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1、第一节：球墨铸铁1947年 发明1950年 我国开始生产1960年 我国开始应用稀土第1页/共51页一、球铁的性能特点及应用 组织（F、P、F+P、A+B）+G（一）P球铁的性能及应用1、性能：强度高、一定韧性，2、应用：重载荷、耐磨零件，曲轴、齿轮等第2页/共51页第3页/共51页（二)F球铁性能及应用1、性能：塑性韧性高，强度低，耐蚀性好2、应用：受力较大、冲击振动零件，汽车底盘、农机部件。（三）F+P球铁性能及应用1、性能：较高强度及韧性2、应用：汽车、农机、柴油机等部件（四）B球铁的性能及应用1、性能：高强度塑性韧性，综合性能好。2、应用：承受高载荷的齿轮、曲轴连杆等第4页/共51页二
2、、球铁的生产熔炼合格铁液球化处理孕育处理炉前检验浇铸-清理热处理质量检验第5页/共51页（一）化学成分的确定1、基本成分（C、Si、Mn、S、P）（1）C、Si C：在3.23.8%性能变化不大，以铸造性能考虑，球化元素使C、E右移，4.64.7%，可以适当提高 Si：细化G，减小白口倾向（镁促使白口）升高韧脆转变温度，降低韧性(2.8%)一般：C：3.44.0%Si：2.22.8%第6页/共51页（2）Mn强化F、稳定P，脱O、S，易正偏析、形成晶间碳化物，降低韧性 一般：0.30.8%（3）P 严重偏析、磷共晶，易产生缩松 球铁要求高韧性时：P0.040.06%（4）S消耗球化剂，加快球化
3、衰退速度,形成夹杂物,严格控制：S0.02%第7页/共51页2、合金元素（1）Mo 提高强度、提高淬透性、正偏析（、四元磷共晶）严格控制（）Cu 稳定珠光体（）Ni 强化元素、与Cu作用相近，不易偏析，易产生A-B组织，贵重，少用（4）Cr 稳定P，提高强度，0.20.3第8页/共51页（二）球墨铸铁熔炼要求及炉前处理技术1、要求（1）球化：球化率、园整度、大小（2）其他：高温、低硫磷、低杂质2、球化处理（1）球化及反球化元素第9页/共51页（2）常用球化剂及处理方法Mg特点及作用 密度1.738、熔点651、沸点1107 ，活泼，脱O、S，上浮、气化、烧损 回收率A=(Mg残+Mg脱O、S)
4、/Mg稀土镁合金的性质及作用 我国含量丰富、价格便宜，沸点高、比重大，活泼，脱氧脱硫，白口倾向大、偏析严重、严格控制。第10页/共51页 处理方法压力加Mg法转包法冲入法型内处理法第11页/共51页第12页/共51页3、孕育处理（1）目的消除结晶过冷：图3-9Fe液纯净异质晶核少，需大过冷度（球化作用）Mg降低共晶转变温度图3-2第13页/共51页促进石墨球化、细化减少晶间偏析（2）方法炉前孕育法瞬时孕育法，图3-10、11、12、13（三）球铁的质量控制1、实践经验2、实验：三角试块、火苗判断、热分析、金相法第14页/共51页三、球铁的铸造性及常见缺陷（一）球铁凝固特点1、球铁有较宽的凝固范
5、围（需大过冷度）铁液纯净 球墨形核、长大特点2、糊状凝固特性 图3-163、具有较大的共晶膨胀 石墨 外壳软第15页/共51页（二）球铁的铸造性1、流动性较好 铁液纯净，但球化、孕育降低温度，Mg使张力增大，降低流动性2、收缩性小 有膨胀图3-17刚度影响大 大、组织密 小、组织松3、内应力收缩应力大，弹性模量比灰铁大热应力大，导热性差 第16页/共51页（三）常见缺陷及防止方法1、缩孔、缩松措施：加大铸型刚度 增大石墨化膨胀体积 适宜的浇注温度，较少液态收缩 采取合理工艺措施2、夹渣一次夹渣 浇注前 大二次夹渣 浇注后 小 O、S化物措施：减少铁液含O、S量 减少Mg稀土残留量 提高浇注温度
6、 除渣要净第17页/共51页3、石墨漂浮 C、Si量过高措施：严格控制碳当量 4.64.7%以下 降低原铁液的Si量 用孕育剂加入4、皮下气孔 Mg、MgS与H2O作用产生H2、H2S措施：减少Mg的残留量和沙型中的水 添加煤粉、刷涂炭层 形成气层第18页/共51页5、球化衰退 先浇注球化好、后浇注不好，炉前检验球化好、浇注球化不好。原因：镁和稀土逃逸、烧损、氧化、硫化、孕育衰退措施：保留足够球化元素 降低铁液含硫量 缩短停留时间 铁液扒渣后，用覆盖剂覆盖，隔绝空气、防止逃逸第19页/共51页四、球铁的热处理（一）热处理特点1、共析转变有较宽的温度范围 F、A、Fe3C、G共存，不同温度得到不
7、同组织，（F或P）控制性能（铁、碳、硅三元合金）2、铸铁组织有石墨 碳的存储库，调节奥氏体含碳量3、铸铁中杂质量高，会产生偏析第20页/共51页（二）退火 石墨化退火，高温、低温。降低硬度（三）正火 正常处理（四）等温淬火（低温、高温）1、低温等温淬火（260330 ）B下 正常工艺 图3-20 B下中常出现M、A，低温回火消除第21页/共51页2、高温等温淬火（A+B上）350370 （1）温度 影响 图3-22 （2）时间 短：B少，A含碳量低，后转变成M，降低韧性 长：B会析出F、Fe3C，A残量减少，降低韧性 不同时间的室温组织量 图3-24 控制时间比较难 t1t2 10min 图3
8、-23 加 Mo、Cu、Ni 扩大t1t2 第22页/共51页五、球铁生产中的几个特殊问题（一）大断面球铁的生产难度：石墨球大、少，铁素体多、严重偏析，晶粒粗大、缩孔缩松、夹渣解决方法：控制成分 低C、低Si、低S、P，加入Sb细化G球形状好 提高冷却速度 金属型、冷铁、通水第23页/共51页（二）薄壁铸铁件的生产难度：易得白口组织解决办法：共晶团数多，不易得白口。临界共晶团数 图3-25 提高碳当量、降低Mn、Cr、V等、添加稀土元素（少）微量元素Bi第24页/共51页（三）关于铸态球墨铸铁的生产 不用热处理直接获得不同组织的球铁 高韧F、P、A+B等（四）高强度高韧性球铁 强化铁素体、适量
9、珠光体、合金化、细化晶粒。第25页/共51页第二节 蠕墨铸铁一、组织及性能1、组织：F、P、F+P，F多 蠕虫 片+球 特征图3-26、27蠕化率：VG=蠕虫/（蠕虫+球状）第26页/共51页形状系数K=4A/L2 A面积、L周长形状特征 K0.15片、K=0.150.8蠕虫、K0.8球图3-28第27页/共51页2、牌号、性能 牌号：表3-10 性能：介于灰铁、球铁之间曲强比最高导热性能接近灰铁比球铁高第28页/共51页二、蠕墨铸铁的生产及控制1、成分及熔炼2、炉前处理（蠕化）3、炉前检验4、浇注第29页/共51页（一）成分选择及熔炼要求与球铁相似，高C当、低S、P，一定Mn也有不同1、C、
10、Si：C比球墨低、防止球化，一般 3.43.8，Si一般。2、Mn：稍高，稳定P3、P：0.08%4、S：消耗蠕化剂5、合金元素：第30页/共51页（二）炉前处理及控制1、蠕化剂及蠕化处理 蠕化剂：少量球化剂，稀土镁合金，量难控制，图3-34 复合蠕化剂，稀土镁钛合金：稀土镁钛合金：稀土镁锌合金：稀土镁锌合金：加入少量反球化元素Ti、锌等，扩大球化元素的含量范围、放宽硫的限制第31页/共51页复合蠕化系数：K2=K1/Mg残留 K1反球化元素当量复合蠕化系数的影响，图3-35蠕化处理：冲入法第32页/共51页2、孕育处理作用：消除过冷，减少Fe3C 细化晶粒 延缓蠕化衰退第33页/共51页（三
11、）铸造性能极常见缺陷1、铸造性能 接近灰铁，优于球铁2、常见缺陷 蠕化不良、孕育不足、夹渣等第34页/共51页（四）质量控制1、选择适当成分 低S、P，适量C、Si2、加入适量蠕化剂，据含S量等3、孕育处理4、铁液温度5、铸型刚度6、炉料管理第35页/共51页（五）蠕铁的应用1、复杂大型铸件 断面敏感性小、铸造性好2、有热交换及较大温度梯度的零件 导热性好3、代替孕育铸铁应用重要零件 液压元件等第36页/共51页第三节 可锻铸铁一、分类、牌号、应用1、分类及应用 黑心可锻铸铁：F F韧性好，受冲击零件，珠光体可锻铸铁P P强度高，耐磨零件等 白心可锻铸铁：水暖管、焊件等2、牌号 表3-16、表
12、3-17第37页/共51页二、可锻铸铁的制造方法（一）白口铸坯的获得1、化学成分（1）确定原则 保证得到白口 石墨化过程要快，生产周期短 有利提高力学性能 有较好的铸造性（2）成分的确定 C、Si低，C：2.42.8，Si1.4%有利石墨化 降低韧性 C当=3.84.2%第38页/共51页Mn、S：Mn=0.50.7，S0.2以下，Mn/S=23，一般以2.5为宜。太大，G较松P：要求不高，但含量不能太大，否则,脆性大其它元素：Cr、Ti、W等要严格控制，石墨化过程中难以分解第39页/共51页2、对熔炼的要求 首先，获得低C、Si铁液，防止增碳，浅炉缸，前炉结构。其次，高的出炉温度 冲天炉电炉
13、双炉熔炼第40页/共51页3、可锻铸铁的工艺特点白口、收缩大、内应力大、缩孔、松，裂纹、冒口、冷铁（1）浇注系统：图3-39 大冒口（2）凝固收缩、线收缩大 加冒口（3）流动性差（4）易出现皮下气孔第41页/共51页（二）退火过程及控制1、F可锻铸铁退火工艺 图3-40 950保温 710-730 p分解F+G 780-700 缓冷 A分解F+G 空冷 第42页/共51页2、P可铁退火工艺 1）第一阶段后，随炉冷至820-880，空冷即可 2）第一阶段后，随炉冷至680，保温6-8小时。可得 粒状P。（P稳定作用较强的条件下）3）第一阶段后，淬火+高温回火，可得粒状P3、白心可锻铸铁的退火 白
14、口铁+氧化铁（1000-1100）长时间保温即可4、退火炉及控制第43页/共51页三、固态石墨化原理1、G核的形成及长大 Fe3C不稳定分解扩散1）形核：O、S化物，未溶G微粒，空位缺陷等2）长大：Fe3C分解C溶入A中A析出CG长大第44页/共51页2、石墨析出的形状 团絮状，各方向长大几率一样，但实际条件有所不同，所以。3、影响石墨化过程的主要因素1）G化过程：形核G FeCA中溶解 C扩散 C向G晶核沉积2）影响因素：形核数量 （细化初晶、孕育处理）扩散速度 （温度、成分：Si促进碳原子移动，但不易得白口，值得研究）第45页/共51页四、加快可锻铸铁石墨化的措施1、一般措施：1）正确选定
15、铁液成分，保证白口，尽量提高Si量，适当Mn/S比 2.5 2）适当提高退火温度，不宜过高，G恶化 3）增加凝固时的冷却速度，细化初晶，增加缺陷 4）正确设计选用退火炉第46页/共51页2、孕育处理 1）目的及作用 目的：促使一次结晶形成渗碳体 热处理时 促进石墨化 孕育剂：单一元素 Bi、Al 复合元素 作用：一、二次结晶阻遏石墨化 热处理时，促进石墨化 目前采用：Al、Bi-Al、B-Bi 第47页/共51页2）低温时效、加Al孕育加Al：0.010.015%孕育低温时效：石墨化时，在300-400保温4-5小时，再加热至第一第二阶段石墨化晶核明显增多 图3-443）Bi-Al复合孕育 图
16、3-45 Bi阻碍G化元素4）Si-Bi复合孕育 图3-46 475）稀土孕育处理 图3-48 增加G晶核、形成球状G，球状可锻铸铁第48页/共51页五、常见缺陷及防止1、铸件毛坯固有缺陷 1）灰点、片状石墨：铁液C、Si量高，孕育处理不当 2）缩松及枝状缩松：液固温度范围大 3）裂纹：白口、收缩大、应力大2、热处理缺陷 1）氧化脱碳 2）石墨松散、分叉 退火温度过高、Si量过高 3）组织过烧 4）回火脆性第49页/共51页六、球墨可锻铸铁铁液球化处理白口坯件石墨化退火 图3-49 对工艺要求不严格了。含碳范围宽，反球化元素限制少，白口控制不严，不必全白口。第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页