球墨铸铁化学成分知识点整理
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。
球墨铸铁材料化学成分的控制
球墨铸铁材料化学成分的控制化学成分对球墨铸铁材料的性能影响较大，为确保性能，一般材料化学成分控制为：1、为保证铸件铁液良好的流动性和充型能力，一般都把球铁的CE选择在共晶点附近。
CE过低则铸件容易产生缩松，CE过高则容易产生石墨漂浮。
CE控制在4.2-4.5%较好。
2、C是促进石墨化元素。
通常需要较高的w(C)量以增加凝固时的石墨化膨胀作用；但w(C)量过高可能会导致CE过高而引起石墨漂浮。
w(C)控制在3.6-3.8%较好。
3、Si也是促进石墨化的元素，w(Si)量高有利于铁素体生成，同时Si能显著提高强度。
当w(Si)量高会导致球铁的韧-脆转变温度跟着提高，使低温冲击韧度下降。
一般原铁液中w(Si)量控制在1.1-1.3%，w(Si终)量控制在1.7-1.8%。
4、Mn是促进珠光体生成和细化的元素。
Mn有强烈的正偏析倾向，可在晶界上形成晶间碳化物，严重降低球铁的冲击韧度，所以w(Mn)量应该低一些。
w(Mn)量控制在0.15-0.17%较好。
5、P在球铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球铁的伸长率和冲击韧度。
因此，应控制w(P)在0.03%以下。
6、S易与球化剂中的Mg及RE生成硫化物或硫氧化物，不但消耗球化剂，更增加了铸件的夹杂、夹渣类缺陷，严重降低铸件的力学性能和表面质量。
因此，应控制w(S)在0.018%以下。
7、Ni也可以通过固溶的方式提高强度。
但Ni促进珠光体生成和细化，加Ni 后需要进行退火处理以获得完整的铁素体组织。
8、为保证球化质量，避免铁液经球化处理后过早衰退，铁液中应有适当的w(Mn残)量。
一般w(Mn残)量控制在0.04%-0.05%即可保证球化质量。
9、适量RE可排除球化干扰元素的影响，保证球化质量，但w(RE残)量过高会恶化石墨形态，降低力学性能，故应控制w(RE残)量在0.015%以下。
大断面球铁铸件应该适当降低w(RE残)量以防止石墨畸变。
在炼钢生产中，钢包底吹氩具有均匀钢水成分、温度和促进夹杂物上浮等作用。
铸件化学元素控制要点总结
化学成分中各元素在铸件中的作用1.化学成分中各元素在铸铁中的作用a.铸铁中，除铁以外，常存元素主要有：碳、硅、锰、磷、硫，统称之为铸铁的五元素，它们的作用如下：碳[碳的元素符号C；原子序数6；晶型六角（石墨）/钻石立方（金刚石）；相对原子质量12；密度2.25g/c㎡；熔点3727℃；沸点4830℃；比热容0.693J/(g〃℃)]碳是铸铁的基本元素，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在。
碳是强烈促进石墨化的元素，增加碳量会增加石墨的数量，但会使石墨粗大；反之，减少碳量，会使石墨细小。
在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%～3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。
由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能，对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。
在球墨铸铁中，碳的质量分数控制在3.5%～3.9%的范围内，经球化处理后，碳的质量分数通常会减少0.1%～0.3%，碳主要是以球状石墨形式存在，石墨呈球状后，石墨数量对力学性能的影响就不十分重要，但为了改善铸造性能，碳总是维持在较高线，并且利用石墨化的膨胀作用以补偿收缩，增加铸件的致密性，保证铸件有较高的力学性能。
在共晶成分以上，增加碳含量易产生石墨漂浮，降低力学性能；在共晶成分下，增加碳含量可以提高镁的吸收率，有利于球化，但降低碳含量易产生游离渗碳体，使力学性能降低、脆性增加，同时增加缩孔和缩松等铸造缺陷。
在蠕墨铸铁中，碳的质量分数控制在3.5%～3.9%的范围内，经蠕化处理后，碳主要以蠕虫状石墨形式存在，碳高时，金属基体为铁素体，抗拉强度、弹性模量和硬度有降低趋势，而冲击韧性和伸长率较好；碳低时，金属基体主要为珠光体，抗拉强度、弹性模量和硬度有所改善，而冲击韧性和伸长率有所下降。
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响审批稿
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】球墨铸铁简介：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。
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～％，含硅量～％，含锰、磷、硫总量不超过％和适量的稀土、镁等球化剂。
制造步骤：（一）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量（二）铁液出炉温度比灰铸铁更高，以补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失（三）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂（四）加入孕育剂进行孕育处理（五）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，合理应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则（六）进行热处理球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五种元素。
对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。
为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。
以下就球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响做详细的阐述：1、碳的作用和影响：碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。
由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在～%之间，碳当量在～%之间。
球铁材料
新型耐热合金球墨铸铁一、成分:C、2.8-3.2 Si、4.7-5.0 Mn<0.35C u、0.1-0.25 M o、0.35-0.45 S、P<0.03二、注解1、铜对改善石墨的圆整度有良好的作用，有利于增加机体的连续性，在铸件中加入铜元素0.1-0.25%。
2、钼能较好的改善铸铁的强度和韧性，降低高硅引起的脆性，并提高其热疲劳性能，在铸铁中加入钼量为0.35-0.45。
碳当量4.6-4.7%，碳含量为2.8-3.2%。
————摘自《机械工人97.11.P3》2006.8.7影响中小企业球铁质量的因素1、铁液表面出现黑色泡沫物质，铸件和浇口断面上存在大小不一、位置不变的黑斑现象。
显微分析认定：渣状物是富硫、富镁、复稀土、富锰的便析物，并含有一定量的硫酸盐，石墨和其它非金属夹杂物。
2、黑斑部位机体为铁素体，有一定量的片状石墨、碎块状石墨存在，严重影响了球铁的强韧性。
3、C、3.0-3.8 Si、2.5-2.9 Mn<0.2S<0.03、P<0.06该材质采用多次孕育，可使球铁单铸试块的伸长率达到20%以上。
①、从球铁的C、Si含量对伸长率有较大影响。
C促进石墨化，减少白口，增加铁素体，此外还提高镁的吸收率，改进球化，提高韧性，但含量过高容易引起石墨漂浮，过低收缩增大，使试块已形成缩孔、缩松。
Si有双重作用：一方面能使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少，铁素体增大，改善塑性，球铁Si 含量在2.5-2.9范围内。
球铁处理前后的成分球铁的耐磨性比片状石墨铸铁好，但球铁的吸振性能差，铸造性能不及灰铸铁：耐磨铸铁：一般采用灰铁①加入适量的铜钼锰，强化基体，增加珠光体含量，有利于提高基体耐磨性②加入V、Ti形成稳定的、高硬度的C、N化合物质点，起支撑骨架作用，能显著提高铸铁的耐磨性③在HT的基础上加0.4-0.7%磷，形成高磷铸铁，其耐磨性是HT250的一倍④在高磷铸铁基础上加0.6-0.8%的Cu，0.6-0.8%的Ti，形成磷铜钛铸铁，其耐磨性超过高磷铸铁和镍铬铸铁，是精密机床使用的重要材料。
珠光体球墨铸铁
珠光体球墨铸铁基体组织中珠光体占80％以上的球墨铸铁(简称球铁)。
中国国家标准中QT600-2，QT700—2，QT800-2三种牌号球铁属于这一类型。
这类球铁通常采用正火处理获得，也可用加入合金元素并配合工艺措施获得。
主要用于制造要求强度较高，具有一定疲劳强度和耐磨性能的零件，如柴油机曲轴、连杆等。
化学成分含有碳、硅、锰、磷、硫、钼和铜等。
(1)碳和硅。
为了保证有足够数量的珠光体和适量的铁素体组织，确保强度和韧性，选择适当的碳当量至关重要，一般碳当量为4．4％～4．7％，含碳为3．7％～4．O％，含硅2．O％～2．5％；铸态珠光体球铁含硅量应取下限(见铸铁碳当量)。
(2)锰、磷、硫。
锰降低共析转变温度和细化珠光体，提高球铁的强度、硬度与耐磨性。
锰量过高(>1．8％)要产生渗碳体，以致降低了伸长率和冲击韧性。
锰偏析倾向较大，锰量过高将形成Mn3c或(Fe,Mn)3 C，沿晶界析出网状碳化物，尤其是厚大铸件，偏析更为严重，故不宜含锰过高。
对于正火珠光体球铁中小铸件含锰量为0．6％～O．9％；大型铸件低于0．5％。
铸态珠光体球铁含锰也应低于O．5％，而依靠加铜稳定珠光体。
一般球铁的磷、硫含量应尽量低些。
(3)钼和铜。
钼增加过冷奥氏体的稳定性，使s曲线右移，提高球铁的淬透性，改善厚大断面铸件的组织均匀性。
加钼O．2％～O．3％即可获得细珠光体及索氏体组织，能细化石墨和共晶团使断口致密，明显提高强度、硬度和耐磨性。
铜在一次结晶时有石墨化作用，降低白口倾向。
铜有降低共析转变温度和稳定奥氏体作用。
共析转变时，铜阻碍石墨化，促使奥氏体转变为珠光体，因此，铜可增加铸态珠光体数量。
铜的加入量一般为O．5％左右。
大断面高强度球铁件加入铜、钼可以改善组织均匀性并提高强度。
珠光体球铁体的化学成分举例如表1：铸态珠光体球墨铸铁曲轴成分如表二：热处理铸态珠光体球铁不需要进行热处理，节约能源、降低成本，避免了热处理变形，也缩短了生产周期。
南京球墨铸铁参数
南京球墨铸铁参数
南京球墨铸铁是一种高强度、高韧性、高耐磨性的铸铁材料，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
其主要成分为铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素，其中球墨铸铁中的碳以球状石墨的形式存在，使其具有良好的韧性和延展性。
南京球墨铸铁的主要参数包括以下几个方面：
1.化学成分：南京球墨铸铁的化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷等元素。
其中，碳的含量一般在
2.5%~
3.5%之间，硅的含量在
1.5%~3.0%之间，锰的含量在0.2%~0.5%之间，硫的含量小于
0.02%，磷的含量小于0.1%。
2.机械性能：南京球墨铸铁的机械性能主要包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度等指标。
一般来说，南京球墨铸铁的抗拉强度在
500MPa以上，屈服强度在300MPa以上，伸长率在10%以上，硬度在HB180~240之间。
3.耐磨性能：南京球墨铸铁具有优异的耐磨性能，主要表现在其表面硬度高、耐磨损、耐腐蚀等方面。
一般来说，南京球墨铸铁的硬度在HB180~240之间，耐磨性能比普通灰铸铁提高了2~3倍。
4.热处理性能：南京球墨铸铁的热处理性能主要表现在其热稳定性和热膨胀系数方面。
一般来说，南京球墨铸铁的热稳定性较好，不易发生
热裂纹和变形，热膨胀系数在6.5×10-6/℃左右。
总之，南京球墨铸铁是一种优异的铸铁材料，具有优异的机械性能、
耐磨性能和热处理性能，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天、冶金等领域。
第三章球墨铸铁
• （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。GB9441-88中将磷共晶体的数 量分为五级，检验时可与标准图册对照评定。 • （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。
• 1950年，我国王遵明教授在东北应用球铁获得成功， 到1951年就将球墨铸铁应用到了生产上。
• 在一些主要工业国家，其产量超过了具有百年历史的 铸钢和可锻铸铁，成了仅次于普通灰铸铁的铸造工程 材料。球墨铸铁可用来制造各种受力复杂，强度、韧 性、耐磨性等要求较高的零件，如曲轴、铸管、齿轮、 机床等。据资料介绍，每年这种材料在工程上的应用 以15%的速度递增。
• 图中所示，球状G最好，对基体的割离轻微，故QT的 性能最好。GB9441-88QT金相检验标准中按G的形态 是球化等级分为六级，作为QT分级的依据，见表3-1 和图3-2所示。
第三章球墨铸铁
第三章球墨铸铁
• （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金相 检验标准G大小分为六级、见表3-2所示。也可对照标 准图册进行评定。
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。
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球墨铸铁化学成分知识点整理
球墨铸铁化学成分知识点整理
球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五大常见元素。
对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。
同普通灰铸铁不同的是，为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。
1、碳及碳当量的选择原则：
碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。
由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。
铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。
将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。
但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。
因此，球墨铸铁中碳当量的上限以不出现石墨漂浮为原则。
2、硅的选择原则：
硅是强石墨化元素。
在球墨铸铁中，硅不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。
但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度（图
1），降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。
球墨铸铁中终硅量一般在1.4—3.0%。
选定碳当量后，一般采取高碳低硅强化孕育的.原则。
硅的下限以不出现自由渗碳体为原则。
球墨铸铁中碳硅含量确定以后，可用图2进行检验。
如果碳硅含量在图中的阴影区，则成分设计基本合适。
如果高于最佳区域，则容易出现石墨漂浮现象。
如果低于最佳区域，则容易出现缩松缺陷和自由碳化物。
3、锰的选择原则：
由于球墨铸铁中硫的含量已经很低，不需要过多的锰来中和硫，
球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，促进形成(Fe、Mn)3C。
这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。
锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。
因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好，即使珠光体球墨铸铁，锰含量也不宜超过0.4～0.6%。
只有以提高耐磨性为目的的中锰球铁和贝氏体球铁例外。
4、磷的选择原则：
磷是一种有害元素。
它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.05%时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。
当含量大于0.05%时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。
磷提高铸铁的韧脆性转变温度，含磷量每增加0.01%，韧脆性转变温度提高4～4.5℃。
因此，球墨铸铁中磷的含量愈低愈好，一般情况下应低于0.08%。
对于比较重要的铸件，磷含量应低于0.05%。
球墨铸铁中碳硅含量确定以后，可用图2进行检验。
如果碳硅含量在图中的阴影区，则成分设计基本合适。
如果高于最佳区域，则容易出现石墨漂浮现象。
如果低于最佳区域，则容易出现缩松缺陷和自由碳化物。
5、硫的选择原则：
硫是一种反球化元素，它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷。
球墨铸铁中硫的含量一般要求小于0.06%。
【球墨铸铁化学成分知识点整理】。