1、灰鐵和球鐵的相關(guān)學(xué)問灰鑄的組織及性能特點(diǎn)鑄鐵中的碳經(jīng)滲碳體或自由狀態(tài)的石墨兩種形態(tài)存在。鑄鐵析出碳原子形成石墨的過(guò)程稱為石墨化，石墨可以從液體中析出,也可以從奧氏體中析出。在確定條件下還可以從滲碳體分解得到(熱處理溫度到 900 度左右)，依據(jù)石墨化程度不同,可以獲得不同的鑄鐵組織。灰鐵的組織是由片狀石墨和金屬基體(鐵素體.珠光體和白口) 國(guó)內(nèi)叫鐵素體臺(tái)灣叫肥粒鐵F國(guó)內(nèi)叫珠光體臺(tái)灣叫波來(lái)鐵P 白口也叫雪明碳體C灰鐵的抗拉強(qiáng)度為 100-350MPa，塑性和韌性都比較低，延長(zhǎng)率和沖擊韌性幾乎為零，屬于脆性材料。灰鐵的機(jī)械性能取決于金屬材料基體和石墨的數(shù)量，大小，外形和分布。灰鐵的強(qiáng)度和塑性主要取

2、決于石墨，而金屬基體的影響較小。灰鐵的機(jī)械性能實(shí)際上是被石墨減弱了金屬基體的性能。灰鐵的硬度主工取決于金屬的基體。石墨的密度為鑄鐵的 1/3，石墨的抗拉強(qiáng)度小，塑性和硬度幾乎為零。石墨的這些特性，是影響灰鐵性能的主要因素。由于石墨強(qiáng)度很低，所以基體中的石墨像切口一樣，將基體割裂，大大的減弱了鑄鐵的強(qiáng)度，這就是灰鐵抗拉強(qiáng)度較低，塑性較差的內(nèi)在緣由。一般是石墨數(shù)量愈多，石墨片愈粗大，分布愈不均勻，對(duì)金屬基體割裂的作用就愈嚴(yán)峻， 其強(qiáng)度和塑性也就愈低。石墨對(duì)鑄鐵有較小的收縮性和良好的切削加工性。影響灰鐵的組織的因素影響灰鐵組織的主工因素是化學(xué)成份和冷卻速度。化學(xué)成份對(duì)灰鐵的組織的影響灰鐵是一種簡(jiǎn)潔的

3、多元鐵碳合金。除主要含碳，硅，錳，磷，硫五大元素外， 還有其他微量元素。化學(xué)成份對(duì)鑄鐵組織的影響，其實(shí)就是爭(zhēng)辯化學(xué)元素對(duì)石墨化的影響。按其對(duì)石墨化影響的不同，可分為促進(jìn)石墨化和阻礙石墨化兩大類。促進(jìn)石墨化元素：Al 鋁Si 硅Ti 鈦C 碳Cu 銅Ni 鎳Co 鈷P 磷阻礙石墨化元素：S 硫V 釩Sn 錫Cr 鉻Mo 鉬Mn 錳W 鎢1碳和硅的影響：碳和硅是一般灰鐵中主要的化學(xué)成分，它們都是猛烈促進(jìn)石墨化的元素，對(duì)鑄鐵組織和性能起著打算性的影響，在熔煉中通過(guò)調(diào)整碳和硅的含量來(lái)把握灰鐵的組織和性能。碳之所以促進(jìn)石墨化，是由于碳本身是構(gòu)成石墨的元素，含碳量增加，鐵水中碳的濃度提高。硅促進(jìn)石墨化主要

4、表現(xiàn)在含硅量提高時(shí),當(dāng)硅的含理很低時(shí),即便是碳量很高, 鑄鐵往往是白口組織.當(dāng)硅的含量在 1.0%-2.0%范圍內(nèi)增加時(shí),硅促進(jìn)石墨化的作用特別猛烈.當(dāng)硅的含量超過(guò) 3.0%-3.5%時(shí),由于產(chǎn)生石墨漂移,鑄鐵中的總碳量下降,石墨數(shù)量隨之削減.縮合考慮碳和硅的影響,一般將硅量折合成相當(dāng)?shù)奶剂?,它與實(shí)際硅量之和稱為碳當(dāng)量.共晶成份四周,硅促進(jìn)石墨化的力氣與碳比較為硅含量的三分之一.CE=C+1/3Si碳當(dāng)量(%) CE4.26%亞共晶鑄鐵CE4.26%共晶鑄鐵CE4.26%過(guò)共晶鑄鐵共晶度：灰鑄鐵的含碳量與共晶點(diǎn)實(shí)際碳量的比值稱為共晶度， 用 Sc 表示。ScC/(4.31/3 Si P)Sc

5、1 為亞共晶鑄鐵增加 C； Si 可提高流淌性Sc1 為共晶鑄鐵流淌性最好Sc1 為過(guò)共晶鑄鐵降低 C； Si 可提高流淌性高碳和高硅的鑄鐵,石墨數(shù)量相對(duì)多一些,石墨片粗大,基體中鐵素體相對(duì)多,機(jī)械性能下降.相對(duì)說(shuō)隨著碳硅含量的降低,石墨變的細(xì)小,基體主要為珠光體.當(dāng)碳和硅的含量過(guò)低時(shí),鑄鐵易消滅麻口或白口組織,鑄造性能均差,一般碳含量為 3.0-3.6%. (FLM)FC150 為 3.5-3.8% ，F(xiàn)C200 為 3.4-3.7%; FC250 為3.25-3.6%.硅含量為 1.8-2.4%.(FLM)為 2.1%左右碳當(dāng)量與灰鐵抗拉強(qiáng)度的關(guān)系:碳當(dāng)量越高,抗拉強(qiáng)度越低.反之,越高。強(qiáng)

6、度越低。碳和硅每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度降低 5-7Mpa 左右.硬度降低 5-7 度左右。3錳的影響：錳可以抑制鐵素體析出，促進(jìn)珠光體生產(chǎn)。錳是阻礙石墨化的元素，但它能與硫結(jié)合生成硫化錳 MnS,并上浮聚攏到渣中除掉，從而減弱硫的有害作用。錳也是調(diào)整把握鑄鐵組織及性能的重要元素之一。灰鐵中錳量為 1.2%以下，F(xiàn)LM 把握在 0.5/0.9.錳與灰鐵抗拉強(qiáng)度的關(guān)系:錳越高,抗增加度越高.反之,越低.強(qiáng)度越低. 錳每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度提高 7Mpa 左右;硬度提高 7 度左右4、磷的影響:磷能溶于鐵水中,當(dāng)磷含量大于 0.3%時(shí),則生成磷共晶.磷共晶硬而脆，且熔點(diǎn)低，一般以網(wǎng)狀分布在

7、晶界上，使鑄鐵脆性增加，磷共晶還能提高鑄件的耐磨性，而且還會(huì)影響加工性。灰鐵中磷的含量主要來(lái)自生鐵和廢鋼. FLM 把握在 0.05 以下.5 、硫(S)對(duì)灰鐵石墨成核格外重要.FLM把握在 0.04-0.1%( 目標(biāo)為0.06-0.09%)6、鉻(Cr) 為波來(lái)鐵形成元素.可增加強(qiáng)度和硬度,但也是為碳化物形成元素. 對(duì)薄鑄件或加的過(guò)量會(huì)有白口產(chǎn)生.FLM FC150;FC200;FC250 把握在 0.15%;有的把握在 0.15-0.25%，鉻每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度提高 10Mpa 左右;硬度提高 10 度左右.7、錫(Sn)為強(qiáng)的波來(lái)鐵穩(wěn)定元素.可提高強(qiáng)度. 錫每加一格(0.01)

8、,抗拉強(qiáng)度提高 6-7Mpa 左右;硬度提高 6-7 度左右.8、銅(Cu)為波來(lái)鐵促進(jìn)元素.可增加強(qiáng)度和硬度.對(duì)薄鑄件不會(huì)有促使碳化物形成(白口) ，銅每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度提高 6-7Mpa 左右;硬度提高 6-7 度左右.灰口鑄鐵球墨鑄鐵鑄鐵的種類依據(jù)石墨形態(tài)可分為以下五種：灰口鑄鐵：片狀石墨球墨鑄鐵：球狀石墨蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀石墨白口鑄鐵：石墨以碳化物形式存在可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀石墨灰口鑄鐵的根本要求石墨外形：片狀石墨形態(tài)：A、B、C、D、E、F基地組織：一般可允許0.5%碳化物機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度： 硬度：抗拉強(qiáng)度硬度HB基地150Mpa14021030%F+P200Mpa160230

9、20%F+P250Mpa17326910%F+ P球墨鑄鐵的根本要求石墨形態(tài)：球狀球化率：一般要求80%基地組織：一般可允許5%碳化物機(jī)械性能： 抗拉強(qiáng)度：硬度：延長(zhǎng)率：抗拉強(qiáng)度延長(zhǎng)率硬度HB基地400Mpa15%121197F450Mpa12%143217F500Mpa7%187255F+ P550Mpa5%192269P+ F600Mpa3%192269P700Mpa2%245295P影響球鐵的組織的因素影響球鐵組織的主工因素是化學(xué)成份和冷卻速度。化學(xué)成份對(duì)鑄鐵組織的影響，1碳和硅的影響：碳和硅是一般球鐵中主要的化學(xué)成分，它們都是猛烈促進(jìn)石墨化的元素，對(duì)鑄鐵組織和性能起著打算性的影響。碳之

10、所以促進(jìn)石墨化，是由于碳本身是構(gòu)成石墨的元素，含碳量增加，鐵水中碳的濃度提高。硅促進(jìn)石墨化主要表現(xiàn)在含硅量提高時(shí) ,當(dāng)硅的含理很低時(shí),即便是碳量很高,鑄鐵往往是白口組織.當(dāng)硅的含量在 1.0%-2.0%范圍內(nèi)增加時(shí),硅促進(jìn)石墨化的作用特別猛烈.當(dāng)硅的含量超過(guò) 3.0%-3.5%時(shí),由于產(chǎn)生石墨漂移,鑄鐵中的總碳量下降, 石墨數(shù)量隨之削減.高碳和高硅的鑄鐵,石墨數(shù)量相對(duì)多一些,石墨粗大,基體中鐵素體相對(duì)多,機(jī)械性能下降.相對(duì)說(shuō)隨著碳硅含量的降低,石墨變的細(xì)小,基體主要為珠光體.當(dāng)碳和硅的含量過(guò)低時(shí),鑄鐵易消滅麻口或白口組織,鑄造性能均差,一般碳含量為 3.0-4.0% ，目標(biāo)：3.7/3.85%

11、. 硅含量為 2.0-3.0%. 目標(biāo): 2.42.9%碳當(dāng)量與球鐵抗拉強(qiáng)度的關(guān)系:碳當(dāng)量越高,抗拉強(qiáng)度越低.反之,越高。強(qiáng)度越低。碳和硅每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度降低 5-7Mpa 左右.硬度降低 5-7 度左右。3錳的影響：錳可以抑制鐵素體析出，促進(jìn)珠光體生產(chǎn)。錳是阻礙石墨化的元素，但它能與硫結(jié)合生成硫化錳 MnS,并上浮聚攏到渣中除掉，從而減弱硫的有害作用。錳也是調(diào)整把握鑄鐵組織及性能的重要元素之一。球鐵中錳量為 1.0%以下，F(xiàn)LM 把握在 FCD400:0.3%以下，F(xiàn)CD450:0.35%以下，F(xiàn)CD500:0.3%-0.5% FCD550-FCD700:0.5%-1.0%之間錳

12、與灰鐵抗拉強(qiáng)度的關(guān)系:錳越高,抗增加度越高.反之,越低.強(qiáng)度越低. 錳每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度提高 7Mpa 左右;硬度提高 7 度左右4、磷的影響:磷能溶于鐵水中,當(dāng)磷含量大于 0.3%時(shí),則生成磷共晶.磷共晶硬而脆，且熔點(diǎn)低，一般以網(wǎng)狀分布在晶界上，使鑄鐵脆性增加，磷共晶還能提高鑄件的耐磨性，而且還會(huì)影響加工性。球鐵中磷的含量主要來(lái)自生鐵和廢鋼. FLM 把握在 0.05 以下.5、硫(S)S+MgMgS,.FLM 把握在 0.02%以下6、鉻(Cr) 為波來(lái)鐵形成元素.也是為碳化物形成元素.會(huì)有白口產(chǎn)生.FLM 把握在 0.1%.7、錫(Sn)為強(qiáng)的波來(lái)鐵穩(wěn)定元素.可提高強(qiáng)度. 錫每

13、加一格(0.01),抗拉強(qiáng)度提高 6-7Mpa 左右;硬度提高 6-7 度左右.FCD400-450: 0.01%FCD500-700: 0.02-0.088、銅(Cu)為波來(lái)鐵促進(jìn)元素.可增加強(qiáng)度和硬度.銅每加一格(0.1),抗拉強(qiáng)度提高 6-7Mpa 左右;硬度提高 6-7 度左右. FCD400-450: 0.15%FCD500-700: 0.2-0.89、鎂(Mg)是可以用來(lái)判定球化不良，把握在 0.025%以上。球鐵球化相關(guān)學(xué)問球墨鑄鐵是通過(guò)球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能， 特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵與灰口鑄鐵相比，C、Si 含

14、量較高，而Mn 較低，對(duì)S、P 的限制較嚴(yán)。其化學(xué)成分一般為：(3.53.8)%C，(2.03.0)%Si， (0.10.7)%Mn，0.05%P，0.02%S，(0.0250.07)%Mg(此為無(wú)稀土元素時(shí))，當(dāng)有稀土元素存在時(shí)，則 Mg 可低些。球鐵原鐵液應(yīng)高碳、低硅、低硫、低磷。把握好硫的含量，是生產(chǎn)球鐵的一個(gè)重要條件。球化劑參與量應(yīng)依據(jù)鐵液成分、鑄件壁厚、球化劑成分和球化處理過(guò)程的吸取率等因素分析比較確定。一般為 1.62.0，假設(shè)球化劑放置時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)適量多加。球化反響把握的關(guān)鍵是鎂的吸取率，溫度高，反響猛烈，時(shí)間短，鎂燒損多，球化效果差；溫度低，反響平穩(wěn)，時(shí)間長(zhǎng)，鎂吸取率高，球化

15、效果好。因此，一般在保證足夠澆注溫度的前提下，宜盡可能降低球化處理溫度，把握在 1420 1450。球化劑要砸成小塊，粒度一般在 525mm，加在包底，再在上面加硅鐵和鐵屑。孕育處理是球墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅促進(jìn)石墨化，防止自由滲碳體和白口消滅，而且有助于球化，并使石墨變得更細(xì)小，更圓整，分布均勻， 從而提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能。孕育劑一般多承受 FeSi75，其參與量依據(jù)對(duì)鑄件的力學(xué)性能要求，一般為 0.81.0。孕育劑的粒度依據(jù)鐵液量多少，一般砸成 525mm 的小塊。孕育劑應(yīng)保持干凈、枯燥。球化劑和孕育劑要在出鐵前參與包中，在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，剛出完前一爐鐵后，包很熱，過(guò)早參與會(huì)

16、使其粘結(jié)在包底而減弱球化和孕育效果。為了延遲球化反響時(shí)間， 增加球化和孕育效果，要在球化劑和孕育劑的上面掩蓋一層鐵屑。球化處理的方法較多，一般多承受操作簡(jiǎn)便的沖入法處理球鐵三明治球化方式。由于球鐵液簡(jiǎn)潔消滅球化衰退，因此，鐵液球化處理后要盡快澆注，一般在處理后 12min 內(nèi)澆注完畢，不會(huì)有球化衰退問題。我國(guó)廣泛承受的球化劑是稀土鎂合金。鎂是重要的球化元素，但它密度小1.73g/cm3、沸點(diǎn)低1120，假設(shè)直接參與鐵液，鎂將浮于液面并馬上沸騰，這不僅使鎂的吸取率降低，也不夠安全。稀土元素包括鈰 Ce、鑭La、鐿Yb和釔Y等十七種元素。稀土的沸點(diǎn)高于鐵水溫度，故參與鐵水中沒有沸騰現(xiàn)象，同時(shí)，稀土有著猛烈的脫硫、去氣力氣，還能細(xì)化組織、改善鑄造性能。但稀土的球化作用較鎂弱，單純用稀土作球化劑時(shí)，石墨球不夠圓整。稀土鎂合金其中鎂、稀土含量均小于 10%，其余為硅和鐵綜合了稀土和鎂的優(yōu)點(diǎn)， 而且結(jié)合了我國(guó)的資源特點(diǎn)，用它作球化劑作用平穩(wěn)、節(jié)約鎂的用量，還能改善球鐵的質(zhì)量。球化劑的參與量一般為鐵水質(zhì)量的 1.0%1.6%。孕育劑：促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止球化元素造成的白口傾向，使石墨球圓整、細(xì)化， 改善球鐵的力學(xué)性能。常用的孕育劑為含硅 75%的硅鐵，參與量為鐵水質(zhì)量的0.4%1.0%。由于球化元素有較強(qiáng)的白口傾向，故球墨鑄鐵不適合鑄造薄壁小件。球化劑的用量直接影響剩