球墨铸铁(汉代)
球墨铸铁板材料-概述说明以及解释
球墨铸铁板材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述球墨铸铁板材料，简称球铁板，是一种高强度、耐磨、耐腐蚀的铸铁材料。
其独特的球状石墨微观结构使其具有优异的性能特点，广泛应用于工程领域。
球铁板具备良好的可塑性、韧性和耐磨性，能够满足不同工作环境的要求。
球墨铸铁板由于具备球状石墨的均匀分布结构，使得它在拉伸、压缩等力学性能上表现出色。
相比于一般的灰铸铁板材料，球铁板能够承受更高的载荷和更强的冲击力，具备更好的抗疲劳能力。
这使得球铁板成为一种在工程结构中广泛应用的优质材料。
同时，球铁板还具有优异的耐腐蚀性能。
球状石墨在铸造过程中的形成，能够有效减少缝隙、孔洞等缺陷，从而降低材料的腐蚀敏感性。
它在恶劣环境中的抗腐蚀能力超过了其他各类铸铁材料，可以长时间保持良好的使用状态。
此外，球墨铸铁板的生产工艺成熟且经济高效。
球铁板的生产过程中，利用镁处理剂将铸铁中的碳球化，形成球状石墨结构。
这一工艺不仅使材料性能得到了改善，还能够大幅度提高生产效率，降低生产成本，满足市场需求。
球墨铸铁板的应用领域广泛多样。
它被广泛应用于汽车制造、机械工业、建筑工程等领域。
在汽车制造中，球铁板常用于发动机铸件、底盘部件等重要组成部分，以提高汽车的安全性和可靠性。
在机械工业中，球铁板常被用于制造齿轮、曲轴等高强度零部件，为机械设备的正常运行起到关键作用。
在建筑工程中，球铁板可用于制造桥梁支座、阀门等被要求具备高强度和耐久性的构件，以确保建筑物的牢固和安全。
总之，球墨铸铁板材料由于其卓越的性能优势，在工程领域得到了广泛应用。
其具备的高强度、耐磨、耐腐蚀等特点，使其成为众多行业的首选材料。
随着科学技术的不断进步和应用范围的扩大，球铁板材料的发展前景将更加广阔，有着充满希望的未来。
1.2文章结构文章结构的安排是为了使读者更好地理解和吸收文章内容。
在本篇文章中，我们将采用以下结构来组织和展示关于球墨铸铁板材料的相关信息。
首先，我们将在引言部分简要介绍球墨铸铁板材料的概况和背景。
球墨铸铁特性及其应用
石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团 状、团絮状
石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球 状、团状、团絮状
球化率（％） ≥95
90－95 80－90 70－80 60－70
3、石墨大小 石墨球大小分级(GB9441-1988)
级别
石墨直径（100×） mm
3级 >25－50
讨论
薄壁铸态球墨铸铁
在欧美发达国家的阀门铸造 工艺中，日趋使用薄壁铸件， 可以节约资源。
薄壁铸态球墨铸铁件是壁厚 仅为几毫米的铸件。由于薄 壁，共晶凝固时冷却速度极 快，所以抑制白口组织的出现 成为首要问题。
白口临界球数(个/平方毫米)
700 600 500 400 300 200 100
0 0 1 2 5 10 15 20 25 冷却速度R（摄氏度/秒）
4级 >12-25
5级 >6-12
6级 >3-6
7级
8级
>1.5-3 ≤1.5
GB9441－1998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分 成六级。
球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减 小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地 提高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。
石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增 多，可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗 疲劳强度的一个要求。
球墨铸铁可性能。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。
球墨铸铁
三、G球形成的条件及立体外貌
1、 G球形成的条件 一是铁液在凝固时必须有较大的过冷度ΔT； 二是必须使铁液和石墨之间具有较大的界面张力，也就 是使铁液中的杂质（表面活性元素如S、O等）含量足够低; 三是铁液中还必须有一定的球化元素残留量； 四是要有良好的石墨成核条件，即良好的石墨化孕育。 只要满足上上几个条件，就能生产出球墨铸铁。 2、球化处理(孕育)的机理: 在铁液中加入球化剂，使铁液中的表面活性物质硫和氧 降低，铁液中石墨的界面张力增大，同时使铁液过冷度加大， 以促使球状石墨的形成。球化处理后再进行炉前孕育处理， 使石墨的成核条件得以改善，从而获得量大、形小、外形圆 整、成分均匀的球状石墨铸铁。
球状石墨外貌接近球形，内部呈放射状，有明显的 偏光效应。石墨是由很多角锥体枝晶组成的多晶体，各 枝晶的基面垂直于球径C轴呈辐射状指向球心。
片状石墨
球状石墨
四、球状石墨的生长
1、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
2、石墨球的生长方式
螺旋生长
3、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。
§3.3.4 球墨铸铁的化学成分及熔制工艺
球墨铸铁的金相组织、性能特点、 牌号及技术要求
球墨铸铁的金相组织： • G+F体、G+P体、G+ F体+ P体等，而且直 接决定着球墨铸铁的力学性能。
球墨铸铁生产工艺
球墨铸铁生产工艺球墨铸铁是指在铸造过程中，通过球化处理，将铸铁中的石墨形态改变为球状，以提高材料的力学性能和耐磨性能。
球墨铸铁是目前应用广泛的一种铸铁材料，具有优异的力学性能和耐磨性能，被广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。
球墨铸铁的生产工艺主要包括原料选用、融化处理、球化处理、铸造和热处理等几个步骤。
首先，原料的选用对球墨铸铁的性能影响很大。
一般来说，球墨铸铁的主要原料是生铁、废钢和添加剂。
生铁是球墨铸铁的主要原料，其主要成分包括铁、碳、硅、锰等元素。
废钢作为辅料加入到生铁中，不仅能节约成本，还能提供一定数量的硫和氧来参与合金的生成。
添加剂是为了调节球墨铸铁的成分，主要包括球墨化剂、锰铁和硫铁等。
其次，融化处理是球墨铸铁生产的重要过程。
融化处理是将原料进行熔炼，使其达到所需的成分和温度，以便进行球化处理。
融化处理主要通过高炉、电炉等设备进行。
在融化处理中，需要掌握合适的熔炼温度和时间，以保证合金的成分和均匀性。
然后，球化处理是球墨铸铁生产的关键步骤。
球化处理是指在融化状态下，通过加入球墨化剂或球化剂，使石墨形态发生变化，从而获得球状石墨的铸铁材料。
球化处理一般在融化处理结束后进行，其中球墨化剂的添加量、球化剂的种类和比例等因素都会影响球墨铸铁的质量。
接下来，铸造是球墨铸铁生产过程中的关键环节。
铸造是将融化处理后的铁液倒入模具中，使其冷却凝固，形成最终的球墨铸铁产品。
铸造的质量关系到产品的外观和尺寸精度，需要控制铁液的温度、浇注速度和模具设计等因素。
最后，热处理是球墨铸铁生产过程中的最后一个步骤。
热处理主要是通过加热和冷却等工艺，改变球墨铸铁的组织和性能，提高其机械性能和耐磨性能。
常用的热处理方法包括正火、退火、淬火等。
综上所述，球墨铸铁的生产工艺包括原料选用、融化处理、球化处理、铸造和热处理等几个步骤。
良好的生产工艺能够保证球墨铸铁的质量和性能，提高产品的竞争力和市场份额。
随着技术的进步，球墨铸铁的生产工艺将更加精细化和自动化。
汉代高超的钢铁冶铸技术
新 阶段 。它可 以使 社 会 得 到大 量 廉价 的熟 铁 和 钢 ， 对 于生产 工具 的 改进 ， 着 重 要作 用 。河南 南 阳出 起 土 的一把 铁刀 ， 刀身有 一 道平行 于刃部 的锻 接痕迹 ， 刃 部就 是用 高 质 量 炒 钢煅 接 而 成 的。欧 洲 是 在 １ ８ 世 纪 中叶才开 始运 用炒钢 技 术 ， 比我 国落后 了 １ ｏ ８ｏ 年 。炒 钢再经 锻打 ， 的成分就会 更均 匀 ， 织更 密 钢 组 致， 强度 更高 。这种 以炒 钢为原料 的“ 百炼钢 ” 比前 ， 述“ 百炼 钢” 序 简化 ， 动量 减 少 ， 品质 量 更好 。 工 劳 产 １７ ９ ８年江 苏徐州 铜 山县驼龙 山汉墓 出土 的一 把 “ 五 十炼 ” 剑 ， 是用 炒钢做 原料 制作 的百炼 钢件 。这 钢 就 是 高级 阶段 的百炼 钢 。 但 是 ， 钢时 ， 炒 如果火 候掌握 不好 ， 炒过 了火 ， 钢 的含碳 量就会偏 低 ， 炒钢 便炒成 了熟铁 。后 来 ， 工匠 们 发现 ， 加人 生铁 ， 即可 弥补这 一缺 陷 。这 就 引发一 种新 的炼 钢 技 术 一 灌 钢 法 。从 现 代 冶 金 原 理 分 析， 这种 技术 ， 就是 利 用 生 铁 含碳 量 高 ， 铁 含碳 量 熟 低 的特 点 ， 熔化 的生铁 灌入 熟铁 液 中去 ， 将 使成 碳含 量 合乎 要求 的钢 。 当然 ， 中国 当时 在 冶炼 规模 和技术 规 范 上还 有 许 多不 足之 处 ， 与现代 钢铁业 不可 同 日而语 。 ３ 单 孔小 口叠铸 技术 所 谓叠 铸 ， 是 将 多 层 铸 范 叠 合 起 来 ， 配 成 就 装 套， 一次 就 能铸造 几个 ， 十几个 甚 至上百个 铸件 。叠 铸技术 早在 战 国时 期 已经发 明 。到汉 代 ， 铸 技术 叠 较过 去有 了很大 进步 ， 由原来 多孔 改为单 孔 。这样 ， 冶铸 效 率更 高 ， 量更 好 ， 料 更省 ， 本 更低 。河 质 材 成 南温 县发掘 的一 座汉代 烘 范窑 ， 约 ９ｍｚ 在 的长方 型 窑里 ， 发现 五百 多套 叠 铸 范 ， 些 范 ， 这 大部 分 仍 保存 完好 ， 的总浇 口只有 ８ ０ｒｍ； 范 ～１ ａ 范与 范 之 问 的分 浇 口则 只有 １ ３ｍｍ； 的结 构 十分 严 谨 ， 腔 轮 ～ 范 范 廊清 晰 ， 每层之 问合 拢 严 密 ， 证 了 产 品 的规 格化 ， 保 连仅 ３ｍｍ 的薄壁 铸件也 能铸 造 。可见汉 代 叠铸 工 艺 已经相 当细致 了。 追溯 世界冶 金史 ， 在西 方 ， 地 中海东岸 及两河 如 流域 上游 一些地 区 ， 开始 冶铁 的时间 比中国早 ， 中 但 国古 代 的钢铁 冶铸技 术 ， 长期 处于 领先 的地位 ， 却 这 是什么原因呢？我们认为， 中国古代的钢铁冶铸技 术， 之所 以领先 于世 界 ， 几个方 面 的原 因 ： 有 首先 ， 我 国商 周时 期青 铜冶 铸 业 高度 发 达 ， 成 了 一整 套 冶 形 铸 工艺传 统 ， 我 国早 期 的钢铁 冶 铸 业 有 多方 面 的 使 技术 借鉴 ； 其次 ， 国在世 界上最 早采 用高 炉冶炼 钢 我
球墨铸铁简介介绍
研究高效熔炼和浇注技术，缩短生产周期，降低能源消耗 和成本。例如，采用电炉熔炼、感应炉加热等先进技术， 提高熔炼效率和质量。
循环利用与废品再利用
加强废品回收和再利用，提高资源利用效率，降低生产成 本。例如，将废品进行破碎、熔炼后重新用于生产。
环保与可持续发展
减少污染排放
采取有效措施减少生产过程中的 废气、废水和固体废弃物的排放 ，降低对环境的影响。例如，采 用环保涂料和除尘设备等减少废
性质
具有高强度、高韧性、耐磨性等 优良性能，同时具有良好的可加 工性和耐腐蚀性。
球墨铸铁的历史与发展
历史
球墨铸铁最早由美国人发明，于19 世纪80年代问世。
发展
随着铸造技术的进步和新型材料的出 现，球墨铸铁的应用领域不断扩大。
球墨铸铁的生产过程
处理
对原材料进行质量 检验、合金化处理 、熔炼等步骤。
耐磨性
良好的耐磨性
球墨铸铁具有较好的耐磨性，能够在摩擦磨损条件下长期使 用。
磨损率低
球墨铸铁的磨损率较低，能够减少零件的磨损和更换频率。
耐腐蚀性
良好的耐腐蚀性
球墨铸铁具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗常见的化学腐蚀。
在腐蚀环境下长期使用
球墨铸铁可以在腐蚀环境下长期使用，适用于各种恶劣环境。
03
球墨铸铁的应用领域
后处理工艺与设备
后处理工艺
包括热处理、切割、打磨等工序，以进一步提高产品 的力学性能和外观质量。
后处理设备
包括热处理炉、切割机、磨床等设备，其中热处理炉 需具备温度控制精度高、炉内温度均匀等特点。
05
球墨铸铁的未来发展趋势 与挑战
新材料与新工艺的研究与应用
01
07第七章节铸铁新
在我国的传统文化观念中，一直
把牛视作力大无穷、刻苦耐劳、 身负重任、甘于奉献的化身。我 们的祖先在铸造8尊黄河大铁牛 时，肯定是有明确象征意义的， 应该是象征着一种 开天辟地、坚忍不拔 的民族精神！
球墨铸铁（汉代）
可锻铸铁（东汉）
不断的考古新发现，有力地证明了历史上中国冶铁技术成熟 而趋于完备，远远领先于世界各国。 白心（珠光体基）和黑心（铁素体基）可锻铸铁比西方早近 2000年，白心可铁法国人在1722年发明，又成为欧洲式可锻铸铁。 黑心可铁美国人在1826年发明，又称美国式可锻铸铁。 尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的约2000年前西汉铁钁具 有球状石墨的组织。现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接 获得铸态球状石墨的。这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。 它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。但中国的铸造匠师早 在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。 由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家， 而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
铁 牛 、 铁 人
1989年，在山西省永济市挖掘出土了蒲津渡遗址，同时出土 的还有震惊中外的唐开元年间铸造的四尊铁牛、铁人以及七 星铁柱、铁山等文物。出土文物中的大铁牛是唐开元年间黄 河蒲津渡铁浮桥东岸的“固地锚”。著名桥梁学家唐寰澄盛 赞它是中国古代实用技术与雕塑艺术有机结合的典范，是世 界桥梁史上无双的国宝。
常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。
硅 钙
球墨铸铁的显微组织
铁 素 体 球 墨 铸 铁 珠 光 体 球 墨 铸 铁
铁 素 体 加 珠 光 体 球 墨 铸 铁
球 墨 铸 铁 中 的 石 墨 球
2、性能与热处理
强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强 比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁 可进行各 种热处理, 如退火、正
球墨铸铁简介及用途
球墨铸铁简介及应用球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。
所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。
简介生铁是含碳量大于2%的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%--4%，并含C、SI、Mn、S、P等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。
根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
吉龙模具钢材析出的石墨呈球形的铸铁。
球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，抗拉强度可达120kgf/mm2，并且具有良好的韧性。
球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.6～3.8%，含硅量2.0～3.0%，含锰、磷、硫总量不超过1.5%和适量的稀土、镁等球化剂。
成分表目前市面上球墨铸铁光谱标准样品成分如下：国内历史在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁䦆，经过金相检验，具有放射状的球状石墨，球墨铸铁球化率相当于现代标准一级水平。
而现代的球墨铸铁则是迟至1947年才在国外研制成功的。
我国古代的铸铁，在一个相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国铁器中的球状石墨，就已由低硅的生铁铸件经柔化退火的方法得到。
这是我国古代铸铁技术的重大成就，也是世界冶金史上的奇迹。
球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到广泛应用。
国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。
西方某些学者甚至声称，没有现代科技手段，发明球墨铸铁是不可想象的。
1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量的数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。
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中国古代发明邓荫柯
中国古代的炼铁和铁器技术意义极为重大，铁器是推动历史前进的巨大动力。
20世纪中国考古发现证明，中国在春秋晚期，铁器制作就极为繁荣兴盛，中国在炼铁技术上就开始独领风骚，竖式炼铁炉成了生铁冶炼的主要设备，到了战国末年，已经进入炼铁和铁器制造的黄金时代。
特别到了汉代，国家专营的冶铁作坊技艺精进，使生铁的以大量生产。
不断的考古新发现，有力地证明了历史上中国冶铁技术成熟而趋于完备，远远领先于世界各国。
白心（珠光体基）和黑心（铁素体）可锻铸铁比西方早近2000年，白心可铁法国人在1722年发明，又成为欧洲式可锻铸铁。
黑心可铁美国人在1826年发明，又称美国式可锻铸铁。
尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的西汉铁汉具有球状石墨的组织。
现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。
这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。
它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。
但中国的铸造匠师早在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。
由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家，而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
我国古代创造了三种炼钢方法。
第一种是从矿石中直接炼出自然钢。
用这种钢作的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；第二种是西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；第三种是南北朝时期生产的灌钢。
先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。
直到明朝之前的2000多年间，我国钢铁生产一直领先于世界各国。
春秋战国时期《周礼·考工记》中记载了钟鼎、斧斤等六类青铜器中的锡含量，称为“六齐(剂)”。
书中写道：“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐”。
这是世界上最古老的关于青铜合金成分的文字记载。
这表明我们的祖先已经认识到了青铜的性能与成分之间的密切关系。
春秋战国齐国官书《周礼·考工记》中，有世界上最早的合金配料规律——“六齐”的记载。
根据青铜中含锡量的高低而可将“六齐”分为上齐(少锡)和下齐(多锡)两段。
当含锡量增高到15—20%左右时，抗拉强度可达极大值；而含锡量增高到30%左右时，硬度最高。
钟鼎类铸件要求有足够强度而又需避免变形和脆硬．因此“六分其金而锡居一”乃为钟鼎之齐(台金)。
斧斤、戈戟、刀剑则要求既有一定强度又需一定硬度，故应逐步增高其含锡量。
根据近代研究，含锡量约30%(铜一锡半)为化合物，其硬度很高(400 HB)而强度适当(300 MPa)，谓之鉴(青铜镜)燧(利用阳光取火的凹镜)之齐，表面抛光之后十分光亮平整。
这种对硬度和强度要求不同的铸件，用含锡量高低分成6档，证明我国在2000多年以前对成分与性能之间的关系已经有着深刻的了解。
我国从公元前的6世纪开始使用铁器，并完成了由低温固态还原法(块炼法)向高温液态冶铁的过渡。
到战国中期，在农具和兵器等方面，铸铁逐渐代替了青铜。
为了满足生产力发展而对生铁工具的大量需要，便发明了金属型(古称铁范)铸造法。
1953年在河北省兴隆县出土的铁范共87件，就是战国时期用来铸造铁锄、铁镰、铁斧等工具、农具和车具的。
兴隆铁范是我国乃至世界最早发明和使
用的金属型。
金属型与泥型相比，具有快速冷却的特点而容易获得亚稳态白口铸铁的组织．铸件经过石墨化退火或脱碳退火就可以制成黑心可锻铸铁件动白心可锻铸铁件。
1957年和1975年分别在长沙出土的战国铁铲和在洛阳出土的空首铁镈，经金相分析鉴定，其石墨呈团絮状，前者是典型的黑心可锻铸铁，后者是白心可锻铸铁——它们便是利用当时的金属型铸造并经热处理退火后制造出来的。
尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的西汉铁汉具有球状石墨的组织。
现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。
这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。
它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。
但中国的铸造匠师早在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。
由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家，而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
可锻铸铁（东汉）
球墨铸铁（汉代）。