高强度高韧性球铁
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一般情况下，无论生产厂 家，还是用户单位，都以1～3 级作为球化合格的验收标准。
25
图4 4级
本图为4级球化： 石墨大部分呈团絮状和团状， 余为球状和少量蠕虫状，球化 率70％到小于80％。
26
图5 5级
本图为5级球化： 石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、 团状、团絮状，球化率60到小于 70％。
27
12
13
球化处理开始，先从炉内放出约2/3 包的铁水。铁水透过覆盖物与球化剂接 触发生球化反应，开始产生白色镁光。 这从现场拍摄的照片可以清楚地看到。
14
15
Βιβλιοθήκη Baidu
从这一张照片中可以看到球化反应时产 生的大量镁光和烟雾。如何判断球化反应的 好坏程度，一是凭有经验的操作者的观察； 二是根据白色镁光从产生到消失过程的时间 来判断（一般0.8～1.5吨处理包的球化反应时 间以50秒至1分30秒为佳）。
2）理解并掌握国家标准和产品质量水平的关 系。
7
3）球铁的发展重点：
（1）铸态球铁、薄壁铸件； （2）高强度高韧性球铁； （3）大断面球铁； （4）特种球铁——A-BQT、A体QT、
低温F体QT； （5）球铁质量的检测手段。
8
§2 球墨铸铁的生产工艺过程 和质量评估标准
9
1.球铁生产工艺过程
砂处理 造型制芯
国际标准 QT350-22
其余和中国 国标相同
FIAT 45-33-15 60-38-10 65-48-05 90-52-05
美国标准 60-40-18 65-45-12 80-55-06 100-70-03 120-90-02
*1PSi=0.70 kg/mm2
6
4.球铁的生产现状和发展方向
1）目前球铁发展的方向主要着重于推广现有 牌号和提高铸件的全面质量，实现优质生 产。如材质、工艺、内在质量、表面质量 等。
高强度高韧性球墨铸铁的 质量评估和生产工艺控制
清华大学 芮争家
1
§1 概述
1.球墨铸铁的特点 1947年，英国人H.Morrogh在实验室内采
用Ce处理铁液，得到球状石墨，并于1948年 在美国铸造工程师协会上宣布，成为球铁的发 明者。上世纪50年代初期，我国王遵明教授在 东北应用球铁获得成功。球铁历经半个多世纪 的发展，取得迅速的应用和推广。
球化处理包（堤坝式）包内的高度与内 径之比值应大于1.5（高于一般铁水包）。
球化处理铁水温度为1460～1500℃（出 铁温度用热电偶快速测温仪测定）。
11
球化剂和覆盖物的加入顺序如图所示
球化处理包和包内的球化 剂、覆盖剂、覆盖物如图 所示。在处理包内背向铁 水的堤坝一侧，先放球化 剂，其上放75硅铁，再放 覆盖剂，然后再依次加铁 屑和铁板覆盖。需要注意 的是，球化剂和各种覆盖 物都要适度撞紧。
2
1）球铁的根本性特点：
（1）石墨形状的改变（从片→球状），使石墨 对基体的割裂作用减到最小，从而根本上改 变了铸铁的性能水平；
（2）可以发挥基体的作用来达到性能要求： ①通过热处理调节； ②铸态下获得。
3
2）球墨铸铁的作用和地位
球铁的发明是铸造业的一次革命。
（1）大大提高了石墨铸铁的性能——
σb、 σs、δ、ak等； （2）使机械、汽车、冶金、矿业、造船等行
性能特点 强韧结合
应用：齿轮、叶轮、螺 栓等
4）其他类型
A体QT（阀门、电力金具）、A+B、B（齿轮、凸轮 轴）、M、M+A、M+P+Cm（耐磨件、磨球）等
5
3.球铁的牌号
国家标准 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2
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2）孕育处理
球化处理后，包内铁水降温70~100℃。 此时可从炉内放出剩余的1/3高温铁水，以适 当提高铁水的整体温度。同时，与铁水一起， 加入一次孕育剂（一般为75Si-Fe）进行孕育 处理。
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3）炉前检测
处理好的铁水还须经过2～3次扒渣，再用 覆盖剂盖住全部液面，然后就可浇注铸件。为 避免球化衰退，应力求快速浇注，一般浇注时 间应小于10～15分钟。
业的产品结构发生了很大的变化；
（3）一般预测目前及今后几十年在铸造材质
上无大的变革。
4
2.球铁的主要种类和应用
1）珠光体球铁
典型牌号 （QT700-2）
性能特点 强度为主
应用：曲轴、连杆等
2）铁素体球铁
典型牌号 （QT450-10）
性能特点 韧性为主
应用：汽拖底盘零件、 铸管等
3）混合基体球铁
典型牌号 （QT500-7）
合箱
**
配料 熔炼 球化处理 孕育处理
热处理
*
浇注 落砂清理
检验
机加工
成品
* 炉前检测
三角试样 化学成分取样 Y型试块
*化学分析
附体试样 金相组织标准 力学性能
*讨论：重点工艺：球化处理、孕育处理、炉前检测与金相理化检测。
10
1）球化处理
以包内冲入法为例。球化剂为目前国内 普遍采用的稀土镁硅铁合金。
与此同时，进行炉前球化检测、化学成分 取样等。
检测力学性能的楔型试块须在浇完最后一 箱铸件后再浇注。
18
常用的炉前球化检测方法有两种： （1）炉前三角试样检验； （2）炉前快速金相检验。
19
炉前三角试样的检测
若球化良好，则主要有以下特征：
①断口呈银白色； ②边缘有缩凹，中心有缩松； ③遇水有H2S气味。
20
2.球铁材质的质量评估与控制指标
1）石墨：G球化级别 1~6级； G大小级别 3~8级。
2）基体（1）P体和F体各占的比例； （2）Cm和磷共晶。限制<1~3%。
21
3）力学性能：σb、 σs、δ、HB、ak等； 如有需要，还可检测σ-1、低温ak等。
4）其他性能：耐热性、耐磨性、导电性、 导磁性等。
22
球化分级图（100×） 共分为六级
图1 1级
本图为1级球化： 石墨呈球状，少量团状， 允许极少量团絮状，球化 率不低于95％。
23
图2 2级
本图为2级球化： 石墨大部分呈球状，余为团 状和极少量团絮状，球化率 90％到小于95％。
24
图3 3级
本图为3级球化： 石墨大部分呈团状和球状，余 为团絮状，允许极少量蠕虫状， 球化率80％到小于90％。
图6 6级
本图为6级球化： 石墨呈聚集分布的蠕虫状和片 状及球状、团状、团絮状。
一般认为4～6级为球化不 良，属于不合格球化。
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再看球墨铸铁的基体组织。 本图为基体组织以铁素体为主的 球铁。铁素体约占90％左右。相 对应的球铁铸件牌号为QT400-15 或QT450-10。
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图4 4级
本图为4级球化： 石墨大部分呈团絮状和团状， 余为球状和少量蠕虫状，球化 率70％到小于80％。
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图5 5级
本图为5级球化： 石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、 团状、团絮状，球化率60到小于 70％。
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球化处理开始，先从炉内放出约2/3 包的铁水。铁水透过覆盖物与球化剂接 触发生球化反应，开始产生白色镁光。 这从现场拍摄的照片可以清楚地看到。
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Βιβλιοθήκη Baidu
从这一张照片中可以看到球化反应时产 生的大量镁光和烟雾。如何判断球化反应的 好坏程度，一是凭有经验的操作者的观察； 二是根据白色镁光从产生到消失过程的时间 来判断（一般0.8～1.5吨处理包的球化反应时 间以50秒至1分30秒为佳）。
2）理解并掌握国家标准和产品质量水平的关 系。
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3）球铁的发展重点：
（1）铸态球铁、薄壁铸件； （2）高强度高韧性球铁； （3）大断面球铁； （4）特种球铁——A-BQT、A体QT、
低温F体QT； （5）球铁质量的检测手段。
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§2 球墨铸铁的生产工艺过程 和质量评估标准
9
1.球铁生产工艺过程
砂处理 造型制芯
国际标准 QT350-22
其余和中国 国标相同
FIAT 45-33-15 60-38-10 65-48-05 90-52-05
美国标准 60-40-18 65-45-12 80-55-06 100-70-03 120-90-02
*1PSi=0.70 kg/mm2
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4.球铁的生产现状和发展方向
1）目前球铁发展的方向主要着重于推广现有 牌号和提高铸件的全面质量，实现优质生 产。如材质、工艺、内在质量、表面质量 等。
高强度高韧性球墨铸铁的 质量评估和生产工艺控制
清华大学 芮争家
1
§1 概述
1.球墨铸铁的特点 1947年，英国人H.Morrogh在实验室内采
用Ce处理铁液，得到球状石墨，并于1948年 在美国铸造工程师协会上宣布，成为球铁的发 明者。上世纪50年代初期，我国王遵明教授在 东北应用球铁获得成功。球铁历经半个多世纪 的发展，取得迅速的应用和推广。
球化处理包（堤坝式）包内的高度与内 径之比值应大于1.5（高于一般铁水包）。
球化处理铁水温度为1460～1500℃（出 铁温度用热电偶快速测温仪测定）。
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球化剂和覆盖物的加入顺序如图所示
球化处理包和包内的球化 剂、覆盖剂、覆盖物如图 所示。在处理包内背向铁 水的堤坝一侧，先放球化 剂，其上放75硅铁，再放 覆盖剂，然后再依次加铁 屑和铁板覆盖。需要注意 的是，球化剂和各种覆盖 物都要适度撞紧。
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1）球铁的根本性特点：
（1）石墨形状的改变（从片→球状），使石墨 对基体的割裂作用减到最小，从而根本上改 变了铸铁的性能水平；
（2）可以发挥基体的作用来达到性能要求： ①通过热处理调节； ②铸态下获得。
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2）球墨铸铁的作用和地位
球铁的发明是铸造业的一次革命。
（1）大大提高了石墨铸铁的性能——
σb、 σs、δ、ak等； （2）使机械、汽车、冶金、矿业、造船等行
性能特点 强韧结合
应用：齿轮、叶轮、螺 栓等
4）其他类型
A体QT（阀门、电力金具）、A+B、B（齿轮、凸轮 轴）、M、M+A、M+P+Cm（耐磨件、磨球）等
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3.球铁的牌号
国家标准 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2
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2）孕育处理
球化处理后，包内铁水降温70~100℃。 此时可从炉内放出剩余的1/3高温铁水，以适 当提高铁水的整体温度。同时，与铁水一起， 加入一次孕育剂（一般为75Si-Fe）进行孕育 处理。
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3）炉前检测
处理好的铁水还须经过2～3次扒渣，再用 覆盖剂盖住全部液面，然后就可浇注铸件。为 避免球化衰退，应力求快速浇注，一般浇注时 间应小于10～15分钟。
业的产品结构发生了很大的变化；
（3）一般预测目前及今后几十年在铸造材质
上无大的变革。
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2.球铁的主要种类和应用
1）珠光体球铁
典型牌号 （QT700-2）
性能特点 强度为主
应用：曲轴、连杆等
2）铁素体球铁
典型牌号 （QT450-10）
性能特点 韧性为主
应用：汽拖底盘零件、 铸管等
3）混合基体球铁
典型牌号 （QT500-7）
合箱
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配料 熔炼 球化处理 孕育处理
热处理
*
浇注 落砂清理
检验
机加工
成品
* 炉前检测
三角试样 化学成分取样 Y型试块
*化学分析
附体试样 金相组织标准 力学性能
*讨论：重点工艺：球化处理、孕育处理、炉前检测与金相理化检测。
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1）球化处理
以包内冲入法为例。球化剂为目前国内 普遍采用的稀土镁硅铁合金。
与此同时，进行炉前球化检测、化学成分 取样等。
检测力学性能的楔型试块须在浇完最后一 箱铸件后再浇注。
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常用的炉前球化检测方法有两种： （1）炉前三角试样检验； （2）炉前快速金相检验。
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炉前三角试样的检测
若球化良好，则主要有以下特征：
①断口呈银白色； ②边缘有缩凹，中心有缩松； ③遇水有H2S气味。
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2.球铁材质的质量评估与控制指标
1）石墨：G球化级别 1~6级； G大小级别 3~8级。
2）基体（1）P体和F体各占的比例； （2）Cm和磷共晶。限制<1~3%。
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3）力学性能：σb、 σs、δ、HB、ak等； 如有需要，还可检测σ-1、低温ak等。
4）其他性能：耐热性、耐磨性、导电性、 导磁性等。
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球化分级图（100×） 共分为六级
图1 1级
本图为1级球化： 石墨呈球状，少量团状， 允许极少量团絮状，球化 率不低于95％。
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图2 2级
本图为2级球化： 石墨大部分呈球状，余为团 状和极少量团絮状，球化率 90％到小于95％。
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图3 3级
本图为3级球化： 石墨大部分呈团状和球状，余 为团絮状，允许极少量蠕虫状， 球化率80％到小于90％。
图6 6级
本图为6级球化： 石墨呈聚集分布的蠕虫状和片 状及球状、团状、团絮状。
一般认为4～6级为球化不 良，属于不合格球化。
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再看球墨铸铁的基体组织。 本图为基体组织以铁素体为主的 球铁。铁素体约占90％左右。相 对应的球铁铸件牌号为QT400-15 或QT450-10。