铸铁基础知识

1、铸铁基础知识讲义 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,除碳外,铸铁还含有较多的Si、Mn和其它一些杂质元素。与钢相比，铸铁熔炼简便、成本低廉。虽然强度、塑性和韧性较低，但具有优良的铸造性能，很高的耐磨性，良好的消震性和切削加工性。塑性变形的定义是物质塑性变形的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产在外力的作用下产形变形变，当施加的外力撤除或消失后该物体，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。不能恢复原状的一种物理现象。塑性：是指金属材料在载荷作用下产生最大塑性变形而不破坏的能力各种铸铁及其应用 根据碳在铸铁中存在的形态不同

2、，通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。而灰铸铁中又可根据石墨形态的不同而分为普通灰铸铁，蠕虫状石墨铸铁，球墨铸铁以及可锻铸铁。铸铁：含碳量2.11%的铁碳合金西安理工大学材料科学与工程学院西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT材料及热加工工艺材料及热加工工艺第八章第八章 铸造铸造一、白口铸铁 碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以碳化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色。 白口铸铁的特点是硬而脆，很难加工。所以一般都不希望出现白口。 但有时可以利用白口铸铁硬度高、抗磨损性能好的优点，制造一些高耐磨的

3、零件和工具。例如。农具（犁铧），球磨机的内衬及磨球，喷丸机的叶片以及电厂的叶片以及灰渣泵及磨煤机的磨损件等。二、灰铸铁 灰铸铁的碳主要结晶成石墨，并呈片状形式存在于铸铁中，断口为暗灰色。常见的铸铁件多数是灰铸铁。化学成分一般为：C 2.63.6%; Si 1.23.0%; Mn 0.41.2%P0.3%; S 0.15%.石墨和碳是同素异构体三、麻口铸铁 麻口铸铁具有灰口铸铁和白口铸铁的混合组织，断口呈灰白色交错。在珠光体的基体上既分布着渗碳体又分布着石墨。 由于这种铸铁不利于加工，一般不使用。四、可锻铸铁 可锻铸铁因有较高的塑性和韧性而得名，其实是不可锻的。 其生产过程是：先铸成一定成分的白

4、口铸铁，而后经过适当的热处理（石墨化退火处理），使其中的渗碳体分解而形成团絮状石墨。五、球墨铸铁 铁水在浇注前，经球化和孕育处理，碳主要以球状石墨的状态存在于铸铁中。 与其它铸造合金相比，球墨铸铁亦有类似于灰口铸铁的优点（如耐磨、减震、优良的切削加工和铸造工艺性能等），还具有比普通灰铸铁高得多的强度、塑性和韧性。石墨球：300个/mm2元素在铸铁中的作用元素在铸铁中的作用碳 碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种 ，一种是 以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在。 碳是强烈促进石墨化的元素，增加碳量会增加石墨的数量，但会使石墨粗大。 在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2

5、.73.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好。低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。 在球墨铸铁中，碳的质量分数控制在3.53.9%范围内，经球化处理后碳通常会减少0.10.3%，碳主要以球状石墨形式存在。为了改善铸造性能，碳总是维持在较高限，并且利用石墨化膨胀的作用，以补偿收缩，增加铸铁的致密性，保证铸件的有较高的力学性能。 挠度：变形量硅 硅是铸铁中常存五元素之一，能减少碳在液态和固态中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用是碳的1/3左右，故增加硅

6、量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大。 在灰铸铁中硅的质量分数控制在1.12.7%的范围内，一般碳硅量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；当薄壁铸件出现白口时可提高碳硅含量使之变灰；当壁厚铸件出现粗大石墨时，应适当降低碳硅含量，达到提高机械强度和硬度的目的。 在球墨铸铁中，球化前硅的质量分数控制在1.02.0%的范围内，这主要考虑在球化时球化孕育剂还要带入一部分硅量。通常球化后硅的质量分数最终控制在1.83.3%，在此范围内，随着硅量的提高，铁素体量增加并能细化石墨，提高球状石墨的圆整度。 对于珠光体球铁，硅控制在1.82.5%，以不出现自由渗碳体为原则。 对于铁素体球铁，硅含量最终控制

7、 在2.63.3%，以不显著降低韧性为原则。锰 1.在铁水结晶过程中，锰促进碳化物的形成，具有稳定珠光体的作用。 2.在一定条件下，当锰含量小于1.3%时，随含锰量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低；当含锰量增加到1.3%以上，铸铁组织中出现自由渗碳体，此时只有硬度提高，其它性能均降低。中和硫的有害作用稳定和细化珠光体磷 磷对石墨化影响不显著磷对石墨化影响不显著，磷，磷含量大于含量大于0.3%时会形成硬而脆时会形成硬而脆的磷共晶，能提高铸铁的耐磨的磷共晶，能提高铸铁的耐磨性，但又会形成冷脆性，对于性，但又会形成冷脆性，对于灰铸铁含磷量应限制在灰铸铁含磷量应限制在0.15%以下。以下

8、。 硫 硫是强烈阻碍石墨化的元素硫是强烈阻碍石墨化的元素，能促进铸铁白口化，形成热脆性，能促进铸铁白口化，形成热脆性，并降低流动性，增大收缩，产生热裂。并降低流动性，增大收缩，产生热裂。 有害元素，应严格限制其含量在有害元素，应严格限制其含量在0.1%0.1%以下。以下。 增硫防止石墨长成粗大片状。虽然硫是阻碍石墨化的元素，增硫防止石墨长成粗大片状。虽然硫是阻碍石墨化的元素，但是灰铸铁中硫含量过低是非常有害的，因为低硫的铁液中的碳原子但是灰铸铁中硫含量过低是非常有害的，因为低硫的铁液中的碳原子更容易往粗大的片状石墨上富集，使大量的石墨晶核无法长成片状石更容易往粗大的片状石墨上富集，使大量的石墨

9、晶核无法长成片状石墨，使凝固后期的铁液得不到有效的石墨化而产生严重收缩。硫本身墨，使凝固后期的铁液得不到有效的石墨化而产生严重收缩。硫本身在铁液中的溶解度很低，碳、硅量越高，溶解能力越差。在铁液的成在铁液中的溶解度很低，碳、硅量越高，溶解能力越差。在铁液的成核能力很好，孕育也做得很好的情况下，适量增硫，利用硫阻碍石墨核能力很好，孕育也做得很好的情况下，适量增硫，利用硫阻碍石墨长成粗大片状的作用，可以给其它石墨核心长成片状石墨的机会，达长成粗大片状的作用，可以给其它石墨核心长成片状石墨的机会，达到使石墨细化，数量增多，分布均匀的目的。必须认识到的是，硫毕到使石墨细化，数量增多，分布均匀的目的。必

10、须认识到的是，硫毕竟是阻碍石墨化的元素，硫量过高，会增加白口。灰铸铁最佳的竟是阻碍石墨化的元素，硫量过高，会增加白口。灰铸铁最佳的w.(S)w.(S)范围应控制在范围应控制在0.080.080.120.12。铜 铜的石墨化能力约为硅的1/5，因此能降低铸铁的白口倾向，是促进石墨化元素。由于铜能增加珠光体的含量，同时能细化 珠光体及强化珠光体中的铁素体，因而能增加铸铁的硬度及强度。铬 在普通灰铁中加入0.5%左右的铬，能细化石墨，增加珠光体数量，提高强度和硬度。铬是强烈稳定碳化物阻碍石墨化的元素。锡锡：稳定碳化物，阻碍石墨化的元素。 为了增加珠光体数量，提高机械性能，加入0.1%以下的锡，在普通

11、灰铸铁中加入0.050.10%，可将灰铸铁强度提高一级，而且石墨呈中等片状分布。珠光体可达90%以上。 对于球墨铸铁来说，加入0.050.10%，可以稳定珠光体而又不形成游离渗碳体。因而能提高球墨铸铁的强度、硬度和耐磨性。镍 镍是促进石墨化的元素，能减少白口形成倾向。镍不但有细化珠光体的作用而且有增加珠光体数量的作用。所以在一般合金铸铁中加入镍的目的往往是从稳定并细化珠光体出发。钼 钼是典型的碳化物形成元素，在小于0.6%时， 钼的作用十分温和，这时铸铁的基本成分无需由于 钼的加入而作改变。 钼是很强的珠光体稳定元素，如加到0.5%时，铸铁中铁素体消失。 钼能细化石墨，仅有轻度的白口倾向，在小

12、于0.8%时能细化珠光体，增加珠光体含量。 以 钼为合金元素时，磷必须低于0.2%，这是由于要形成复杂的四元共晶之故（共晶中含磷4.4%，钼5.6%），因此要消耗掉部分 钼。铸铁的石墨A型石墨 A型石墨是在石墨的成核能力较强，冷却速度较慢，共晶转化在很小的过冷度下进行时形成的。由于晶核的数目较多，又在很小的过冷度下结晶，线生长速度低，所以石墨分枝不很发达，故形成较为均匀分布的片状石墨，这是灰铸铁中最经常出现的一种石墨分布状态。一厂生产铸件石墨B型石墨 B型石墨呈花朵状，其实质上是中心部分由D型石墨组成，花朵的外围则为A型石墨，其形成的过程是这样的：它的成核条件要较形成A型石墨差些，故其共晶转变

13、时过冷度也比出现A 型石墨时要大一些，由于成核条件较差，因此常常在共晶团的中心部分形成过冷（D型）石墨，当共晶结晶开始后，由于放出结晶潜热，能够把未结晶的铁水加热，使其温度有所上升，因而其外围部分在稍高的温度下结晶，当然石墨的分枝较少，石墨也显得粗大些，最后形成花朵状分布一厂生产铸件石墨C型石墨 C型石墨是在碳当量很高（过共晶），冷却速度很慢的情况下出现的，过共晶灰铸铁中的石墨常呈这种形态。在对铁水进行石墨化孕育处理时，由于孕育剂加入过大，造成局部区域硅元素富集，使局部出现过共晶区域，也会出现这种石墨。当过共晶铁水冷却时，遇到液相线，在一定的过冷下即析出初析石墨晶核，在液体铁中逐渐长大，由于结

14、晶时的温度较高，而且成长的时间较长，故长成分枝少的粗大片状，当达到共晶结晶温度时，便按照正常的共晶过程进行，此时大都形成A型石墨。一厂生产铸件石墨D型石墨 D型石墨是在石墨的成核条件较差（如碳当量低），冷却速度较大，造成较大的过冷度情况下形成的。由于稳定系与介稳定系共晶温度之间的间隙较大（硅量并不很低时），因此所造成的过冷尚不足以遏制石墨析出。在这种结晶温度下，当熔体的温度刚下降至稳定系共晶平衡温度以下时，石墨晶核还不能大量生成，而奥氏体则在初生奥氏体枝晶的基础上或通过形成新的晶核仍不断析出，直到出现较大的过冷时，奥氏体枝晶之间残留熔体中才形成大量石墨晶核。因这时石墨是在较大的过冷度下成长，分

15、枝很为发达，故最后在奥氏体枝晶间形成许多细小的无一定排列方向的石墨。这种石墨常在牌号较高（碳量较低），壁薄（冷却较快）的灰铸铁中出现，D型石墨又称为“过冷石墨”。一厂生产铸件石墨E型石墨 E型石墨则是在亚共晶程度较大的铸铁在慢冷的条件下形成的。初生的奥氏体树枝数量较多。至共晶结晶时过冷度不太大，形成的石墨核心不太多（共晶团较大），石墨的分枝不多，所以最后石墨片不象D型那样细小而是比较粗一些，因为共晶结晶时液体的数量已很少，仅仅占据初生树枝体间的间隙位置，所以形成的比较粗的石墨片则是顺着树枝体的枝杆方向生长，显出一定的方向性。这种铸铁如果在快速冷却下结晶凝固，往往会形成D型石墨，所以经常在高强度

16、的薄壁铸件中，会同时出现D型、E型石墨的分布特征。一厂生产铸件石墨F型石墨 F型石墨是我国标准中所特有的，其特点是在大块石墨（有的单位叫星型石墨）上分布着许多小的石墨片（这些小石墨片呈A型分布），F型石墨实质上亦是过共晶石墨，是高碳铁水在较大过冷条件下生长的。大块石墨可以认为是相当于C型中的初生石墨，小片状石墨在其上生长。 这种石墨在生产活塞环时经常出现，为了防止活塞环组织出现白口，常采用高碳（如C3.8%）铁水，由于壁薄，必须加强孕育过程，因此促进了了F型石墨的生长。灰铸铁石墨级别、长度球墨铸铁孕育铸铁 把某些物质少量地加入到铁水中,通过影响其生核过程以改变凝固特性的处理工艺成为孕育,加入的

17、物质称为孕育剂.孕育的目的:1.促进石墨化,抑制白口;2增加共晶团数;3.减小断面敏感性;4.改善石墨形态,提高机械性能. HT250以上的牌号均为高强度铸铁,也称孕育铸铁.因为单依靠对铁水合金化及降低碳当量等措施远远不能达到所需要的机械性能和铸造性能的要求,所以必须对铁水进行孕育处理,因此称为孕育铸铁.孕育铸铁发展: 德国二战期间,发展1947年美国。孕育铸铁的化学成分:组织中出现少量自由渗碳体情况下进行孕育才能得到预期效果.如果原铁水碳、硅较高，不经孕育就成为灰口组织，那么一经孕育石墨会粗大化，反而使强度降低。石墨化：铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程l 力学性能低。力学性能低。由于由于石墨

18、相当于钢基体中石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且了基体的连续性，且易导致应力集中。易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较分析三种灰铸铁：分析三种灰铸铁： C化合化合=0时时,为为F灰铸铁。灰铸铁。强度硬度最差，很少用。强度硬度最差，很少用。C化合化合=0.8%时，为时，为P灰铁，石墨片细小，分布均匀，灰铁，石墨片细小，分布均匀，强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。 C化合化合 0.8%时时,为（为（P+F）灰铸铁，石墨片较粗大）灰铸铁，石墨片较粗大，强度低，适于一般机件。其铸造性能和减振性均优于强度

19、低，适于一般机件。其铸造性能和减振性均优于前者，应用最广。前者，应用最广。结论：结论：必须控制石必须控制石墨化程度来控制铸墨化程度来控制铸铁的组织和性能。铁的组织和性能。 C化合化合=0时时,为为F灰铸铁。灰铸铁。强度硬度最差，很少用。强度硬度最差，很少用。C化合化合=0.8%时，为时，为P灰铁，石墨片细小，分布均匀，灰铁，石墨片细小，分布均匀，强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。碳和硅碳和硅 对铸铁的组织和对铸铁的组织和性能起着决定性的影响性能起着决定性的影响碳是形成石墨的元素，碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。也是促进石墨化的元素。硅是强烈促

20、进石墨化的硅是强烈促进石墨化的元素。含硅量过少，即使元素。含硅量过少，即使高含碳量石墨也不宜析出，高含碳量石墨也不宜析出，容易形成白口组织。容易形成白口组织。灰铸铁中：灰铸铁中：2.5-4.0%C，1.0-3.0%Si。S：硫是强烈阻碍石墨化的元素硫是强烈阻碍石墨化的元素，能促进铸铁白口化，能促进铸铁白口化，形成热脆性，并降低流动性，增大收缩，产生热裂。形成热脆性，并降低流动性，增大收缩，产生热裂。有害元素，应严格限制其含量在有害元素，应严格限制其含量在0.1%以下。以下。Mn: 锰与硫作用生成锰与硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提，削弱硫的有害作用，提高铸铁的强度。高铸铁的强度。锰是阻碍

21、石墨化的元素锰是阻碍石墨化的元素，增加白口倾，增加白口倾向。生产中常加入向。生产中常加入0.61.2%锰铁，控制铸铁组织。锰铁，控制铸铁组织。P: 磷对石墨化影响不显著磷对石墨化影响不显著，磷含量大于，磷含量大于0.3%时会形时会形成硬而脆的磷共晶，能提高铸铁的耐磨性，但又会形成硬而脆的磷共晶，能提高铸铁的耐磨性，但又会形成冷脆性，对于灰铸铁含磷量应限制在成冷脆性，对于灰铸铁含磷量应限制在0.15%以下。以下。 在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩散能力，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。散能力，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。u对于薄壁件

22、容易得到对于薄壁件容易得到白口组织，要获得灰口白口组织，要获得灰口组织就应增加碳、硅含组织就应增加碳、硅含量；反之亦然。量；反之亦然。冷却速度对铸铁组织的影响冷却速度对铸铁组织的影响冷却速度主要取决于铸冷却速度主要取决于铸型材料和铸件壁厚型材料和铸件壁厚 铸件的机械性能 客户验收铸件的标准最终是以机械性能为依据的,它可以给供应商提供化学成分,但是范围特宽，不完全作为验收依据。 铸件的机械性能取决于石墨(它的形状、大小、分布和数量)和基体组织。 铸件的化学成分在很大程度上决定了铸件的金相组织，而铸件的金相组织在很大程度上决定了铸件的力学性能，并且铸件的化学成分、金相组织和力学性能这三者之间存在着

23、十分紧密的内在联系。 化学成分、冷却速度、铁水的过热温度和保温时间、孕育处理和炉料的特性等因素影响着铸铁的石墨化和基体的结晶。经过孕育的铁水能够得到具有中等大小、均匀分布的A型石墨，并且共晶团数增加，抑制了白口倾向，使断面敏感性减小。 材料的化学成分和组织结构是其力学性能的内部依据，而力学性能则是具有一定化学成分和组织结构的外部表现。铸铁的石墨化 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。 石墨结构图 铸铁的石墨化按照按

24、照FeFeG G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：个阶段：第一阶段石墨化： 铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在1154通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在1154738温度范围内奥氏体沿ES线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在738通过共析反应析出共析石墨。 影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。影响石墨化的因素内因-化学成分 分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出

25、，从而促进了石墨化； 在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，所以有： 碳当量CE=C%+1/3Si% 内因-化学成分2、 S 是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成低熔点(约980)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量在0.15%以下。3、 锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5%1.4%。内因-化学成分4、磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液

26、相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。 外因-冷却速度 在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。 在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然； 在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。 影响石墨化的因素铸件壁厚/mm铸件壁厚(冷却速度）和化学成分对

27、铸铁组织的影响碳硅当量102030405060704.06.05.07.0F+GP+GP+F+GFe3CFe3C+P CD12270CFKLeLeA15380C11489120CA+LGSPA7270C0.020.772.114.36.69%FF+AA+Fe3CF+PP +Fe3CA3Fe3CF+ ELL+Fe3C简化后相图说明纵标温度横成分,六点六线六组织;海平面上三燕飞,两两相加夹组织.六点:纯铁的熔点A;共晶点C;渗碳体熔点D;碳在-Fe中的最大溶解度点； -Fe -Fe纯铁的同素异构转变点；共析点；六线：液相线；固相线；冷却时奥氏体析出铁素体的开始线；碳在奥氏体中的溶解度线；共晶转变线

28、；共析转变线六组织：指三个单相【 （铁素体）、奥氏体（）、渗碳体（Fe3C） 】，两种机械混合物【珠光体（）、莱氏体（高温Le、低温Le）】。海平面上三燕飞：线理解为海平面，雄燕线；雌燕线；子燕线。两两相加夹组织：利用已知的六个组织，左右两个相加即为所夹区域的混合组织。1、金属的晶体结构与结晶、金属的晶体结构与结晶 金属（纯铁、铜、金属（纯铁、铜、 铝等）都是晶体铝等）都是晶体 金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规 则排列则排列有规则的排列有规则的排列 形核长大形核长大晶粒晶粒 金属和合金多为多晶体构。金属和合金多为多晶体构。 晶粒间的接触面（边

29、界）称为晶界。晶粒间的接触面（边界）称为晶界。 细化晶粒的方法细化晶粒的方法 ： 1）快速冷却，增加晶核数；）快速冷却，增加晶核数； 2）添加高熔点弥散质点）添加高熔点弥散质点 （孕育或变质处理）。（孕育或变质处理）。 晶粒粗细对力学性能晶粒粗细对力学性能影响很大。一般规律：影响很大。一般规律： 晶粒愈细，强度、硬晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。度愈高，塑性、韧性愈好。请观看金属结晶过程结 晶 过 程灰灰铸铸铁铁的的牌牌号号及及应应用用球墨铸铁的化学成分分类球墨铸铁的牌号热处理或铸态化学成分（）CSiMnPSReMg其它铁素体类QT400-18热处理（退火）3.5-3.92.0-2.

30、70.60.070.030.05-0.1QT400-150.02-0.05QT450-10铸态2.5-3.00.40.02-0.050.03-0.05铁素体和珠光体类QT500-7热处理（退火）3.5-3.92.3-3.00.3-0.80.080.030.05-0.1QT600-30.02-0.050.03-0.05珠光体类QT700-2热处理（正火）3.5-3.92.1-2.50.3-0.80.10.030.02-0.050.03-0.05Cu0.3-0.8,Mo0.15-0.4QT800-2热处理（正火）3.5-3.92.8-3.20.5-0.90.10.130.05-0.1球墨铸铁 19

31、47年1) 定义：在浇注前向铁水中定义：在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂加入球化剂和孕育剂进行球化处进行球化处理和孕育处理，获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，理和孕育处理，获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称简称“球铁球铁”。 灰口铸铁经灰口铸铁经孕育处理孕育处理后虽然细化了石墨片，但后虽然细化了石墨片，但球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。2) 球墨铸铁的组织球墨铸铁的组织 对基体割裂作用进一步减轻对基体割裂作用进一步减轻球墨铸铁的生产（1） 铁液的化学成分铁液的化学成分: C(3.6-4.0%) ，Si（2-2.6%），）， S、P铸件的

32、外壳强度很低，球铸件的外壳强度很低，球状石墨析出引起的膨胀力状石墨析出引起的膨胀力很大。若铸型的刚度不足，很大。若铸型的刚度不足，铸件外壳将向外胀大，造铸件外壳将向外胀大，造成铸件内部的铁水不足，成铸件内部的铁水不足，在铸件最后凝固的部位产在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。生缩孔和缩松。 （二）碳对球墨铸铁力学性能的影响 含碳量高，则石墨球数增加；对于铸态球墨铸铁来说，增加含碳量可以减少游离渗碳体,碳接近3.0%时,渗碳体消失;超过3.0%时,开始出现铁素体.在球墨铸铁生产中,需要加入较多的硅,因而引起碳当量发生变化,因此球墨铸铁力学性能还必须考虑碳当量的影响. 总之,选择含碳量应从保证球墨

33、铸铁具有良好的力学性能和铸造性能两方面考虑,对于退火铸件来说,含碳量对于力学性能影响不是太明显;而对于铸态球墨铸铁来说,则应采取高碳量. 硅硅: 硅是促进石墨化的元素,能促进渗碳体的分解.增加硅的含量可使球铁铁素体含量增多,白口倾向减少,细化石墨,提高圆整度,但强度、硬度下降，塑性和韧性提高。珠光体球铁的硅含量为2.02.6%；铁素体球铁的硅含量为2.53.2%，薄件取上限，厚件取下限。 锰：锰：锰具有中和硫的有害作用和细化珠光体的作用。实际上硫在球化过程中已被镁去除，少量的锰可以作为合金元素而发挥作用。锰高时有促成碳化物的倾向，使球铁的塑性、韧性降低。为此，要把球墨铸铁的含锰量保持在最低水平

34、，特别是制作薄壁铸件时尤为重要。例如制作6mm以下的铸件要求锰量低于.，只有这样才能得到没有渗碳体的基体组织。 磷：磷：有害元素，最好低于.。 硫：硫：硫是反石墨化元素，属于有害杂质，要求越低越好。加入铁水中的镁和稀土其中有相当部分与硫化合，其余所剩的镁和稀土才起球化作用。生成的硫化物根据它们的密度、熔点和铁液温度的不同。可以上升至铁液表面进入浮渣中，或者浮到铸件上表面，有的则留在铸件内部。稀土硫化物和硫化镁都有很高的熔点，范围在 不等，超过铁液温度，稀土硫化物的密度要比硫化镁大的多，几乎接近于铁液密度。因此，稀土硫化物进入浮渣中要比硫化镁困难的多，它们将被留在铸件中，破坏基体强度或形成渣孔。

35、结论：结论：球铁原铁水的化学成分应具有高碳、高硅、中锰、低硫球铁原铁水的化学成分应具有高碳、高硅、中锰、低硫球墨铸铁生产要点 1. 球铁包的高度/直径比要足够(1.51.8)为宜; 2. 采用冲入法,镁的吸收率为3040%;采用盖包法吸收率约50%,残镁量稳定,无镁光和烟尘,合金加入量减少. 3. 铁水中的残镁量:目标是浇注末期铁液中的镁量不小于含硫量的1.5倍,方可保证球化良好. 4. 稀土残余量:建议在0.01%以内. 5. 球化剂和孕育剂上加盖板. 6. 出炉温度在14801500 ,因为球化反应要降温4050 . 7. 出铁后检测铁水: 1)火苗判断法:铁水表面冒出白亮色火苗(似蜡烛火

36、苗),这是镁蒸汽发生氧化燃烧现象.火苗长说明铁水残留镁足,球化良好.2)三角试块法:两侧有凹陷,断口组织细密呈白色金属光泽,中间有明显缩松,敲击时如钢的声音,断面有电石臭味.思考题：球墨铸铁为什么要孕育浩信一厂球墨铸铁金相球化率单位面积上球状石墨数目占全部石墨数目的百分数球墨铸铁检验灰铸铁的孕育处理（变质处理： 变质铸铁、高强度铸铁）孕育铸铁 把某些物质少量地加入到铁水中,通过影响其生核过程以改变凝固特性的处理工艺成为孕育,加入的物质称为孕育剂.孕育的目的:1.促进石墨化,抑制白口;2增加共晶团数;3.减小断面敏感性;4.改善石墨形态,提高机械性能. HT250以上的牌号均为高强度铸铁,也称孕

37、育铸铁.因为单依靠对铁水合金化及降低碳当量等措施远远不能达到所需要的机械性能和铸造性能的要求,所以必须对铁水进行孕育处理,因此称为孕育铸铁. 孕育铸铁发展: 德国,1947年美国 孕育铸铁的化学成分:组织中出现少量自由渗碳体情况下进行孕育才能得到预期效果.如果原铁水碳、硅较高，不经孕育就成为灰口组织，那么一经孕育石墨会粗大化，反而使强度降低。 孕育剂加入量 孕育剂加入量和许多因素有关，例如原铁水化学成分，铁水的温度和氧化程度铸件壁厚及孕育方法等。如果铁水成分和处理方法一定的前提下，加入量主要取决于铸件壁厚，孕育处理以后保证铸件最薄壁处的组织满意。 1.碳当量低的铁水比碳当量高的铁水需要更多的孕

38、育剂 铸铁的牌号越高,孕育剂加入量越大.孕育处理受含硫量影响很大.如含S为0.050.12%,硅铁加入量为0.250.30%;S含量0.020.03%, 硅铁加入量为0.350.40%,才能避免过冷和渗碳体出现. 2.薄壁铸件比厚壁铸件需要更多的孕育剂 要根据薄面选择,保证薄面不出现白口而呈珠光体组织. 3.铁水温度越高,需要的孕育量也越大 感应炉铁水要比冲天炉需要更多的孕育剂,一般要多用0.05%. 4.炉料构成 生铁比例大,孕育剂用量大;生锈的废钢孕育剂用量也大. 碳当量和共晶度感应炉熔炼铸铁一、感应炉 铸铁生产用的感应炉一般分为无芯感应炉、有芯感应炉和浇注感应炉。有芯感应炉主要用于自动线

39、浇注和有色金属熔炼，无芯感应炉多用于铁水熔炼和铁水的保温。.感应炉加热的基本概念 感应电炉中有一个感应线圈，当它通上交流电时即建立交变磁场，要加热的金属炉料放至交变磁场中，由于电磁感应作用，金属炉料内产生频率相同、方向相反的感应电流，电流通过金属炉料电阻时使金属炉料发热。可见，感应炉是应用电磁感应原理将电能传给金属炉料，而电能变换为热能的加热方式，属于电阻加热。.分类工频无芯感应炉：或赫兹中频无芯感应炉：-赫兹，常用-赫兹变频无芯感应炉：频率也是中频-赫兹，但频率随坩埚 内炉料状况而变化。二、感应炉铁水的特点 和冲天炉相比：1.可获得高温过热铁水；2.化学成分均匀；3.氧化夹杂物少；（电磁搅拌

40、作用，纯净）4.合金元素烧损少；5.环境污染小；6.可以生产合成铸铁。 三、感应炉熔炼方式三、感应炉熔炼方式 连续熔炼和间歇熔炼 连续熔炼：工作日内炉子昼夜连续不断地熔炼。 间歇熔炼：每天工作一班或两班，或者是每周工作几 天，停产后倒空铁水。 双联作业：化铁炉提供铁水，感应炉调整成分及过热处理。 发展趋势：中频炉熔炼 特点：功率密度大，起熔方便，易于倒空铁水，变换铸 铁品种方便，可实现自动化管理，对熔化、保温、 炉衬预热烧结可编程自动化作业。 四、感应炉的炉料 1.可以用冷料，也可用热料； 2.板状、条状、屑料、切边、废铸件等； 3.炉料要脱油、预热； 4.含砂多的回炉料引起熔炼过程大的渣量；

41、 5.潮湿的炉料(淋雨、冰、雪)不能加入； 6.锈蚀的炉料会严重侵蚀炉衬； 7.杜绝密闭容器的加入。 五、熔炼过程 加料用冷料熔炼时，装料的次序如下：在启熔块上放浇冒口-铁屑-增碳剂，然后再放入轻型炉料或其它废料，一直加满到坩埚上口 启动炉子送电开始从变压器的低电压开始，经过一段时间加热后可直接接到电压最高一级 熔化在熔化过程中要时刻观察炉料下沉情况.炉料不许搭桥，如遇搭桥要用捣棒把料推入铁水中，炉料潮湿时尽量放在炉口，待烘干后再加入炉内用餐时把功率调至最小一级保温炉料化清后，炉渣多半是呈半固态堆积在铁水表面，扒开渣可以看到在翻腾的铁水表面产生氧化膜，当铁水开始发白刺眼时，不再有氧化膜，铁水温

42、度已超过，此时就可以扒渣取样操作根据分析结果合理调整炉内化学成分至工艺要求元素调整计算公式（一）调整C、Si、Mn等元素计算公式 Gz(Xa-Xb) gt= - c d式中：gt-增碳剂或或其它合金添加量（kg）；Xa被调整元素的目标值（%）； Xb被调整元素炉前分析值（%）；Gz炉内铁水重量（Kg）；C增碳剂或其它合金有效成分； d吸收率（100%）（二）元素超标，用废钢拉碳计算公式Gz(Xb-Xa)gs= - （Xa-b）式中：gs废钢添加量（Kg）; b-废钢中被调整元素的含量（%）炉内反应及成分变化 感应炉熔炼铸铁时，许多元素都有与氧起氧化反应的倾向，从而引起铁液内成分的变化 C +

43、O =CO Si +2O=SiO2 Mn+O=MnO SiO2+2 C = Si +2CO 在熔炼温度下金属液内元素与酸性炉衬的反应有： 2 Mn+SiO2（MnO）+ Si 4/3 Al + SiO2 2/3(Al2O3)+ Si 2Mg+SiO2 2(MgO) )+ Si (MnO)+ SiO2 (MnO. SiO2 ) (MgO)+SiO2 (MgO. SiO2) 脱硫、增碳脱硫剂：CaC2、 Na2CO3 、CaCO3增碳剂：电极块、石油焦碳、合成石墨、 烟煤焦、褐煤焦、干冶金焦。 六、出铁 出铁前要做三角试块，观察白口的宽度和深度，以决定孕育量的多少。关于孕育及孕育量的问题将在后面提

44、到。 出铁的条件是：温度符合要求，化学成分符合要求，铁水过热小于分钟，浇注包正常，浇注工段工作准备就绪。如果三角试块白口过小，说明铁水碳当量过高，适当补加锰铁，反之碳当量过低，需要补加硅铁，硅铁增加.白口就减少1.5mm.铁水过热温度的作用 1.增加化合碳含量和响应减少石墨碳含量； 2.细化石墨并促使枝晶石墨的形成； 3.消除铸铁的遗传性； 4.提高铸件断面上组织的均匀性。 5.有利于铸件的补缩。铸铁的“遗传性” 实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等），而化学成分似乎无变化的情况下，铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着它熔炼出来的铸铁的性质

45、，称为铸铁的”遗传性“。采用提高铁水过热温度（如提高到1550，熔体结构发生明显变化，微观均匀性明显提高）和使用多种铁料配料消除铸铁的“遗传性”。炉衬烘烤曲线炉口和出铁槽的修补炉渣的来源 酸性炉衬熔炼铸铁,渣线的侵蚀是很严重的 一是装料时炉料带入的非金属夹杂和氧化物; 二是炉衬材料剥落或以其它方式进入炉中变成渣. 回炉料-型砂 废钢-氧化物、杂质 炉料预热-氧化物 措施:1.不允许生成大量渣; 2. 在反应平衡温度（1460）以下及时扒净渣子; 3.最低过热温度下熔炼和保温.炉口和出铁槽的修补的方法炉口损坏的原因: A.炉渣侵蚀; B.捅料时做了支点; C.加料时炉料撞击所致. D.耐火材料的

46、剥落. 修补方法 1.每日都要进行修补; 2.交接班要严格; 3.清理干净需要修补的部位的渣子,刷上水玻璃,用和好的 石英砂(或A76)捣实成型 (炉口成型即直立型,禁止斜坡型)。如何获得提高无芯炉衬寿命 如何提高无芯炉衬寿命1.炉衬维护 1） 保持炉料温度，降低间歇时功率 2） 清除炉衬挂渣 3） 每天修补炉口和炉嘴 4）每周测量炉衬的侵蚀程度 5）总量侵蚀33%，局部侵蚀50%时更换炉衬。2. 减少炉衬下部侵蚀的办法 1）模具要除锈 2）控制材料加入厚度（75100MM）? 3）先加回炉料，再用废钢补充 4）熔池超过一半前不要加碳 5）减少低液面保温时间 6）减少低液面时功率 7）降低保温温度 8）改进模具下部斜度尺寸和角度 按照熔化温度选择黏结剂含量平均出炉温度（） 氧化硼含量（%）B2O3硼酸含量（%）H3BO313701.52.0137014251.31.8142514801.21.7148015301.01.6153016000.81.5耐火材料的施工一、基本保障.材料：品质优异的石英砂。）合格的供应商；）石英砂的挑选；）石英砂的配比：如，）黏结剂的选择加入，用5目筛子过筛；）潮模时，水分的加入量；）和料工装。.技术：先进的施工工艺和炉衬烘烤烧结工艺.使用：良好的使用与维护.设备：熔炼设备运行可靠，设计合理 二、获得理想炉衬寿命的方法与途径 1.坩埚模的设计