*的。與本文相關的論文有：礦山電動插板閥