铸造合金及其熔炼(铸铁).讲义

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1、第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 1第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )培训要点：培训要点： 重点掌握各种铸造合金的牌号及性能；重点掌握各种铸造合金的牌号及性能；化学成分对灰铸铁、球墨铸铁性能的影响；化学成分对灰铸铁、球墨铸铁性能的影响；孕育铸铁、球墨铸铁的生产技术；孕育铸铁、球墨铸铁的生产技术；冲天炉熔炼操作工艺、一般过程和基本原理；冲天炉熔炼操作工艺、一般过程和基本原理；熔炼配料计算方法；熔炼配料计算方法；了解各种铸造合金的发展趋势；了解各种铸造合金的发

2、展趋势；了解铸钢和非铁合金的熔炼过程及主要设备。了解铸钢和非铁合金的熔炼过程及主要设备。 2第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )第一节第一节 铸铁及其熔炼铸铁及其熔炼 一、铸铁一、铸铁 铸铸铁铁是是一一种种以以铁铁、碳碳、硅硅为为基基础础的的多多元元合合金金，此此外外，还还含含有有锰锰、磷磷、硫硫等等元元素素。有有时时为为了了改改善善铸铸铁铁的的性性能能，还还可可加加入入铜铜、铬铬、钼钼等等合合金金元元素素。铸铸铁铁碳碳的的质质量量分分数数一一般般在在2.4%2.4%4.0%4.0%。常常用用的的铸铸铁铁有有灰灰铸铸铁铁、球球墨墨铸铸铁铁、蠕墨铸铁和

3、可锻铸铁。蠕墨铸铁和可锻铸铁。 3第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1 1. 灰铸铁灰铸铁 （1）灰铸铁的牌号及性能）灰铸铁的牌号及性能 抗拉强度是灰铸铁抗拉强度是灰铸铁最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大小来区分的，根据小来区分的，根据GB9439-1988灰铸铁件灰铸铁件的规定，按单铸的规定，按单铸30mm试棒的抗拉强度值试棒的抗拉强度值将灰铸铁分为六种牌号，见表将灰铸铁分为六种牌号，见表3-1。 表表3-1 按单铸试棒性能分类按单铸试棒性能分类 4第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸

4、造工( (高级高级) ) 灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨形态决定的。分为以下三种：形态决定的。分为以下三种：1)1)铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 在铁素体基体上分布着粗在铁素体基体上分布着粗大的片状石墨，其强度、硬度都较低；大的片状石墨，其强度、硬度都较低；2)2)铁素体铁素体- -珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 在铁素体和珠光在铁素体和珠光体基体上分布着细小的片状石墨，其强度、体基体上分布着细小的片状石墨，其强度、硬度都比铁素体灰铸铁为高；硬度都比铁素体灰铸铁为高；3)3)珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 在珠光体基体上分布着细在珠光体基体上分布着细小的片状石墨，

5、具有较高的硬度，在灰铸小的片状石墨，具有较高的硬度，在灰铸铁中强度最高。铁中强度最高。5第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3-1 灰铸铁的组织灰铸铁的组织a)铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 b)铁素体铁素体-珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 c)珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 灰灰铸铸铁铁中中存存在在的的片片状状石石墨墨，一一方方面面减减少少了了金金属属基基体体的的承承载载面面积积，另另一一方方面面石石墨墨片片的的尖尖角角处处造造成成了了应应力力集集中中，所所以以，灰灰铸铸铁铁的的抗抗拉拉强强度度较较差差，塑塑性性较较低低。由由此此可可见见片片状状石石墨的数量大小

6、和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。6第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（2 2）化学成分对灰铸铁组织和性能的影响）化学成分对灰铸铁组织和性能的影响 灰铸铁的化学成分除了含有碳、硅、锰、灰铸铁的化学成分除了含有碳、硅、锰、磷、硫五种主要元素外，还含有一些其它元磷、硫五种主要元素外，还含有一些其它元素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产生不同影响。生不同影响。 铸铁的组织取决于石墨化程度，研究化学铸铁的组织取决于石墨化程度，研究化学元素对灰铸铁组织的影响，主要研

7、究化学元元素对灰铸铁组织的影响，主要研究化学元素对石墨化的影响。素对石墨化的影响。7第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。 促进石墨化元素促进石墨化元素 阻碍石墨化元素阻碍石墨化元素Al，C，Si，Ti，Ni，Cu，P，Co，Zr，Nb，W，Mn，Mo，S，Cr，V，Fe，Mg，Ce，B 左边的元素促进石墨化，右边的元素阻碍左边的元素促进石墨化，右边的元素阻碍石墨化，距铌越远作用越强烈。由此可知，石墨化，距铌

8、越远作用越强烈。由此可知，铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都会影响石墨化的进行会影响石墨化的进行8第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 1 1）碳和硅）碳和硅 碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。灰铸铁碳的质量分数大多在灰铸铁碳的质量分数大多在2 2.6 6%3 3.6 6%，硅的质量分，硅的质量分数在数在1 1.2 2%3 3.0 0%。 碳碳是是构构成成石石墨墨的的元元素素，铁铁液液

9、中中碳碳的的质质量量分分数数越越高高，石石墨墨的的数数量量也也就就越越多多。硅硅是是促促进进石石墨墨化化的的元元素素。当当硅硅的的质质量量分分数数在在1.0%2.0%范范围围内内增增加加时时，硅硅促促进进石石墨墨化化的的作作用用特特别别强强烈。一般以碳当量综合考虑碳和硅的影响。烈。一般以碳当量综合考虑碳和硅的影响。 碳碳当当量量过过高高，促促使使灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片变变粗粗、数数量量增增多多，基基体体中中铁铁素素体体量量增增多多，强强度度和和硬硬度度下下降降。碳碳当当量量过过低低，铸铸铁铁易易出出现现麻麻口口或或白白口口组组织织，会会导导致致灰灰铸铸铁铁铸铸造造性性能能降降低低、铸铸件件断

10、断面面敏敏感感性性增增大大、内内应应力力增增加加，强强度度下下降降，硬硬度度上上升升加加工工困困难难。因因此此，必必须须选选取取合合适适的的碳碳硅硅量量，使使灰灰铸铸铁铁碳碳当当量量控控制制在在合合适适的范围内。的范围内。9第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 2 2）锰和硫）锰和硫 锰和硫都是阻碍石墨化的元素，但两者锰和硫都是阻碍石墨化的元素，但两者共同存在时，会形成高熔点的共同存在时，会形成高熔点的MnS，不仅无阻碍石墨不仅无阻碍石墨化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，锰能削弱硫的有害作用。

11、此外，锰能促使珠光体形成锰能削弱硫的有害作用。此外，锰能促使珠光体形成并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁中锰的质量分数一般为中锰的质量分数一般为0 0.6 6%1 1.2 2%。 硫硫在在高高含含量量时时有有阻阻碍碍石石墨墨化化的的作作用用，使使铸铸件件形形成成白白口口组组织织，同同时时还还使使奥奥氏氏体体枝枝晶晶粗粗化化，降降低低铸铸铁铁性性能能。硫硫还还能能使使铁铁液液的的流流动动性性降降低低，收收缩缩量量增增大大，使使铸铸铁铁有有较较大大的的热热裂裂倾倾向向。因因此此，硫硫作作为为有有害害元元素素应应加加以以控控制制，一一般般质质

12、量量分分数数控控制制在在0.15%以以下下。但但目目前前认认为为，为为确确保保孕孕育育效效果果，灰灰铸铸铁铁中中含含硫硫量量亦亦非非愈愈低低愈愈好好，一一般般质质量量分分数数不不低低于于0.05%0.06%。10第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3 3）磷）磷 磷使铸铁的共晶点左移，其作用程度和磷使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，故计算碳当量时，应计入磷的含量。硅相似，故计算碳当量时，应计入磷的含量。 当当磷磷的的质质量量分分数数大大于于0.3%时时，会会生生成成硬硬而而脆脆，且且熔熔点点低低的的磷磷共共晶晶，常常以以网网状状分分布布在在晶晶

13、界界上上，使使铸铸铁铁脆脆性性增增加加。降降低低铸铸铁铁的的力力学学性性能能尤尤其其是是韧韧性性和和致致密密性性。磷磷量量高高往往往往是是铸铸件件产产生生冷冷裂裂的的原原因因。但但磷磷共共晶晶能能提提高高铸铸件件的的耐耐磨磨性性，且且磷磷能能降降低低铸铸铁铁的的熔熔点点和和共共晶晶温温度度，提提高高铁铁液液的的流流动动性性，改改善善铸铸造造性性能能。一一般般灰灰铸铸铁铁，磷磷的的质质量量分分数数不不应应超超过过0.2%；高高强强度度灰灰铸铸铁铁的的磷磷的的质质量量分分数数应应控控制制在在0.12%以以下下；有有致致密密性性要要求求的的，磷磷的的质质量量分分数数需需低低于于0.06%；有有耐耐磨

14、磨和和高流动性要求的磷的质量分数可达高流动性要求的磷的质量分数可达0.3%1.5%。11第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )4 4）合金元素）合金元素 灰铸铁的低合金化是提高其力学性能、灰铸铁的低合金化是提高其力学性能、使用性能及节省材料的重要途径，低合金灰铸铁可使用性能及节省材料的重要途径，低合金灰铸铁可以含有一种或几种合金元素，其总的质量分数一般以含有一种或几种合金元素，其总的质量分数一般在在3 3%以下，合金元素的作用主要有以下几方面：以下，合金元素的作用主要有以下几方面：改善并显著提高铸铁的力学性能，增加硬度；改善并显著提高铸铁的力学性能，增

15、加硬度；增加铸件性能的均匀性，降低断面敏感性；增加铸件性能的均匀性，降低断面敏感性；改善铸件的塑性；改善铸件的塑性；改善铸铁的高温及低温性能；改善铸铁的高温及低温性能；提高铸铁热处理的淬透性及改善耐磨性。提高铸铁热处理的淬透性及改善耐磨性。 常常用用的的合合金金元元素素有有：铬铬、镍镍、钼钼、铜铜、钒钒、锡锡、钛钛、硼等。、硼等。12第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（3 3）冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响）冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响 在生产中可以看到，同一铸件壁厚不同的在生产中可以看到，同一铸件壁厚不同的部位，其组织往往不同，壁厚处呈灰口

16、组织，部位，其组织往往不同，壁厚处呈灰口组织，而壁薄处常出现白口组织。这表明在化学成而壁薄处常出现白口组织。这表明在化学成分不变的条件下，通过改变冷却速度，可以分不变的条件下，通过改变冷却速度，可以改变石墨化程度而得到不同的组织。当快速改变石墨化程度而得到不同的组织。当快速冷却时，铸铁中的碳部分或全部呈化合状态冷却时，铸铁中的碳部分或全部呈化合状态存在，而形成麻口组织或白口组织。缓慢冷存在，而形成麻口组织或白口组织。缓慢冷却时，石墨能顺利析出，并不断长大，得到却时，石墨能顺利析出，并不断长大，得到粗大片状石墨，而形成灰口组织。粗大片状石墨，而形成灰口组织。13第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造

17、合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3-4 3-4 铸件壁厚（冷速）和化学成分对铸铁组织的影响铸件壁厚（冷速）和化学成分对铸铁组织的影响-白口铸铁区白口铸铁区 -麻口铸铁区麻口铸铁区 -珠光体灰铸铁区珠光体灰铸铁区 -珠光体加铁素体灰铸铁区珠光体加铁素体灰铸铁区 -铁素体灰铸铁区铁素体灰铸铁区 14第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（4 4）孕育铸铁）孕育铸铁 向向碳碳、硅硅含含量量较较低低的的铁铁液液中中加加入入一一定定数数量量的的孕孕育育剂剂，造造成成人人工工晶晶核核，改改变变铁铁液液的的结结晶晶条条件件，从从而而细细化化共共晶晶

18、团团，改改善善石石墨墨的的尺尺寸寸及及分分布布，提提高高灰灰铸铸铁铁的的力力学学性性能能。这这种种灰灰铸铸铁叫孕育铸铁。铁叫孕育铸铁。 孕孕育育铸铸铁铁生生产产的的关关键键是是原原铁铁液液化化学学成成分分的的选择、孕育剂、孕育处理方法及炉前控制。选择、孕育剂、孕育处理方法及炉前控制。15第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1 1）原铁液化学成分的选择）原铁液化学成分的选择 选选择择适适宜宜的的碳碳、硅硅含含量量（碳碳当当量量）的的原原铁铁液液，是是生生产产孕孕育育铸铸铁铁的的关关键键。碳碳、硅硅含含量量过过高高不不经经孕孕育育处处理理就就是是灰灰口口

19、组组织织，孕孕育育处处理理反反而而造造成成石石墨墨粗粗大大，使使强强度度下下降降；碳碳、硅硅含含量量过过低低，则则增增加加熔熔炼炼困困难难，降降低低铸铸造造性性能能，增增加加孕孕育育剂剂消消耗耗。因因此此，一一般般选选择择位位于于铸铸件件组组织织图图上上麻麻口口区区内内或或白白口口区区域域边边缘缘（靠靠近近麻麻口口区区）的的成成分分，在在孕孕育育处处理理后后，就就可可使使铸铸铁铁转转入入珠珠光光体体区区域域。见见图图3-33-3。一一般般原原铁铁液液的的碳碳的的质质量量分分数数为为2.8%2.8%3.3%3.3%，硅硅的的质质量量分分数数为为1.0%1.0%1.6%1.6%。16第三章第三章

20、铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )白口区白口区 a a麻口区麻口区 、b. b. 灰口区灰口区图图3 3-3 3 铸件组织图铸件组织图 17第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 锰锰在在孕孕育育铸铸铁铁中中的的作作用用，除除中中和和硫硫外外，还还能能增增加加珠珠光光体体含含量量。所所以以，孕孕育育铸铸铁铁锰锰的的质质量量分分数数含含量量一一般般较较高高，为为0.8%0.8%1.0%1.0%。 硫硫、磷磷作作为为有有害害元元素素，都都会会降降低低铸铸铁铁强强度度，应应加加以以限限制制，一一般般硫硫的的质质量量分分数数限限

21、制制在在0.1%0.1%以以下下，磷磷的的质质量量分分数数限限制制在在0.15%0.15%以下。以下。18第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )2 2）孕育剂）孕育剂 孕育剂主要含有促进石墨化元素。孕育剂主要含有促进石墨化元素。孕育剂的种类很多，选用的原则是孕育效果好孕育剂的种类很多，选用的原则是孕育效果好且价格低廉。且价格低廉。 最最常常用用的的孕孕育育剂剂是是硅硅的的质质量量分分数数为为75%75%的的硅硅铁铁合合金金。但但有有较较多多报报告告指指出出，对对于于片片状状石石墨墨铸铸铁铁来来说说，纯纯硅硅或或纯纯硅硅铁铁很很少少有有，甚甚至至没没有有

22、孕孕育育作作用用，真真正正起起作作用用的的是是硅硅铁铁中中一一定定含含量量的的铝铝和和钙钙，硅硅铁铁仅仅起起到到把把铝铝和和钙钙带带入入铁铁液液的的作作用用。除除铝铝和和钙钙外外，能能起起孕孕育育作作用用的的元元素素还还有有锶锶、铈铈、钡钡、钛钛、锆锆等等。因因此此，目目前前出出现现了了许许多多按按不不同同孕孕育育需需要要加加入入不不同同元元素素的的孕孕育育剂剂，且且许许多多都都已已商商品品化化、系系列列化化，如如：钡钡硅硅铁铁、锶锶硅硅铁铁、稀土钙钡硅铁等。稀土钙钡硅铁等。19第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3 3）孕育处理方法）孕育处理方法

23、一般孕育处理的方法是将一般孕育处理的方法是将孕育剂均匀地加在出铁槽的铁液流上，使其孕育剂均匀地加在出铁槽的铁液流上，使其随铁液冲入铁液包内。孕育剂的加入时间应随铁液冲入铁液包内。孕育剂的加入时间应占出铁时间的占出铁时间的6060%以上，并在出铁接近三分以上，并在出铁接近三分之一时加入，保证孕育剂与铁液均匀混合。之一时加入，保证孕育剂与铁液均匀混合。出铁完毕后可适当搅拌。这种孕育处理方法出铁完毕后可适当搅拌。这种孕育处理方法又称炉前孕育或一次孕育。孕育处理后的铁又称炉前孕育或一次孕育。孕育处理后的铁液应在规定时间内浇完，以防孕育衰退。液应在规定时间内浇完，以防孕育衰退。20第三章第三章 铸造合金

24、及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 为缩短从孕育到凝固的时间，防止孕育衰退，为缩短从孕育到凝固的时间，防止孕育衰退，加强孕育效果，减少孕育剂用量，目前已发展加强孕育效果，减少孕育剂用量，目前已发展了许多瞬时孕育方法，如浇包漏斗随流孕育、了许多瞬时孕育方法，如浇包漏斗随流孕育、硅铁棒孕育、喂丝孕育、型内孕育等。硅铁棒孕育、喂丝孕育、型内孕育等。 孕育剂的加入量应严格控制。孕育剂的加入孕育剂的加入量应严格控制。孕育剂的加入量与铁液成分、铸件壁厚、孕育剂种类和孕育量与铁液成分、铸件壁厚、孕育剂种类和孕育方式有关。一般炉前孕育的加入量为铁液重量方式有关。一般炉前孕育的加入量为铁

25、液重量的的0.2%0.2%0.5%0.5%，瞬时孕育为，瞬时孕育为0.08%0.08%0.2%0.2%。21第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )4 4）炉前控制）炉前控制 在生产过程中，为及时检查铁在生产过程中，为及时检查铁液的化学成分，确定孕育剂的加入量并检查液的化学成分，确定孕育剂的加入量并检查孕育效果，避免浇注后出现废品，必须在炉孕育效果，避免浇注后出现废品，必须在炉前采取简单、迅速、较正确的检查，并据此前采取简单、迅速、较正确的检查，并据此采取相应的措施。采取相应的措施。 炉前常用的检查方法是三角试块白口检炉前常用的检查方法是三角试块白口检测

26、。三角试块的形状和尺寸见图测。三角试块的形状和尺寸见图3-53-5。试块。试块一般采用干型立浇。浇注后待其冷却至暗红一般采用干型立浇。浇注后待其冷却至暗红色后放入水中激冷，然后敲断，观察断口处色后放入水中激冷，然后敲断，观察断口处的颜色、晶粒大小，并测量白口宽度。白口的颜色、晶粒大小，并测量白口宽度。白口宽度与铸铁牌号的对应关系见表宽度与铸铁牌号的对应关系见表3-3-2 2。22第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3 3-5 5 三角试块的形状及尺寸三角试块的形状及尺寸 表表3-2 3-2 孕育前后的试块白口宽度孕育前后的试块白口宽度 （单位：（

27、单位：mmmm） 23第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 此外，炉前采用的检查方法还有炉前快速化此外，炉前采用的检查方法还有炉前快速化学分析法、直读光谱分析法、热分析法、炉前学分析法、直读光谱分析法、热分析法、炉前快速金相法等。快速金相法等。 5 5）孕育铸铁的组织和性能）孕育铸铁的组织和性能 孕育铸铁的孕育铸铁的组织，是在致密的珠光体基体上，均匀地分组织，是在致密的珠光体基体上，均匀地分布着细小的片状石墨，所以孕育铸铁的强度、布着细小的片状石墨，所以孕育铸铁的强度、耐磨性等均比普通灰铸铁高。另一特点是断耐磨性等均比普通灰铸铁高。另一特点是断面敏感

28、性小。但减震性、缺口敏感性略低于面敏感性小。但减震性、缺口敏感性略低于普通灰铸铁。由于碳、硅含量低，所以流动普通灰铸铁。由于碳、硅含量低，所以流动性差，收缩较大。性差，收缩较大。24第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（5 5）灰铸铁的发展）灰铸铁的发展（自学）（自学） 目前，全世界铸铁生产中，灰铸铁约占目前，全世界铸铁生产中，灰铸铁约占60%60%80%80%以上。因此不断提高灰铸铁的力学性能，以上。因此不断提高灰铸铁的力学性能，发展高强度灰铸铁时铸铁材质发展的重要方向发展高强度灰铸铁时铸铁材质发展的重要方向之一。其途径有：之一。其途径有：v加强孕

29、育剂的研究和运用；加强孕育剂的研究和运用；v调整铁液的化学成分；调整铁液的化学成分；v附加合金元素；附加合金元素；v通过微量元素的变质行为改善石墨形态；通过微量元素的变质行为改善石墨形态；v增加废钢用量。增加废钢用量。25第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )2. 2. 球墨铸铁球墨铸铁（1）球球墨墨铸铸铁铁的的牌牌号号及及性性能能 根根据据GB1348-1988球球墨墨铸铸铁铁件件的的规规定定，球球墨墨铸铸铁铁的的牌牌号及性能见表号及性能见表3-3。26第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )表表3-3 3-3

30、 球墨铸铁单铸试块的牌号及性能球墨铸铁单铸试块的牌号及性能 27第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3-7 球墨铸铁组织球墨铸铁组织a）珠光体球墨铸铁组织珠光体球墨铸铁组织 b）铁素体球墨铸铁组织铁素体球墨铸铁组织28第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 在球墨铸铁中，由于石墨呈球状或团粒状，对在球墨铸铁中，由于石墨呈球状或团粒状，对基体的割裂作用很小，因而金属基体的强度可以基体的割裂作用很小，因而金属基体的强度可以得到充分发挥，而且石墨的存在使球墨铸铁具有得到充分发挥，而且石墨的存在使球墨铸铁具有钢所

31、不能及的减振和耐磨性，因此，球墨铸铁具钢所不能及的减振和耐磨性，因此，球墨铸铁具有良好的力学性能。有良好的力学性能。 在球墨铸铁的生产过程中，为了保证石墨球化，在球墨铸铁的生产过程中，为了保证石墨球化，减少铸件缺陷和提高力学性能，要严格控制球墨减少铸件缺陷和提高力学性能，要严格控制球墨铸铁的化学成分，选择良好的球化剂和孕育剂，铸铁的化学成分，选择良好的球化剂和孕育剂，采用合理的球化处理工艺。采用合理的球化处理工艺。29第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（2 2）化学成分的选择及其影响）化学成分的选择及其影响 球墨铸铁的化学成分对其组织、力学性能球墨

32、铸铁的化学成分对其组织、力学性能和铸造性能等有很大的影响，因此，必须合和铸造性能等有很大的影响，因此，必须合理地选择。理地选择。30第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 1 1）碳和碳当量）碳和碳当量 碳对球墨铸铁性能的影响不碳对球墨铸铁性能的影响不仅与含量有关，还和碳当量的高低有关。仅与含量有关，还和碳当量的高低有关。 碳能促进石墨化，减少白口倾向。碳能促进碳能促进石墨化，减少白口倾向。碳能促进镁的吸收，改善球化。由于石墨呈球状，适当提镁的吸收，改善球化。由于石墨呈球状，适当提高含碳量并不削弱力学性能。碳当量高能改善流高含碳量并不削弱力学性能。碳当

33、量高能改善流动性，增加凝固时的体积膨胀，当铸型刚度大时动性，增加凝固时的体积膨胀，当铸型刚度大时能促使铸件减少缩松，刚度小时则增加缩松。但能促使铸件减少缩松，刚度小时则增加缩松。但碳当量过高时会引起石墨漂浮。因此，碳当量应碳当量过高时会引起石墨漂浮。因此，碳当量应控制在合适的范围内，在不出现石墨飘浮的前提控制在合适的范围内，在不出现石墨飘浮的前提下，应尽量提高碳当量，一般碳当量的质量分数下，应尽量提高碳当量，一般碳当量的质量分数选择在共晶点附近（选择在共晶点附近（4.6%4.6%4.7%4.7%），碳的质量分），碳的质量分数尽量高一些，一般为数尽量高一些，一般为3.5%3.5%3.9%3.9%

34、。31第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 2 2）硅）硅 硅明显促进石墨化，以孕育剂方式硅明显促进石墨化，以孕育剂方式添加的硅作用更显著。因此，球墨铸铁在选添加的硅作用更显著。因此，球墨铸铁在选定碳当量后，原铁液应采用高碳低硅的原则，定碳当量后，原铁液应采用高碳低硅的原则，终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量可增终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量可增加铁素体量，铁素体球墨铸铁的终硅量比珠加铁素体量，铁素体球墨铸铁的终硅量比珠光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲击韧度光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲击韧度降低，脆性转变温度提高，因此，硅不宜过降低，脆性转变

35、温度提高，因此，硅不宜过高，特别是在低温下工作的零件，其含硅量高，特别是在低温下工作的零件，其含硅量应低一些为好。通常珠光体球墨铸铁的硅的应低一些为好。通常珠光体球墨铸铁的硅的质量分数为质量分数为1 1.7 7%2 2.6 6%，铁素体球墨铸铁的，铁素体球墨铸铁的硅的质量分数为硅的质量分数为2 2.5 5%3 3.2 2%。 32第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 3 3）锰）锰 与灰铸铁不同的是，球墨铸铁中与灰铸铁不同的是，球墨铸铁中的含硫量很低，锰已较少起中和硫的作用。的含硫量很低，锰已较少起中和硫的作用。在球墨铸铁中，锰主要起合金化作用，即稳

36、在球墨铸铁中，锰主要起合金化作用，即稳定及细化球光体，但锰易产生边界偏析，使定及细化球光体，但锰易产生边界偏析，使球墨铸铁的塑性及韧性降低。因此，即使是球墨铸铁的塑性及韧性降低。因此，即使是珠光体球墨铸铁，亦认为锰的质量分数以不珠光体球墨铸铁，亦认为锰的质量分数以不超过超过0.4%0.4%0.6%0.6%为宜，而推荐用铜或用热处为宜，而推荐用铜或用热处理工艺保证珠光体组织。铁素体球墨铸铁的理工艺保证珠光体组织。铁素体球墨铸铁的锰的质量分数要求控制在锰的质量分数要求控制在0.4%0.4%以下。以下。33第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 4 4）磷）

37、磷 磷是球墨铸铁中的有害元素，极磷是球墨铸铁中的有害元素，极易偏析，在晶界上产生磷共晶，严重降低球易偏析，在晶界上产生磷共晶，严重降低球墨铸铁的塑性和韧性，不仅使常温冲击韧性墨铸铁的塑性和韧性，不仅使常温冲击韧性降低同时使脆性转变温度急剧提高，造成低降低同时使脆性转变温度急剧提高，造成低温脆性。所以，球墨铸铁中的含磷量要求愈温脆性。所以，球墨铸铁中的含磷量要求愈低愈好。一般质量分数应控制在低愈好。一般质量分数应控制在0.1%0.1%以下。以下。对于有高韧性要求的铁素体球墨铸铁或在野对于有高韧性要求的铁素体球墨铸铁或在野外低温环境下工作的球墨铸铁，磷的含量越外低温环境下工作的球墨铸铁，磷的含量越

38、低越好。低越好。 34第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 5 5）硫）硫 球化剂中的镁、稀土等球化元素与硫球化剂中的镁、稀土等球化元素与硫有很强的亲和力，加入铁液后首先脱硫，然后才有很强的亲和力，加入铁液后首先脱硫，然后才起球化作用。所以，硫高必然会消耗较多的球化起球化作用。所以，硫高必然会消耗较多的球化剂，严重影响球化。而且，产生的硫化物是球墨剂，严重影响球化。而且，产生的硫化物是球墨铸铁形成夹杂缺陷的主要原因之一。硫还会引起铸铁形成夹杂缺陷的主要原因之一。硫还会引起铸件产生皮下气孔。因此，应尽力降低原铁液的铸件产生皮下气孔。因此，应尽力降低原铁

39、液的含硫量。一般要求冲天炉熔炼时硫的质量分数小含硫量。一般要求冲天炉熔炼时硫的质量分数小于于0.06%0.06%0.1%0.1%，电炉熔炼时硫的质量分数小于，电炉熔炼时硫的质量分数小于0.04%0.04%。原铁液硫量的高低对提高质量十分关键，。原铁液硫量的高低对提高质量十分关键，亦是我国与国外的主要差距之一。亦是我国与国外的主要差距之一。目前，许多工目前，许多工厂在生产高质量球墨铸铁时都进行脱硫处理。厂在生产高质量球墨铸铁时都进行脱硫处理。脱脱硫后原铁液硫的质量分数小于硫后原铁液硫的质量分数小于0.02%0.02%。 35第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高

40、级) ) 6 6）残余镁量及稀土量）残余镁量及稀土量 为了保证石墨球化，为了保证石墨球化，镁和稀土在中和了硫等反球化元素的作用后，镁和稀土在中和了硫等反球化元素的作用后，应有一定的残留量。采用纯镁作球化剂时，应有一定的残留量。采用纯镁作球化剂时，一般残余镁的质量分数约为一般残余镁的质量分数约为0.03%0.03%0.08%0.08%，但过高反而会降低球化率。在有稀土的情况但过高反而会降低球化率。在有稀土的情况下，残余镁量可以适当低一些。下，残余镁量可以适当低一些。 稀土元素有脱硫、去气、净化铁液和球化等稀土元素有脱硫、去气、净化铁液和球化等有利作用，但白口倾向很大，而且偏析严重，有利作用，但白

41、口倾向很大，而且偏析严重，降低球墨铸铁的力学性能，特别是塑性和韧降低球墨铸铁的力学性能，特别是塑性和韧性。残余稀土的质量分数常控制在性。残余稀土的质量分数常控制在0.02%0.02%0.04%0.04%左右。左右。36第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 7 7）合合金金元元素素 球球墨墨铸铸铁铁通通过过合合金金强强化化基基体体组组织织，可可以以更更好好地地发发挥挥基基体体的的潜潜能能，提提高高其其综综合合力力学学性性能能。合合金金元元素素的的作作用用体体现现在在：一一方方面面，对对于于需需要要热热处处理理的的球球墨墨铸铸铁铁，合合金金元元素素对对热

42、热处处理理工工艺艺起起辅辅助助作作用用，使使球球墨墨铸铸铁铁能能更更好好地地通通过过热热处处理理得得到到所所需需的的组组织织与与性性能能；另另一一方方面面，合合金金元元素素可可以以使使球球墨墨铸铸铁铁直直接接在在铸铸态态下下得得到到所所需需的的组组织织与与性性能能，不不用用热热处处理理就就可可生生产产出出铸铸态态球球墨墨铸铸铁铁件件，降降低低生生产产成成本本。常常用用的的合合金金元元素素有有：镍镍、铜铜、铬铬、钼钼、钛钛、钒、钨、锑、锡、铋等。钒、钨、锑、锡、铋等。37第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )（3 3）球化处理技术）球化处理技术 1）熔熔

43、炼炼要要求求 由由于于球球化化处处理理一一般般要要降降温温50100，因因此此为为了了保保证证浇浇注注温温度度，铁铁液液必必须须有有较较高高的的出出炉炉温温度度，至至少少在在14001420以上，最好在以上，最好在14501500以上。以上。 其其次次，必必须须满满足足球球墨墨铸铸铁铁对对化化学学成成分分的的严严格格要要求求，即即较较高高的的碳碳量量，低低的的硅硅、锰锰、磷磷和硫量。和硫量。38第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 2 2）球球化化剂剂及及球球化化处处理理 球球化化剂剂就就是是含含有有球化元素，能使石墨成球状的添加剂。球化元素，能使石

44、墨成球状的添加剂。球球化化能能力力强强的的元元素素有有镁镁、稀稀土土（铈铈、镧镧、钇钇等等）等等。球球化化处处理理的的工工艺艺取取决决于于球球化化剂剂的的类型。类型。 镁镁是是一一种种良良好好的的球球化化剂剂。镁镁的的密密度度为为1.74g/cm1.74g/cm3 3，熔熔点点为为651651，沸沸点点为为11071107，球球化化处处理理时时，采采用用压压力力加加镁镁的的方方法法。但但这这种种方方法法需需专专用用设设备备，处处理理工工艺艺复复杂杂，操操作不便，危险性较大，现已很少采用。作不便，危险性较大，现已很少采用。39第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级

45、高级) ) 稀稀土土不不仅仅能能起起球球化化作作用用，而而且且能能抵抵抗抗干干扰扰元元素素的的反反球球化化作作用用。稀稀土土的的球球化化能能力力较较镁镁差差些些，单单独独使使用用时时石石墨墨球球不不太太圆圆整整，且且稀稀土土元元素素的的沸沸点点大大都都高高于于铁铁液液温温度度，单单独独采采用用稀稀土土处处理理时时，完完全全没没有有沸沸腾腾，无无搅搅拌拌作作用用，球球化化元元素素不不能能均均匀匀分分布布。一一般般和和镁镁同同时时使使用用。稀稀土土镁镁硅硅铁铁合合金金是是目目前前常常用用的的球球化化剂剂。合合金金中中镁镁的的质质量量分分数数为为7%7%9%9%，稀稀土土的的质质量量分分数数为为4%

46、4%6%6%。随随着着熔熔炼炼质质量量不不断断提提高高，原原铁铁液液含含硫硫量量不不断断降降低低，稀稀土土镁镁硅铁合金逐渐向低镁低稀土方向发展。硅铁合金逐渐向低镁低稀土方向发展。40第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 用用稀稀土土镁镁硅硅铁铁合合金金作作球球化化剂剂时时，多多采采用用冲冲入入法法球球化化处处理理工工艺艺。见见图图2-32-3。球球化化剂剂加加入入量量视视原原铁铁液液含含硫硫量量而而定定，一一般般原原铁铁液液硫硫的的质质量量分分数数在在0.08%0.08%左左右右时时，加加入入量量（质质量量分分数数）为为1.4%1.4%1.6%1.6

47、%。处处理理时时，先先将将球球化化剂剂放放入入浇浇包包底底部部一一侧侧专专门门设设置置的的堤堤坝坝或或凹凹坑坑内内，并并在在球球化化剂剂上上面面覆覆盖盖铁铁屑屑、细细硅硅铁铁粒粒等等并并压压紧紧，以以延延缓缓球球化化反反应应时时间间，防防止止球球化化剂剂上上浮浮，提提高高其其吸吸收收率率。出出铁铁时时，将将铁铁液液冲冲入入浇浇包包的的另另一一侧侧，并并同同时时进进行行炉炉前前孕孕育育。反反应应完完毕毕后后搅搅拌拌、扒扒渣渣，经经炉炉前前检检查查合格后即可浇注。合格后即可浇注。41第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3 3-8 8 冲入法球化处理工

48、艺冲入法球化处理工艺 1铁液铁液 2铁液包铁液包 3堤坝堤坝4铁屑铁屑 5球化剂球化剂42第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3 3）孕育剂及孕育处理）孕育剂及孕育处理 对球化处理后的对球化处理后的铁液进行孕育处理，以目前的认识来看，铁液进行孕育处理，以目前的认识来看，至少有以下几个目的：至少有以下几个目的： v 消消除除球球化化元元素素造造成成的的白白口口倾倾向向，获获得得铸铸态态无自由渗碳体的铸件。无自由渗碳体的铸件。v 细细化化球球状状石石墨墨，增增加加石石墨墨球球数数，提提高高石石墨墨球的圆整度，改善球化率。球的圆整度，改善球化率。v 减减少

49、少晶晶间间偏偏析析程程度度，改改善善力力学学性性能能，提提高高伸长率和冲击韧性。伸长率和冲击韧性。v 增加铁素体数量，获得铸态铁素体基体。增加铁素体数量，获得铸态铁素体基体。43第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 常常用用的的孕孕育育剂剂是是硅硅的的质质量量分分数数为为75%75%的的硅硅铁铁合合金金。目目前前，球球墨墨铸铸铁铁的的孕孕育育剂剂根根据不同需要，也已商品化和系列化。据不同需要，也已商品化和系列化。 除除炉炉前前采采用用一一次次孕孕育育处处理理外外，质质量量要要求求较较高高的的铸铸件件，在在浇浇注注时时还还要要采采用用瞬瞬时时孕孕育育处

50、处理理工工艺艺。对对于于生生产产铸铸态态铁铁素素体体球球墨墨铸铁，还采用多次孕育。铸铁，还采用多次孕育。44第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )4 4）炉前检验）炉前检验 球化处理后的铁液经炉前球化处理后的铁液经炉前检验，判断球化质量，发现问题可及时检验，判断球化质量，发现问题可及时采取补救措施，避免造成铸件报废。常采取补救措施，避免造成铸件报废。常用的炉前检验方法有以下几种：用的炉前检验方法有以下几种：三角试块法三角试块法 火苗检查法火苗检查法 炉前快速金相检验法炉前快速金相检验法 45第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(

51、 (高级高级) ) 三角试块法。三角试块法。三角三角试块球化判断方法见表试块球化判断方法见表3 3-4 4。球化处理良好的。球化处理良好的铁液，浇出的三角试块铁液，浇出的三角试块断口见图断口见图3 3-9 9。图图3 3-9 9 三角试块断口三角试块断口 46第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )表表3-4 三角试块球化判断法三角试块球化判断法 47第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 火火苗苗检检查查法法。球球化化后后的的铁铁液液表表面面有有火火苗苗窜窜出出，这这是是镁镁蒸蒸气气逸逸出出燃燃烧烧的的现现象象

52、。火火苗苗越越多，越长，越有力，说明球化越好。多，越长，越有力，说明球化越好。 炉炉前前快快速速金金相相检检验验法法。在在炉炉前前浇浇注注20mm20mm的的试试块块，凝凝固固激激冷冷后后，在在砂砂轮轮上上磨磨去去表表面面，经经粗粗磨磨和和抛抛光光后后，用用显显微微镜镜直直接接观观察察球球化化情情况况。这这种种方方法法可可在在2min内内完完成成，快快速速、科科学学、准准确确。但但需需要要一一套套专专用用设备和操作人员。设备和操作人员。 此此外外，还还有有铁铁液液表表面面膜膜观观察察法法、热热分分析析法法、比电阻法等。比电阻法等。 48第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造

53、工( (高级高级) )5）球墨铸铁的常见缺陷）球墨铸铁的常见缺陷v疏松疏松v球化不良球化不良v皮下气孔皮下气孔v夹渣夹渣v石墨漂浮石墨漂浮铸造工（高级）铸造工（高级）P9449第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )6）球墨铸铁的发展）球墨铸铁的发展（自学）（自学）目前，从球墨铸铁的材质性能看，对强度和塑性的目前，从球墨铸铁的材质性能看，对强度和塑性的要求已普遍提高，各国新标准都相继增加了高牌号要求已普遍提高，各国新标准都相继增加了高牌号级别。生产高强度、高韧性的球墨铸铁是球墨铸铁级别。生产高强度、高韧性的球墨铸铁是球墨铸铁材质发展的重要方向。此外，铸态

54、球墨铸铁品种的材质发展的重要方向。此外，铸态球墨铸铁品种的扩大生产也是不容忽视的发展方向之一。扩大生产也是不容忽视的发展方向之一。q大力发展大力发展铸态球墨铸铁铸态球墨铸铁1 1）铸态珠光体球墨铸铁）铸态珠光体球墨铸铁2 2）铸态铁素体球墨铸铁）铸态铁素体球墨铸铁3 3）铸态贝氏体球墨铸铁）铸态贝氏体球墨铸铁q发展高强度高韧性的球墨铸铁发展高强度高韧性的球墨铸铁q发展特殊性能球墨铸铁发展特殊性能球墨铸铁50第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3 3. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁（自学）（自学） 蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的石石墨墨呈呈蠕蠕虫虫状状，介介于于片片状状和和

55、球球状状之之间间，因因而而它它的的力力学学性性能能也也介介于于同同基基体体的的灰灰铸铸铁铁和和球球墨墨铸铸铁铁 之之 间间 。 根根 据据JB4403-1987 蠕蠕 墨墨铸铸铁铁件件的的规规定定，蠕蠕墨墨铸铸铁铁分分五五种种牌牌号号，见表见表3-5。图图3-10 3-10 蠕墨铸铁组织蠕墨铸铁组织51第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )表表3-5 蠕墨铸铁的牌号蠕墨铸铁的牌号 52第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) ) 蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的化化学学成成分分对对其其性性能能的的影影响响也也是是不不同同的的，碳

56、碳和和锰锰主主要要影影响响蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的力力学学性性能能，硅硅和和磷磷则则主主要要影影响响其其伸伸长长率率和和冲冲击击韧韧性性，而而硫硫的的影影响响与与球球墨墨铸铸铁铁非非常常相相似似。对对于于蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的化化学学成成分分要要求求，从从目目前前的的资资料料看看来来，和和球球墨墨铸铸铁铁的的成成分分要要求求基基本本相相似似，即即高高碳碳、低低硫硫、低低磷磷，一一定定的的硅硅、锰锰含量。含量。53第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )4. 4. 可锻铸铁可锻铸铁（自学）（自学） 可可锻锻铸铸铁铁除除有有较较高高的的强强度度、塑塑性性和和韧韧性

57、性外外，与与球球墨墨铸铸铁铁相相比比，它它还还具具有有成成本本低低、质质量量稳稳定定、铁铁液处理简便等优点。液处理简便等优点。 可可锻锻铸铸铁铁的的组组织织，按按其其金金属属基基体体不不同同，分分为为白白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁。心可锻铸铁和黑心可锻铸铁。 白白心心可可锻锻铸铸铁铁是是由由白白口口铸铸铁铁件件经经深深度度氧氧化化脱脱碳碳退退火火而而制制得得的的。其其组组织织为为珠珠光光体体加加部部分分铁铁素素体体加加少量渗碳体和极少量石墨组成。少量渗碳体和极少量石墨组成。 黑黑心心可可锻锻铸铸铁铁是是由由白白口口铸铸铁铁件件经经长长时时间间高高温温石石墨墨化化退退火火而而制制得得的的。其其组组

58、织织是是在在铁铁素素体体基基体体上上分分布着团絮状石墨，见图布着团絮状石墨，见图3-113-11，牌号见表，牌号见表3-63-6。54第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )图图3-11 3-11 可锻铸铁组织可锻铸铁组织a）铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁 b）珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁55第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )表表3-6 3-6 可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号(GB/T94401988)(GB/T94401988)“*”为推荐牌号。为推荐牌号。56第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸

59、造工铸造工( (高级高级) )1. 片状石墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主片状石墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。（要因素。（ ）2. 碳和硅都是强烈促进石墨化的元素。（碳和硅都是强烈促进石墨化的元素。（ ）3. 孕育剂主要含有强烈阻碍石墨化元素。（孕育剂主要含有强烈阻碍石墨化元素。（ ）4. 灰铸铁炉前三角试块白口宽度越大，孕育效果越好。（灰铸铁炉前三角试块白口宽度越大，孕育效果越好。（ ）5. 对于珠光体球墨铸铁，含锰量越高越好。（对于珠光体球墨铸铁，含锰量越高越好。（ ）6. 在球墨铸铁中，残余镁量及稀土量越高越好。（在球墨铸铁中，残余镁量及稀土量越高越好。（

60、）7. 采用冲入法球化处理工艺，出铁时应将铁液冲入浇包中采用冲入法球化处理工艺，出铁时应将铁液冲入浇包中放球化剂的一侧。（放球化剂的一侧。（ ）8. 球化后的铁液，铁液表面窜出的火苗越多，越长，越有球化后的铁液，铁液表面窜出的火苗越多，越长，越有力，说明球化越差。（力，说明球化越差。（ ）9. 蠕墨铸铁的力学性能高于同基体的球墨铸铁。（蠕墨铸铁的力学性能高于同基体的球墨铸铁。（ ）57第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1. 下列不属于瞬时孕育的为下列不属于瞬时孕育的为 。a.浇包漏斗随流孕育浇包漏斗随流孕育 b.喂丝孕育喂丝孕育 c.炉前孕育炉前孕

61、育 d.型内孕育型内孕育2. QT450-10牌号的球墨铸铁表示牌号的球墨铸铁表示 。a.抗拉强度抗拉强度450MPa、伸长率、伸长率10% b.抗拉强度抗拉强度450MPa、伸长率伸长率10% c.抗拉强度抗拉强度450MPa、伸长率、伸长率10% d.抗拉抗拉强度强度450MPa、伸长率、伸长率10%3. 球墨铸铁在选定碳当量后，原铁液应采用球墨铸铁在选定碳当量后，原铁液应采用 的原则。的原则。a.高碳高硅高碳高硅 b.高碳低硅高碳低硅 c.低碳低硅低碳低硅 d.低碳高硅低碳高硅4. 从三角试块判断，下列从三角试块判断，下列 表明球化良好。表明球化良好。a.试样棱角清晰试样棱角清晰 b.断

62、口中心无缩松断口中心无缩松 c.断面暗灰、晶粒粗断面暗灰、晶粒粗 d.浇注位置上表面及侧面明显凹陷浇注位置上表面及侧面明显凹陷58第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1. 低合金灰铸铁中，合金元素的作用主要低合金灰铸铁中，合金元素的作用主要有哪几方面？有哪几方面？2. 什么叫孕育铸铁？如何选择孕育铸铁原什么叫孕育铸铁？如何选择孕育铸铁原铁液的化学成分？铁液的化学成分？3. 简述硅在球墨铸铁中的作用及选择原则简述硅在球墨铸铁中的作用及选择原则4. 对球化处理后的铁液进行孕育处理有什对球化处理后的铁液进行孕育处理有什么目的？。么目的？。59第三章第三章

63、铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1.（）2.（）3.（）4.（）5.（）6.（）7.（）8.（）9.（） 1.c 2.c 3.b 4.d 1. 答：答：改善并显著提高铸铁的力学性能，增加硬度；改善并显著提高铸铁的力学性能，增加硬度；增加铸件性能的均匀性，降增加铸件性能的均匀性，降低断面敏感性；低断面敏感性；改善铸件的塑性；改善铸件的塑性；改善铸铁的高温及低温性能；改善铸铁的高温及低温性能；提高铸铁热处提高铸铁热处理的淬透性及改善耐磨性。理的淬透性及改善耐磨性。2. 答：向碳、硅含量较低的铁液中加入一定数量的孕育剂，造成人工晶核，改变铁液答：向碳、硅含量较低的铁

64、液中加入一定数量的孕育剂，造成人工晶核，改变铁液的结晶条件，从而细化共晶团，改善石墨的尺寸及分布，提高灰铸铁的力学性能。这的结晶条件，从而细化共晶团，改善石墨的尺寸及分布，提高灰铸铁的力学性能。这种灰铸铁叫孕育铸铁。碳、硅含量一般选择位于铸件组织图上麻口区内或白口区域边种灰铸铁叫孕育铸铁。碳、硅含量一般选择位于铸件组织图上麻口区内或白口区域边缘（靠近麻口区）的成分，在孕育处理后，就可使铸铁转入珠光体区域。一般原铁液缘（靠近麻口区）的成分，在孕育处理后，就可使铸铁转入珠光体区域。一般原铁液的碳的质量分数为的碳的质量分数为2.8%3.3%，硅的质量分数为，硅的质量分数为1.0%1.6%。锰在孕育铸

65、铁中的作。锰在孕育铸铁中的作用，除中和硫外，还能增加珠光体含量。所以，孕育铸铁的含锰量一般较高，其质量用，除中和硫外，还能增加珠光体含量。所以，孕育铸铁的含锰量一般较高，其质量分数为分数为0.8%1.0%。硫、磷作为有害元素，都会降低铸铁强度，应加以限制，一般硫。硫、磷作为有害元素，都会降低铸铁强度，应加以限制，一般硫的质量分数限制在的质量分数限制在0.1%以下，磷的质量分数限制在以下，磷的质量分数限制在0.15%以下。以下。3. 答：硅明显促进石墨化，以孕育剂方式添加的硅作用更显著。因此，球墨铸铁在选答：硅明显促进石墨化，以孕育剂方式添加的硅作用更显著。因此，球墨铸铁在选定碳当量后，原铁液应

66、采用高碳低硅的原则，终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量定碳当量后，原铁液应采用高碳低硅的原则，终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量可增加铁素体量，铁素体球墨铸铁的终硅量比珠光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲可增加铁素体量，铁素体球墨铸铁的终硅量比珠光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲击韧度降低，脆性转变温度提高，因此，硅不宜过高，特别是在低温下工作的零件，击韧度降低，脆性转变温度提高，因此，硅不宜过高，特别是在低温下工作的零件，其含硅量应低一些为好。其含硅量应低一些为好。4. 答：以目前的认识来看，至少有以下几个目的：答：以目前的认识来看，至少有以下几个目的：消除球化元素造成的白口倾向，消除球化元素造成的白口倾向，获得铸态无自由渗碳体的铸件。获得铸态无自由渗碳体的铸件。细化球状石墨，增加石墨球数，提高石墨球的圆整细化球状石墨，增加石墨球数，提高石墨球的圆整度，改善球化率。度，改善球化率。减少晶间偏析程度，改善力学性能，提高伸长率和冲击韧度。减少晶间偏析程度，改善力学性能，提高伸长率和冲击韧度。增加铁素体数量，获得铸态铁素体基体。增加铁素体数量，获得铸态铁素体基体。60