球墨铸铁
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球墨铸铁性能和生产工艺
球墨铸铁旳化学成份
选择合适旳化学成份是确保球墨铸铁 取得良好旳金相组织和高性能旳基本条件， 化学成份旳选择既要利于石墨旳球化和取 得满意旳基体，以期取得满意旳性能，又 要使球墨铸铁具有良好旳铸造性能。
一、五大元素
1、碳和硅
因为石墨球对基体旳减弱作用很小，所以碳含量在 3.2-3.8%时，对力学性能无明显影响。拟定球墨铸铁旳 碳硅含量时，主要从确保铸造性能考虑，将碳当量选择在 共晶成份左右。
2、缩孔和缩松
特征：缩孔发生于第一次收缩阶段。 表面凹陷及局部热节凹陷，含气孔旳暗 缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第二次收 缩阶段。被树枝晶分割旳溶池处成为真 空，凝固后旳孔壁粗糙、排满树枝晶旳 疏松孔为缩松。
原因：碳当量低，磷含量高，增长缩 孔缩松倾向。
措施：提升铸型刚度，如使用树脂砂， 提升铁液碳当量。
形核物质 1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平 衡石墨 2、岩状构造碳化物基底 3、氧化物 4、硫化物/氧化物 5、铋及铋旳化合物
球墨铸铁旳孕育
球墨铸铁孕育旳主要性 灰铸铁、球墨铸铁孕育旳异同点 孕育衰退现象 提升孕育效果旳措施
a.选择强效孕育剂 b.必要旳S旳含量 c.改善处理措施 d.提升铸件冷却速度
这些条件旳实质在于变化石 墨结晶旳冷却情况。
球墨铸铁旳金相组织与力学性能旳关系
球墨铸铁旳力学性能是和它旳金相 组织亲密有关旳。确保铸铁中石墨球化 良好，是熔制球墨铸铁旳第一要求。
只有石墨球化，才干充分发挥金属 基体旳作用，使铸铁旳力学性能大幅度 提升。也只有石墨球化后，进一步变化 基体旳性能才更有意义。
球墨铸铁旳形成
球状石墨旳形成经历了形核与生长两个阶段。 其中旳形核是石墨旳首要过程，铁液在熔炼及随 即旳球化、孕育处理中产生大量旳非金属夹杂物， 初生旳夹杂物非常小，在随即浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出旳关键。
球 墨 铸 铁
1.2 球墨铸铁的热处理
球墨铸铁的热处理工艺：
主要有退火、正火、调质、等温淬火
1.2 球墨铸铁的热处理
退火的目的在于获得铁素体基体。球化剂增大 铸件的白口化倾向，当铸件薄壁处出现渗碳体时，为 了获得塑性好的铁素体基体，并改善切削性能，消除 铸造应力，根据铸铁的铸造组织，可采用两种退火工 艺。
正火的目的在于温度，又分高温正火（完全奥氏 体化正火）和低温正火（不完全奥氏体化正火）两种。
1.1 球墨铸铁的成分、组织、
性能和用途
应用：
由于球铁具有优异的力学性能，因此可用 于负荷较大、受力较复杂的零件，甚至能代替碳 钢制造某些零件。
如珠光体基体的球铁，常用于制造柴油机曲 轴、连杆、齿轮、机床主轴、蜗轮、蜗杆，轧 钢机的轧辊，水压机的工作缸、缸套、活塞等。 而铁素体的球铁，可用于制造受压阀门、机 器底座、汽车后桥壳等。
工 程 材 料 及 热 处 理
球墨铸铁
石墨成球状的铸铁称为球墨铸铁，是 在灰口铸铁的铁液中加入球化剂（稀土镁合 金等）和变质剂（硅铁）进行球化变质处理 后得到的。
铸造性能好 成本低廉 生产方便
1.1 球墨铸铁的成分、组织、 性能和用途
与灰铸铁相比，它的硫含量较低，而 碳含量较高，一般为过共晶成分，以利于石 墨球化。
但是调质处理一般只适用于小尺寸的铸件，当 尺寸过大时，铸件内部淬不透，处理效果不好。
1.2 球墨铸铁的热处理
淬火等温淬火时，将零件加热到奥氏体区，保温一定时 间后，在300℃左右的等温盐浴中冷却并保温，使基体 在此温度下转变为下贝氏体。球墨铸铁经等温淬火后不 仅可以获得较高的强度，同时还具有良好的塑性和韧性。
1.2 球墨铸铁的热处理
完全奥氏体正火工艺曲线图
球墨铸铁性能及生产工艺
铸造缺陷预防
总结词
铸造缺陷会影响球墨铸铁的质量和性能，因此需要采取一系列措施预防铸造缺陷的产生。
详细描述
在生产过程中，要严格控制浇注温度、模具温度、冷却速度等工艺参数，以防止产生气 孔、缩孔、夹渣等铸造缺陷。同时，要定期检查模具的磨损情况，及时修复和更换损坏
的模具，以防止出现不均匀冷却等缺陷。
质量检测与评估
用于生产建筑构件、水 管、阀门等。
用于制造各种承受复杂 应力的机械零件和工具。
在电力、化工、船舶等 领域也有广泛应用。
02
球墨铸铁性能
力学性能
强度
球墨铸铁具有较高的强度，其抗拉强度和屈 服点均高于灰铸铁。
耐磨性
球墨铸铁的耐磨性优于其他铸铁，适用于需 要承受摩擦和磨损的场合。
韧性
球墨铸铁的韧性较好，不易脆化，能够承受 较大的冲击和振动。
提高生产效率与降低成本
自动化和智能化铸造生产线
采用先进的机器人技术、传感器技术和大数据分析技术， 实现铸造生产线的自动化和智能化，提高生产效率，降低 人工成本。
高效熔炼与连铸技术
研究新型的熔炼和连铸技术，提高铁水的纯净度和连铸坯 的质量，减少生产过程中的损耗和废品率，降低生产成本。
循环经济与资源再利用
的机械性能。
废钢
适量加入废钢，调节铁水成分，降 低成本。
球化剂和孕育剂
选用合适的球化剂和孕育剂，提高 球墨铸铁的球化率和石墨形态。
熔炼与浇注
熔炼
采用电炉或冲天炉熔炼铁水，控制熔炼温度和时间，确保铁 水质量。
浇注
根据铸件的大小和复杂程度，选择合适的浇注系统和浇注温 度，确保铁水充型良好。
球化与孕育处理
通过废旧铸件回收、再生利用和资源循环利用，降低原材 料成本，同时减少对环境的污染。
球 墨 铸 铁
图1-11 球墨铸铁高温正火工艺曲线
2）低温正火
球墨铸铁
一般将铸件加热到820 ℃～860 ℃，保温1～4 h， 然后出炉空冷，获得珠光体 和分散铁素体的球墨铸铁。 低温正火后的铸件的塑性和 韧性提高了，但强度比高温 正火略低，其工艺曲线如图 1-12所示。
图1-12 球墨铸铁低温正火工艺曲线
球墨铸铁
球墨铸铁
图1-9 球墨铸铁低温石墨化退火工艺曲线
球墨铸铁
3）高温石墨化退火
由于球墨铸铁白口倾向较大，因而铸态组织中往往 出现自由渗碳体，为了获得铁素体球墨铸铁，需要进行 高温石墨化退火。
高温石墨化退火工艺是将铸件加热到900 ℃～950 ℃，保温2～4 h，使自由渗碳体石墨化，然后炉冷至 600 ℃，再出炉空冷，其工艺曲线如图1-10所示。
球墨铸铁
2）低温石墨化退火
当铸态基体组织为珠光体+铁素体而无自由渗 碳体存在时，为了获得塑性、韧性较高的铁素体球 墨铸铁，可进行低温石墨化退火。
低温石墨化退火工艺是将铸件加热到共析温度 范围附近，即720 ℃～760 ℃，保温2～8 h，使铸 件发生第三阶段石墨化，然后炉冷至600 ℃，再出 炉空冷，其工艺曲线如图1-9所示。
球墨铸铁的化学成分为ωC=3.6％～3.9％，ωSi=2.0％ ～2.8％，ωMn=0.6％～0.8％，ωS<0.04%，ωP<0.1％， ωMg=0.03％～0.05％。与灰铸铁相比，球墨铸铁的碳、硅 含量较高，有利于石墨球化。
球墨铸铁
2. 球墨铸铁的显微组织
球墨铸铁按其基体组 织不同，可分为铁素体球 墨铸铁、铁素体+珠光体 球墨铸铁和珠光体球墨铸 铁三种，它们的显微组织 如图1-8所示。
球墨铸铁除了能采用上述热处理工艺外，还可以采用表面强化处 理，如表面淬火和渗氮等。
球墨铸铁的化学成分
02
锰可以部分替代硅的作用，并改善球墨铸铁的铸造 性能和耐腐蚀性。
03
锰含量的增加还可以提高球墨铸铁的淬透性和回火 稳定性。
磷（P）和硫（S）的影响
磷和硫是有害元素，会导致球 墨铸铁脆化，降低其韧性和耐 腐蚀性。
控制磷和硫的含量是生产高质 量球墨铸铁的关键之一。
通过合理的熔炼技术和合金化 处理，可以降低磷和硫的含量， 提高球墨铸铁的性能。
VS
智能制造领域
智能制造的发展对球墨铸铁提出了更高的 要求，需要不断优化材料性能和生产工艺 ，以满足智能制造领域的需求。
感谢您的观看
THANKS
生产与应用
生产
通过高温熔炼、球化和孕育处理、浇 注和冷却等工艺过程制备而成。
应用
广泛应用于汽车、机械、化工、电力 、建筑等工业领域，用于制造各种承 受重载和复杂应力的零部件可以追溯到20世纪初，经过多年的研究和发展，其生产工艺和 应用领域不断拓展。
发展
随着科技的进步和应用需求的不断提高，球墨铸铁在成分优化、工艺改进、性 能提升等方面仍有很大的发展空间。
02
球墨铸铁的化学成分
碳（C）
01
碳是球墨铸铁的主要元素，通常 含量在3.0-3.8%之间。碳有助于 提高铸铁的强度和耐磨性，同时 对韧性也有一定影响。
02
碳含量的增加可以提高铸铁的硬 度和强度，但也会降低韧性。因 此，在选择碳含量时，需要根据 具体的应用需求进行平衡。
硅（Si）
硅是球墨铸铁中常见的元素，通常含 量在1.8-3.0%之间。硅有助于提高 铸铁的强度和耐磨性，同时也有助于 提高铸铁的热稳定性和抗氧化性。
硫含量的增加会降低铸铁的韧性和耐腐蚀性。因此，在选 择硫含量时，应尽量控制其含量在较低水平。
锰可以部分替代硅的作用，并改善球墨铸铁的铸造 性能和耐腐蚀性。
03
锰含量的增加还可以提高球墨铸铁的淬透性和回火 稳定性。
磷（P）和硫（S）的影响
磷和硫是有害元素，会导致球 墨铸铁脆化，降低其韧性和耐 腐蚀性。
控制磷和硫的含量是生产高质 量球墨铸铁的关键之一。
通过合理的熔炼技术和合金化 处理，可以降低磷和硫的含量， 提高球墨铸铁的性能。
VS
智能制造领域
智能制造的发展对球墨铸铁提出了更高的 要求，需要不断优化材料性能和生产工艺 ，以满足智能制造领域的需求。
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THANKS
生产与应用
生产
通过高温熔炼、球化和孕育处理、浇 注和冷却等工艺过程制备而成。
应用
广泛应用于汽车、机械、化工、电力 、建筑等工业领域，用于制造各种承 受重载和复杂应力的零部件可以追溯到20世纪初，经过多年的研究和发展，其生产工艺和 应用领域不断拓展。
发展
随着科技的进步和应用需求的不断提高，球墨铸铁在成分优化、工艺改进、性 能提升等方面仍有很大的发展空间。
02
球墨铸铁的化学成分
碳（C）
01
碳是球墨铸铁的主要元素，通常 含量在3.0-3.8%之间。碳有助于 提高铸铁的强度和耐磨性，同时 对韧性也有一定影响。
02
碳含量的增加可以提高铸铁的硬 度和强度，但也会降低韧性。因 此，在选择碳含量时，需要根据 具体的应用需求进行平衡。
硅（Si）
硅是球墨铸铁中常见的元素，通常含 量在1.8-3.0%之间。硅有助于提高 铸铁的强度和耐磨性，同时也有助于 提高铸铁的热稳定性和抗氧化性。
硫含量的增加会降低铸铁的韧性和耐腐蚀性。因此，在选 择硫含量时，应尽量控制其含量在较低水平。
球墨铸铁特性及其应用
球墨铸铁特性及其应用
目录
• 球墨铸铁的特性 • 球墨铸铁的生产工艺 • 球墨铸铁的应用领域 • 球墨铸铁的未来发展 • 球墨铸铁的局限性及解决方案
01
球墨铸铁的特性
力学性能
01
02
03
强度和韧性
球墨铸铁具有较高的强度 和韧性，能够承受较大的 压力和冲击力，不易发生 脆性断裂。
抗疲劳性能
由于其良好的韧性和抗疲 劳性能，球墨铸铁在反复 承受压力的情况下仍能保 持其完整性。
铸造工艺改进
采用先进的铸造工艺和设备，提高铸件质量和生产效率。
热处理工艺优化
通过优化热处理工艺，改善球墨铸铁的机械性能和加工性能。
应用领域的拓展
汽车工业
随着新能源汽车和智能驾驶技术的快速发展，球墨铸铁在汽车工业 中的应用将进一步扩大，如发动机部件、悬挂系统等。
轨道交通
随着城市轨道交通的快速发展，球墨铸铁在轨道交通车辆的制造中 具有广泛应用，如转向架、制动系统等。
石油化工
在石油化工领域，球墨铸铁可以用于制造各种压力容器、管道和阀门 等关键部件。
05
球墨铸铁的局限性及解决 方案
成本问题
总结词
球墨铸铁的生产成本较高，这限制了其在某些领域的应用。
详细描述
球墨铸铁的生产需要较高的温度和特殊的处理过程，导致其 成本相对较高。为了解决这一问题，可以采用优化生产工艺 、提高设备效率以及寻找替代材料等方法来降低成本。
耐腐蚀、耐磨损材料
针对特殊环境下的应用，如海洋工程、化工设备 等，研发具有优异耐腐蚀和耐磨损性能的球墨铸 铁材料。
多功能复合材料
通过材料复合技术，将球墨铸铁与其他材料（如 金属、陶瓷等）进行复合，以获得具有多种优异 性能的复合材料。
目录
• 球墨铸铁的特性 • 球墨铸铁的生产工艺 • 球墨铸铁的应用领域 • 球墨铸铁的未来发展 • 球墨铸铁的局限性及解决方案
01
球墨铸铁的特性
力学性能
01
02
03
强度和韧性
球墨铸铁具有较高的强度 和韧性，能够承受较大的 压力和冲击力，不易发生 脆性断裂。
抗疲劳性能
由于其良好的韧性和抗疲 劳性能，球墨铸铁在反复 承受压力的情况下仍能保 持其完整性。
铸造工艺改进
采用先进的铸造工艺和设备，提高铸件质量和生产效率。
热处理工艺优化
通过优化热处理工艺，改善球墨铸铁的机械性能和加工性能。
应用领域的拓展
汽车工业
随着新能源汽车和智能驾驶技术的快速发展，球墨铸铁在汽车工业 中的应用将进一步扩大，如发动机部件、悬挂系统等。
轨道交通
随着城市轨道交通的快速发展，球墨铸铁在轨道交通车辆的制造中 具有广泛应用，如转向架、制动系统等。
石油化工
在石油化工领域，球墨铸铁可以用于制造各种压力容器、管道和阀门 等关键部件。
05
球墨铸铁的局限性及解决 方案
成本问题
总结词
球墨铸铁的生产成本较高，这限制了其在某些领域的应用。
详细描述
球墨铸铁的生产需要较高的温度和特殊的处理过程，导致其 成本相对较高。为了解决这一问题，可以采用优化生产工艺 、提高设备效率以及寻找替代材料等方法来降低成本。
耐腐蚀、耐磨损材料
针对特殊环境下的应用，如海洋工程、化工设备 等，研发具有优异耐腐蚀和耐磨损性能的球墨铸 铁材料。
多功能复合材料
通过材料复合技术，将球墨铸铁与其他材料（如 金属、陶瓷等）进行复合，以获得具有多种优异 性能的复合材料。
球墨铸铁的名词解释
球墨铸铁的名词解释球墨铸铁（Ductile Iron），也称球墨铸造铁、球墨球铸铁、球墨铸铁等，是一种铸铁中的一种特殊种类。
它以其优异的机械性能和高强度而被广泛应用于各个领域，从汽车工业到建筑工程，都有着重要的作用。
球墨铸铁是在铸铁基体中添加一定量的镁合金元素（通常为硫酸镁或硫酸镁盐溶解沉淀）后铸造而成。
这种特殊的合金化处理赋予了球墨铸铁既具有铸铁的良好流动性和铸造性能，又具有钢铁的高强度和高韧性。
首先，球墨铸铁的名字来自其外观，它铸造后的铁皮表面呈现出许多球状的石墨颗粒。
这些石墨球形态的存在是由于镁在铁水中与硫形成的镁硫化合物与石墨晶体反应，造成晶体失稳并生成球状石墨颗粒。
这些球状石墨颗粒在弯曲和扭曲应力下具有更好的断裂性能，从而提高了球墨铸铁的韧性和延展性。
其次，球墨铸铁具有出色的机械性能。
相对于灰口铸铁和普通铸铁，球墨铸铁的抗拉强度和抗压强度更高。
这是由于镁在铁水中的作用，能够阻碍石墨晶体的成长，增加铁素体晶格的不规则度，从而提高合金的强度，降低矩阵组织间的应力集中程度。
此外，球墨铸铁还具有良好的耐磨性、耐热性和耐冲击性能，能够适应复杂的工作环境和高强度的使用要求。
此外，球墨铸铁还具有优良的切削加工性能和耐蚀性。
球墨铸铁较硬度低，易于切削和加工，大大降低了模具制造和加工的困难度。
同时，球墨铸铁的耐腐蚀性也较好，对酸、碱和盐等介质有良好的抗腐蚀能力，使其在化工、食品加工等行业中得到广泛应用。
然而，球墨铸铁也存在一些不足之处。
例如，其冷却收缩系数相对较大，易引起内部晶间缩孔和表面缺陷。
此外，球墨铸铁在高温下容易发生奥氏体再生，导致性能下降。
因此，在生产过程中需要严格控制降温速度和冷却条件，以保证球墨铸铁的质量。
综上所述，球墨铸铁是一种通过镁合金化处理铸铁而成，具有石墨球颗粒分布、优良的机械性能、良好的切削加工性能和耐腐蚀性能的特殊合金材料。
它在汽车、机械、建筑、化工等各个领域具有广泛的应用前景。
球墨铸铁简介介绍
高效熔炼与浇注技术
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
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
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入适量的铜和钼等稳定P体的元素。
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。
§3.3.2.1球墨铸铁的金相组织特点
一、石墨
1、石墨的形态 1）球状石墨。其外形近似圆球状，在放大100倍的金相 显微镜下观察,其周界呈比较圆滑的圆形或椭圆形 2）团状石墨。外形似团状，周界有明显的凹凸不平 3）团虫状石墨。外形比团状不规则，边缘明显向外伸 长，呈团虫状
和其它钢铁材料一样，QT的常温力学性能随着温度 的升高而下降，伸长率则相反。
2、使用性能
包括耐磨性能、耐蚀性能、耐热性能、减振性能。
3、工艺性能 （1）切削性能
由于QT含有较多的石墨，可以在切削时起润滑作用， 使切削的阻力减小，切削速度较高。产生塑性变形使刀具 温度升髙，珠光体增多使切削性能下降,贝氏体球墨铸铁 的切削性能较差。
（5）磷共晶
磷共晶在球墨铸铁中的危害远比灰铸铁中大，它使 铸铁的硬度提高，而塑性和韧性大幅度降低。因此在球墨 铸铁中应降低磷共晶体的数量。
（6）渗碳体
渗碳体在球墨铸铁中常呈针状、条状或以莱氏体存在， 易使球墨铸铁变脆，因此生产中应尽量避免其出现。
§3.3.2.2 QT的性能特点 1、力学性能
（1）静载荷性能（包括强度、硬度、塑性和弹模 量）
（2）动载荷的性能（包括冲击韧度、弯曲疲劳强 度和多次冲击韧度)
• 冲击韧度仅对高韧性QT而言，而珠光体QT的一次性冲击 韧度比45钢低。因此，一些要求承受巨大冲击载荷的零件， 珠光体QT的应用就受到了限制。但在实标应用中的许多 零件如曲轴、连杆等工作时承受的是小能量多次冲击载荷。
（3）高温和低温力学性能
• QT的强度和性能随着基体组织的不同而不同，B下及M回 强度最高、其次是B上、S体、P体、F体。 • QT静载荷性能的一其个突出的特点是屈服点。σ0.2高， 超过正火45钢，比强度σ0.2/σb也高于钢(据测试 :QTσ0.2/σb=0.7—0.8，钢的 σ0.2/σb= 0.3-0.57)。QT可 以代替钢制造静态承力大、材料强度要求较高的件。 • QT硬度比同基体的钢和灰铸铁要高，所以耐磨性能好。 球墨铸铁的弹性模量在159000~172000MPa，而且随球 化率的降低而降低。
单个夹杂物
球状石墨的核心
复合夹杂物
二、QT的二次结晶特点
• QT的二次结晶过程与HT基本相同，铸态组织时在G球的 周围多为F体，外环为P体，从而形成QT特有的牛眼状基
体组织。若要在铸态组织中获得F体QT，除适当提高含Si
量、强化孕育获取细小的G球，还应尽量降低Mn和P的含
量；若想在铸态获得P体QT，则需要适当降低含Si量和加
3、形核方式 石墨的形核分均质形核和异质形核。 4、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 5、球状石墨的立体外貌 球状石墨在低倍显微镜下的外形近似圆球形，当放大 倍数较大时，可见其具有多边形的轮廓，内部呈放射状。
§3.3 球墨铸铁
§3.3.1 概述
一、球铁的定义 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。 特点： 1、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。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。 2、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。
（2）P体 1）P体数量： 基体组织中珠光体数量增多，铁素体量减少，可以 使球墨铸铁的强度提髙而伸长率下降； 2）珠光体的形态： 在QT中，球光体的形态一般分为四种：粗片状珠光 体、中片状珠光体、细片状珠光体和粒状珠光体，同样都 是珠光体，随着珠光体片间在各种石墨形态中，以圆球状 石墨较好，它对金属基体的割裂作用最小；而团状和团虫 状石墨就比球状石墨差。
一、QT化学成分的确定
1、确定化学成分的一般原则 1）首先应按球墨铸铁的牌号和各种性能要求 来确定； 2）同时要考虑铸件的形状、尺寸、重量及冷却速度； 3） 结合具体的生产工艺条件（如是否进行热处理，铸 型种类，有无冒口铸造，球化及脱硫工艺等）； 4）一般采用高碳、低硅、低锰、低硫磷（即一高全 低），强化孕育。
二、球铁的历史
1947年，英国人H.Morrogh在实验室内采用Ce处理 铁液，得到球状石墨，并于1948年在美国铸造工程师协 会上宣布，成为球铁的发明者。 上世纪50年代初期，我国王遵明教授在东北应用球铁 获得成功。球铁历经半个多世纪的发展，取得迅速的应用 和推广。 在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的 铁，经过金相检验，具有放射状的球状石墨
（5）硫 在球铁中含硫量愈低愈好，要求冲天炉熔炼铁液含硫量 WS≤0.06%~0.1%，电炉熔炼WS≤0.04% （6）镁和稀土 一般控制残余镁量为WMg残=0.04~0.06%，残余稀土量 为WRE残=0.03%~0.05%为宜。
二、QT的熔制工艺
1、QT对熔炼的需求
1）较高的出铁温度，一般＞1420~ 1460˚C。 2）对原材料的要求较高，特别是所用原生铁质量（含 硫、磷量）对球墨铸铁质量影响较大 ； 3）球墨铸铁熔炼财要求铁液温度和成分稳定，波动范围 小，避免铁液严重氧化
2）稀土元素的化学性质和在铁液中的作用
• 反应平稳、操作安全。 • 有比镁更强的脱硫、脱氧作用（约为镁的四倍) • 和镁配合使用可除去密度较大的氧化夹渣，净化铁液，提 高铁液的流动性，有利于减少铸造缺陷（如冷隔、夹渣、 缩松和皮下气孔等）的形成。 • 能消除其反球化元素的干扰作用，以保证石墨球化 • 钇等重稀土元素做复合球化剂还具有很强的抗衰退能力。 • 稀土元素在铁液中具有细化石墨、强化基体提高球墨铸铁 的力学性能及耐磨、耐热和耐腐蚀性能的作用。 • 其缺点是： 稀土元素是一种辅助球化剂，与镁QT相比，G不够圆 整，稀土残留过多，会引起G球形恶化，白口倾向加大， 易发生“G漂浮”。
2、G的大小
球状G的大小，在金相显微组织放大100倍后，用测 微目镜直接测量。GB9441-88QT
G的大小可用单位面积 （mm2）上G的数量来表示。 一般来说，球径越大，其性能 越差。故单位面积上的 G数量越多，G越细化，性能 越好，如图3-3所示。
二、金相基体
金相基体有F、P、A、B、M等，应用比较广泛是F、P。 （1）F 体 F体多以分散分布块状及网状形式存在。Leabharlann 2、球化剂（1）球化剂的种类
（2）球化元素的性质和在铁液中的作用 1 ) 镁的化学性质和作用
• 镁的化学性质极为活泼，易氧化，与硫和氧的亲和能力很 强，加入铁液后首先起脱硫、脱氧去气的作用，所生成的 硫化物和氧化物的稳定性高，熔点高、密度小、易上浮随 渣去除。 • 镁的球化能力最强，当铁液含硫量降至WS=0.01%~ 0.02% (原铁液硫量为WS＜ 0.07%)，铁液中残留镁WMg 残＞0.04时就可使石墨完全球化。 • 镁又是一个强烈的碳化物稳定元素； • 由于镁在球墨铸铁处理时产生激烈的沸腾作用，使铁液飞 溅，并有强烈的白光和浓烟，球化处理效果易衰退，恶化 了劳动条件，铸造性能变差，易产生夹渣、缩松和皮下气 孔等缺陷。
（2）焊补性能
当QT需要焊补时，在焊缝及近缝区，若镁和稀土含 量较高时易产生白口或马氏体，形成内应力和裂纹；若镁 和稀土不足时焊缝呈现灰铸铁组织，使力学性能降低。因 此，球墨铸铁焊补时所用电焊条及气焊丝可按国家标准 BG10044-88规定进行。
§3.3.2.3 球墨铸铁的牌号及技术要求
1、球墨铸铁的牌号
2、基本化学成分的确定
（1）碳和硅 1）碳当量CE： 一般取WCE=4.5%~4.7%,厚大件取下 限，薄小件取上限。 2）碳量：含碳量取WC=3.6~3.9%，厚大件取下限，薄 小件取上限。 3) 硅量:对于铁素体球墨铸铁终硅量可控制在WSi = 2.4% ~2.9%；对于珠光体基体的球墨铸铁终硅量可控制在 WSi = 2.0% ~2.6%。 （2）锰 锰在球墨铸铁中主要起合金化作用。通常将含锰量控 制在WMn＜0.4%。 （4）磷 WP＜0.08%为好；
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。
§3.3.2.1球墨铸铁的金相组织特点
一、石墨
1、石墨的形态 1）球状石墨。其外形近似圆球状，在放大100倍的金相 显微镜下观察,其周界呈比较圆滑的圆形或椭圆形 2）团状石墨。外形似团状，周界有明显的凹凸不平 3）团虫状石墨。外形比团状不规则，边缘明显向外伸 长，呈团虫状
和其它钢铁材料一样，QT的常温力学性能随着温度 的升高而下降，伸长率则相反。
2、使用性能
包括耐磨性能、耐蚀性能、耐热性能、减振性能。
3、工艺性能 （1）切削性能
由于QT含有较多的石墨，可以在切削时起润滑作用， 使切削的阻力减小，切削速度较高。产生塑性变形使刀具 温度升髙，珠光体增多使切削性能下降,贝氏体球墨铸铁 的切削性能较差。
（5）磷共晶
磷共晶在球墨铸铁中的危害远比灰铸铁中大，它使 铸铁的硬度提高，而塑性和韧性大幅度降低。因此在球墨 铸铁中应降低磷共晶体的数量。
（6）渗碳体
渗碳体在球墨铸铁中常呈针状、条状或以莱氏体存在， 易使球墨铸铁变脆，因此生产中应尽量避免其出现。
§3.3.2.2 QT的性能特点 1、力学性能
（1）静载荷性能（包括强度、硬度、塑性和弹模 量）
（2）动载荷的性能（包括冲击韧度、弯曲疲劳强 度和多次冲击韧度)
• 冲击韧度仅对高韧性QT而言，而珠光体QT的一次性冲击 韧度比45钢低。因此，一些要求承受巨大冲击载荷的零件， 珠光体QT的应用就受到了限制。但在实标应用中的许多 零件如曲轴、连杆等工作时承受的是小能量多次冲击载荷。
（3）高温和低温力学性能
• QT的强度和性能随着基体组织的不同而不同，B下及M回 强度最高、其次是B上、S体、P体、F体。 • QT静载荷性能的一其个突出的特点是屈服点。σ0.2高， 超过正火45钢，比强度σ0.2/σb也高于钢(据测试 :QTσ0.2/σb=0.7—0.8，钢的 σ0.2/σb= 0.3-0.57)。QT可 以代替钢制造静态承力大、材料强度要求较高的件。 • QT硬度比同基体的钢和灰铸铁要高，所以耐磨性能好。 球墨铸铁的弹性模量在159000~172000MPa，而且随球 化率的降低而降低。
单个夹杂物
球状石墨的核心
复合夹杂物
二、QT的二次结晶特点
• QT的二次结晶过程与HT基本相同，铸态组织时在G球的 周围多为F体，外环为P体，从而形成QT特有的牛眼状基
体组织。若要在铸态组织中获得F体QT，除适当提高含Si
量、强化孕育获取细小的G球，还应尽量降低Mn和P的含
量；若想在铸态获得P体QT，则需要适当降低含Si量和加
3、形核方式 石墨的形核分均质形核和异质形核。 4、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 5、球状石墨的立体外貌 球状石墨在低倍显微镜下的外形近似圆球形，当放大 倍数较大时，可见其具有多边形的轮廓，内部呈放射状。
§3.3 球墨铸铁
§3.3.1 概述
一、球铁的定义 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。 特点： 1、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。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。 2、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。
（2）P体 1）P体数量： 基体组织中珠光体数量增多，铁素体量减少，可以 使球墨铸铁的强度提髙而伸长率下降； 2）珠光体的形态： 在QT中，球光体的形态一般分为四种：粗片状珠光 体、中片状珠光体、细片状珠光体和粒状珠光体，同样都 是珠光体，随着珠光体片间在各种石墨形态中，以圆球状 石墨较好，它对金属基体的割裂作用最小；而团状和团虫 状石墨就比球状石墨差。
一、QT化学成分的确定
1、确定化学成分的一般原则 1）首先应按球墨铸铁的牌号和各种性能要求 来确定； 2）同时要考虑铸件的形状、尺寸、重量及冷却速度； 3） 结合具体的生产工艺条件（如是否进行热处理，铸 型种类，有无冒口铸造，球化及脱硫工艺等）； 4）一般采用高碳、低硅、低锰、低硫磷（即一高全 低），强化孕育。
二、球铁的历史
1947年，英国人H.Morrogh在实验室内采用Ce处理 铁液，得到球状石墨，并于1948年在美国铸造工程师协 会上宣布，成为球铁的发明者。 上世纪50年代初期，我国王遵明教授在东北应用球铁 获得成功。球铁历经半个多世纪的发展，取得迅速的应用 和推广。 在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的 铁，经过金相检验，具有放射状的球状石墨
（5）硫 在球铁中含硫量愈低愈好，要求冲天炉熔炼铁液含硫量 WS≤0.06%~0.1%，电炉熔炼WS≤0.04% （6）镁和稀土 一般控制残余镁量为WMg残=0.04~0.06%，残余稀土量 为WRE残=0.03%~0.05%为宜。
二、QT的熔制工艺
1、QT对熔炼的需求
1）较高的出铁温度，一般＞1420~ 1460˚C。 2）对原材料的要求较高，特别是所用原生铁质量（含 硫、磷量）对球墨铸铁质量影响较大 ； 3）球墨铸铁熔炼财要求铁液温度和成分稳定，波动范围 小，避免铁液严重氧化
2）稀土元素的化学性质和在铁液中的作用
• 反应平稳、操作安全。 • 有比镁更强的脱硫、脱氧作用（约为镁的四倍) • 和镁配合使用可除去密度较大的氧化夹渣，净化铁液，提 高铁液的流动性，有利于减少铸造缺陷（如冷隔、夹渣、 缩松和皮下气孔等）的形成。 • 能消除其反球化元素的干扰作用，以保证石墨球化 • 钇等重稀土元素做复合球化剂还具有很强的抗衰退能力。 • 稀土元素在铁液中具有细化石墨、强化基体提高球墨铸铁 的力学性能及耐磨、耐热和耐腐蚀性能的作用。 • 其缺点是： 稀土元素是一种辅助球化剂，与镁QT相比，G不够圆 整，稀土残留过多，会引起G球形恶化，白口倾向加大， 易发生“G漂浮”。
2、G的大小
球状G的大小，在金相显微组织放大100倍后，用测 微目镜直接测量。GB9441-88QT
G的大小可用单位面积 （mm2）上G的数量来表示。 一般来说，球径越大，其性能 越差。故单位面积上的 G数量越多，G越细化，性能 越好，如图3-3所示。
二、金相基体
金相基体有F、P、A、B、M等，应用比较广泛是F、P。 （1）F 体 F体多以分散分布块状及网状形式存在。Leabharlann 2、球化剂（1）球化剂的种类
（2）球化元素的性质和在铁液中的作用 1 ) 镁的化学性质和作用
• 镁的化学性质极为活泼，易氧化，与硫和氧的亲和能力很 强，加入铁液后首先起脱硫、脱氧去气的作用，所生成的 硫化物和氧化物的稳定性高，熔点高、密度小、易上浮随 渣去除。 • 镁的球化能力最强，当铁液含硫量降至WS=0.01%~ 0.02% (原铁液硫量为WS＜ 0.07%)，铁液中残留镁WMg 残＞0.04时就可使石墨完全球化。 • 镁又是一个强烈的碳化物稳定元素； • 由于镁在球墨铸铁处理时产生激烈的沸腾作用，使铁液飞 溅，并有强烈的白光和浓烟，球化处理效果易衰退，恶化 了劳动条件，铸造性能变差，易产生夹渣、缩松和皮下气 孔等缺陷。
（2）焊补性能
当QT需要焊补时，在焊缝及近缝区，若镁和稀土含 量较高时易产生白口或马氏体，形成内应力和裂纹；若镁 和稀土不足时焊缝呈现灰铸铁组织，使力学性能降低。因 此，球墨铸铁焊补时所用电焊条及气焊丝可按国家标准 BG10044-88规定进行。
§3.3.2.3 球墨铸铁的牌号及技术要求
1、球墨铸铁的牌号
2、基本化学成分的确定
（1）碳和硅 1）碳当量CE： 一般取WCE=4.5%~4.7%,厚大件取下 限，薄小件取上限。 2）碳量：含碳量取WC=3.6~3.9%，厚大件取下限，薄 小件取上限。 3) 硅量:对于铁素体球墨铸铁终硅量可控制在WSi = 2.4% ~2.9%；对于珠光体基体的球墨铸铁终硅量可控制在 WSi = 2.0% ~2.6%。 （2）锰 锰在球墨铸铁中主要起合金化作用。通常将含锰量控 制在WMn＜0.4%。 （4）磷 WP＜0.08%为好；