球墨铸铁(汉代)
球墨铸铁板材料-概述说明以及解释
球墨铸铁板材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述球墨铸铁板材料，简称球铁板，是一种高强度、耐磨、耐腐蚀的铸铁材料。
其独特的球状石墨微观结构使其具有优异的性能特点，广泛应用于工程领域。
球铁板具备良好的可塑性、韧性和耐磨性，能够满足不同工作环境的要求。
球墨铸铁板由于具备球状石墨的均匀分布结构，使得它在拉伸、压缩等力学性能上表现出色。
相比于一般的灰铸铁板材料，球铁板能够承受更高的载荷和更强的冲击力，具备更好的抗疲劳能力。
这使得球铁板成为一种在工程结构中广泛应用的优质材料。
同时，球铁板还具有优异的耐腐蚀性能。
球状石墨在铸造过程中的形成，能够有效减少缝隙、孔洞等缺陷，从而降低材料的腐蚀敏感性。
它在恶劣环境中的抗腐蚀能力超过了其他各类铸铁材料，可以长时间保持良好的使用状态。
此外，球墨铸铁板的生产工艺成熟且经济高效。
球铁板的生产过程中，利用镁处理剂将铸铁中的碳球化，形成球状石墨结构。
这一工艺不仅使材料性能得到了改善，还能够大幅度提高生产效率，降低生产成本，满足市场需求。
球墨铸铁板的应用领域广泛多样。
它被广泛应用于汽车制造、机械工业、建筑工程等领域。
在汽车制造中，球铁板常用于发动机铸件、底盘部件等重要组成部分，以提高汽车的安全性和可靠性。
在机械工业中，球铁板常被用于制造齿轮、曲轴等高强度零部件，为机械设备的正常运行起到关键作用。
在建筑工程中，球铁板可用于制造桥梁支座、阀门等被要求具备高强度和耐久性的构件，以确保建筑物的牢固和安全。
总之，球墨铸铁板材料由于其卓越的性能优势，在工程领域得到了广泛应用。
其具备的高强度、耐磨、耐腐蚀等特点，使其成为众多行业的首选材料。
随着科学技术的不断进步和应用范围的扩大，球铁板材料的发展前景将更加广阔，有着充满希望的未来。
1.2文章结构文章结构的安排是为了使读者更好地理解和吸收文章内容。
在本篇文章中，我们将采用以下结构来组织和展示关于球墨铸铁板材料的相关信息。
首先，我们将在引言部分简要介绍球墨铸铁板材料的概况和背景。
球墨铸铁特性及其应用
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
3、石墨大小 石墨球大小分级(GB9441-1988)
级别
石墨直径（100×） mm
3级 >25－50
讨论
薄壁铸态球墨铸铁
在欧美发达国家的阀门铸造 工艺中，日趋使用薄壁铸件， 可以节约资源。
薄壁铸态球墨铸铁件是壁厚 仅为几毫米的铸件。由于薄 壁，共晶凝固时冷却速度极 快，所以抑制白口组织的出现 成为首要问题。
白口临界球数(个/平方毫米)
700 600 500 400 300 200 100
0 0 1 2 5 10 15 20 25 冷却速度R（摄氏度/秒）
4级 >12-25
5级 >6-12
6级 >3-6
7级
8级
>1.5-3 ≤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。
球墨铸铁可性能。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。
球墨铸铁
三、G球形成的条件及立体外貌
1、 G球形成的条件 一是铁液在凝固时必须有较大的过冷度ΔT； 二是必须使铁液和石墨之间具有较大的界面张力，也就 是使铁液中的杂质（表面活性元素如S、O等）含量足够低; 三是铁液中还必须有一定的球化元素残留量； 四是要有良好的石墨成核条件，即良好的石墨化孕育。 只要满足上上几个条件，就能生产出球墨铸铁。 2、球化处理(孕育)的机理: 在铁液中加入球化剂，使铁液中的表面活性物质硫和氧 降低，铁液中石墨的界面张力增大，同时使铁液过冷度加大， 以促使球状石墨的形成。球化处理后再进行炉前孕育处理， 使石墨的成核条件得以改善，从而获得量大、形小、外形圆 整、成分均匀的球状石墨铸铁。
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。
片状石墨
球状石墨
四、球状石墨的生长
1、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
2、石墨球的生长方式
螺旋生长
3、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。这些条件的实质在于改变石墨结晶的冷却状况。
§3.3.4 球墨铸铁的化学成分及熔制工艺
球墨铸铁的金相组织、性能特点、 牌号及技术要求
球墨铸铁的金相组织： • G+F体、G+P体、G+ F体+ P体等，而且直 接决定着球墨铸铁的力学性能。
球墨铸铁生产工艺
球墨铸铁生产工艺球墨铸铁是指在铸造过程中，通过球化处理，将铸铁中的石墨形态改变为球状，以提高材料的力学性能和耐磨性能。
球墨铸铁是目前应用广泛的一种铸铁材料，具有优异的力学性能和耐磨性能，被广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。
球墨铸铁的生产工艺主要包括原料选用、融化处理、球化处理、铸造和热处理等几个步骤。
首先，原料的选用对球墨铸铁的性能影响很大。
一般来说，球墨铸铁的主要原料是生铁、废钢和添加剂。
生铁是球墨铸铁的主要原料，其主要成分包括铁、碳、硅、锰等元素。
废钢作为辅料加入到生铁中，不仅能节约成本，还能提供一定数量的硫和氧来参与合金的生成。
添加剂是为了调节球墨铸铁的成分，主要包括球墨化剂、锰铁和硫铁等。
其次，融化处理是球墨铸铁生产的重要过程。
融化处理是将原料进行熔炼，使其达到所需的成分和温度，以便进行球化处理。
融化处理主要通过高炉、电炉等设备进行。
在融化处理中，需要掌握合适的熔炼温度和时间，以保证合金的成分和均匀性。
然后，球化处理是球墨铸铁生产的关键步骤。
球化处理是指在融化状态下，通过加入球墨化剂或球化剂，使石墨形态发生变化，从而获得球状石墨的铸铁材料。
球化处理一般在融化处理结束后进行，其中球墨化剂的添加量、球化剂的种类和比例等因素都会影响球墨铸铁的质量。
接下来，铸造是球墨铸铁生产过程中的关键环节。
铸造是将融化处理后的铁液倒入模具中，使其冷却凝固，形成最终的球墨铸铁产品。
铸造的质量关系到产品的外观和尺寸精度，需要控制铁液的温度、浇注速度和模具设计等因素。
最后，热处理是球墨铸铁生产过程中的最后一个步骤。
热处理主要是通过加热和冷却等工艺，改变球墨铸铁的组织和性能，提高其机械性能和耐磨性能。
常用的热处理方法包括正火、退火、淬火等。
综上所述，球墨铸铁的生产工艺包括原料选用、融化处理、球化处理、铸造和热处理等几个步骤。
良好的生产工艺能够保证球墨铸铁的质量和性能，提高产品的竞争力和市场份额。
随着技术的进步，球墨铸铁的生产工艺将更加精细化和自动化。
汉代高超的钢铁冶铸技术
新 阶段 。它可 以使 社 会 得 到大 量 廉价 的熟 铁 和 钢 ， 对 于生产 工具 的 改进 ， 着 重 要作 用 。河南 南 阳出 起 土 的一把 铁刀 ， 刀身有 一 道平行 于刃部 的锻 接痕迹 ， 刃 部就 是用 高 质 量 炒 钢煅 接 而 成 的。欧 洲 是 在 １ ８ 世 纪 中叶才开 始运 用炒钢 技 术 ， 比我 国落后 了 １ ｏ ８ｏ 年 。炒 钢再经 锻打 ， 的成分就会 更均 匀 ， 织更 密 钢 组 致， 强度 更高 。这种 以炒 钢为原料 的“ 百炼钢 ” 比前 ， 述“ 百炼 钢” 序 简化 ， 动量 减 少 ， 品质 量 更好 。 工 劳 产 １７ ９ ８年江 苏徐州 铜 山县驼龙 山汉墓 出土 的一 把 “ 五 十炼 ” 剑 ， 是用 炒钢做 原料 制作 的百炼 钢件 。这 钢 就 是 高级 阶段 的百炼 钢 。 但 是 ， 钢时 ， 炒 如果火 候掌握 不好 ， 炒过 了火 ， 钢 的含碳 量就会偏 低 ， 炒钢 便炒成 了熟铁 。后 来 ， 工匠 们 发现 ， 加人 生铁 ， 即可 弥补这 一缺 陷 。这 就 引发一 种新 的炼 钢 技 术 一 灌 钢 法 。从 现 代 冶 金 原 理 分 析， 这种 技术 ， 就是 利 用 生 铁 含碳 量 高 ， 铁 含碳 量 熟 低 的特 点 ， 熔化 的生铁 灌入 熟铁 液 中去 ， 将 使成 碳含 量 合乎 要求 的钢 。 当然 ， 中国 当时 在 冶炼 规模 和技术 规 范 上还 有 许 多不 足之 处 ， 与现代 钢铁业 不可 同 日而语 。 ３ 单 孔小 口叠铸 技术 所 谓叠 铸 ， 是 将 多 层 铸 范 叠 合 起 来 ， 配 成 就 装 套， 一次 就 能铸造 几个 ， 十几个 甚 至上百个 铸件 。叠 铸技术 早在 战 国时 期 已经发 明 。到汉 代 ， 铸 技术 叠 较过 去有 了很大 进步 ， 由原来 多孔 改为单 孔 。这样 ， 冶铸 效 率更 高 ， 量更 好 ， 料 更省 ， 本 更低 。河 质 材 成 南温 县发掘 的一 座汉代 烘 范窑 ， 约 ９ｍｚ 在 的长方 型 窑里 ， 发现 五百 多套 叠 铸 范 ， 些 范 ， 这 大部 分 仍 保存 完好 ， 的总浇 口只有 ８ ０ｒｍ； 范 ～１ ａ 范与 范 之 问 的分 浇 口则 只有 １ ３ｍｍ； 的结 构 十分 严 谨 ， 腔 轮 ～ 范 范 廊清 晰 ， 每层之 问合 拢 严 密 ， 证 了 产 品 的规 格化 ， 保 连仅 ３ｍｍ 的薄壁 铸件也 能铸 造 。可见汉 代 叠铸 工 艺 已经相 当细致 了。 追溯 世界冶 金史 ， 在西 方 ， 地 中海东岸 及两河 如 流域 上游 一些地 区 ， 开始 冶铁 的时间 比中国早 ， 中 但 国古 代 的钢铁 冶铸技 术 ， 长期 处于 领先 的地位 ， 却 这 是什么原因呢？我们认为， 中国古代的钢铁冶铸技 术， 之所 以领先 于世 界 ， 几个方 面 的原 因 ： 有 首先 ， 我 国商 周时 期青 铜冶 铸 业 高度 发 达 ， 成 了 一整 套 冶 形 铸 工艺传 统 ， 我 国早 期 的钢铁 冶 铸 业 有 多方 面 的 使 技术 借鉴 ； 其次 ， 国在世 界上最 早采 用高 炉冶炼 钢 我
球墨铸铁简介介绍
研究高效熔炼和浇注技术，缩短生产周期，降低能源消耗 和成本。例如，采用电炉熔炼、感应炉加热等先进技术， 提高熔炼效率和质量。
循环利用与废品再利用
加强废品回收和再利用，提高资源利用效率，降低生产成 本。例如，将废品进行破碎、熔炼后重新用于生产。
环保与可持续发展
减少污染排放
采取有效措施减少生产过程中的 废气、废水和固体废弃物的排放 ，降低对环境的影响。例如，采 用环保涂料和除尘设备等减少废
性质
具有高强度、高韧性、耐磨性等 优良性能，同时具有良好的可加 工性和耐腐蚀性。
球墨铸铁的历史与发展
历史
球墨铸铁最早由美国人发明，于19 世纪80年代问世。
发展
随着铸造技术的进步和新型材料的出 现，球墨铸铁的应用领域不断扩大。
球墨铸铁的生产过程
处理
对原材料进行质量 检验、合金化处理 、熔炼等步骤。
耐磨性
良好的耐磨性
球墨铸铁具有较好的耐磨性，能够在摩擦磨损条件下长期使 用。
磨损率低
球墨铸铁的磨损率较低，能够减少零件的磨损和更换频率。
耐腐蚀性
良好的耐腐蚀性
球墨铸铁具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗常见的化学腐蚀。
在腐蚀环境下长期使用
球墨铸铁可以在腐蚀环境下长期使用，适用于各种恶劣环境。
03
球墨铸铁的应用领域
后处理工艺与设备
后处理工艺
包括热处理、切割、打磨等工序，以进一步提高产品 的力学性能和外观质量。
后处理设备
包括热处理炉、切割机、磨床等设备，其中热处理炉 需具备温度控制精度高、炉内温度均匀等特点。
05
球墨铸铁的未来发展趋势 与挑战
新材料与新工艺的研究与应用
01
07第七章节铸铁新
在我国的传统文化观念中，一直
把牛视作力大无穷、刻苦耐劳、 身负重任、甘于奉献的化身。我 们的祖先在铸造8尊黄河大铁牛 时，肯定是有明确象征意义的， 应该是象征着一种 开天辟地、坚忍不拔 的民族精神！
球墨铸铁（汉代）
可锻铸铁（东汉）
不断的考古新发现，有力地证明了历史上中国冶铁技术成熟 而趋于完备，远远领先于世界各国。 白心（珠光体基）和黑心（铁素体基）可锻铸铁比西方早近 2000年，白心可铁法国人在1722年发明，又成为欧洲式可锻铸铁。 黑心可铁美国人在1826年发明，又称美国式可锻铸铁。 尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的约2000年前西汉铁钁具 有球状石墨的组织。现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接 获得铸态球状石墨的。这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。 它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。但中国的铸造匠师早 在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。 由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家， 而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
铁 牛 、 铁 人
1989年，在山西省永济市挖掘出土了蒲津渡遗址，同时出土 的还有震惊中外的唐开元年间铸造的四尊铁牛、铁人以及七 星铁柱、铁山等文物。出土文物中的大铁牛是唐开元年间黄 河蒲津渡铁浮桥东岸的“固地锚”。著名桥梁学家唐寰澄盛 赞它是中国古代实用技术与雕塑艺术有机结合的典范，是世 界桥梁史上无双的国宝。
常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。
硅 钙
球墨铸铁的显微组织
铁 素 体 球 墨 铸 铁 珠 光 体 球 墨 铸 铁
铁 素 体 加 珠 光 体 球 墨 铸 铁
球 墨 铸 铁 中 的 石 墨 球
2、性能与热处理
强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强 比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁 可进行各 种热处理, 如退火、正
球墨铸铁简介及用途
球墨铸铁简介及应用球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。
所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。
简介生铁是含碳量大于2%的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%--4%，并含C、SI、Mn、S、P等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。
根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
吉龙模具钢材析出的石墨呈球形的铸铁。
球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，抗拉强度可达120kgf/mm2，并且具有良好的韧性。
球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.6～3.8%，含硅量2.0～3.0%，含锰、磷、硫总量不超过1.5%和适量的稀土、镁等球化剂。
成分表目前市面上球墨铸铁光谱标准样品成分如下：国内历史在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁䦆，经过金相检验，具有放射状的球状石墨，球墨铸铁球化率相当于现代标准一级水平。
而现代的球墨铸铁则是迟至1947年才在国外研制成功的。
我国古代的铸铁，在一个相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国铁器中的球状石墨，就已由低硅的生铁铸件经柔化退火的方法得到。
这是我国古代铸铁技术的重大成就，也是世界冶金史上的奇迹。
球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到广泛应用。
国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。
西方某些学者甚至声称，没有现代科技手段，发明球墨铸铁是不可想象的。
1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量的数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。
球墨铸铁概述介绍课件
04
浇注控制：控 制浇注速度， 保证球墨铸铁 的成型质量
球墨铸铁的质量控 制
化学成分的控制
碳含量：控制碳含量在2 硅含量：控制硅含量在0 锰含量：控制锰含量在0 磷含量：控制磷含量在0 硫含量：控制硫含量在0 稀土含量：控制稀土含量在0
球化处理工艺的控制
01
球化剂的选择： 选择合适的球化 剂，保证球化效
果
02
球化处理温度： 控制球化处理温 度，保证球化效
果
03
球化处理时间： 控制球化处理时 间，保证球化效
果
04
球化处理搅拌： 控制球化处理搅 拌，保证球化效
果
05
球化处理后处理： 控制球化处理后 处理，保证球化
效果
06
球化处理质量检 测：控制球化处 理质量检测，保
证球化效果
铸件质量的检测与控制
原材料质量控制： 选择优质原材料， 确保化学成分和物 理性能符合要求
冲天炉：适用于中小型球墨铸铁生产，具有 生产效率高、能耗低、环保性能好等优点。
熔炼炉：适用于大型球墨铸铁生产，具有生 产效率高、能耗低、环保性能好等优点。
熔炼工艺的控制
温度控制：严 格控制熔炼温 度，确保球墨 铸铁的质量
01
脱氧控制：采用 合适的脱氧方法， 防止氧化物对球 墨铸铁的影响
03
02
成分控制：精 确控制合金成 分，保证球墨 铸铁的性能
球墨铸铁的生产工艺和技术不断创新，提高了产品质量 和生产效率，降低了生产成本，增强了市场竞争力。
谢谢
冲击性能。
耐磨损：球墨铸铁
3
的耐磨性优于灰口
铸铁，适用于耐磨
损的部件。
耐腐蚀：球墨铸铁
4
第三章球墨铸铁
第二节 球墨铸铁的生产
㈡球化处理
1、球化及反球化元素
球化元素：Mg,Ce,La,Ca,Y等。常用Mg、Ce、Y。 反球化元素：Al,Ti,Pb,As等。球化的目的是为了抵消反球化元素
的作用。 球化元素的球化能力和所要求的条件 类 别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 球化 球化元素 能力 强 镁、钙、铈、镧系、钇 中 弱 锶、钠、钡、锂、钾、钍、铯 锌、镉、锡、铝
Teaching Materials/Yuandong Li
3
第一节 球墨铸铁的组织、性能特点及应用
一、球墨铸铁的发展 国际上创始于20世纪40年代,1947年美国人 H.Norrogh发现, 在过共晶的灰铸铁铁液中,加入铈和其它稀土元素,并以SiMn-Zr合金孕育, 如果此时铁中的铈含量在0.02%以上时,则 其中的石墨呈球状. 1949年美国人A.B.Gagnebin研究在铁液中加入镁,随后用硅 铁孕育,如果镁残留量在0.04%以上时可得到球状石墨,从此 球墨铸铁进入了大规模工业化生产. 我国的发展,一阶段:50-58年,镁球墨铸铁时期; 二阶段:59-64年,稀土镁球墨铸铁试验成功, 围绕 高硫生铁制作球墨铸铁和适合我国生产条件的新球化剂; 三阶段:65-今,稀土镁球墨铸铁的推广应用. 到目前为止,世界产量为400万吨,国内250万吨。
Teaching Materials/Yuandong Li 6
第二节 球墨铸铁的生产
二、球墨铸铁的熔炼及炉前处理技术
球墨铸铁的力学性能是以石墨球化状况良好为前提的，衡 量石墨球化状况的标准是球化率、石墨球径和石墨球的圆 整度。石墨球化率越高、石墨越圆整、石墨细小表明球化 处理的效果越好。 ㈠对熔炼的要求 总要求:高温、低硫、低磷、低杂质（反球化元素） 1、高温出炉，球化、孕育处理时降温幅度大，达到50100℃，要求>1450-1470℃。球化、孕育时带入大量的 Si，原铁液低硅：小于1.2-1.4%。（国外1500 ℃以上） 2、低硫，采用双联并中间配以脱硫措施。 3、原材料，采用低硫、磷的材料，尽可能少的含反球化元 素，以及来源和成分稳定。
汉代高超的钢铁冶铸技术
汉代高超的钢铁冶铸技术摘要:汉代是我国古代钢铁冶铸技术发展史上的一个主要时期。
这一时期,令人瞩目的钢铁治铸技术主要有:球墨铸铁技术、炒钢、灌钢和单孔小口叠铸技术。
关键词汉代钢铁冶铸球墨铸铁炒钢法灌钢法汉代,我国钢铁工匠在总结实践经验的基础上,对过去的一些生产技术作了改进,并且有多项技术发明,使我国古代钢铁冶铸业达到了一个新的高度,不仅对我国封建社会的农业、手工业、水利、交通以及人们的物质生活有着重要影响,而且在中外钢铁冶铸史上具有划时代的意义。
这时期,令人瞩目的钢铁冶铸技术介绍如下。
1 球墨铸铁技术钢与铁都是纯铁与碳的合金。
冶金学上,一般把含碳量小于0.5%的合金称为熟铁,含碳量在0.5%~2%之间的称为钢,含碳量大于2%的称为生铁,生铁又称铸铁。
它是在1150~1300℃的温度下冶炼而得,出炉时呈液态,可以浇铸成型,其质脆硬,夹物较少。
生铁经高温退火后,可得到一种高强度展性铸铁(称可锻铸铁)。
这一技术,中国在两千年前的东周时期已经掌握,而对于西方国家,则是1722年以后的事情。
可锻铸铁中,有一种性能优良,甚至可以代替铸钢的球墨铸铁。
现代冶炼球墨铸铁技术是在1948年左右发明的。
但是,令人惊诧的是,我国考古工作者在河南铁生沟汉代冶铁遗址中出土的铁镬,以及在河南渑池出土的汉魏时期的铁斧,经权威部门化验,证明其中有十分良好的球状石墨,有明显的石墨核心和放射性结构,与现代球墨铸铁国家标准相当。
可见,我国早在汉代已经在制造球墨铸铁了。
汉代球墨铸铁的生产是世界冶金史上的一大奇迹,是我国古代钢铁冶铸史上一项重大发明。
2 炒钢、灌钢技术钢毕竟比铁具有更多的优越性。
因而,古代工匠总在想方设法把铁制造成钢。
最初的时候,工匠们在800~1000℃较低温度下,用木炭还原铁矿石,得到一种含杂物较多,呈海绵状的块炼铁。
因为块炼铁含碳量低,相当软,只能锻,不能铸,因此不是理想的造器材料。
铁匠们以块炼铁为原料,对它反复加热,折叠锻打,挤出杂物,并在与碳火接触中使之增碳变硬,就成了块炼钢,这是最原始的钢。
球墨铸铁
球化理论在普通的铸铁中，石墨往往是呈片状的,这是由于石墨的六方晶体结构的异向性决定的。
专家认为只要在液相中排除或减少表面活性元素（氧、硫等)的干扰, 使石墨得以真正地自由长大,石墨就能长成球状。
在石墨球化理论研究方面，曾经提出的理论和模型主要有以下八种：碳化铁快速分解理论，过饱和奥氏体理论，气泡学理论，硫化物等石墨球核心说理论，过冷学理论，吸附理论，表面能理论，位错学理论等。
碳化铁快速分解理论的主要观点是首先以碳化物凝固，然后碳化物分解析出石墨；过饱和奥氏体理论主要观点为石墨直接从铁液中析出，然后被奥氏体所包围．碳通过奥氏体扩散长大成球状；气泡学理论是在镁蒸汽微小的气泡内碳原子向内扩散成球状核心，再沿此核心长大成球状，不过该理论后来被予以否定；硫化物等石墨球核心说理论的主要观点是通过电子显微镜直接观测到石墨核心物质，这些物质有硫化物、氧化物、Mg—Si化合物等，从而主张液态的此类微小物质为球状石墨核心，目前看来硫化物等核心说是被认可的石墨球化形核学说，但它仍然无法回答石墨如何长大成球状的问题；过冷学理论的主要观点是在石墨生长过程中由于加入镁等元素使得石墨在过冷状态下长大成球状而非片状；吸附理论主要观点是由于镁吸附在石墨上，使石墨表面张力得以有效地提高从而成为球状；表面能理论主要观点为铁液里加入的镁等球化元素使硫的活度下降，石墨和铁液的表面能变大，两者的界面面积缩小而成球状；位错学理论和模型主要观点为球状石墨是沿着螺旋位错长大成球状的。
虽然目前为止，对于石墨球化理论还没有一个准确的定论。
不过许多专家学者综合以前有关球化理论并结合他们的研究成果认为：球墨铸铁液相中的镁、铈等元素的硫化物形成石墨核心，在长大过程中形成球状，在共晶凝固开始时石墨被奥氏体所包围，碳元素通过奥氏体固相扩散而长大。
虽然对石墨球化机理的认识至今还很不一致，但是如果把这些理论归纳起来可以看出石墨球化的本质在于石墨与铁液界面能的变化。
球-墨-铸-铁
（a）铁素体基体
（b）珠光体基体 （c）铁素体+珠光体基体 图7-4 球墨铸铁的显微组织
（d）下贝氏体基体
各种球墨铸铁的牌号、基体组织及力学性能如表7-3所示。牌号中的符号“QT” 是“球铁”二字汉语拼音的第一个字母，后面两组数字分别表示其最小抗拉强度值 （MPa）和延伸率值（%）。
牌号
QT400-18L QT400-18R QT400-15 QT450-10
3）调质
调质适用于要求良好综合力学性能的球墨铸铁。方法为将工件加热到 860～920℃，保温使基体变为奥氏体，油中淬火得到马氏体，经过550～ 600℃回火、空冷，得到回火索氏体。
4）等温淬火
等温淬火适用于外形复杂，热处理易变形、开裂，而综合力学性能要求又高的铸件，如齿轮、 滚动轴承套圈、凸轮轴等。方法为将零件加热至860～900℃，保温后放入250～300℃的盐浴中， 30～90 min后取出空冷，可得到下贝氏体加石墨组织。
制造需承受冲击、振动的零 件，如汽车拖拉机轮毂、农机 具零件、中低压阀门等
牌号
QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
主要基体组织
铁素体 珠光体 珠光体 铁素体
珠光体 珠光体或索氏体
表7-3（续）
Rm/ MPa
Rp0.2/ MPa
≥
A5/%
500
320
7
600
370
3
700
420
表7-3 球墨铸铁的牌号、基体组织、力学性能及用途（摘自GB/T 1348-2009）
主要基体组织
铁素体 铁素体 铁素体 铁素体
Rm/ MPa
Rp0.2/ MPa
≥
400
秦汉时期冶铁技术的发展
秦汉时期冶铁技术的发展(总4页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--秦汉时期冶铁技术的发展秦汉冶铁业的发展秦所采取的政治经济措施，促进了冶铁业的发展，有利于钢铁技术的进步。
始皇陵侧出土的秦代大型铁铧长达三百毫米，重十余斤。
近年来河北围场县等地也先后出土秦代铁权。
从战国时已用“铁杖”，“铁殳”作兵器看，《史记·张良传》记载夯土使用重一百二十斤的大铁椎，当非虚传。
汉代冶铁业较秦有更大发展。
西汉中期，武帝刘彻和桑弘羊等实行盐铁官营，全国设立了四十九处铁官，人力物力相对集中，推广先进技术。
西汉三大手工业中，冶铁业占着主导地位。
《汉书·贡禹传》说：当时“攻山取铜铁，一岁功十万人以上”。
实际上包括民间开采以及《盐铁论》所说“家人合会”这类小规模经营方式在内，参与冶炼铜铁的人数远不止此。
西汉末年和新莽时期以盗铸论罪的数以十万计，就是证明。
在广大群众实践的基础上，汉代出现了规模宏大的冶铁作坊。
以河南为例，解放以来，经过普查、发掘和据文献所载，可以确定有冶铁遗址的所在已有十八处，所占面积达数万平方米至十余万平方米。
其中，如巩县铁生沟、南阳瓦房庄、郑州古荥镇均经大规模科学发掘。
巩县铁生沟发现大量经破碎拣选的矿石和木炭、铁渣，炼炉遗址十八座和藏铁坑、大铁块多件。
南阳瓦房庄在三千平方米的发掘区域内，找到三个铸造区和一个炼钢锻造区，发现多个熔炉遗址，“人排”遗迹，大量铁范、泥范和各类铁器、耐火砖等。
郑州古荥镇1965 年、1975 年两次发掘，发现两座大型炼铁高炉遗址，大积铁多块，其中最重者达二十多吨，烘窑十余座和大量泥范、铁器、铁渣、鼓风管、矿石等。
温县西招贤村冶铁遗址在一座烘范窑内出土三百多套完整的叠铸泥范。
这些重大发现为研究汉代冶铁生产和冶铁技术提供了十分重要的资料。
炼铁技术在炼铁技术方面，以古荥冶铁遗址为例，一号高炉炉缸呈椭圆形，面积达平方米，炉高约5—6 米，炉容达到50 立方米左右，估计日产量有半吨到一吨，在当时技术条件下，这是相当可观的，也是世界上绝无仅有的。
浅谈汉代冶铁技术的发展
浅谈汉代冶铁技术的发展作者：张惠雯来源：《文物鉴定与鉴赏》2022年第22期摘要：汉代是自秦以后我国历史上又一个大一统时期，汉代的冶铁技术在400多年的时间里取得了令世界瞩目的成就，在冶炼设备和冶铸工艺方面都有重大进步。
文章通过对已经发表的考古和文献资料进行分析整理，对汉代冶铁技术的进步与发展情况做了简单的总结。
关键词：汉代；冶铁技术；炒钢；大鼓铸DOI：10.20005/ki.issn.1674-8697.2022.22.041汉代对冶铁高炉的改进，使炉体容积进一步增大的同时提升冶炼温度，得到杂质更少的液态铁，使生铁产量和质量进一步提升，促进了铁制品向普通家庭的普及。
改进了退火炉，从而控制退火过程，得到性能多样的铁制品，铁制品的应用范围更广。
炒钢是一种二次处理技术，通过不断搅动半固体状的生铁，使其中的碳充分地和空气接触，从而降低碳含量，得到不同含碳量的铁制品，如果控制得好，还可以得到中碳钢或低碳钢，实现工具材料性能的重大变革。
1 冶铁技术的前期发展有关铁器的起源与传播问题，目前并没有定论。
由于早期铁器出土较少，且没有发现相关的冶炼遗址或是矿渣、陶范等证据，我国冶铁技术的来源问题一直是一个困扰学术界多年的难题。
考古学界一般认为，我国冶铁技术的发展是从块炼铁时期开始。
所谓块炼铁，是由于早期冶铁技术较差，炉温达不到铁融化的温度，从而无法实现液态铁的冶炼，只能得到海绵状的半固体或固体铁。
这种铁的含碳量在5%以内，内部含有较多杂质，组织十分酥松，需要人工热锻去除杂质才能达到使用标准。
块炼铁是人参与冶铁过程的开始，人类将铁从铁矿石中提炼出并铸造成工具和器物，这个过程所蕴含的智慧是使用天然陨铁所不能比拟的。
陨铁时期是人类与铁金属接触的启蒙期，人们开始认识铁的性能。
这段时间的铺垫对人类开始主动冶铁生产非常关键，对于探究冶铁技术的起源至关重要。
基于陨铁对人类冶铁技术发展的重要性，本文也将对其稍加叙述。
我国考古出土的最早的铁制品是商代的陨铁制品。
球墨铸铁(汉代)
中国古代发明邓荫柯中国古代的炼铁和铁器技术意义极为重大，铁器是推动历史前进的巨大动力。
20世纪中国考古发现证明，中国在春秋晚期，铁器制作就极为繁荣兴盛，中国在炼铁技术上就开始独领风骚，竖式炼铁炉成了生铁冶炼的主要设备，到了战国末年，已经进入炼铁和铁器制造的黄金时代。
特别到了汉代，国家专营的冶铁作坊技艺精进，使生铁的以大量生产。
不断的考古新发现，有力地证明了历史上中国冶铁技术成熟而趋于完备，远远领先于世界各国。
白心（珠光体基）和黑心（铁素体）可锻铸铁比西方早近2000年，白心可铁法国人在1722年发明，又成为欧洲式可锻铸铁。
黑心可铁美国人在1826年发明，又称美国式可锻铸铁。
尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的西汉铁汉具有球状石墨的组织。
现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。
这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。
它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。
但中国的铸造匠师早在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。
由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家，而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
我国古代创造了三种炼钢方法。
第一种是从矿石中直接炼出自然钢。
用这种钢作的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；第二种是西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；第三种是南北朝时期生产的灌钢。
先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。
直到明朝之前的2000多年间，我国钢铁生产一直领先于世界各国。
春秋战国时期《周礼·考工记》中记载了钟鼎、斧斤等六类青铜器中的锡含量，称为“六齐(剂)”。
书中写道：“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐”。
这是世界上最古老的关于青铜合金成分的文字记载。
这表明我们的祖先已经认识到了青铜的性能与成分之间的密切关系。
第四章 球磨铸铁
2010
铸造合金及其熔炼
我国球墨铸铁技术的开发者——周行健 周行健，冶金学家与冶金材料学家。 他是我国开发电炉炼钢技术中率先进 行特殊钢和合金铸铁研究者和生产者 之一；与周仁等一起，倡导以铸代锻 ， 首先在我国进行球墨铸铁研究成功； 较早进行压力加工研究，并在上海创 建了国内第一个压力加工实验室；开 拓了金属物理性质和摩擦与润滑方面 的研究工作。他长期致力于科研组织 领导工作，恢复、发展和创建了三个 大型冶金科研机构。
2010
铸造合金及其熔炼
铬 Cr 铬用于 珠光体球墨铸铁 。在铸铁中铬的加入量为 WCr=0.3~0.5 ％时，即 可起到显著的稳定珠光体的作用。 锑 Sb 锑是强烈稳定珠光体 的元素，当在铸铁中加入WSb=0.003~0.004％左右 时，既能有效地起到提高球墨铸铁基体中珠光体百分率的作用。
2010
2010
铸造合金及其熔炼
2010
铸造合金及其熔炼
2010
铸造合金及其熔炼 2) 铁素体球墨铸铁的性能及应用 这种球墨铸铁由于基体主要是铁素体，其性能特点是塑性 和韧性较高。这种铸铁用于制造受力较大，而又能承受形变和 冲击的零件，大量用于制造汽车底盘零件，如后桥外壳等。此 外还大量用于制造球墨铸铁管。目前在一些工业发达的国家都 用 离 心 铸 造 方 法 大 量 生 产 球 墨 铸 铁 管 ( 长 度 6~8m ， 内 径 100~2500mm的十多种规格)，用于输送水或煤气。这种铸管能 经受比灰铸铁管高得多的管道压力，并能经受地基下沉以及地 震所造成的管道变形，因而具有高度的可靠性和经济性。
2010
铸造合金及其熔炼 球墨铸铁的抗拉强度和伸长率
2010
铸造合金及其熔炼
5)马氏体—奥氏体球墨铸铁 具有以马氏体和奥氏体为主要基体 组成的中锰球墨铸铁是我国在 60根代研制的一种抗磨铸铁材料， 它具有较调摄硬度和一定的抗磨料磨损的能力，而且成本低廉。 其硬度可达 HRC38~44 ，并具有一定的韧性，适用于制造球磨 机的磨球等。 6)奥氏体球墨铸铁 wNi：20~30％(或高Ni，Mn)的奥氏体球墨铸 铁具有良好的耐热性、耐腐蚀性，有些牌号的奥氏体球墨铸铁 还具有良好的低温韧性，因而这种球墨铸铁适用于特殊的工况 条件。
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中国古代发明邓荫柯
中国古代的炼铁和铁器技术意义极为重大，铁器是推动历史前进的巨大动力。
20世纪中国考古发现证明，中国在春秋晚期，铁器制作就极为繁荣兴盛，中国在炼铁技术上就开始独领风骚，竖式炼铁炉成了生铁冶炼的主要设备，到了战国末年，已经进入炼铁和铁器制造的黄金时代。
特别到了汉代，国家专营的冶铁作坊技艺精进，使生铁的以大量生产。
不断的考古新发现，有力地证明了历史上中国冶铁技术成熟而趋于完备，远远领先于世界各国。
白心（珠光体基）和黑心（铁素体）可锻铸铁比西方早近2000年，白心可铁法国人在1722年发明，又成为欧洲式可锻铸铁。
黑心可铁美国人在1826年发明，又称美国式可锻铸铁。
尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的西汉铁汉具有球状石墨的组织。
现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。
这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。
它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。
但中国的铸造匠师早在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。
由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家，而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
我国古代创造了三种炼钢方法。
第一种是从矿石中直接炼出自然钢。
用这种钢作的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；第二种是西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；第三种是南北朝时期生产的灌钢。
先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。
直到明朝之前的2000多年间，我国钢铁生产一直领先于世界各国。
春秋战国时期《周礼·考工记》中记载了钟鼎、斧斤等六类青铜器中的锡含量，称为“六齐(剂)”。
书中写道：“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐”。
这是世界上最古老的关于青铜合金成分的文字记载。
这表明我们的祖先已经认识到了青铜的性能与成分之间的密切关系。
春秋战国齐国官书《周礼·考工记》中，有世界上最早的合金配料规律——“六齐”的记载。
根据青铜中含锡量的高低而可将“六齐”分为上齐(少锡)和下齐(多锡)两段。
当含锡量增高到15—20%左右时，抗拉强度可达极大值；而含锡量增高到30%左右时，硬度最高。
钟鼎类铸件要求有足够强度而又需避免变形和脆硬．因此“六分其金而锡居一”乃为钟鼎之齐(台金)。
斧斤、戈戟、刀剑则要求既有一定强度又需一定硬度，故应逐步增高其含锡量。
根据近代研究，含锡量约30%(铜一锡半)为化合物，其硬度很高(400 HB)而强度适当(300 MPa)，谓之鉴(青铜镜)燧(利用阳光取火的凹镜)之齐，表面抛光之后十分光亮平整。
这种对硬度和强度要求不同的铸件，用含锡量高低分成6档，证明我国在2000多年以前对成分与性能之间的关系已经有着深刻的了解。
我国从公元前的6世纪开始使用铁器，并完成了由低温固态还原法(块炼法)向高温液态冶铁的过渡。
到战国中期，在农具和兵器等方面，铸铁逐渐代替了青铜。
为了满足生产力发展而对生铁工具的大量需要，便发明了金属型(古称铁范)铸造法。
1953年在河北省兴隆县出土的铁范共87件，就是战国时期用来铸造铁锄、铁镰、铁斧等工具、农具和车具的。
兴隆铁范是我国乃至世界最早发明和使
用的金属型。
金属型与泥型相比，具有快速冷却的特点而容易获得亚稳态白口铸铁的组织．铸件经过石墨化退火或脱碳退火就可以制成黑心可锻铸铁件动白心可锻铸铁件。
1957年和1975年分别在长沙出土的战国铁铲和在洛阳出土的空首铁镈，经金相分析鉴定，其石墨呈团絮状，前者是典型的黑心可锻铸铁，后者是白心可锻铸铁——它们便是利用当时的金属型铸造并经热处理退火后制造出来的。
尤其令人惊奇的是在河南巩县发现的西汉铁汉具有球状石墨的组织。
现代球墨铸铁是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。
这项技术于l947年由英国莫洛研制成功。
它大大提高了铸铁的机械性能和生产成本。
但中国的铸造匠师早在公元前1世纪就已经创造了类似现代球铁的铸件。
由此可见，中国不仅是最先发明和使用金属型铸造的国家，而且也是最先发明和掌握铸铁强韧化技术的国家。
可锻铸铁（东汉）
球墨铸铁（汉代）。