学科前沿知识与技术讲座学术报告

学科前沿知识与技术

讲座

学术报告

学院：材料科学与工程学院

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学术讲座是一个课堂之外的大讲坛，参加各种各样的学术讲座可以扩展我们的视野，学习到不同专业不同学科的前沿知识。扩展自己的知识面是非常重要的，我们要研究好本专业的知识，就需要从各个方面去获取信息，寻找创新点，学校给我们提供了学术讲座这么好的资源，我们应当要好好利用，海纳百川，同时认真及时的做好总结，以便参考。

2013年9月11日在科学会堂中江秀雄教授给我们带来了题为《铸铁的机械性能与石墨组织》的学术报告，中江秀雄教授原供职于世界著名的早稻田大学理工学部机械科学•航空学科（原材料工学科）。他曾担任日本铸造工学会会长，并曾担任早稻田大学材料技术研究所所长等。中江秀雄教授研究的领域很宽，主要进行界面工学及凝固工学的研究，研究的材料包括铸铁、铝合金、复合材料及陶瓷材料等。他所建立的界面工学研究室被认为是世界上进行高温润湿性测定及界面现象研究的三大中心之一。讲述了球墨铸铁球化和孕育处理的国内外研究现状，介绍了球墨铸铁石墨球化及其孕育处理的方法、石墨球化理论、孕育机理和球化、孕育处理方法，同时介绍了球化和孕育方法在铸态下制造薄壁高强度球墨铸铁件和Ｙ型高强度球墨铸铁件方面的应用球墨铸铁与灰铸铁的强度，铸铁的凝固形态与石墨的连续性铸铁的破坏形态与强度：裂纹的扩展铸铁的破坏形态与强度;断面观察石墨形态与强度：A 与D型的混杂石墨尖端曲率的影响。

✧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70 －90％，从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥。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。

✧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。

✧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

✧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

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)%

✧各种基体与力学性能的关系

1、铁素体根据GB9441-1988球墨铸铁金相检验评定铁素体数量。其百分比，按大多数视场对照图片评定。一般不检查牛眼铁素体数量，仅检查与其共存的珠光体数量

2、珠光体在球墨铸铁中，珠光体的形态一般分三级：粗状珠光体、片状珠光体、细片状珠光体。随着珠光体的细化，球墨铸铁的强度和硬度有所提高。若基体为粒状珠光体，则球墨铸铁在保持一定强度的同时，具有更高的塑性。

3、奥氏体、贝氏体、马氏体由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等温淬火，加入适当元素获得。

4、渗碳体渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中易使基体变脆，故应避免其出现。

5、磷共晶体磷共晶体在球墨铸铁中对性能的危害比在灰铸铁中大得多。沿晶界分布的二元或三元磷共晶体，强烈降低球墨铸铁的韧性、塑性和强度，受冲击时，裂痕总是沿磷共晶体边缘开始开裂。

✧球墨铸铁的凝固特点

球墨铸铁有较宽的共晶温度范围2、球墨铸铁的糊状凝固特性3、球墨铸铁具有较大的共晶膨胀

✧球墨铸铁的典型缺陷

球化不良和球化退化特征：断口银灰色，分布芝麻状黑斑点。金相组织分布大量厚片石墨。原因：原铁液含硫高，过量反球化元素。建议选用低硫焦炭，脱硫处理，必要时增加球化剂稀土量，控制冲天炉鼓风强度和料位。

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，含气孔的暗缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第二次收缩阶段。被树枝晶分割的溶池处成为真空，凝固后的孔壁粗糙、排满树枝晶的疏松孔为缩松。原因：碳当量低，磷含量高，增加缩孔缩松倾向。措施：提高铸型刚度，如使用树脂砂，提高铁液碳当量。夹渣特征：浇铸位置上表面或死角处，断面呈暗黑无光泽、深浅不一的夹杂物，金相为可见、块状夹杂物。原因：形成一次夹渣的重要原因是原铁液含硫量高、氧化严重；二次夹渣主要原因是镁残留量过高，提高了氧化膜形成温度。措施：降低原铁液硫、氧含量，保证球化时降低镁残留量，加入适量稀土降低形膜温度。浇铸系统应使充型平稳，夹渣部位设集渣冒口。

3、石墨漂浮特征：冷却过程中的过共晶铁液首先析出石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布于铸件最后部位的上部的冒口处。微观观察石墨球串接呈开花状。原因：碳当量和稀土残留量高，炉料原始尺寸大、数量多，都可能增加石墨漂浮

4、反白口特征：宏观断面为界限清晰的白亮块，呈方向性白亮针，出现于热节中心。金相观察为过冷密集细针状渗碳体。原因：凝固热节中心偏析富镁、稀土、锰等白口化元素，孕育不足或大件冷却速度快等。措施：保证球化前提下减少残留稀土镁，防止炉料内的强烈白口化元素，强化孕育，提高小件铸件温度。