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详情描述

球墨铸铁是指铁液经球化处理后,使石墨大部或全部呈球状形态的铸铁。与灰铸铁比较,球墨铸铁的力学性能有显著提高。因为它的石石墨呈球状,对基体的切割作用小,可有效地利用基体强度的70%80%(灰铸铁般只能利用基体强度的30%)。球墨铸铁还可以通过合金化和热处理,进一步提高强韧性、耐磨性、耐热性和耐蚀性等各项性能。球墨铸铁自1947年问世以来,就获得铸造工作者的青睐,很快地投入了工业性生产。而且,各个时期都有代表性的产品或技术。20世纪50年代的代表产品是发动机的球墨铸铁曲轴,20世纪60年代是球墨铸铁铸管和铸态球墨铸铁,20世纪70年代是奥氏体-贝氏体球墨铸铁,20世纪80年代以来是厚大断面球墨铸铁和薄小断面(轻量化、近终型)球墨铸铁。

如今,球墨铸铁已在汽车、铸管、机床、矿山和核工业等领域获得广泛的应用。据统计,2000年世界的球墨铸铁产量已超过1500万吨。球墨铸铁中常见的石墨形态有球状、团状、开花、蠕虫、枝晶等几类。其中,具代表 性的形态是球状。在光学显微镜下观察球状石墨,低倍时,外形近似圆形;高倍时,为多边形,呈辐射状,结构清晰。经深腐蚀的试样在SEM中观察,球墨表面不光滑,起伏不平,形成一个个泡状物。经热氧腐蚀或离子轰击后的试样在SEM中观察,球墨呈年轮状纹理,且被辐射状条纹划分成多个扇形区域;经应力腐蚀(即向试样加载应力)后观察,呈现年轮状撕 裂和辐射状开裂。球墨是垂直(0001)面向各个方向生长的,从而形成很多个从核心向外辐射的角锥体(二维为扇形区域面即呈年轮状排列。在SEM中看到的年轮状及辐射状条纹(或裂纹),就是球墨晶体学特征的反映。

球墨铸铁一般为过共晶成分,因此球状石墨的长大,应包括两个阶段:先共晶结晶阶段,球墨核心形成后,在铁液及贫碳富铁的奥氏体晕圈中长大。共晶结晶阶段,球墨周围形成奥氏体外壳,即球墨-奥氏体共晶团。此时,球墨是在奥氏体壳包围下长大的。虽然球墨在共晶阶段的长大速度比在液态阶段迟缓,但球墨的大部分是在共晶阶段长大的。球墨铸铁的共晶团比灰铸铁的共晶团细小,其数量约为灰铸铁的50200倍。还应说明,球墨铸铁的共晶结晶是一种变态共晶,即球墨和奥氏体均可在单独、互不依存的情况下长大。

球化处理是球墨铸铁的关键工序。大致来说,球化处理的历史经历了两个阶段:20世纪50年代,以纯镁和压入法为主:20世纪60年代中期开始,以稀土镁合金球化剂和冲入法为主,还相继采用了盖包法、型内法和密流法,20世纪80年代又采用了喂丝法工艺。将纯镁与稀土镁球化剂比较:纯镁的球化能力强,球墨圆整,白口化倾向小,缺点是反应激烈,铁液沸腾,安全性差,还难以避免缩松、夹渣和皮下气孔等铸造缺陷;合金球化剂的稀土,有脱硫去气的作用,能减少缩松、夹渣等铸造缺陷,生产也较安全,但石墨的圆整度往往稍逊于纯镁处理的球墨铸铁,且白口化倾向较大。

孕育处理是球化处理后不可或缺的工序。它能促进石墨化,增加石墨球数,提高石墨圆整度。但加强孕育并不是一味提高孕育量和增加孕育次数。孕育过量,反而会造成孕育缺陷,如缩松、缩孔和石墨漂浮等:孕育剂颗粒大,未曾熔化,残留于铸件内,会成为“硬点”。孕育处理是受多种因素制约的,睹如孕育剂种类,孕育剂粒度、孕育剂数量、孕育方式、铁液温度和孕育位置等等,总之应使处于饱和孕育状态的铁液尽可能接近铁液凝固的瞬间,这样才能以小的孕育重达到大的孕育效果。

表3中8个牌号的球墨铸铁般用热处理制取(例如等温淬火),其余7个牌号分别为珠光体、珠光体+铁素体和铁素体球墨铸铁。在球墨铸铁生产初期,这些牌号都是用正火或退火获得基体组织的,如今都可以由铸态制取了。

生产铸态铁素体球墨铸铁必须注意:采用低锰w(Mn)