球鐵缺陷和金相課件

球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵是指鐵液在凝固過程中碳以球型石墨析出的鑄鐵。與灰鑄鐵相比，其金相組織的最大不同是石墨形狀的改變，避免了灰鑄鐵中尖銳石墨的存在，使得石墨對金屬基體的切口作用大為減少，基本消除了片狀石墨引起的應力集中現(xiàn)象，使得金屬基體的強度利用率達到70－90％，從而使金屬基體的性能得到很大程度的發(fā)揮。

球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵是指鐵液在凝固過程中碳以球型1球墨鑄鐵的特性球墨鑄鐵的特性球墨鑄鐵可以像鋼一樣，通過熱處理和合金化等措施來進一步提高其使用性能。比如，處理過的球墨鑄鐵可以取得很好的韌性，延伸率高達24％；抗拉強度可以高達1400MPa，基本接近鋼材。與鋼材相比，球墨鑄鐵還有很多優(yōu)點。比如鑄造性能好，成本相對較低。由于球墨鑄鐵產量的不斷增加，性能不斷開發(fā)，現(xiàn)已成功部分取代了鍛鋼和鑄鋼，成為前景廣闊的金屬結構材料。球墨鑄鐵的特性球墨鑄鐵的特性球墨鑄鐵可以像鋼一樣，通2球墨鑄鐵的金相球墨鑄鐵的金相與力學性能金相組織與力學性能的關系力學性能與金屬的金相組織密切相關，什么樣的金相結構決定了什么樣的力學性能。球墨鑄鐵也不例外，只有石墨球化，才能發(fā)揮金屬基體的作用，使鑄鐵的力學性能大幅度提高。也只有石墨球化，進一步改變基體的性能才更有意義。因此，對球墨鑄鐵的金相研究，是我們了解球墨鑄鐵，使用球墨鑄鐵的前提條件。球墨鑄鐵的金相球墨鑄鐵的金相與力學性能金相組織與力學性能的關3球狀石墨的形成球狀石墨的形成

球狀石墨的形成經歷了形核與生長兩個階段。其中的形核是石墨的首要過程，鐵液在熔煉及隨后的球化、孕育處理中產生大量的非金屬夾雜物，初生的夾雜物非常小，在隨后澆鑄、充型、凝固過程相互碰撞、聚合變大，上浮或下沉，成為石墨析出的核心。球狀石墨核心形成以后，碳原子開始在核心基底上堆砌，石墨最終生成的形狀決定受工藝條件影響的生長方式。所以，石墨生長過程的控制是獲得球狀石墨的關鍵。球狀石墨的形成球狀石墨的形成球狀石墨的形成經歷了形核4石墨的核心球狀石墨的核心

單個夾雜物復合夾雜物

球狀石墨的核心石墨的核心球狀石墨的核心單個夾雜物5形核的條件形核的條件石墨形核的條件石墨的形核分均質形核和異質形核均質形核：C的微觀原子團（C6）n——晶胚鐵液過冷度達200－300℃

異質形核：形核基底的外來質點符合晶格匹配關系（失配度δ<12%)

界面能要求——外來質點被石墨潤濕形核的條件形核的條件石墨形核的條件6形核物質形核物質1、石墨：未溶石墨、添加晶體石墨、非平衡石墨

2、巖狀結構碳化物基底

3、氧化物

4、硫化物/氧化物

5、鉍及鉍的化合物形核物質形核物質1、石墨：未溶石墨、添加晶體石墨、非平7碳、硅、錳、磷、硫鐵素體C：3.1、石墨：未溶石墨、添加晶體石墨、非平衡石墨力學性能與金屬的金相組織密切相關，什么樣的金相結構決定了什么樣的力學性能。在歐美發(fā)達國家的閥門鑄造工藝中，日趨使用薄壁鑄件，可以節(jié)約資源。球墨鑄鐵的金相與力學性能磷共晶體在球墨鑄鐵中對性能的危害比在灰鑄鐵中大得多。原因：碳含量低，碳化物形成元素增加，孕育不足，冷卻過快等。石墨球徑的減小，使單位面積上球墨鑄鐵數(shù)量增多，可使抗疲勞強度提高，因此，細化石墨也是提高抗疲勞強度的一個要求。c、保證必要的冷卻速度5%的硫酸溶液的耐蝕性與灰鑄鐵大體相同，開始階段球墨鑄鐵的腐蝕率低于灰鑄鐵，但在灰鑄鐵表面形成石墨化層后腐蝕速度下降，球墨鑄鐵則無下降傾向，而在后期高于灰鑄鐵。澆鑄系統(tǒng)應使充型平穩(wěn)，夾渣部位設集渣冒口。珠光體球鐵Mn：0.珠光體C：3.其關系是當含硅1％時可使共晶點左移O．31％，即共晶點含碳量下降O．3％。在歐美發(fā)達國家的閥門鑄造工藝中，日趨使用薄壁鑄件，可以節(jié)約資源。原因：冷卻緩慢，共晶凝固時間過長引起的成分偏析和孕育衰退。金相組織分布大量厚片石墨。第二組：鋇、鋰、銫、銣、鍶、釷、鉀、鈉球墨鑄鐵進行孕育處理的目的是為消除球墨鑄鐵的白口化傾向、消除過冷石墨、促進石墨化、細化共晶團及減少晶間偏析等。球墨鑄鐵孕育的目的球墨鑄鐵孕育的目的

球墨鑄鐵的孕育是指向鐵水中加入一定數(shù)量的球化劑和孕育劑，通過球化及孕育處理使鐵水在凝固時碳以球狀石墨的形式形核和生長。凝固后鑄鐵的組織中得到球狀石墨的鑄鐵。一般在澆注之前，在鐵液中加入少量球化劑（通常為鎂、稀土鎂合金或含鈰的稀土合金）和孕育劑（通常為硅鐵），使鐵水凝固后形成球狀石墨。球化處理和孕育處理是生產球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)。球墨鑄鐵進行孕育處理的目的是為消除球墨鑄鐵的白口化傾向、消除過冷石墨、促進石墨化、細化共晶團及減少晶間偏析等。碳、硅、錳、磷、硫球墨鑄鐵孕育的目的球墨鑄鐵孕育的目的8球墨鑄鐵的孕育球墨鑄鐵的孕育

球化處理是球鐵生產的基礎，孕育處理是球鐵生產的關鍵，孕育效果決定了石墨球的直徑、石墨球數(shù)和石墨球的圓整度。

為了保證孕育效果，孕育處理采用多級孕育處理。孕育處理越接近澆注，孕育效果越好。

從孕育到澆注需要一定的時間，該時間越長，孕育衰退就越嚴重。

球化衰退防止：球化衰退的原因一方面和Mg、RE元素由鐵液中逃逸減少有關，另一方面也和孕育作用不斷衰退有關，為了防止球化衰退，采取以下措施：A、鐵液中應保持有足夠的球化元素含量；C、降低原鐵液的含硫量，并防止鐵液氧化；C、縮短鐵液經球化處理后的停留時間；D、鐵液經球化處理并扒渣后，為防止

Mg、RE元素逃逸，可用覆蓋劑將鐵液表面覆蓋嚴，隔絕空氣以減少元素的逃逸。

球墨鑄鐵的孕育球墨鑄鐵的孕育球化處理是球鐵生產的基礎，9提高孕育的措施提高孕育效果提高孕育效果的措施：

a.選擇強效孕育劑

b.必要的S的含量

c.改善處理方法

d.提高鑄件冷卻速度球狀石墨的生長條件

a、極低的硫、氧含量

b、限制反球化元素

c、保證必要的冷卻速度

d、添加的球化元素第一組：鎂、釔、鈰、鈣、鑭、鏷、釤、鏑、鐿、鈥、鉺第二組：鋇、鋰、銫、銣、鍶、釷、鉀、鈉第三組：鋁、鋅、鎘、錫提高孕育的措施提高孕育效果提高孕育效果的措施：球狀10球的生長模型石墨球的生產模型

石墨球螺旋生長模型a）生長成的球體b）角錐體單晶c）錐頂角Φ與θ的關系球的生長模型石墨球的生產模型11球的金相形貌石墨球體的金相形貌1、金相組織球狀石墨外貌接近球形，內部呈放射狀，有明顯的偏光效應。石墨是由很多角錐體枝晶組成的多晶體，各枝晶的基面垂直于球徑，C軸呈輻射狀指向球心。球的金相形貌石墨球體的金相形貌1、金相組織12球化分級球化分級球化分級球化分級13球化分級球化分級球化分級球化分級14球化分級球化分級球化級別說明球化率（％）1級石墨呈球狀，少量團絮，允許極少量團絮狀≥952級石墨大部分呈球狀，余為團狀和極少量團絮狀90－953級石墨大部分呈團狀，余為團絮狀，允許有極少量蠕蟲狀80－904級石墨呈大部分絮狀或團狀，余為球狀、少量蠕蟲狀70－805級石墨呈分散分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團狀、團絮狀60－706級石墨呈聚集分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團狀、團絮狀小于60%球化分級球化分級球化級別說明球化率（％）1級石墨呈球狀，少量15石墨大小石墨大小3、石墨大小石墨球大小分級

級別3級4級5級6級7級8級石墨直徑（100×）mm>25－50>12-25>6-12>3-6>1.5-3≤1.5GB9441－1998球墨鑄鐵金相檢驗標準將石墨大小分成六級。球墨鑄鐵石墨球的大小對力學性能的影響很大，減小石墨球徑，增加石墨球在單位面積的個數(shù)可以明顯地提高球墨鑄鐵的強度、塑性和韌性。石墨球徑的減小，使單位面積上球墨鑄鐵數(shù)量增多，可使抗疲勞強度提高，因此，細化石墨也是提高抗疲勞強度的一個要求。石墨大小石墨大小3、石墨大小級別3級4級5級6級7級8級石墨16珠光體粗細珠光體粗細隨著珠光體的細化，球墨鑄鐵的強度和硬度有所提高。若基體為粒狀珠光體，則球墨鑄鐵在保持一定強度的同時，具有更高的塑性。珠光體粗細珠光體粗細隨著珠光體的細化，球墨鑄鐵的強度和硬度有17珠光體的粗細目錄珠光體的粗細目錄18原因：形成一次夾渣的重要原因是原鐵液含硫量高、氧化嚴重；球化處理和孕育處理是生產球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)。將CE％值和Fe—C穩(wěn)定態(tài)相圖上的共晶點C'的碳量4．26％相比，即可判斷某一具體成分的鑄鐵偏離共晶點的程度，如CE％高于4．26％為過共晶成分；珠光體球墨鑄鐵的性能及應用球狀石墨外貌接近球形，內部呈放射狀，有明顯的偏光效應。奧氏體－貝氏體具有的高沖擊韌性和抗點蝕疲勞能力，尤其具有高抗彎曲疲勞性能和耐磨性，可用于代替某些鍛鋼或普通球墨鑄鐵不能勝任的部件，為此收到廣泛重視，視為鑄鐵冶金領域的重大突破。各種球墨鑄鐵低溫下有很好的硬度，但在540℃時開始粒狀化，高于650℃開始分解，硬度開始下降并逐漸接近鐵素體球墨鑄鐵的硬度。一般在澆注之前，在鐵液中加入少量球化劑（通常為鎂、稀土鎂合金或含鈰的稀土合金）和孕育劑（通常為硅鐵），使鐵水凝固后形成球狀石墨。原因：碳當量低，磷含量高，增加縮孔縮松傾向?；旌匣w球墨鑄鐵的性能及應用QT500-7，QT600-3屬鐵素體和珠光體混合基體的球墨鑄鐵，這種鑄鐵由于有較好的強度和韌性的配合，多用于機械、冶金設備的一些部件中。對于寒冷地區(qū)使用的鑄件，易采用磷的下限含量。與鋼材相比，球墨鑄鐵還有很多優(yōu)點。球墨鑄鐵可以像鋼一樣，通過熱處理和合金化等措施來進一步提高其使用性能。b、限制反球化元素各種球墨鑄鐵低溫下有很好的硬度，但在540℃時開始粒狀化，高于650℃開始分解，硬度開始下降并逐漸接近鐵素體球墨鑄鐵的硬度。隨溫度降低，球墨鑄鐵逐漸發(fā)生由韌性向脆性的轉變，尤其在脆性轉變溫度以下，沖擊值急劇下降。特征：宏觀斷面為界限清晰的白亮塊，呈方向性白亮針，出現(xiàn)于熱節(jié)中心。石墨呈分散分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團狀、團絮狀縮孔和縮松球墨鑄鐵的金相與力學性能珠光體數(shù)量珠光體數(shù)量原因：形成一次夾渣的重要原因是原鐵液含硫量高、氧化嚴重；珠光19珠光體數(shù)量珠光體數(shù)量珠光體數(shù)量珠光體數(shù)量20分散鐵素體分散分布的鐵素體數(shù)量球墨鑄鐵金相檢驗評定鐵素體數(shù)量。其百分比，按大多數(shù)視場對照圖片評定。一般不檢查牛眼鐵素體數(shù)量，僅檢查與其共存的珠光體數(shù)量。分散鐵素體分散分布的鐵素體數(shù)量球墨鑄鐵金相檢驗評定鐵21分散的鐵素體數(shù)量分散分布的鐵素體數(shù)量分散的鐵素體數(shù)量分散分布的鐵素體數(shù)量22磷共晶數(shù)量磷共晶數(shù)量磷共晶體在球墨鑄鐵中對性能的危害比在灰鑄鐵中大得多。沿晶界分布的二元或三元磷共晶體，強烈降低球墨鑄鐵的韌性、塑性和強度，受沖擊時，裂痕總是沿磷共晶體邊緣開始開裂。磷共晶數(shù)量磷共晶數(shù)量磷共晶體在球墨鑄鐵中對性能的危害比在灰鑄23磷共晶數(shù)量磷共晶數(shù)量磷共晶數(shù)量磷共晶數(shù)量24滲碳體數(shù)量滲碳體數(shù)量滲碳體多呈針狀、條狀，在球墨鑄鐵中易使基體變脆，故應避免其出現(xiàn)。滲碳體數(shù)量滲碳體數(shù)量滲碳體多呈針狀、條狀，在球墨鑄鐵中易使基25滲碳體數(shù)量滲碳體數(shù)量滲碳體數(shù)量滲碳體數(shù)量26馬氏體、貝氏體奧氏體、馬氏體和貝氏體球墨鑄鐵中的奧氏體、貝氏體、馬氏體是由奧氏體、上貝氏體或下貝氏體通過等溫淬火，加入適當元素獲得。馬氏體、貝氏體奧氏體、馬氏體和貝氏體球墨鑄鐵中的奧氏27球鐵的化學成分球墨鑄鐵的化學成分選擇適當?shù)幕瘜W成分是保證球墨鑄鐵獲得良好的金相組織和高性能的基本條件，化學成分的選擇既要利于石墨的球化和獲得滿意的基體，以期獲得滿意的性能，又要使球墨鑄鐵具有良好的鑄造性能。

球墨鑄鐵的成分一般是指五個元素：

碳、硅、錳、磷、硫球鐵的化學成分球墨鑄鐵的化學成分選擇適當?shù)幕瘜W成分是28與灰鑄鐵相比，其金相組織的最大不同是石墨形狀的改變，避免了灰鑄鐵中尖銳石墨的存在，使得石墨對金屬基體的切口作用大為減少，基本消除了片狀石墨引起的應力集中現(xiàn)象，使得金屬基體的強度利用率達到70－90％，從而使金屬基體的性能得到很大程度的發(fā)揮。1、觀察金相，評定球GB9441－1998球墨鑄鐵金相檢驗標準將石墨大小分成六級。某些球墨鑄鐵具有很高的疲勞強度，相當于45號正火鋼，如珠光體球鐵。特征：宏觀斷面為界限清晰的白亮塊，呈方向性白亮針，出現(xiàn)于熱節(jié)中心。珠光體球鐵Mn：0.界面能要求——外來質點被石墨潤濕石墨大部分呈球狀，余為團狀和極少量團絮狀某些球墨鑄鐵具有很高的疲勞強度，相當于45號正火鋼，如珠光體球鐵。一般不檢查牛眼鐵素體數(shù)量，僅檢查與其共存的珠光體數(shù)量。c、保證必要的冷卻速度一般不檢查牛眼鐵素體數(shù)量，僅檢查與其共存的珠光體數(shù)量。球墨鑄鐵的成分一般是指五個元素：溫度上升，灰鑄鐵的減震性下降，但是對球墨鑄鐵的影響很小。球墨鑄鐵含有較多的石墨，起到切削潤滑作用。錳有嚴重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團界處，嚴重時會促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。8％時，可能降低韌性，使韌性－脆性轉變溫度升高。在大氣中球墨鑄鐵耐蝕性優(yōu)于鋼，與灰鑄鐵、可鍛鑄鐵相近。CE％=4．26％則為共晶成分。各種球墨鑄鐵低溫下有很好的硬度，但在540℃時開始粒狀化，高于650℃開始分解，硬度開始下降并逐漸接近鐵素體球墨鑄鐵的硬度。含碳量越高，導熱性越好；因此，球墨鑄鐵中錳含量一般是愈低愈好，即使珠光體球墨鑄鐵，錳含量也不宜超過0.5、鉍及鉍的化合物特征：收縮應力、相變應力之和超過斷面金屬抗斷裂后形成裂紋，熱裂呈暗褐色不平整端口，冷裂形成淺褐色光滑平直斷口。CE％低于4．26％為亞共晶成分；措施：保證球化前提下減少殘留稀土鎂，防止爐料內的強烈白口化元素，強化孕育，提高小件鑄件溫度。珠光體球鐵Mn：0.球狀石墨的形成經歷了形核與生長兩個階段。隨著珠光體的細化，球墨鑄鐵的強度和硬度有所提高。碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。為了保證孕育效果，孕育處理采用多級孕育處理。石墨球螺旋生長模型錳有嚴重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團界處，嚴重時會促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。球墨鑄鐵也不例外，只有石墨球化，才能發(fā)揮金屬基體的作用，使鑄鐵的力學性能大幅度提高。球墨鑄鐵的成分一般是指五個元素：石墨呈分散分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團狀、團絮狀皮下氣孔特征：鑄件表皮下2－3mm處均勻或蜂窩狀分布的球形、橢圓形或針孔狀內壁光滑孔洞，直徑0.珠光體球墨鑄鐵的性能及應用某些球墨鑄鐵具有很高的疲勞強度，相當于45號正火鋼，如珠光體球鐵。一般不檢查牛眼鐵素體數(shù)量，僅檢查與其共存的珠光體數(shù)量。球墨鑄鐵石墨球的大小對力學性能的影響很大，減小石墨球徑，增加石墨球在單位面積的個數(shù)可以明顯地提高球墨鑄鐵的強度、塑性和韌性。碳化學成分—碳

碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對機械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5～3.9%之間，碳當量在4.1～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時取上限；反之，取下限。將碳當量選擇在共晶點附近不僅可以改善鐵液的流動性，對于球墨鑄鐵而言，碳當量的提高還會由于提高了鑄鐵凝固時的石墨化膨脹提高鐵液的自補縮能力。但是，碳含量過高，會引起石墨漂浮。當碳含量過低時，鑄件易產生縮松和裂紋。

與灰鑄鐵相比，其金相組織的最大不同是石墨形狀的改變，避免了灰29碳當量碳當量根據(jù)各元素對共晶點實際碳量的影響，將這些元素的量折算成碳量的增減。以CE％表示碳當量。為簡化計算一般只考慮硅、磷的影響或只考慮硅的影響。

碳當量算式分別是CE％=C％+1/3(Si+P)％或CE％=C％+1/3Si％。碳是鑄鐵生成石墨的來源，是石墨的自發(fā)晶核。硅在鑄鐵中含量較多，是強烈促進石墨化的元素，能使鐵碳合金的共晶、共析點向上向左移動，表明硅降低了碳在液相和固相中的溶解度，增加了碳的活度，石墨就較容易析出長大，促進了石墨化過程，因此增加部分硅就相當于增加部分碳。其關系是當含硅1％時可使共晶點左移O．31％，即共晶點含碳量下降O．3％。將CE％值和Fe—C穩(wěn)定態(tài)相圖上的共晶點C'的碳量4．26％相比，即可判斷某一具體成分的鑄鐵偏離共晶點的程度，如CE％高于4．26％為過共晶成分；CE％低于4．26％為亞共晶成分；CE％=4．26％則為共晶成分。除衡量對凝固過程可以作出判斷外，還可以間接推斷出鑄鐵鑄造性能好壞及石墨化能力的大小，是計算鑄鐵共晶度的基礎。碳當量和共晶度都是較重要的參數(shù)。碳當量碳當量根據(jù)各元素對共晶點實際碳量的影響，將這些30硅化學成分--硅在球墨鑄鐵中，硅是第二個有重要影響的元素，它不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細化共晶團，提高石墨球圓整度的作用。但是，硅提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過高，尤其是當鑄鐵中錳和磷含量較高時，更需要嚴格控制硅的含量。一般認為硅含量大于2.8％時，可能降低韌性，使韌性－脆性轉變溫度升高。

因此，選擇碳硅含量時，應按照高碳低硅的原則，鑄件在寒冷地區(qū)使用，則含硅量應適當降低。

鐵素體C：3.6-4.0%Si：2.4-2.8%

珠光體C：3.4-3.8%Si：2.2-2.4%硅化學成分--硅在球墨鑄鐵中，硅是第二個有重要影響的31錳化學成分--錳球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，幫助形成碳化錳、碳化鐵。錳有嚴重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團界處，嚴重時會促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。錳也會提高鐵素體球墨鑄鐵的韌脆性轉變溫度，錳含量每增加0.1%，脆性轉變溫度提高10～12℃。球墨鑄鐵中，由于球化元素具有很強的脫硫能力，不需要錳承擔這種功能。因此，球墨鑄鐵中錳含量一般是愈低愈好，即使珠光體球墨鑄鐵，錳含量也不宜超過0.4～0.6%。一般都是遵循這一規(guī)律的。鑄態(tài)鐵素體Mn：0.3-0.4%

珠光體球鐵Mn：0.4-0.6%錳化學成分--錳球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠32磷化學成分—磷

磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低，當其含量小于0.05%時，固溶于基體中，對力學性能幾乎沒有影響。當含量大于0.05%時，磷在球墨鑄鐵中有很強的偏析傾向，具有增大球鐵的縮松傾向，極易偏析于共晶團邊界，形成二元、三元或復合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。當含磷量增加時，韌脆性轉變溫度就會提高。對于寒冷地區(qū)使用的鑄件，易采用磷的下限含量。磷的含量控制在0.04-0.06%以下。磷化學成分—磷磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低33硫化學成分--硫球墨鑄鐵中硫與球化元素的化合能力很強，生成硫化物或硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，衰退速度加快，而且還使夾雜物數(shù)量增多，導致夾渣、氣孔等鑄造缺陷。國外一般要求鐵液含硫量低于0.02%，我國目前由于焦炭含量較高等熔煉條件的限制，往往達不到這一標準，應進一步改善熔煉條件，有條件可進行爐外脫硫，一般要求小于0.06%。硫化學成分--硫球墨鑄鐵中硫與球化元素的化合能力很強34合金元素化學成分—合金元素

球墨鑄鐵的合金元素主要有鉬、銅、鎳、鉻、銻、釩、鉍等金屬。這些元素的主要是起提高鑄鐵的強度，穩(wěn)定基體組織的作用。合金元素化學成分—合金元素球墨鑄鐵的合金元素主要35凝固鑄鐵的凝固1、球墨鑄鐵有較寬的共晶溫度范圍2、球墨鑄鐵的糊狀凝固特性3、球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹

從鐵－碳合金的平衡圖看來，在共晶成分附近，凝固的溫度范圍并不寬。實際上，鐵液經球化處理和孕育處理后，其凝固過程偏離平衡條件很遠，在共晶轉變溫度（1150℃）以上150℃左右，即開始析出石墨球，共晶轉變終了的溫度又可能比平衡共晶轉變溫度低50℃左右。凝固鑄鐵的凝固1、球墨鑄鐵有較寬的共晶溫度范圍從鐵－碳36缺陷球化不良典型缺陷—球化不良

球化不良和球化退化特征：斷口銀灰色，分布芝麻狀黑斑點。金相組織分布大量厚片石墨。原因：原鐵液含硫高，過量反球化元素。建議選用低硫焦炭，脫硫處理，必要時增加球化劑稀土量，控制沖天爐鼓風強度和料位。缺陷球化不良典型缺陷—球化不良球化不良和37縮孔和縮松典型缺陷—縮孔和縮松

縮孔和縮松特征：縮孔發(fā)生于第一次收縮階段。表面凹陷及局部熱節(jié)凹陷，含氣孔的暗縮孔，內壁粗糙?？s松發(fā)生于第二次收縮階段。被樹枝晶分割的溶池處成為真空，凝固后的孔壁粗糙、排滿樹枝晶的疏松孔為縮松。原因：碳當量低，磷含量高，增加縮孔縮松傾向。措施：提高鑄型剛度，如使用樹脂砂，提高鐵液碳當量?？s孔和縮松典型缺陷—縮孔和縮松38石墨漂浮典型缺陷—石墨漂浮

石墨漂浮特征：冷卻過程中的過共晶鐵液首先析出石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布于鑄件最后部位的上部的冒口處。微觀觀察石墨球串接呈開花狀。原因：碳當量和稀土殘留量高，爐料原始尺寸大、數(shù)量多，都可能增加石墨漂浮。措施：建議C<4%，控制稀土含量，注意原生鐵與其他爐料的搭配。石墨漂浮典型缺陷—石墨漂浮39反白口典型缺陷—反白口

反白口特征：宏觀斷面為界限清晰的白亮塊，呈方向性白亮針，出現(xiàn)于熱節(jié)中心。金相觀察為過冷密集細針狀滲碳體。原因：凝固熱節(jié)中心偏析富鎂、稀土、錳等白口化元素，孕育不足或大件冷卻速度快等。措施：保證球化前提下減少殘留稀土鎂，防止爐料內的強烈白口化元素，強化孕育，提高小件鑄件溫度。反白口典型缺陷—反白口反40夾渣典型缺陷—夾渣

夾渣特征：澆鑄位置上表面或死角處，斷面呈暗黑無光澤、深淺不一的夾雜物，金相為可見、塊狀夾雜物。原因：形成一次夾渣的重要原因是原鐵液含硫量高、氧化嚴重；二次夾渣主要原因是鎂殘留量過高，提高了氧化膜形成溫度。措施：降低原鐵液硫、氧含量，保證球化時降低鎂殘留量，加入適量稀土降低形膜溫度。澆鑄系統(tǒng)應使充型平穩(wěn)，夾渣部位設集渣冒口。夾渣典型缺陷—夾渣41應力變形和裂紋應力變形和裂紋應力變形和裂紋特征：收縮應力、相變應力之和超過斷面金屬抗斷裂后形成裂紋，熱裂呈暗褐色不平整端口，冷裂形成淺褐色光滑平直斷口。原因：碳含量低，碳化物形成元素增加，孕育不足，冷卻過快等。措施：適當提高碳當量，降低含磷量，加強孕育等措施。應力變形和裂紋應力變形和裂紋應力變42碎塊狀石墨典型缺陷—碎塊狀石墨

碎塊狀石墨特征：出現(xiàn)在Ce等活性元素富集在共晶團邊界，促使該區(qū)域過飽和析出而形成蠕蟲狀石墨，其斷面形態(tài)為碎塊狀。原因：冷卻緩慢，共晶凝固時間過長引起的成分偏析和孕育衰退。措施：選用純凈爐料并限制Ce等元素的含量，控制較低的碳當量，加入Sb、Y、Bi等微量元素。碎塊狀石墨典型缺陷—碎塊狀石墨43只有石墨球數(shù)大于該臨界數(shù)，才能避免白口出現(xiàn)。球墨鑄鐵抗點蝕能力略強，但球墨鑄鐵管經腐蝕后的強度損失則小于灰鑄鐵管。由于薄壁，共晶凝固時冷卻速度極快，所以抑制白口組織的出現(xiàn)成為首要問題。5%的硫酸溶液的耐蝕性與灰鑄鐵大體相同，開始階段球墨鑄鐵的腐蝕率低于灰鑄鐵，但在灰鑄鐵表面形成石墨化層后腐蝕速度下降，球墨鑄鐵則無下降傾向，而在后期高于灰鑄鐵。原因：冷卻緩慢，共晶凝固時間過長引起的成分偏析和孕育衰退。措施：保證球化前提下減少殘留稀土鎂，防止爐料內的強烈白口化元素，強化孕育，提高小件鑄件溫度。球墨鑄鐵的強度和塑性主要取決于基體組織，下貝氏體或回火馬氏體強度最高，其次是上貝氏體、索氏體、珠光體。球墨鑄鐵的金相與力學性能石墨球徑的減小，使單位面積上球墨鑄鐵數(shù)量增多，可使抗疲勞強度提高，因此，細化石墨也是提高抗疲勞強度的一個要求。特征：冷卻過程中的過共晶鐵液首先析出石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布于鑄件最后部位的上部的冒口處。但與白口鑄鐵、低合金鋼相比，普通球墨鑄鐵的耐磨性并不太好，只有合金球墨鑄鐵或合金貝氏球墨鑄鐵有良好的耐磨性。這種鑄鐵用于制造受力較大而又承受振動和沖擊的零件。1、石墨：未溶石墨、添加晶體石墨、非平衡石墨在大氣中球墨鑄鐵耐蝕性優(yōu)于鋼，與灰鑄鐵、可鍛鑄鐵相近。第三組：鋁、鋅、鎘、錫即使硬度和球化合格，由于基體其中存在滲碳體、磷共晶、高硅固溶強化等，可能使強度和韌性達不到要求。所以，石墨生長過程的控制是獲得球狀石墨的關鍵。通過鑄態(tài)控制或熱處理手段可調整和改善組織中珠光體和鐵素體的相對數(shù)量及形態(tài)分布，從而在一定范圍內改善和調整和韌性的配合，以滿足各類部件的要求。奧氏體或鐵素體強度較低，塑性較好。措施：適當提高碳當量，降低含磷量，加強孕育等措施。球墨鑄鐵石墨球的大小對力學性能的影響很大，減小石墨球徑，增加石墨球在單位面積的個數(shù)可以明顯地提高球墨鑄鐵的強度、塑性和韌性。比如，處理過的球墨鑄鐵可以取得很好的韌性，延伸率高達24％；皮下氣孔典型缺陷—皮下氣孔

皮下氣孔特征：鑄件表皮下2－3mm處均勻或蜂窩狀分布的球形、橢圓形或針孔狀內壁光滑孔洞，直徑0.5-3mm，在熱處理和拋丸后暴露，小件中較多。原因：鐵液表明形成的氧化膜阻礙氣體析出，碳化反應中形成的氣體，鎂殘留量多形成的鎂蒸汽，爐料潮濕銹蝕等。措施：球化保證條件下降低鎂殘留量，鐵液平穩(wěn)澆鑄，控制爐料干燥少銹，采用少氮或無氮樹脂。只有石墨球數(shù)大于該臨界數(shù)，才能避免白口出現(xiàn)。皮下氣孔典型缺陷44鑄鐵件的形式鑄鐵件的形式1、大斷面球墨鑄鐵2、鑄態(tài)球墨鑄鐵件3、薄壁球墨鑄鐵件4、高強度高韌性球鐵

薄壁鑄態(tài)球墨鑄鐵鑄鐵件的工藝在歐美發(fā)達國家的閥門鑄造工藝中，日趨使用薄壁鑄件，可以節(jié)約資源。薄壁鑄態(tài)球墨鑄鐵件是壁厚僅為幾毫米的鑄件。由于薄壁，共晶凝固時冷卻速度極快，所以抑制白口組織的出現(xiàn)成為首要問題。鑄鐵件的形式鑄鐵件的形式1、大斷面球墨鑄鐵45薄壁鑄鐵件薄壁鑄鐵件的凝固在鑄鐵凝固時，存在石墨共晶與滲碳體共晶兩種形式。在平衡狀態(tài)圖中，前者的溫度比后者高。為了要避免白口的產生，應使石墨共晶凝固過程在溫度達到滲碳體共晶以前完成，這就需要提高石墨共晶的凝固速率，而在一定的冷卻速度下，球鐵共晶團的生長速度是一定的，因此提高石墨共晶的凝固速度，就必須增加共晶團數(shù)量。因此，為防止白口，對球墨鑄鐵的某一冷卻速度，存在對應的臨界共晶團數(shù)，即臨界石墨球數(shù)。只有石墨球數(shù)大于該臨界數(shù)，才能避免白口出現(xiàn)。當鑄件越薄，冷卻速度越大時，所需的臨界石墨球數(shù)越多。研究表明，為增加石墨球數(shù)目，添加稀土Bi是十分有效的。薄壁鑄鐵件薄壁鑄鐵件的凝固在鑄鐵凝固時，存在石墨共晶46力學球鐵的力學性能球墨鑄鐵的力學性能以抗拉強度和延伸率兩個指標作為驗收依據(jù)。在生產工藝穩(wěn)定的條件下，也可根據(jù)硬度值進行驗收。因硬度與強度的對應關系建立在球化合格，化學成分、孕育穩(wěn)定，鑄造工藝合理的基礎上，為保證性能，規(guī)定按硬度驗收時，必須檢驗金相組織，其球化率不得低于4級。即使硬度和球化合格，由于基體其中存在滲碳體、磷共晶、高硅固溶強化等，可能使強度和韌性達不到要求。所以不具備生產工藝穩(wěn)定的條件下，不能根據(jù)硬度值驗收。力學球鐵的力學性能球墨鑄鐵的力學性能以抗拉強度和延伸47力學值各種牌號的力學和硬度序號牌號最小值布氏硬度主要金相組織抗拉強度（MPa）屈服強度

（MPa）延伸率（％）1QT400-1840025018130－180鐵素體2QT400-1540025015130－180鐵素體3QT450-1045031010160－210鐵素體4QT500-75003207170－230鐵素體＋珠光體5QT600-36003703190－270珠光體＋鐵素體6QT700-27004202225－305珠光體7QT800-28004802245－335珠光體或回火組織8QT900-29006002280－360貝氏體或回火索氏體力學值各種牌號的力學和硬度序號牌號最小值布氏硬度主要金相組織48性能特點性能特點（1）硬度球墨鑄鐵的硬度主要取決于基體組織，而且與抗拉強度、延伸率等凈荷載性能有相應的關系。（2）強度和塑性球墨鑄鐵的強度和塑性主要取決于基體組織，下貝氏體或回火馬氏體強度最高，其次是上貝氏體、索氏體、珠光體。隨著鐵素體增多，強度下降，延伸率增加。奧氏體或鐵素體強度較低，塑性較好。性能特點性能特點（1）硬度49沖擊沖擊動荷載性能（1）沖擊韌度：鐵素體球墨鑄鐵由于含硅量變化，貝氏體球墨鑄鐵由于上、下貝氏體及奧氏體數(shù)量變化，沖擊韌度的變化范圍較大。基體組織沖擊韌度（J/cm2）鐵素體50－150珠光體15－35貝氏體30－100回火索氏體20－60鐵素體球墨鑄鐵試樣沖擊吸收功－溫度曲線各種基體組織球墨鑄鐵常溫沖擊韌度沖擊沖擊動荷載性能基體組織沖擊韌度鐵素體50－150珠光體150疲勞強度疲勞強度某些球墨鑄鐵具有很高的疲勞強度，相當于45號正火鋼，如珠光體球鐵。材料抗拉強度

（MPa）疲勞強度

（MPa）疲勞強度/抗拉強度鐵素體球鐵4612060.45鐵素體球鐵4702450.52珠光體球鐵7352550.347珠光體球鐵7602690.35珠光體球鐵7102620.37貝氏體球鐵1170－1470304－3430.2-0.26鐵素體球鐵4902100.43珠光體－鐵素體球鐵球鐵6212760.44回火馬氏體球鐵9313380.36上貝氏體球鐵10884120.38各種基體組織球墨鑄鐵的彎曲疲勞強度疲勞強度疲勞強度某些球墨鑄鐵具有很高的疲勞強度，相當于45號51硬度高溫性能—硬度高溫性能（1）硬度各種球墨鑄鐵低溫下有很好的硬度，但在540℃時開始粒狀化，高于650℃開始分解，硬度開始下降并逐漸接近鐵素體球墨鑄鐵的硬度。硬度高溫性能—硬度高溫性能52高力高溫力學性能（2）高溫短時力學性能圖中表明球墨鑄鐵抗拉強度隨溫度升高而降低。延伸率中，鐵素體先顯著降低再急劇升高，珠光體緩慢下降，然后顯著增加。高力高溫力學性能（2）高溫短時力學性能53高變高溫蠕變和持久強度材料常溫（20℃）力學性能試驗溫度℃高溫持久強度（MPa)抗拉強度延伸率δ100h1000h退火鐵素體433.022427538649210.768.322.7169.551.5152.5正火珠光體901.65427538649352.8115.227.4285.262.216.7奧氏體429.235427538649277.3176.481.8236.2142.160.8高變高溫蠕變和持久強度材料常溫（20℃）力學性能試驗溫度℃高54低性低溫性能低溫性能隨溫度降低，球墨鑄鐵逐漸發(fā)生由韌性向脆性的轉變，尤其在脆性轉變溫度以下，沖擊值急劇下降。同時，屈服強度提高，延伸率下降，對應力集中的敏感性明顯增加，表現(xiàn)為屈服以后變形量較小即斷裂。對于常溫下塑韌性較好的鐵素體球墨鑄鐵，低溫下抗拉強度提高。低性低溫性能低溫性能55低拉鐵素體和珠光體的低溫拉伸性能Si：2.1%；P：0.09%溫度（℃）正火珠光體球墨鑄鐵退火鐵素體球墨鑄鐵抗拉強度MPa延伸率（％）抗拉強度MPa延伸率（％）20803.62470.4240759.52492.924－25744.81515.524－50739.91539.019－75744.81554.713－100769.30.5564.59－125784.00.5548.85－150754.60.5558.63－196700.70.5627.20.5－269629.20605.60低拉鐵素體和珠光體的低溫拉伸性能Si：2.1%；P：0.56物性1、密度（1）球墨鑄鐵的常溫密度材料密度(g/cm－3)鐵素體球鐵6.9-7.2珠光體球鐵7.1-7.5中硅耐熱球鐵7.1溫度℃12251250130013351350137514001415備注密度(g/cm－3)7.056.946.916.856.786.75（1）6.906.876.836.80（2）（2）熔融狀態(tài)鎂球墨鑄鐵的密度備注（1）C:3.44%，Si:2.56%，Mn:0.22%，P:0.11%

（2）C:3.3－3.6%，Si:1.6-2.6%，Mn:0.4-0.5%，物性1、密度材料密度(g/cm－3)鐵素體球鐵6.9-7.257膨脹2、線膨脹系數(shù)隨著溫度升高，線膨脹系數(shù)緩慢增加，600℃以后顯著增加。膨脹2、線膨脹系數(shù)58熱導率熱導率熱導率取決于成分、組織、石墨形態(tài)和溫度。石墨比基體組織的導熱性好，石墨沿基面又比沿C軸的導熱性好。含碳量越高，導熱性越好；球化率越低，導熱性越好；溫度越低，導熱性越好。球墨鑄鐵熱導性高于鋼，但低于灰鑄鐵。熱導率熱導率59減切減震性和切削性球墨鑄鐵的減震性優(yōu)于鋼，劣于灰鑄鐵。球化率越高，減震性越差。溫度上升，灰鑄鐵的減震性下降，但是對球墨鑄鐵的影響很小。球墨鑄鐵的彈性模量高于灰鑄鐵，因此其聲波傳播速度，固有頻率都高于灰鑄鐵。利用聲學的差別，可檢驗球化率等級。球墨鑄鐵含有較多的石墨，起到切削潤滑作用。因此球墨鑄鐵的切削阻力小于鋼，切削速度較高。珠光體增多使球墨鑄鐵的切削性能下降，貝氏體球墨鑄鐵切削性能較差。所以，閥門中使用球墨鑄鐵時，都是采用鐵素體＋珠光體的基體類型。減切減震性和切削性球墨鑄鐵的減震性優(yōu)于鋼，劣于灰鑄鐵60焊焊補性球墨鑄鐵不能焊接，只能焊補。當球墨鑄鐵中稀土鎂合金含量較高時，在焊縫和近焊縫區(qū)易產生白口或馬氏體組織，形成內應力和裂紋。為此，國家標準GB/T10044－1988規(guī)定了適用于球墨鑄鐵焊補用的焊條，按照要求，可獲得高強度珠光體基體球墨鑄鐵的焊縫。耐熱性球墨鑄鐵中的石墨彼此分離，與灰鑄鐵相比，可阻礙高溫下氧的擴散。因此球墨鑄鐵的抗氧化性和抗生長性均優(yōu)于灰鑄鐵，也優(yōu)于可鍛鑄鐵。鐵素體球墨鑄鐵的高溫抗生長性優(yōu)于珠光體球墨鑄鐵。提高硅含量或鋁含量可改善球墨鑄鐵的抗氧化性及耐熱性。焊焊補性耐熱性61腐蝕耐腐蝕性在大氣中球墨鑄鐵耐蝕性優(yōu)于鋼，與灰鑄鐵、可鍛鑄鐵相近。球墨鑄鐵在土壤的耐蝕性優(yōu)于鋼，與灰鑄鐵相近。球墨鑄鐵抗點蝕能力略強，但球墨鑄鐵管經腐蝕后的強度損失則小于灰鑄鐵管。球墨鑄鐵在室溫，0.5%的硫酸溶液的耐蝕性與灰鑄鐵大體相同，開始階段球墨鑄鐵的腐蝕率低于灰鑄鐵，但在灰鑄鐵表面形成石墨化層后腐蝕速度下降，球墨鑄鐵則無下降傾向，而在后期高于灰鑄鐵。球墨鑄鐵和灰鑄鐵在堿溶液中的耐蝕性良好，與鋼相近。球墨鑄鐵對有機物、硫化物、熔融金屬（低熔點）的耐蝕性與灰鑄鐵相近。

腐蝕耐腐蝕性62耐磨耐磨性球墨鑄鐵是良好的耐磨和減磨材料，耐磨性優(yōu)于同樣基體的灰鑄鐵、碳鋼以致低合金鋼。（1）潤滑耐磨球墨鑄鐵的耐磨性優(yōu)于灰鑄鐵。（2）磨料磨損球墨鑄鐵在磨料磨損條件下也有一定應用。但與白口鑄鐵、低合金鋼相比，普通球墨鑄鐵的耐磨性并不太好，只有合金球墨鑄鐵或合金貝氏球墨鑄鐵有良好的耐磨性。耐磨耐磨性63應用鐵素體球墨鑄鐵的性能及應用鐵素體球墨鑄鐵是基體組織中，鐵素體占到80％以上，余量為珠光體的球墨鑄鐵，典型牌號為QT400-15，QT400－18，QT400－10。其性能特點為塑性和韌性較高，強度較低。這種鑄鐵用于制造受力較大而又承受振動和沖擊的零件。目前在國外一些用離心鑄造方法大量生產的球墨鑄鐵鐵管也是鐵素體，并能承受地基下沉以及輕微地震所造成的管道變形，而且具有比鋼高得多的耐腐蝕性，因而具有高的可靠性及經濟性。應用鐵素體球墨鑄鐵的性能及應用64應用混合基體球墨鑄鐵的性能及應用

QT500-7，QT600-3屬鐵素體和珠光體混合基體的球墨鑄鐵，這種鑄鐵由于有較好的強度和韌性的配合，多用于機械、冶金設備的一些部件中。通過鑄態(tài)控制或熱處理手段可調整和改善組織中珠光體和鐵素體的相對數(shù)量及形態(tài)分布，從而在一定范圍內改善和調整和韌性的配合，以滿足各類部件的要求。應用混合基體球墨鑄鐵的性能及應用65a、極低的硫、氧含量原因：碳當量和稀土殘留量高，爐料原始尺寸大、數(shù)量多，都可能增加石墨漂浮。特征：斷口銀灰色，分布芝麻狀黑斑點。這些元素的主要是起提高鑄鐵的強度，穩(wěn)定基體組織的作用。澆鑄系統(tǒng)應使充型平穩(wěn)，夾渣部位設集渣冒口。C、縮短鐵液經球化處理后的停留時間；溫度上升，灰鑄鐵的減震性下降，但是對球墨鑄鐵的影響很小。特征：冷卻過程中的過共晶鐵液首先析出石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布于鑄件最后部位的上部的冒口處。球墨鑄鐵含有較多的石墨，起到切削潤滑作用。球墨鑄鐵不能焊接，只能焊補。5-3mm，在熱處理和拋丸后暴露，小件中較多。但是，硅提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過高，尤其是當鑄鐵中錳和磷含量較高時，更需要嚴格控制硅的含量。措施：提高鑄型剛度，如使用樹脂砂，提高鐵液碳當量。（1）球墨鑄鐵的常溫密度這種鑄鐵用于制造受力較大而又承受振動和沖擊的零件。4、硫化物/氧化物石墨呈大部分絮狀或團狀，余為球狀、少量蠕蟲狀石墨大部分呈球狀，余為團狀和極少量團絮狀碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。薄壁鑄態(tài)球墨鑄鐵件是壁厚僅為幾毫米的鑄件。石墨呈分散分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團狀、團絮狀應用珠光體球墨鑄鐵的性能及應用珠光體球墨鑄鐵是基體組織中，珠光體占80％以上，余量為鐵素體的球墨鑄鐵，QT700－2和QT800-2，可以采用正火處理獲得。珠光體球墨鑄鐵的性能特點為強度和硬度較高，具有一定的韌性，而且具有比45號鍛鋼較優(yōu)良的屈強比、低的缺口敏感性。

奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵開發(fā)于上世紀70年代后期，與普通球墨鑄鐵相比，具有高強度、高塑性、高韌性的綜合特點。奧氏體－貝氏體的抗拉強度高達900－1400MPa，如果降低抗拉強度，延伸率可高達10％。奧氏體－貝氏體具有的高沖擊韌性和抗點蝕疲勞能力，尤其具有高抗彎曲疲勞性能和耐磨性，可用于代替某些鍛鋼或普通球墨鑄鐵不能勝任的部件，為此收到廣泛重視，視為鑄鐵冶金領域的重大突破。a、極低的硫、氧含量應用珠光體球墨鑄鐵的性能及應用奧氏66檢驗

步驟：1、觀察金相，評定球化率等級。

2、化學實驗，測知C、

Si、Mn、P、S等主要元素的含量。

3、力學實驗，測知材質的抗拉強度及延伸率。檢驗步驟：67存樣存樣68靜觀1、鉆樣取屑法一件合格的墨鑄鐵產品，它在機械加工切削過程中，其切屑顯片狀或條狀，而灰鑄鐵在加工切削中，其切屑是顯粉狀。表觀觀察法靜觀1、鉆樣取屑法表觀觀察法69表觀敲擊法可以將閥體吊起，借助工具敲擊。球化率越好的球鐵，球墨鑄鐵的質量越好，材質越是均一，聲