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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,讓我們共同學(xué)習(xí)、共同提升,2012年10月6日,培訓(xùn)內(nèi)容,球墨鑄鐵件的生產(chǎn),典型缺陷和金相檢驗(yàn),主講人：王艷珍,為什么要化驗(yàn)？,化驗(yàn)分析是冶金工業(yè)的必要組成部分，它對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)及調(diào)整配料具有重要意義。例如在原料購(gòu)進(jìn)和熔煉過(guò)程中，提供正確數(shù)據(jù)，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約材料，更快促進(jìn)鑄造生產(chǎn)的發(fā)展和鑄造技術(shù)水平的提高，并給鑄造技術(shù)工作者提供工作上的方便。,鑄造學(xué)上的產(chǎn)品分類,鑄鋼、灰鑄鐵、球磨鑄鐵、可鍛鑄鐵、耐磨鑄鐵、抗磨鑄鐵、冷硬鑄鐵、耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵九大類，而現(xiàn)在鑄造車間生產(chǎn)以球磨鑄鐵為主，所有產(chǎn)品

2、都含有碳、硅、錳、磷、硫五大元素，但是標(biāo)準(zhǔn)不同，機(jī)械性能也不同，化學(xué)成分直接影響著機(jī)械性能。,什么是球磨鑄鐵？,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。,球墨鑄鐵的特性,球墨鑄鐵可以像鋼一樣，通過(guò)熱處理和合金等措施來(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

3、材，與鋼材相比，球墨鑄鐵還有很多優(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，性能不斷開發(fā)，現(xiàn)已成功取代了鍛鋼和鑄鋼，成為前景廣闊的金屬結(jié)構(gòu)材料。,球墨鑄鐵的金相與力學(xué)性能,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。,球狀石墨的形成,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首要過(guò)程，鐵液在熔

4、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。,球墨鑄鐵孕育的目的,球墨鑄鐵的孕育是指向鐵水中加入一定數(shù)量的球化劑 和孕育劑，通過(guò)球化及孕育處理使鐵水在凝固時(shí)碳以球狀石墨的形式形核和生長(zhǎng)。凝固后鑄鐵的組織中得到球狀石墨的鑄鐵。一般在澆注之前，在鐵液中加入少量球化劑（通常為鎂、稀土鎂合金或含鈰的稀土合金）和孕育劑（通常為硅鐵），使鐵水凝固后形成球狀石

5、墨。球化處理和孕育處理是生產(chǎn)球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)。球墨鑄鐵進(jìn)行孕育處理的目的是為消除球墨鑄鐵的白口化傾向、消除過(guò)冷石墨、促進(jìn)石墨化、細(xì)化共晶團(tuán)及減少晶間偏析等。,球墨鑄鐵的孕育,球化處理是球鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)，孕育處理是球鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵，孕育效果決定了石墨球的直徑、石墨球數(shù)和石墨球的圓整度。,為了保證孕育效果，孕育處理采用多級(jí)孕育處理。孕育處理越接近澆注，孕育效果越好。,從孕育到澆注需要一定的時(shí)間，該時(shí)間越長(zhǎng)，孕育衰退就越嚴(yán)重。,球化衰退防止：球化衰退的原因一方面和,Mg,、,RE,元素由鐵液中逃逸減少有關(guān)，另一方面也和孕育作用不斷衰退有關(guān)，為了防止球化衰退，采取以下措施：,A,、鐵液中應(yīng)保持有足夠的球

6、化元素含量；,B,、降低原鐵液的含硫量，并防止鐵液氧化；,C,、縮短鐵液經(jīng)球化處理后的停留時(shí)間；,D,、鐵液經(jīng)球化處理并扒渣后，為防止,Mg,、,RE,元素逃逸，可用覆蓋劑將鐵液表面覆蓋嚴(yán)，隔絕空氣以減少元素的逃逸。,球化分級(jí),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,95,2,級(jí),石墨大部分呈球狀，余為團(tuán)狀和極少量團(tuán)絮狀,90,95,3,級(jí),石墨大部分呈團(tuán)狀，余為團(tuán)絮狀，允許有極少量蠕蟲狀,80,90,4,級(jí),石墨呈大部分絮狀或團(tuán)狀，余為球狀、少量蠕蟲狀,70,80,5,級(jí),石墨呈分散分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀,60,70,6,級(jí),石墨

7、呈聚集分布的蠕蟲狀、片狀及球狀、團(tuán)狀、團(tuán)絮狀,小于,60%,石墨大小,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,。,珠光體的粗細(xì),球墨鑄鐵的化驗(yàn)成分,選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分是保證球墨鑄鐵獲得良好的金相組織和高性能的基本條件，化學(xué)成分的選擇既要利于石墨的球化和獲得滿意的基體，以期獲得滿意的性能，又要使球墨鑄鐵具有良好的鑄造性能。,球墨鑄鐵的成分一般是指五個(gè)元素：,碳、硅、錳、磷、硫,化學(xué)成分,碳,碳是球墨鑄鐵

8、的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對(duì)機(jī)械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在,3.5,3.9%,之間，碳當(dāng)量在,4.1,4.7%,之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時(shí)取上限；反之，取下限。將碳當(dāng)量選擇在共晶點(diǎn)附近不僅可以改善鐵液的流動(dòng)性，對(duì)于球墨鑄鐵而言，碳當(dāng)量的提高還會(huì)由于提高了鑄鐵凝固時(shí)的石墨化膨脹提高鐵液的自補(bǔ)縮能力。但是，碳含量過(guò)高，會(huì)引起石墨漂浮。當(dāng)碳含量過(guò)低時(shí)，鑄件易產(chǎn)生縮松和裂紋。,化學(xué)成分,硅,在球墨鑄鐵中，硅是第二個(gè)有重要影響的元素，它不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細(xì)化共晶團(tuán)，提高石墨球圓整度的作用。但是，硅提

9、高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過(guò)高，尤其是當(dāng)鑄鐵中錳和磷含量較高時(shí)，更需要嚴(yán)格控制硅的含量。一般認(rèn)為硅含量大于,2.8,時(shí)，可能降低韌性，使韌性、脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。,因此，選擇碳硅含量時(shí)，應(yīng)按照高碳低硅的原則，鑄件在寒冷地區(qū)使用，則含硅量應(yīng)適當(dāng)降低。,化學(xué)成分,錳,球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，幫助形成碳化錳、碳化鐵。錳有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團(tuán)界處，嚴(yán)重時(shí)會(huì)促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。,錳也會(huì)提高鐵素體球墨鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，錳含量每增加,0.1%,，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高,10,12,。球墨鑄鐵中，由于球化元素具有很強(qiáng)的

10、脫硫能力，不需要錳承擔(dān)這種功能。,因此，球墨鑄鐵中錳含量一般是愈低愈好，即使珠光體球墨鑄鐵，錳含量也不宜超過(guò),0.4,0.6%,。一般都是遵循這一規(guī)律的。,化學(xué)成分,磷,磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低，當(dāng)其含量小于,0.05%,時(shí)，固溶于基體中，對(duì)力學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)含量大于,0.05%,時(shí)，磷在球墨鑄鐵中有很強(qiáng)的偏析傾向，具有增大球鐵的縮松傾向，極易偏析于共晶團(tuán)邊界，形成二元、三元或復(fù)合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。當(dāng)含磷量增加時(shí)，韌脆性轉(zhuǎn)變溫度就會(huì)提高。,對(duì)于寒冷地區(qū)使用的鑄件，易采用磷的下限含量。,磷的含量控制在,0.04-0.06%,以下。,化學(xué)成分,硫,球墨鑄鐵中硫與球化元素的

11、化合能力很強(qiáng)，生成硫化物或硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，衰退速度加快，而且還使夾雜物數(shù)量增多，導(dǎo)致夾渣、氣孔等鑄造缺陷。,國(guó)外一般要求鐵液含硫量低于,0.02%,，我國(guó)目前由于焦炭含量較高等熔煉條件的限制，往往達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)進(jìn)一步改善熔煉條件，有條件可進(jìn)行爐外脫硫，一般要求小于,0.06%,。,典型缺陷,球化不良,球化不良和球化退化,特征：斷口銀灰色，分布芝麻狀黑斑點(diǎn)。金相組織分布大量厚片石墨。,原因：原鐵液含硫高，過(guò)量反球化元素。,建議選用低硫焦炭，脫硫處理，必要時(shí)增加球化劑稀土量，控制沖天爐鼓風(fēng)強(qiáng)度和料位。,典型缺陷,縮孔和縮松,縮孔和縮松,特征：縮孔發(fā)生于第一次收縮階段。

12、表面凹陷及局部熱節(jié)凹陷，含氣孔的暗縮孔，內(nèi)壁粗糙?？s松發(fā)生于第二次收縮階段。被樹枝晶分割的溶池處成為真空，凝固后的孔壁粗糙、排滿樹枝晶的疏松孔為縮松。,原因：碳含量低，磷含量高，增加縮孔縮松傾向。,措施：提高鑄型剛度，如使用樹脂砂，提高鐵液碳當(dāng)量。,典型缺陷,石墨漂浮,石墨漂浮,特征：冷卻過(guò)程中的過(guò)共晶鐵液首先析出石墨球，上浮聚集成石墨漂浮，分布于鑄件最后部位的上部的冒口處。微觀觀察石墨球串接呈開花狀。,原因：碳當(dāng)量和稀土殘留量高，爐料原始尺寸大、數(shù)量多，都可能增加石墨漂浮。,措施：建議,C4%,，控制稀土含量，注意原生鐵與其他爐料的搭配。,典型缺陷,反白口,反白口,特征：宏觀斷面為界限清晰的

13、白亮塊，呈方向性白亮針，出現(xiàn)于熱節(jié)中心。金相觀察為過(guò)冷密集細(xì)針狀滲碳體。,原因：凝固熱節(jié)中心偏析富鎂、稀土、錳等白口化元素，孕育不足或大件冷卻速度快等。,措施：保證球化前提下減少殘留稀土鎂，防止?fàn)t料內(nèi)的強(qiáng)烈白口化元素，強(qiáng)化孕育，提高小件鑄件溫度。,典型缺陷,夾渣,夾渣,特征：澆鑄位置上表面或死角處，斷面呈暗黑無(wú)光澤、深淺不一的夾雜物，金相為可見、塊狀?yuàn)A雜物。,原因：形成一次夾渣的重要原因是原鐵液含硫量高、氧化嚴(yán)重；二次夾渣主要原因是鎂殘留量過(guò)高，提高了氧化膜形成溫度。,措施：降低原鐵液硫含量，保證球化時(shí)降低鎂殘留量，加入適量稀土降低形膜溫度。澆鑄系統(tǒng)應(yīng)使充型平穩(wěn)，夾渣部位設(shè)集渣冒口。,典型缺陷

14、,應(yīng)力變形和裂紋,應(yīng)力變形和裂紋,特征：收縮應(yīng)力、相變應(yīng)力之和超過(guò)斷面金屬抗斷裂后形成裂紋，熱裂呈暗褐色不平整端口，冷裂形成淺褐色光滑平直斷口。,原因：碳含量低，碳化物形成元素增加，孕育不足，冷卻過(guò)快等。,措施：適當(dāng)提高碳當(dāng)量，降低含磷量，加強(qiáng)孕育等措施。,典型缺陷,皮下氣孔,皮下氣孔,特征：鑄件表皮下,2,3mm,處均勻或蜂窩狀分布的球形、橢圓形或針孔狀內(nèi)壁光滑孔洞，直徑,0.5-3mm,，在熱處理和拋丸后暴露，小件中較多。,原因：鐵液表明形成的氧化膜阻礙氣體析出，碳化反應(yīng)中形成的氣體，鎂殘留量多形成的鎂蒸汽，爐料潮濕銹蝕等。,措施：球化保證條件下降低鎂殘留量，鐵液平穩(wěn)澆鑄，控制爐料干燥少銹

15、，采用少氮或無(wú)氮樹脂。,薄壁鑄件的凝固,在鑄鐵凝固時(shí)，存在石墨共晶與滲碳體共晶兩種形式。在平衡狀態(tài)圖中，前者的溫度比后者高。為了要避免白口的產(chǎn)生，應(yīng)使石墨共晶凝固過(guò)程在溫度達(dá)到滲碳體共晶以前完成，這就需要提高石墨共晶的凝固速率，而在一定的冷卻速度下，球鐵共晶團(tuán)的生長(zhǎng)速度是一定的，因此提高石墨共晶的凝固速度，就必須增加共晶團(tuán)數(shù)量。,因此，為防止白口，對(duì)球墨鑄鐵的某一冷卻速度，存在對(duì)應(yīng)的臨界共晶團(tuán)數(shù)，即臨界石墨球數(shù)。只有石墨球數(shù)大于該臨界數(shù)，才能避免白口出現(xiàn)。,當(dāng)鑄件越薄，冷卻速度越大時(shí)，所需的臨界石墨球數(shù)越多。,研究表明，為增加石墨球數(shù)目，添加稀土,Bi,是十分有效的。,球鐵的力度性能,球墨鑄鐵

16、的力學(xué)性能以抗拉強(qiáng)度和延伸率兩個(gè)指標(biāo)作為驗(yàn)收依據(jù)。,在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的條件下，也可根據(jù)硬度值進(jìn)行驗(yàn)收。因硬度與強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立在球化合格，化學(xué)成分、孕育穩(wěn)定，鑄造工藝合理的基礎(chǔ)上，為保證性能，規(guī)定按硬度驗(yàn)收時(shí)，必須檢驗(yàn)金相組織，其球化率不得低于,4,級(jí)。,即使硬度和球化合格，由于基體其中存在滲碳體、磷共晶、高硅固溶強(qiáng)化等，可能使強(qiáng)度和韌性達(dá)不到要求。所以不具備生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的條件下，不能根據(jù)硬度值驗(yàn)收。,力學(xué)值,序,號(hào),牌號(hào),最小值,布氏硬度,主要金相組織,抗拉強(qiáng)度,（,MPa,）,屈服強(qiáng)度,（,MPa,）,延伸率（）,1,QT400-18,400,250,18,130,180,鐵素體,2,QT400-15,400,250,15,130,180,鐵素體,3,QT450-10,450,310,10,160,210,鐵素體,4,QT500-7,500,320,7,170,230,鐵素體珠光體,5,QT600-3,600,370,3,190,270,珠光體鐵素體,6,QT700-2,700,420,2,225,305,珠光體,7,QT800-2,800,480,2,245,335,珠光體或回火