球墨铸铁性能及生产工艺演示课件

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石墨球的螺旋生长
石墨球螺旋生长模型 a）生长成的球体 b）角锥体单晶 c）锥顶角Φ 与θ 的关系
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石墨球生长的工艺措施
从生产实践中得知，使石墨 按球状生长的工艺措施为改变化 学成分和控制冷却速度。
化学成分中，对石墨生长有 重要影响的是一些能显著改变铁 液过冷倾向的元素；而引起铸铁 冷却速度产生变化的因素则是铸 件壁厚、铸型以及浇铸。
4级
>25－50 >12-25
5级 >6-12
6级 >3-6
7级 >1.5-3
8级 ≤1.5
GB9441－1998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分 成六级。
球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减 小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地 提高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。
石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增多， 可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳 强度的一个要求。
球墨铸铁特性及其应用
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球墨铸铁的概念
? 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到 70－90％， 从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥。
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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。
这些条件的实质在于改变石 墨结晶的冷却状况。
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球墨铸铁的金相组织与力学性能的关系
球墨铸铁的力学性能是和它的金相 组织密切相关的。保证铸铁中石墨球化 良好，是熔制球墨铸铁的第一要求。
只有石墨球化，才能充分发挥金属 基体的作用，使铸铁的力学性能大幅度 提高。也只有石墨球化后，进一步改变 基体的性能才更有意义。
石墨大部分呈团状，余为团絮状，允 许有极少量蠕虫状
石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团 状、团絮状
石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球 状、团状、团絮状
球化率（％） ≥95
90－95 80－90 70－80 60－70
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3、石墨大小
石墨球大小分级(GB9441-1988)
级别
石墨直径（100×） mm
3级
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球墨铸铁的金相组织
? 金相组织与力学性能的关系 力学性能与金属的金相组织密切相关，
什么样的金相结构决定了什么样的力学性能。 球墨铸铁也不例外，只有石墨球化，才能发 挥金属基体的作用，使铸铁的力学性能大幅 度提高。也只有石墨球化，进一步改变基体 的性能才更有意义。
因此，对球墨铸铁的金相研究，是我们 了解球墨铸铁，使用球墨铸铁的前提条件。
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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
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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。
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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。
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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)%
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ห้องสมุดไป่ตู้
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。
所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨 的关键。
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球状石墨的形核
单个夹杂物 球状石墨的核心
复合夹杂物
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? 石墨形核的条件 石墨的形核分均质形核和异质形核。
均质形核：C的微观原子团 （C6）n ——晶胚 铁液过冷度达200－300℃
异质形核：形核基底的外来质点 符合晶格匹配关系（失配度δ <12%) 界面能要求——外来质点被石墨润湿
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? 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
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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
a.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
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1、金相组织 球状石墨外貌接
近球形，内部呈放射 状，有明显的偏光效 应。
石墨是由很多角 锥体枝晶组成的多晶 体，各枝晶的基面垂 直于球径， C轴呈辐 射状指向球心。
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2、球化分级
球化级别 1级 2级 3级 4级 5级
说明
石墨呈球状，少量团絮，允许极少量 团絮状
石墨大部分呈球状，余为团状和极少 量团絮状
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球墨铸铁的化学成分
选择适当的化学成分是保证球墨铸铁 获得良好的金相组织和高性能的基本条件， 化学成分的选择既要利于石墨的球化和获 得满意的基体，以期获得满意的性能，又 要使球墨铸铁具有良好的铸造性能。