球墨铸铁性能及生产工艺

本文从球墨铸铁的晶体孕育、成核机理概括说明了球墨铸铁的微观形成,以及表现的宏观特性,说明球墨铸铁的特点。

球墨铸铁特性及其应用

佛山市南海永兴阀门制造有限公司

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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。

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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。

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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。

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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。

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球状石墨的形核

单个夹杂物 球状石墨的核心

复合夹杂物

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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——外来质点被石墨润湿

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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

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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

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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):(0.04-0.08)% W(Ce): (0.07-0.12)% W(Y) : (0.15-0.2)%

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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

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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。

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