蠕墨铸铁读书报告

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1、2016-2017-1 学期南阳理工学院铸造合金及其熔炼课程报告学院：机械与汽车工程学院专业：材料成型及控制工程学生：学号：指导教师：完成日期年12月29日蠕墨铸铁及其熔炼摘要：介绍了蠕墨铸铁的起源、发展、性能指标及石墨形态。按照蠕化剂的发展 过程阐述镁系和稀土系蠕化剂的化学成分和加入量。简要介绍蠕墨铸铁化学成分 的选择，各种预处理、蠕化处理和热处理工艺，并列举了蠕墨铸铁的应用实例， 认为蠕墨铸铁将有巨大的工程应用空间。关键词：蠕墨铸铁；应用；蠕化剂；成分；蠕化处理;1概述1.1蠕墨铸铁的起源和发展蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸 铁最早的国家之一。1966

2、年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论 文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。通常蠕墨铸铁是铸造以前加蠕化 剂（镁或稀土）随后凝固而制得的。迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土 是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极 其有利的条件和物质基础。近年来，蠕化率N80%的蠕墨铸铁具有强度高、导热和耐热疲劳、加工性等 综合性能好的特点，在发动机缸体、缸盖等重要铸件上应用的越来越多，并且获 得很好的技术经济效益，蠕墨铸铁应用在发动机缸体和缸盖的实例见图1-1。工 业发达国家掀起了一股研究和应用蠕墨铸铁的热潮。例如：美国福特公司生产的 V6、宝马（BMW）公司

3、的V8，克莱斯勒汽车公司的12 L、8缸，达夫公司（DAF） 的12.6 L、390 kW、6缸发动机缸体等都用蠕墨铸铁来制造1图1-1 发动机缸体和缸盖1.2蠕墨铸铁的特点蠕墨铸铁的性能优良，具有灰铸铁和球墨铸铁的一系列优点。蠕墨铸铁的力 学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，如抗拉强度、伸长率、弯曲疲劳强度优于灰 铸铁，而接近于铁素体球墨铸铁。此外它的耐磨性优于孕育铸铁和高磷耐磨铸铁， 它的导热性和耐热疲劳性比球墨铸铁高得多，这是蠕墨铸铁的突出优点，而且抗 生长性和抗氧化性均较其它铸铁都高。蠕墨铸铁的减振性能比球墨铸铁高，但是 不如灰铸铁，其切削加工性优于球墨铸铁，铸造性能接近灰铸铁，其缩孔、缩

4、松 倾向小于球墨铸铁，故铸造工艺比较简单。2蠕墨铸铁的组织及性能2.1组织特征蠕虫状石墨与片状石墨相比，具有如下特征：其长度和宽度的比值小于片状 石墨相应值。图2-1中的（a）显示了蠕虫状石墨的立体形态和结构。从图2-1 中的（b）可见蠕虫状石墨和片状石墨一样存在着分叉，其侧面不如片状石墨平 滑，端部变圆变钝；蠕虫状石墨和片状石墨一样成簇状存在，这意味着蠕虫状石 墨对基体的切割作用要比片状石墨小得多，可使力学性能提高。球状石墨、蠕虫 状石墨、片状石墨的石墨的结构是完全不同的，球状石墨是年轮状结构、片状石 墨是层片状结构，蠕虫状石墨则兼有上述两种结构，在端部具有年轮状与球状石 墨类似，在杆部有与

5、片状石墨相同的层片状结构。这样的组织决定了蠕墨铸铁的 性能介于球墨铸铁和灰口铸铁的性能之间（a）（b）2.2蠕墨铸铁的牌号和性能蠕墨铸铁的牌号为：RuT+数字。牌号中，“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的 大写字头，为蠕墨铸铁的代号，后面的数字表示最低抗拉强度。例如：牌号RuT300 表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁是金属基体和游离的蠕虫状石墨组成的机械混合物，包括铁素体、 珠光体（粗片状、中等片状、细片状、索氏体）、马氏体、下贝氏体、上贝氏体、 奥氏体、少量渗碳体及磷共晶。渗碳体、磷共晶是基体中的有害组分，马氏体、 下贝氏体、上贝氏体、奥氏体必须通过热处理才能获得。世界各国均

6、已制定了相 的标准，基本性能也已取得共识。我国机械部标准1999年第2次修定，目前 正在执行（见表2-1）2表2-1蠕墨铸铁的牌号牌 号抗拉强暖 MPh）屈服强度主要基体组圾不小于RuTfl 204203SS0.75200-2S0珠光体3800-751 S3-274珠光悻RvT340枷270L0170-24950珠光棒+秩縻障RuT 拥。2401.5140-217跌素停+葬光体RuTEO260195312115?快素体3蠕化剂的发展到目前为止，国内外都是利用向一定成分的铁水中通过一定形式加入适量变 质元素一一蠕化剂来获得蠕铁的。蠕化处理方式与球化处理类似，但远比球化处 理难以控制，这主要是由于

7、铁水中合适的蠕化元素残留量范围很窄造成的。因此， 各国铸造工作者对蠕铁的开发与研究主要集中在蠕化作用范围较宽的蠕化剂的 研制上。目前，国际上应用的蠕化剂主要有两大类:一类是英、美等国采用的以Mg为 主加干扰元素Ti等并配以微量Ce制得的蠕化剂；另一类是德国等国采用的稀 土混合金属以及原苏联和我国采用的稀土合金。3.1镁系蠕化剂由于用球化剂制取蠕墨铸铁时会伴有蠕虫状石墨出现，且采用Mg处理铸铁 工艺较简单，因此开展了用Mg做蠕化剂的研究。开始时用镍镁合金做蠕化剂， 但获得蠕墨铸铁3 (Mg残)量范围非常窄，仅在0.015%0.020%之间，很难实现 工业化生产。为了扩大制取蠕墨铸铁时3 (Mg残

8、)量范围，研究用球化元素与反 球化元素配成合金作为蠕化剂使用，取得了很大的突破，其合金成分为：3 (Mg) 4.5%5.5%、3 (Ti) 8.5%10.5%、3 (Ce) 0.25%0.35%、3 (Ca) 4.0%5.5%、3 (Al) 1.0%1.5%、3 (Si) 48.0%52.0%。3.2稀土系蠕化剂以稀土为主的蠕化剂大致可分4类:混合稀土金属、RE-Si-Fe合金、RE-Ca-Si-Fe合金和RE-Mg-Si-Fe合金。这里只简单介绍一下混合稀土金属和 RE-Si-Fe 合金。在混合稀土金属中分低铈混合稀土和高铈混合稀土金属，目前，大多采用低 Ce混合稀土，其3 (RE) 99%

9、、3 (Ce)约50%。混合稀土加入量与铁液中的3 (S)量有关，3 (S)量升高，混合稀土加入量加大，但只要3 (RE残)0.02% 即可获得蠕墨铸铁。但因混合稀土价格较贵，只有在铁液中3 (S)量很低时使 用才合理。稀土硅铁合金是原苏联和我国经常采用的蠕化剂，这种合金通常含有稀土元 素20%30%、40%50%Si、余为Fe。稀土元素加入铁水后，脱S、O净化铁水后， 残余的稀土元素才起蠕化作用。因此,稀土硅铁合金作为蠕化剂的加入量必须达 一定量，这一数值称之为临界加入量(见表3-1)。由于稀土元素沸点远高于铁水 温度，处理时无烟气和铁水飞溅,较安全。正是由于不产生沸腾作用，加之稀土元 素又

10、属于重原子金属，原子半径大，在铁水中的自扩散能力弱,所以处理时必须充 分搅拌，促使成分均匀。目前无强有力的搅拌铁水的手段，使其应用受到限制。表3-1稀土硅铁合金临界加入量(%)原铁水S含量计算的纯稀土加入量含稀土 21.5%的稀土合金加入量0.030.1760.820.040.2100.980.050.2461.140.060.2801.300.070.3151.470.080.3501.634蠕墨铸铁的熔炼生产工艺4.1化学成分蠕墨铸铁的化学成分和球墨铸铁基本相同，蠕墨铸铁生产中采用共晶附近的 成分以有利于改善铸造性能，其化学成分表见表4-1。一般含3c=3.0%4.0%, 薄件取上限值，以

11、免出现白口，厚件取下限值以免产生石墨飘浮。含3&=1.4% 2.4%,主要用来防止白口，控制基体。随含硅量增加，基体中珠光体量相对减少， 铁素体量增加，同时硅有强化铁素体的作用。锰在蠕墨铸铁中起稳定珠光体的作 用，生产混合基体的蠕墨铸铁可对锰进行调整，如要求获得韧性好的铁素体基体 蠕墨铸铁，则锰3疽0.4%；如希望获得强度、硬度较高的珠光体蠕墨铸铁，则 需将锰提高至3皿=2.5%左右。磷一般控制在30.08%，对于耐磨零件可将磷提 高到30.2%0.35%。硫和蠕化元素的亲和力较强，会削弱蠕化剂的作用，因 此要求硫含量3S0.03%。表4-1蠕墨铸铁化学成分表CSiMn原铁水3.4 3.81.

12、5 1.80.4 0.6RuT3.4 3.81.4 2.4PSTi0.070.05 0.08/0.020.01 0.024.2铁液的预处理为了保证得到好的蠕化处理效果，当蠕铁的原铁液中3 (S)量大于0.03% 时应进行预脱硫处理。预脱硫时应注意:脱硫产物要清除干净;处理时烟气要少； 工艺简便，脱硫剂供应充足；脱硫装置维修方便。脱硫剂主要是苏打粉(Na2CO3) 和碳化钙(CaC2)。以下几种方法在预处理时都有应用。(1) 包内冲入法，把苏打粉(Na2CO3)置于浇包底部或冲天炉的出铁槽，然 后冲入铁液。Ca2CO3分解时产生CO2使铁液翻腾，加速了脱硫反应的进行，Na2S 的密度小于铁液的密

13、度，很快浮入渣中可予以排除，从而达到脱硫的目的。苏打 粉的加入量一般为0.3%0.5%。此法脱硫效率较低，一般仅为20%30%，最高 为50%，且只有铁液中3 (S)量大于0.1%时效果较好。此法脱硫时烟雾较大， 苏打对浇包的侵蚀严重，目前应用已不多。(2) 机械搅拌法，将一个空心叮”型耐火材料管插入铁液，用电机使其转 动，利用虹吸原理使铁液不断从底部吸入，从“T”型耐火材料管上部两端排出， 使铁液和CaC充分接触，达到脱硫目的“T”型耐火材料管转速为70rad/min， 用 0.5%0.7%的 CaC，在 4 min 内，3 (S)量可从 0.070%脱至 0.005%。图 4-1 是机械搅

14、拌法装置示意图，此法也是用稀土合金制取蠕墨铸铁的重要方法之一。(3) 摇包脱硫法，偏心转盘以一定的时间(15s)间隔正逆变换转动，铁液 液面上的CaC在摇包正逆变换转动时，与铁液充分接触，达到脱硫目的。用1.0% 的CaC，在2 min内，3 (S)量从0.11%脱至0.008%。图4-2是摇包脱硫法装 置示意图。此法降温约100C，只有当铁液温度高于1 450C，铁液质量大于1t 时适用。图4-1机械搅拌法装置示意图图4-2摇包脱硫法装置示意图4.3蠕化处理在选择了蠕化剂和原铁液成分后，需要根据生产现场情况确定合适的蠕化设 备及蠕化工艺。各国先后用过冲入法、钟罩压入法、密封包盖包压入法、出铁

15、槽 撒入法、密流法、型内处理法、喷吹法、喂丝法、中间包处理法、混合器处理法、 定量包处理法、电子秤称量处理法等，目前常用的有以下几种：(1) 冲入法。分简单冲入(或开包法)法和夹心法。夹心法是在蠕化剂置 于浇包底部后，在其上方覆盖孕育剂后，再覆盖无锈钢屑或球铁或薄的低碳钢板， 然后冲入铁液，此法又称“三明治”法。(2) 多孔(透气)塞法。这种方法的优点是脱硫、蠕化、孕育在同一装置 中进行，低镁高稀土或无镁稀土合金更适用此法。（3）型内处理法。是一种先进的处理工艺，适用于流水生产。处理时将合 金置于反应室内，当铁液流经反应室时即完成了蠕化处理，用此法处理时，铁液 流量与反应室断面面积有关。用这一工艺可获得优良的蠕铁，处理时烟雾较少， 合金吸收率提高，球化蠕化与孕育可同时完成，处理过程温降小，并可取消处理 包没有蠕化、孕育衰退现象。但处理时对铁液温度、流速和合金尺寸要求较高。 原铁液3（S）量应小于0.01%，最好采用压