球墨铸铁特性及其应用

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1、球墨铸铁特性及其应用球墨铸铁的概念球墨铸铁的概况球墨铸铁是指铁液在凝固过程中碳以球型石墨析出的铸铁。与灰铸铁相比，其金相组织的最大不同是石墨形状的改变，避免了灰铸铁中尖锐石墨的存在，使得石墨对金属基体的切口作用大为减少，基本消除了片状石墨引起的应力集中现象，使得金属基体的强度利用率达到70－90％，从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥。球墨铸铁可以像钢一样，通过热处理和合金化等措施来进一步提高其使用性能。比如，处理过的球墨铸铁可以取得很好的韧性，延伸率高达24％；抗拉强度可以高达1400MPa，基本接近钢材。与钢材相比，球墨铸铁还有很多

2、优点。比如铸造性能好，成本相对较低。由于球墨铸铁产量的不断增加，性能不断开发，现已成功部分取代了锻钢和铸钢，成为前景广阔的金属结构材料。球墨铸铁的金相组织金相组织与力学性能的关系力学性能与金属的金相组织密切相关，什么样的金相结构决定了什么样的力学性能。球墨铸铁也不例外，只有石墨球化，才能发挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能大幅度提高。也只有石墨球化，进一步改变基体的性能才更有意义。因此，对球墨铸铁的金相研究，是我们了解球墨铸铁，使用球墨铸铁的前提条件。球墨铸铁的形成球状石墨的形成经历了形核与生长两个阶段。其中的形核是石墨的首要过程，铁液在

3、熔炼及随后的球化、孕育处理中产生大量的非金属夹杂物，初生的夹杂物非常小，在随后浇铸、充型、凝固过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石墨析出的核心。球状石墨核心形成以后，碳原子开始在核心基底上堆砌，石墨最终生成的形状决定受工艺条件影响的生长方式。所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨的关键。球状石墨的形核单个夹杂物复合夹杂物球状石墨的核心石墨形核的条件石墨的形核分均质形核和异质形核。均质形核：C的微观原子团（C6）n——晶胚铁液过冷度达200－300℃异质形核：形核基底的外来质点符合晶格匹配关系（失配度δ<12%)界面能要求——外来质点

4、被石墨润湿形核物质1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平衡石墨2、岩状结构碳化物基底3、氧化物4、硫化物/氧化物5、铋及铋的化合物球墨铸铁的孕育球墨铸铁孕育的重要性灰铸铁、球墨铸铁孕育的异同点孕育衰退现象提高孕育效果的措施a.选择强效孕育剂b.必要的S的含量c.改善处理方法d.提高铸件冷却速度球状石墨的生长球状石墨的生长条件a、极低的硫、氧含量b、限制反球化元素c、保证必要的冷却速度d、添加的球化元素第一组：镁、钇、铈、钙、镧、镤、钐、镝、镱、钬、铒第二组：钡、锂、铯、铷、锶、钍、钾、钠第三组：铝、锌、镉、锡最佳含量W(Mg)：(0.04

5、-0.08)%W(Ce):(0.07-0.12)%W(Y):(0.15-0.2)%石墨球的螺旋生长石墨球螺旋生长模型a）生长成的球体b）角锥体单晶c）锥顶角Φ与θ的关系石墨球生长的工艺措施从生产实践中得知，使石墨按球状生长的工艺措施为改变化学成分和控制冷却速度。化学成分中，对石墨生长有重要影响的是一些能显著改变铁液过冷倾向的元素；而引起铸铁冷却速度产生变化的因素则是铸件壁厚、铸型以及浇铸。这些条件的实质在于改变石墨结晶的冷却状况。球墨铸铁的金相组织与力学性能的关系球墨铸铁的力学性能是和它的金相组织密切相关的。保证铸铁中石墨球化良好，是熔制

6、球墨铸铁的第一要求。只有石墨球化，才能充分发挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能大幅度提高。也只有石墨球化后，进一步改变基体的性能才更有意义。1、金相组织球状石墨外貌接近球形，内部呈放射状，有明显的偏光效应。石墨是由很多角锥体枝晶组成的多晶体，各枝晶的基面垂直于球径，C轴呈辐射状指向球心。2、球化分级球化级别说明球化率（％）1级石墨呈球状，少量团絮，允许极少量团絮状≥952级石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状90－953级石墨大部分呈团状，余为团絮状，允许有极少量蠕虫状80－904级石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团状、团絮状70－80

7、5级石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状60－70GB9441－1998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分成六级。球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地提高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增多，可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳强度的一个要求。级别3级4级5级6级7级8级石墨直径（100×）mm>25－50>12-25>6-12>3-6>1.5-3≤1.53、石墨大小石墨球大小分级(GB9441-1988)各种基体与力学性能的

8、关系1、铁素体根据GB9441-1988球墨铸铁金相检验评定铁素体数量。其百分比，按大多数视场对照图片评定。一般不检查牛眼铁素体数量，仅检查与其共存的珠光体数量2、珠光体在球墨铸铁中，珠光体的