球鐵生產綜合實驗實驗教學指導書球墨鑄鐵自1947年問世以來，大體經歷了十年的過程，便以一種新型工業金屬材料投入生產，并得到了迅猛發展。機械制造、交通、冶金、礦山、紡織、化工、電力以及原子能等制造行業的大批鍛鋼件、鑄鋼件和可鍛鑄鐵件被球墨鑄鐵所取代，而且有待開拓的領域很多。由于球墨鑄鐵的發展歷史較短，球鐵的理論尚不完善。為了加深學生對球鐵理論及生產工藝的理解和掌握，特開設球鐵生產綜合實驗課，包括球鐵型砂、芯砂混制及造型工藝操作、球墨鑄鐵的熔制、球墨鑄鐵的金相組織觀察、球墨鑄鐵的熱處理、球墨鑄鐵力學性能、球墨鑄鐵生產綜合分析六個實驗。通過實驗不僅可使學生掌握球墨鑄鐵生產的全過程、加深對球化理論的理解，而且可大大提高學生綜合分析和解決實際問題的能力。實驗一 球鐵型砂、芯砂混制及造型工藝操作一、實驗目的1、了解球鐵型砂、芯砂的配料成分。2、了解球鐵型砂和芯砂的混制及造型工藝的操作方法。3、掌握球鐵型砂中水分對質量的影響規律。二、實驗內容1、型砂、芯砂配料成分的選擇，分析型砂中水分對鑄件質量的影響2、型砂、芯砂的混制。3、型砂、芯砂的造型工藝操作。 4、完成實驗報告。 三、實驗內容說明球墨鑄鐵鐵件的型砂,基本與普通灰墨鐵件相同,但球墨鑄鐵鐵件凝固時,其外型容意脹大而引起內部縮松,所以要求鑄型有較高的堅實度。因而在采用溫型鑄造時,應盡量提高型砂溫壓強度。此外應盡量壓低水份含量，以減少高溫時的型壁遷異和防止鑄造缺陷。型砂水份越高,鑄型型壁在高溫時遷移量越大,也比較容易產生皮下氣孔。對于大型鑄件,還應使型砂具有較高的耐熱強度，可以往型砂中加入石墨粉等耐熱材料。其余如型砂透氣性等指標,與灰鑄鐵型砂相同。本實驗將考察型砂水分對鑄件質量的影響規律。由于球化處理，使球墨鑄鐵的鐵水中含有球化元素Mg，它將與型砂中的水發生如下反應：Mg + H2O = Mg O + 2HH溶入鐵水，形成皮下氣孔。為此應加入煤粉，煤粉中的碳與空氣中的氧發生如下反應：C+O2 = CO結果在鑄型表面形成一層氣化膜，阻止了水與鐵水的接觸，防止了Mg與H2O的反應，從而可減輕皮下氣孔。三、實驗用設備儀器及材料混砂機，型砂，粘土，澎潤土，水，煤粉，砂箱，爐前三角試塊模具、沖擊試塊模具。四、 實驗方法及步驟1、實驗前預習實驗指導書。2、按表1-1的配方，稱取型砂，粘土，澎潤土，水，煤粉以備混砂用。3、用碾輪混砂機混制型砂。4、造型操作：將爐前三角試塊、沖擊試塊造型模具放如砂箱，將混好型砂放入砂箱中，用砂舂子搗制型砂，注意搗制的力度，保持型砂具有較高的緊實度。5、在隨后的澆注實驗中，澆注沖擊試塊，在砂輪機上磨去表皮，觀察皮下氣孔的情況。表1-1 型砂的配比組別原砂粘土煤粉水舊砂第一組510%5%1.01.5%4%其余第二組510%5%1.01.5%7%其余第三組510%5%1.01.5%10%其余五、實驗報告要求1、根據實驗結果，確定型砂的最佳配方。2、寫出型砂的混制工藝及造型工藝操作過程。3、分析水分對皮下氣孔的影響，說明原因。實驗二 球墨鑄鐵的熔制一、實驗目的1、掌握球墨鑄鐵化學成分、球化劑和孕育劑加入量的選擇原則。2、掌握熔煉球墨鑄鐵時的配料計算方法。3、掌握球化、孕育等爐前處理的方法和注意事項。4、掌握球墨鑄鐵爐前質量鑒定方法。二、實驗內容1、確定球鐵的化學成分及爐前處理工藝；2、配料計算；3、鐵水熔化及球化、孕育處理；4、澆注鑄件。5、鑄鐵爐前質量鑒定。三、實驗用設備儀器及材料高頻感應電爐，箱式高溫電爐，測溫儀表，鑄造生鐵，廢鋼，球化劑，孕育劑，覆蓋劑，鐵水澆包，三角試塊和沖擊試塊的鑄型。四、實驗方法及步驟1、確定球鐵的牌號及成分實驗前由指導教師指定劃分球鐵牌號，確定工藝規程，同學在實驗前預習和掌握球鐵有關章節。選擇四種牌號的球鐵進行熔煉，其化學成分見表2-1。學生分成四組，每組分給一個牌號。表2-1 各牌號球鐵化學成分 牌號成 分（%）CSiMnPSReMgQT400-1835372832 05 01 0.03002004003005QT5007353624280508 0.1 0.03002004003005QT120133362831 05 0.1 0.03002004003005QT80023536225 05 0.1 0.030 0250。040030052、確定爐前處理工藝爐前處理工藝包括球化處理工藝和孕育處理工藝。包括球化劑和孕育劑的種類、加入量、處理溫度、加入方法等。本實驗稀土鎂合金合金球化劑，采用沖入法進行處理時用量根據硫量、鐵液溫度及鑄件壁厚大致為處理鐵液質量的1.31.8%，本實驗四種牌號的球鐵正常加入1.5%。為了考察球化不良的影響，選定一個牌號調整球化劑的加入量，具體方案見表2-2所示。孕育劑采用75#Si-Fe，孕育處理工藝見表2-2。表2-2 球化、孕育處理工藝方案編號牌號球化處理工藝孕育處理工藝球化劑加入量（%）球化處理溫度（）包底一次孕育（%）瞬時孕育（%）孕育總量（%）1QT400-181.515001.30.21.52QT400-181.015001.30.21.53QT400-180.615001.30.21.54QT50071.515000.90.11.05QT80021.515000.90.11.06QT12011.515000.90.11.03、配料計算學生根據所分得的牌號和前面定的爐前處理工藝，按選定生鐵、廢鋼、球化劑、孕育劑的成分進行配料計算。4、備料及熔化現場準備先將球化劑、孕育劑粉碎成合適的粒度，根據鐵水量確定。然后學生按計算好的配料單，稱取生鐵、廢鋼、球化劑、孕育劑，注意寫好編號，防止混料。5、熔化生鐵、廢鋼加入爐中進行熔化。6、爐前處理在鐵水熔化的同時將鐵水包放入箱式高溫電爐中烘烤，烘烤溫度為200300。鐵水出爐前，取出鐵水包，先加入球化劑，再包底孕育劑，最后加入覆蓋劑。鐵水到溫后，停電，鐵水沖入鐵水包，待反應結束后，扒渣，加入瞬時孕育劑，進行攪拌。7、澆注、打箱和鑄件清理爐前處理結束后，澆注三角試樣、沖擊試樣。選擇一爐鐵水，澆注完上述試樣后，剩余鐵水倒回爐中，保溫一定時間后，再澆注沖擊試樣，用以考察球化衰退。對編號1、2、3的鐵水澆注除三角試樣、沖擊試樣，澆注硫印試樣，用以考察球化劑加入量對夾雜物的影響。8、爐前檢驗利用三角試片、光譜進行球化質量的快速判斷。六、實驗報告要求 1、寫出配料全過程。 2、敘述球化處理、孕育處理及爐前檢驗過程記錄。 3、分析球化不良的影響。實驗三 球墨鑄鐵的熱處理一、實驗目的通過球鐵的熱處理實驗,使學生了解和掌握:不同熱處理工藝,可得到不同的機械性能.二、實驗內容、 球鐵的退火。、 球鐵的正火。、 球鐵的淬火。、 球鐵的等溫淬火。三、實驗用設備儀器及材料箱式高溫電爐，測溫儀表。四、實驗原理球鐵常用的熱處理工藝曲線如圖3-1所示。1、退火退火包括兩種。鑄態組織中無游離滲碳體時，可進行低溫退火，退火時珠光體中的共析滲碳體分解，以便獲得鐵素體基體。鑄態組織有游離滲碳體時，進行高溫退火，退火時游離滲碳體分解。2、正火正火的目的是提高基體組織中的珠光體量，提高機械性能和耐磨性，有時還用來消除白口組織，同時獲得珠光體基體。3、淬火球鐵淬火的目的是得到馬氏體組織，淬火后的基體組織為馬氏體和少量的殘余奧氏體，組織很不穩定，內應力很大，脆性大。因此淬火后，必須回火處理。4、等溫淬火球墨鑄鐵等溫淬火的目的是獲得貝氏體組織或奧氏體加貝氏體組織，提高的綜合機械性能，獲得很高的抗拉強度和沖擊值。0.5900溫度（）時間t(h ) c.球鐵的正火 風冷740 溫度（）時間t(h ) a.球鐵的石墨化退火 爐冷630空冷 900 280 0.5 1 溫度（）時間t(h ) d.球鐵的等溫淬火 860 溫度（）時間t(h ) c.球鐵的淬火 水淬 圖3-1 球鐵常用熱處理工藝 五、實驗方法及步驟1、 實驗前預習實驗指導書。2、 制定熱處理工藝。3、 將試樣裝入爐內,按制定的熱處理工藝進行加溫。4、 出爐。六、實驗報告要求 分析熱處理對組織的影響。實驗四 球墨鑄鐵的金相組織觀察一、實驗目的觀察前四次實驗所做出的不同牌號、不同處理工藝和不同熱處理工藝的試樣，觀察鐵素體、珠光體、鐵素體加珠光體、球化良好石墨、球化不良石墨、球化衰退石墨等組織的分布形態，以加深對球鐵結晶理論的認識和理解。二、實驗內容、觀察正常球化與球化不良組織的差別。、觀察正常球化與球化衰退組織的差別。3、觀察不同熱處理工藝獲得基體組織的差別。4、觀察硫印，分析夾雜物的分布。三、實驗用設備儀器及材料金相顯微鏡，金相試樣。五、實驗方法及步驟1、實驗前預習實驗指導書。2、選取正常球化與球化不良組織試樣。3、選取正常球化與球化衰退組織試樣。3、選取不同熱處理工藝組織試樣4、將試樣放在載物臺上，調試顯微鏡，觀察組織。5、畫出金相組織示意圖。6、制作硫印試樣，觀察硫印。 六、實驗報告要求1、畫出所觀察金相組織的示意圖。2、根據實驗觀察結果分析球化不良、球化衰退、夾雜物的形成規律及影響因素。實驗五 球墨鑄鐵的力學性能實驗一、實驗目的通過球鐵的力學性能實驗，加深了解化學成分、組織與機械性能的關系。二、實驗內容、球鐵試樣的沖擊實驗、球鐵試樣的硬度實驗三、實驗用設備儀器及材料沖擊實驗機，硬度實驗機，前面四個實驗準備的各種球鐵試樣。四、 實驗方法及步驟1、 實驗前預習實驗指導書。2、按不同牌號、不同處理工藝選取試樣。3、 將試樣分別放在沖擊試驗機和硬度計上進行試驗。4、 將實驗結果記錄于表4-1。 表5-1 球鐵力學性能實驗結果處理狀態性能指標沖擊值（ak） 硬度123平均123平均鑄態退火正火等溫淬火球化不良球化衰退皮下氣孔五、實驗報告要求1、總結實驗結果，分析熱處理對性能的影響。2、總結實驗結果，分析球化處理對性能的影響。3、總結實驗結果，分析型砂對性能的影響。 實驗六 球鐵生產綜合實驗綜合分析一、實驗目的通過前面的實驗，分析球墨鑄鐵的化學成分對機械性能的影響，金相組織對機械性能的影響，以及不同的熱處理工藝和金相組織的關系。二、實驗內容、對前5次實驗進行總結和綜合分析，、完成實驗報告三、實驗用設備儀器及材料金相顯微鏡，金相試樣。四、實驗結果分析通過實驗可以證實，要得到所需的機械性能就必須有一定的金相組織，要得到希望的各種組織或避免一些不必要的相，除了控制一次結晶外，主要依靠合理的選擇化學成份及進行熱處理來獲得。球鐵的化學成份有以下幾個特點。1.碳硅量高 2.含錳量低 3.硫磷低 4.含有鎂及稀土。碳高的優點有：.碳高核心數多 ，可細化球徑，提高球的圓整度；碳高石墨化膨脹大，結果使鑄件致密，減少縮松 .碳高可使球鐵更接近共品成份，提高流動性。2.硅高的原因有：.加強石墨化作用，清除自由滲碳體，減少白口傾向 .減少縮松 .便于獲得鐵素體基體，提高球鐵的塑性何韌性。3.球鐵中的錳量希望低些為宜，一般為0.30.8。4.磷：磷在球體晶界處易產生共品（超過0.1）。明顯影響機械性能，使沖擊韌性及延伸率顯著降低，應盡量減少磷在 球鐵中的含量。5.硫是有害于石墨成球的元素，所以原鐵水含硫量越低越好。熱處理對機械性能的影響：.退火其目的是消除鑄態滲碳體組織，并使