球墨鑄鐵性能及生產(chǎn)工藝.ppt

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1、球墨鑄鐵特性及其應(yīng)用球墨鑄鐵的概念球墨鑄鐵的概況球墨鑄鐵是指鐵液在凝固過(guò)程中碳以球型石墨析出的鑄鐵。與灰鑄鐵相比，其金相組織的最大不同是石墨形狀的改變，避免了灰鑄鐵中尖銳石墨的存在，使得石墨對(duì)金屬基體的切口作用大為減少，基本消除了片狀石墨引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得金屬基體的強(qiáng)度利用率達(dá)到70－90％，從而使金屬基體的性能得到很大程度的發(fā)揮。球墨鑄鐵可以像鋼一樣，通過(guò)熱處理和合金化等措施來(lái)進(jìn)一步提高其使用性能。比如，處理過(guò)的球墨鑄鐵可以取得很好的韌性，延伸率高達(dá)24％；抗拉強(qiáng)度可以高達(dá)1400MPa，基本接近鋼材。與鋼材相比，球墨鑄鐵

2、還有很多優(yōu)點(diǎn)。比如鑄造性能好，成本相對(duì)較低。由于球墨鑄鐵產(chǎn)量的不斷增加，性能不斷開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已成功部分取代了鍛鋼和鑄鋼，成為前景廣闊的金屬結(jié)構(gòu)材料。球墨鑄鐵的金相組織金相組織與力學(xué)性能的關(guān)系力學(xué)性能與金屬的金相組織密切相關(guān)，什么樣的金相結(jié)構(gòu)決定了什么樣的力學(xué)性能。球墨鑄鐵也不例外，只有石墨球化，才能發(fā)揮金屬基體的作用，使鑄鐵的力學(xué)性能大幅度提高。也只有石墨球化，進(jìn)一步改變基體的性能才更有意義。因此，對(duì)球墨鑄鐵的金相研究，是我們了解球墨鑄鐵，使用球墨鑄鐵的前提條件。球墨鑄鐵的形成球狀石墨的形成經(jīng)歷了形核與生長(zhǎng)兩個(gè)階段。其中的形核是石墨的

3、首要過(guò)程，鐵液在熔煉及隨后的球化、孕育處理中產(chǎn)生大量的非金屬夾雜物，初生的夾雜物非常小，在隨后澆鑄、充型、凝固過(guò)程相互碰撞、聚合變大，上浮或下沉，成為石墨析出的核心。球狀石墨核心形成以后，碳原子開(kāi)始在核心基底上堆砌，石墨最終生成的形狀決定受工藝條件影響的生長(zhǎng)方式。所以，石墨生長(zhǎng)過(guò)程的控制是獲得球狀石墨的關(guān)鍵。球狀石墨的形核單個(gè)夾雜物復(fù)合夾雜物球狀石墨的核心石墨形核的條件石墨的形核分均質(zhì)形核和異質(zhì)形核。均質(zhì)形核：C的微觀原子團(tuán)（C6）n——晶胚鐵液過(guò)冷度達(dá)200－300℃異質(zhì)形核：形核基底的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)符合晶格匹配關(guān)系（失配度δ<12%

4、)界面能要求——外來(lái)質(zhì)點(diǎn)被石墨潤(rùn)濕形核物質(zhì)1、石墨：未溶石墨、添加晶體石墨、非平衡石墨2、巖狀結(jié)構(gòu)碳化物基底3、氧化物4、硫化物/氧化物5、鉍及鉍的化合物球墨鑄鐵的孕育球墨鑄鐵孕育的重要性灰鑄鐵、球墨鑄鐵孕育的異同點(diǎn)孕育衰退現(xiàn)象提高孕育效果的措施a.選擇強(qiáng)效孕育劑b.必要的S的含量c.改善處理方法d.提高鑄件冷卻速度球狀石墨的生長(zhǎng)球狀石墨的生長(zhǎng)條件a、極低的硫、氧含量b、限制反球化元素c、保證必要的冷卻速度d、添加的球化元素第一組：鎂、釔、鈰、鈣、鑭、鏷、釤、鏑、鐿、鈥、鉺第二組：鋇、鋰、銫、銣、鍶、釷、鉀、鈉第三組：鋁、鋅、鎘、

5、錫最佳含量W(Mg)：(0.04-0.08)%W(Ce):(0.07-0.12)%W(Y):(0.15-0.2)%石墨球的螺旋生長(zhǎng)石墨球螺旋生長(zhǎng)模型a）生長(zhǎng)成的球體b）角錐體單晶c）錐頂角Φ與θ的關(guān)系石墨球生長(zhǎng)的工藝措施從生產(chǎn)實(shí)踐中得知，使石墨按球狀生長(zhǎng)的工藝措施為改變化學(xué)成分和控制冷卻速度。化學(xué)成分中，對(duì)石墨生長(zhǎng)有重要影響的是一些能顯著改變鐵液過(guò)冷傾向的元素；而引起鑄鐵冷卻速度產(chǎn)生變化的因素則是鑄件壁厚、鑄型以及澆鑄。這些條件的實(shí)質(zhì)在于改變石墨結(jié)晶的冷卻狀況。球墨鑄鐵的金相組織與力學(xué)性能的關(guān)系球墨鑄鐵的力學(xué)性能是和它的金相組織密

6、切相關(guān)的。保證鑄鐵中石墨球化良好，是熔制球墨鑄鐵的第一要求。只有石墨球化，才能充分發(fā)揮金屬基體的作用，使鑄鐵的力學(xué)性能大幅度提高。也只有石墨球化后，進(jìn)一步改變基體的性能才更有意義。1、金相組織球狀石墨外貌接近球形，內(nèi)部呈放射狀，有明顯的偏光效應(yīng)。石墨是由很多角錐體枝晶組成的多晶體，各枝晶的基面垂直于球徑，C軸呈輻射狀指向球心。2、球化分級(jí)球化級(jí)別說(shuō)明球化率（％）1級(jí)石墨呈球狀，少量團(tuán)絮，允許極少量團(tuán)絮狀≥952級(jí)石墨大部分呈球狀，余為團(tuán)狀和極少量團(tuán)絮狀90－953級(jí)石墨大部分呈團(tuán)狀，余為團(tuán)絮狀，允許有極少量蠕蟲(chóng)狀80－904級(jí)石墨

7、呈分散分布的蠕蟲(chóng)狀、球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀70－805級(jí)石墨呈聚集分布的蠕蟲(chóng)狀、片狀及球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀60－70GB9441－1998球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將石墨大小分成六級(jí)。球墨鑄鐵石墨球的大小對(duì)力學(xué)性能的影響很大，減小石墨球徑，增加石墨球在單位面積的個(gè)數(shù)可以明顯地提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性。石墨球徑的減小，使單位面積上球墨鑄鐵數(shù)量增多，可使抗疲勞強(qiáng)度提高，因此，細(xì)化石墨也是提高抗疲勞強(qiáng)度的一個(gè)要求。級(jí)別3級(jí)4級(jí)5級(jí)6級(jí)7級(jí)8級(jí)石墨直徑（100×）mm>25－50>12-25>6-12>3-6>1.5-3≤1.53、石墨大小石墨

8、球大小分級(jí)(GB9441-1988)各種基體與力學(xué)性能的關(guān)系1、鐵素體根據(jù)GB9441-1988球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)評(píng)定鐵素體數(shù)量。其百分比，按大多數(shù)視場(chǎng)對(duì)照?qǐng)D片評(píng)定。一般不檢查牛眼鐵素體數(shù)量，僅檢查與其共存的珠光體數(shù)量2、珠光體在球墨鑄鐵中，珠光體的