提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键
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[优质文档]球墨铸铁中石墨的球化率及球化级别球墨铸铁中石墨的球化率及球化级别球化率及球化级别按照 GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为 6 级。
首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5 个视场，以其中 3 个最差视场的多数对照级别图谱评定。
提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。
球化处理方法:采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。
采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达 50%以上，且可解决烟尘问题。
孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用 75 硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。
倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。
5 级球化和6 级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主， 5 级球化是蠕虫状石墨呈分散分布;6 级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。
两者主要区别如下:(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集;蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。
(2) 微观特征蠕虫状石墨分散分布时，其长宽比较小，呈短而粗的棒状，端部圆钝，常与团状共存。
4,5 条蠕虫状石墨丛集一处者，称为聚集分布，此时蠕虫状石墨弯曲、扭转的趋势增加。
观察三维形貌，聚集分布的几条蠕虫状石墨往往是同一蠕虫状石墨的不同分枝，这种结构，比表面积较大，分枝与分枝间的距离较近，有利于碳的扩散，故铸态或热处理后，聚集分布的蠕虫状石墨周围容易形成铁素体。
(3) 化学成分蠕虫状石墨聚集分布时，宏观化学成分中残留镁量和稀土量都较低，含硅量较高。
图号: 图号:光学放大倍数:100× 光学放大倍数:100×浸蚀剂:未侵蚀浸蚀剂:未侵蚀材料及状态:球墨铸铁材料及状态:球墨铸铁处理:铸态处理:铸态组织及说明:图中石墨大部分呈球状，余为团组织及说明:图中石墨呈球状，少数团状，球状和极少量团絮状，球化率为 90%,,95%，化率为?95%，球化级别为 1 级。
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！两个月前，老铁收到了一个老板的紧急求助。
车间夜班班组采用喂丝球化工艺生产铸件，结果同一炉次，6包次球化都不合格，铸件断口处总出现小黑点，一直以为是包芯线的问题，但由于其它炉次，用的都是同样参数，都没问题，所以也不敢贸然下定论。
问老铁有没有什么可靠的方法，检测一下包芯线中Mg含量、MgO含量，重新调整一下参数。
经过近1个小时沟通，老铁了解到，该工厂并非偶尔一次出现这样的情况，平日生产过程中，球化不良、球化衰退的现象经常出现，甚至跟生产同类型铸件、同规模的铸造厂比，该工厂铸件缺陷率高出约10%。
让老板更着急的是，每一次出了缺陷后，都得各种检测，超声波、金相、球化剂......但每次问题都不一样，每一次缺陷，都要周而复始折腾一遍。
铸件成本高了不说，光是耽误的时间和工期够让人上火的。
不知道喝了多少酒、陪了多少笑脸才接下的订单，结果总是因为不知道哪块的小差错，结果厂子也没挣上钱，工人也没挣上钱。
听了老板描述的具体操作方法，老铁一时间也找不出问题所在。
于是赠予了老板一份关于球化操作方法与细节的资料一份，结果就在20多天前，老板找到我说：缺陷率降了很多，现在已经可以达到常规水准，还给老铁发了红包表示感谢。
跟老板一起做了次复盘，发现之前球化做不好的问题，主要有这2点。
1、基础知识不扎实。
铸造厂原辅材料使用多元，成分复杂，工人对其原理基础薄弱，再加上检测不到位，原料与球化剂中的成分常常发生反应，造成铸件缺陷。
2、操作参数不懂应变。
如何根据壁件薄厚选用相应球化剂，不同材质铸件怎么选球化方法，以及具体的球化方法中温度、时间、镁含量等怎么控制，不会差异化操作。
而这份资料，不但从金相上解释了球铁中基体组织、检测图谱等相关的基础知识，还把目前市面上常见的三明治球化法、三明治加盖球化法及喂丝球化法的应用范围、优劣势及详细操作方法及参数均做了详细说明，对于工人基础薄弱的铸造厂，具有非常明确的指导意义。
关于球墨铸铁球化处理工艺的探讨 高才炜
3.1原、辅材料选择
球磨铸铁对于原材料的选择过程中，熔炼高韧性球墨铸铁的主要材料是废钢（低碳钢）、增碳剂、硅铁、回炉料、球化剂、孕育剂等。原材料应无油、无锈、低锰、低硫、成分明确。
3.2熔炼操作
接下来的熔炼操作需要按比例称料，然后按顺序向中频电炉内加料，加料顺序为：回炉料→废钢→增碳剂→硅铁→回炉料→废钢。送电开始熔炼。全部炉料添加完毕，升温至1480～1500℃，增碳时间5～10min，扒渣取样进行光谱分析。若成分符合原铁液成分要求，调至1430～1470℃的工艺温度，开始出铁球化处理。若成分不满足要求，按比例调整成分，取样化验，直至满足要求为止，升温至工艺要求的球化温度出铁。
2.2冲入法
儿冲入法是在我国当前的工业技术中最广泛的球化处理方法，通常是使用堤坝式球化处理包。为了降低铁液和镁之间反应的剧烈程度以及镁蒸气的挥发速率，冲入法通常使用含镁量较低的合金球化剂。冲入法在所有球化处理方法当中具有高的应用比例，主要原因为设备成本低、处理方法简单、对操作的要求较低，不需要复杂的技术支持，生产过程比较灵活。冲入法的不足之处在于生产环境恶劣，并造成严重污染。同时球化合金的效率低，烧损严重，造成资源浪费。另外，冲入法所用的合金一般要求高硅，这会导致铁液的增硅幅度很高，甚至达到0.8%，以上两个因素结合使得铁液的精确控制无法实现。
1.2球化剂添加量计算模型建立
球墨铸铁球化中球化剂的使用，以灰色关联模型或改进的灰色关联模型或联合灰色关联模型对原铁水基本化学成分（活性碳当量CEL、硅当量SiE、C和Si含量、微量元素含量水平）、石墨形核能力、氧化程度及S含量等冶金状态特性进行综合评价，评价体系由热分析曲线上的特征参数和炉前快速光谱成分分析结果组成，反映原铁水冶金状态对球化效果的影响。在评价之前，首先确定在生产条件下各冶金状态参数的阀值，并以各参数阀值的中值序列组成统计最优参比状态。评价时，对待测铁水状态参数序列与统计最优状态参数序列进行灰色关联性分析，根据灰色关联度综合评价值（平均灰色关联系数）与球化剂添加量WMg的相关性，建立考虑球化剂中Mg和稀土RE元素的收得率以及孕育“促球”作用的球化剂添加量WMg计算公式。
生产厚大断面球磨铸铁的关键控制点
生产厚大断面球磨铸铁的关键控制点1 如何防止厚大断面球铁的石墨畸变和球化衰退石墨形态是影响球铁铸件性能的关键性因素，厚大断面球铁件断面厚、热节多、凝固时间长，极易发生石墨畸变，一般有以下几种石墨形态：不规则的球状石墨、团絮状石墨、片状石墨、蠕虫状石墨、开花状石墨、碎块状石墨。
球化衰退也就是绝大数石墨成球失败，出现求化衰退的原因是镁量和稀土随着铁液停置时间的延长而发生衰减。
镁和稀土与氧的亲和力大于与硫的亲合力，所以浮在铁液表面的 MgS、Ce 2 S 3 夹杂物与空气中的氧反应生成S，S 与 Mg 和 Ce 反应消耗镁量和稀土，出现回硫现象，使铁液中球化元素的残留量低于石墨化所需的临界值时而产生球化级别严重下降。
减少球化衰退的措施有以下几点：1）通过合理的生产组织安排，缩短铁液停置时间；2）降低原铁液含硫量（＜0.012%）；3）转运铁水过程中合理覆盖液面；4）适当增加球化剂加入比例。
开花状石墨是厚大断面球墨铸铁中最常见的畸变石墨，开花状石墨恶化了铸件上表面的质量和力学性性，增加了铸件装机后运转的风险。
开花状石墨的形成机理如下：共晶前期形成的石墨球在浮力作用下向上漂浮，聚集在铸件的上表面形成开花石墨。
当石墨的固-液界面前沿存在过量的Ce、Mg 的不均匀吸附时，破坏规则分支的生长，使石墨分支的基面生长速度远大于石墨分支柱面的生长速度，造成石墨在过冷区发生不均匀的包状分叉，导致开花石墨形成。
厚大铸件的上表面往往 RE、Mg 偏高，容易提供漂浮的生长环境。
开花状石墨与碳当量和铁液的冷却速度有关，还与浇注温度有关。
碳当量越高、铁液冷却速度越慢、浇注温度越高石墨漂浮开花的可能性就越大；中小型铸件的碳当量4.3%-4.7%，但是对于厚大断面的球铁碳当量控制在4.3%-4.4%，浇注温度在不影响铁水流动性的条件下尽可能低，一般在1300℃-1360℃为宜；控制碳硅与残余稀土的含量以及提高冷却速度可以减少漂浮石墨形成。
球墨铸铁件三大缺陷处理
1缩孔缩松1.1影响因素(1)碳当量：提高碳量，增大了石墨化膨胀，可减少缩孔缩松。
此外，提高碳当量还可提高球铁的流动性，有利于补缩。
生产优质铸件的经验公式为Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。
但提高碳当量时，不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷：铁液中含磷量偏高，使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。
一般工厂控制含磷量小于0 08%。
(3)稀土和镁：稀土残余量过高会恶化石墨形状，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。
而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素，阻碍石墨化。
由此可见，残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向，使石墨膨胀减小，故当它们的含量较高时，亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚：当铸件表面形成硬壳以后，内部的金属液温度越高，液态收缩就越大，则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。
另外，若壁厚变化太突然，孤立的厚断面得不到补缩，使产生缩孔缩松倾向增大。
(5)温度：浇注温度高，有利于补缩，但太高会增加液态收缩量，对消除缩孔、缩松不利，所以应根据具体情况合理选择浇注温度，一般以1300～1350℃为宜。
(6)砂型的紧实度：若砂型的紧实度太低或不均匀，以致浇注后在金属静压力或膨胀力的作用下，产生型腔扩大的现象，致使原来的金属不够补缩而导致铸件产生缩孔缩松。
(7)浇冒口及冷铁：若浇注系统、冒口和冷铁设置不当，不能保证金属液顺序凝固；另外，冒口的数量、大小以及与铸件的连接当否，将影响冒口的补缩效果。
1.2防止措施(1)控制铁液成分：保持较高的碳当量(>3 9%)；尽量降低磷含量(<0 08%)；降低残留镁量(<0 07%)；采用稀土镁合金来处理，稀土氧化物残余量控制在0 02%～0 04%。
(2)工艺设计要确保铸件在凝固中能从冒口不断地补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，力求做到顺序凝固。
(3)必要时采用冷铁与补贴来改变铸件的温度分布，以利于顺序凝固。
球铁中球化剂中稀土的作用
球铁中球化剂中稀土的作用球铁中球化剂是一种常用的冶金辅助剂，它能够促进球铁中的球化作用，提高球铁的力学性能和加工性能。
而稀土作为球化剂中的关键成分，发挥着重要的作用。
下面将从稀土的角度来探讨球化剂中稀土的作用。
稀土能够提供良好的球化效果。
球化剂中的稀土元素主要是镧、铈、钐、镨等，它们具有良好的球化效果。
在球化过程中，稀土元素能够与球化剂中的其他成分共同作用，形成稀土化合物，使球化剂的活性得到提高。
这些稀土化合物在高温下能够迅速分解，释放出大量的活性物质，促进球化剂与石墨球的接触和反应，从而加速球化过程，形成更多的球状石墨，提高球化率。
稀土能够改善球铁的组织结构。
球铁中的石墨形态对其力学性能和加工性能有着重要的影响。
通常情况下，球铁中的石墨呈片状或网状分布，对应的是铸件中的片状石墨铸铁和网状石墨铸铁。
而稀土作为球化剂中的重要成分，能够使球化剂更好地与石墨球反应，使其更均匀地分布在铸件中，从而形成更多的球状石墨。
球状石墨分布均匀、大小适中，能够提高球铁的韧性和塑性，减少脆性相的形成，增加球铁的强度和延展性，改善球铁的综合性能。
稀土还能够提高球化剂的热稳定性。
在球化剂的生产和使用过程中，稀土元素能够与球化剂中的其他成分形成稳定的化合物，提高球化剂的热稳定性。
这对于球化剂的储存和运输非常重要，能够保证球化剂在高温条件下不发生分解或失活，保持其活性，确保球化剂的使用效果。
除了以上几点，稀土还具有抑制气孔形成的作用。
在球化过程中，球化剂中的稀土元素能够与铁水中的气体发生反应，生成稳定的化合物，减少气体的析出，降低气孔的形成。
气孔是铸件中常见的缺陷，会降低铸件的强度和密封性，而稀土的加入可以有效地抑制气孔的形成，提高铸件的质量和可靠性。
稀土在球铁中球化剂中发挥着重要的作用。
它能够提供良好的球化效果，改善球铁的组织结构，提高球铁的力学性能和加工性能。
稀土还能够提高球化剂的热稳定性，抑制气孔形成，提高铸件的质量和可靠性。
如何提高球铁球化率？
如何提高球铁球化率？国内普通球墨铸铁铸件的球化级别要求达到4级以上，（即球化率70%，）一般铸造厂达到的球化率为85%左右。
近年来，随着球墨铸铁生产的发展，尤其是在风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化级别达到2级，即球化率达到90%以上。
笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进，使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。
1、原生产工艺原生产工艺：熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉；QT400-15原铁液成分为ω（C）=3.75%~3.95%、、ω（Si）=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω（P）≤0.07%、ω（S）≤0.035%；球化处理所用球化剂为1.3%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金；孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。
球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁55%~60%，进行球化处理，然后加入孕育剂，再补加其余铁液。
由于球化、孕育采用传统的方式，用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右，即球化级别3级。
2、提高球化率的试验方案为提高球化率，对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进，主要措施是：增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。
球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测，具体方案如下：（1）分析原工艺球化率偏低的原因，曾认为是球化剂用量较少，故将球化剂加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未达到要求。
（2）另一种猜测是认为球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而试验加大孕育剂量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未达到要求。
(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而对铁液进行高温净化，高温净化温度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。
(4) ω（S）量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退，因此增加脱硫处理，将原铁液ω（S）量从原来的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只达到86%。
如何改善球墨铸铁生产工艺？这7个条件控制是关键！
如何改善球墨铸铁生产工艺？这7个条件控制是关键！由球墨铸铁的凝固特点认为球铁件易于出现缩孔缩松缺陷，因而其实现无冒口铸造较为困难。
阐述了实现球铁件无冒口铸造工艺所应具备的铁液成份、浇注温度、冷铁工艺、铸型强度和刚度、孕育处理、铁液过滤和铸件模数等条件，用大模数铸件和小模数铸件铸造工艺实例佐证了自己的观点。
1、球墨铸铁的凝固特点球墨铸铁与灰铸铁的凝固方式不同是由球墨与片墨生长方式不同而造成的。
在亚共晶灰铁中石墨在初生奥氏体的边缘开始析出后，石墨片的两侧处在奥氏体的包围下从奥氏体中吸收石墨而变厚，石墨片的先端在液体中吸收石墨而生长。
在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，石墨球析出后就开始向周围吸收石墨，周围的液体因为w（C）量降低而变为固态的奥氏体并且将石墨球包围；由于石墨球处在奥氏体的包围中，从奥氏体中只能吸收的碳较为有限，而液体中的碳通过固体向石墨球扩散的速度很慢，被奥氏体包围又限制了它的长大；所以，即使球墨铸铁的碳当量比灰铸铁高很多，球铁的石墨化却比较困难，因而也就没有足够的石墨化膨胀来抵消凝固收缩；因此，球墨铸铁容易产生缩孔。
另外，包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍，也就是说石墨球越大奥氏体层越厚，液体中的碳通过奥氏体转移至石墨球的难度也越大。
低硅球墨铸铁容易产生白口的根本原因也在于球墨铸铁的凝固方式。
如上所述，由于球墨铸铁石墨化困难，没有足够的由石墨化产生的结晶潜热向铸型内释放而增大了过冷度，石墨来不及析出就形成了渗碳体。
此外，球墨铸铁孕育衰退快，也是极易发生过冷的因素之一。
22222.球墨 2.球墨铸铁无冒口铸造的条件1、球墨铸铁无冒口铸造的条件从球墨铸铁的凝固特点不难看出，球墨铸铁件要实现无冒口铸造的难度较大。
笔者根据自己多年的生产实践经验，对球墨铸铁实现无冒口铸造工艺所需具备的条件作了一些归纳总结，在此与同行分享。
2.1铁液成分的选择（1）碳当量（CE）在同等条件下，微小的石墨在铁液中容易溶解并且不容易生长；随着石墨长大，石墨的生长速度也变快，所以使铁液在共晶前就产生初生石墨对促进共晶凝固石墨化是非常有利的。
球墨铸铁件的质量分析与控制
球墨铸铁件的质量分析与控制球墨铸铁是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。
但在铸造球墨铸铁件的过程中，如配料工艺等处理不当，还是会影响球墨铸铁件的质量，严重的会造成铸件在使用过程中出现开裂，直至报废等！一旦出现这种情况，我们可以对失效件进行了金相分析，同时研究影响球墨铸铁件质量的金相组织有那些，造成金相组织不合格的原因是什么，出现金相组织不合格后如何补救，生产厂如何进行质量控制与检验？本文将对以上问题做简单分析。
一、影响球墨铸铁件性能的组织：主要有：石墨形状、基体组织石墨形状：球墨铸铁，顾名思义，其中最具代表性的石墨形状是球状。
球墨铸铁的质量一般是以球化率来评定的。
石墨越圆整、细小、分布越均匀，对金属基体的割裂作用和引起的应力集中就越小，球铁性能就越好。
按GB/T9441《球墨铸铁金相检验》要求，石墨形状共分六级，三级以上合格，球化率要达到75%以上。
基体组织：球墨铸铁件基体组织依牌号不同而不同。
球铁件基体组织主要是由铁素体和珠光体组成，还包括少量渗碳体、磷共晶。
铸件中铁素体含量多、珠光体含量少，则韧性好，强度低；反之则强度高，韧性差。
我厂常用的QT400-15、 QT450-10牌号是以铁素体为主要基体的球铁，珠光体含量要控制在20%以下。
渗碳体、磷共晶这两种组织在我厂使用的球铁中是有害组织，必须控制在2%以下，否则铸件强度、韧性都差。
以下是两种基体组织的图片。
二、造成金相组织不合格的原因：球铁件金相组织不合格主要表现在石墨球化不良、基体组织组成或形态不对这两方面。
导致石墨球化不良的主要原因：化学成分控制不好，阻碍石墨化的元素过多；孕育、球化过程控制不好；铁水冷却过快；浇注时间过长等。
造成基体中珠光体超标的原因：铁水浇注控制不好。
铸铁的球化孕育处理要点
铸铁的球化孕育处理要点前面主要讲了铸铁熔炼过程中的化学成分和炉温的控制，这些都是每一个熔炼工程师和操作工人必须掌握的基本知识。
下面我在扼要的讲一下熔炼结束后的冶金处理，它包括两部分，即球铁的球化处理，以及球铁和灰铸铁的孕育处理，而着重讲一下当前应该注意的几个问题。
1）推荐采用含Mg5%稀土1%的球化剂，Mg过高Mg的烧损大，烟气大，残余Mg不稳定，目前我国的生铁质量和炉料中废钢比例增加，便使铸铁中的反球化元素大大减少，过高的稀土反使得球铁的球化率降低。
2）推荐使用盖包法处理球铁，它的残Mg衰退速度与0.0007/分，而无盖包的Mg衰速度为0.003/分，假如无盖包处理球铁后的残Mg为0.06%则10分钟后，即降为0.03%，随后浇的就会产生蠕虫状石墨，因此处理后的浇注时间不能超过10分钟，这也是很多厂球化率底下的原因。
3）要注意残Mg和终S的合理搭配，终S不要低于0.006%以保证有足够高的球数和避免碳化物和随之而来的缩松，如下图：图15 石墨形态与残余镁和硫含量的关系4）要分清球铁的球化衰退和孕育衰退，以便及时对症采取措施，两者都是球化率降低，但球化衰退的金相特征是球数不是降低，只是出现蠕虫状石墨，而孕育衰退的金相特征是石墨球直径变大，球径减少，当前出现的球化不良，大多是孕育衰退产生的，因此要加强对孕育的关注。
5）出炉温度不要过高，只要保证在Tc温度以上，又能满足浇注铸型要求采取临界温度下限为好，这有利于保护结晶核心有利于减少球化衰退和孕育衰退及增加球数和共晶团数，同时目前无论是球铁或灰铸铁都在大量使用废钢做炉料，很多厂几乎都不使用生铁，因此已无必要用高温来清除生铁的遗传性。
6 ）球铁的球数和灰铸铁的共晶团数是检验铸铁孕育好坏的重要标志，随着孕育剂用量的增多和孕育方法的改良，球数和共晶团数都会增加，而铸铁的晶质也随之而改善铸件壁厚敏感性，品质均一性都会更好，对铸铁来讲，球数增加，使球径减少，球化率就会增加，对生产少于10mm的薄壁球铸件，只有球数多于—临界数才能不产生白口，在对球铁机械性能的影响上，与增加球数可提高铸件的疲劳强度和延伸率，甚至有资料提出了临界球径的要求，只有孕育到球径小于某个直径后延伸率才会相应增加，这也有可能是减少和分散了某些正偏析元素在晶界聚集的结果，而孕育能带来灰铸铁A型石墨的增加，B、D、E型石墨减少，性能改善的诸多优点，但至今各国标准并没有将球数和共晶团数作为铸件验收的标准，但已经看到国外某重要的大集团来国内采购铸件时要求球铁的球数必须大于100个/mm2。
铸造合金及熔炼思考题
第一篇铸造有色合金及其熔炼思考题及参考答案1.基本概念：屈服强度、抗拉强度、固溶强化、时效强化屈服强度就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；固溶强化是指形成固溶体使合金强化的方法；时效强化是指通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，造成的强化。
2.金属材料的强化机制主要有哪些，对强度和塑性有什么影响？晶界强化、固溶强化、分散强化、形变强化、复合强化。
形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。
3.铸造合金的使用性能有哪些？机械性能、物理性能和化学性能4.铸造合金的工艺性能有哪些？铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能5.基本概念：变质处理、机械性能的壁厚效应所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善合金机械性能。
这种随铸件壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。
6.铝硅合金进行变质处理的原因及方法？原因：铝硅合金中的硅相在自发非控制生长条件下会长成粗大的片状，这种形态的脆性相严重割裂基体，大大降低合金的强度和塑性，为了改变这种状况，必须进行变质处理。
方法：生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。
7.镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能的影响？1）镁：少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。
8.Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。
共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。
铸件球化率不良，最典型的3种解决方法
铸件球化率不良，最典型的3种解决方法1)原铁水含硫量高硫是反球化率元素，它与镁有很强的亲和力，反应生成MgS，而消耗了有效镁，因而导致球化不良，此时需要多加球化剂才能保证球化，生产高品质的球铁，其原始铁液的含硫量，国外一般都控制在0.02%高于此量都必须进行脱硫处理，这样既保证了充分的球化也减少了产生渣孔的危险，同时球化剂的加入量才得以稳定，也确保了残余镁量波动不大，我国的现实情况是，冲天炉的原铁水含硫量一般为0.05-0.06%或以上，中频炉铁水的含硫量一般为0.02-0.035%，但大多数厂家不做脱硫处理，而靠变动球化剂的量来保证球化，其加入量国内各厂差别很大，在0.8-1.8%大范围内波动，而残镁量的范围介于0.03-0.08%常常出现球化不良或过球化现象，含镁量过高造成了铸件渣孔，缩松，反白口缺陷，含镁过高，石墨也会变坏，很多厂为了确保球化良好往往在晶间出现水草状石墨。
要得到好的球化效果，还要注意Mg残/S残的比例合适，壁厚少于15mm的小铸件，范围在2.7-4.0之间，易产生收缩的铸件（特别是热节处无补缩能力时）应控制在2.4-3.0%之间，壁厚在15-30mm 之间的铸件，范围在3.0-4.5%之间，易缩件在2.7-3.5%之间，壁厚大于30mm的厚铸件，范围在3.5-5之间就是说薄铸件镁要低点以免产生白口，热节易生缩松的铸件，镁应低为好，厚铸件镁要高，以弥补镁蒸气逃逸损失，不至于使镁量降低而导致不球化。
原始含硫量过低（＜0.005%）也是不所希望的，因这样的原铁液会孕育不良，容易生成碳化物，去年河南某厂采用喂丝工艺生产球铁，原铁水含硫量已低于0.006%，加入的球化剂没减少，因而铸件产生了30%以上的渗碳体，实践证明，球铁原铁液中的硫对球铁铸件的石墨球数和石墨尺寸分布有很大影响，由于石墨球数随硫含量的增加而增加，所以在生产白口倾向较大的薄壁铸件时，采用较高的含硫量，是防止碳化物形成的有效措施。
球墨铸铁工艺控制要点
球墨铸铁工艺控制要点1设备选择1.1熔炼设备选择熔炼设备的选用首先是在满足生产需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。
感应电炉的优点是:加热速度快，炉子的热效率较高，氧化烧损较轻，吸收气体较少。
因此，用中频电炉熔炼，可避免增硫、磷问题，使铁水中P不大于0.07%、S不大于0.05%。
1.2球化包的确定为了提高球化剂的吸收率，增加球化效果，球化处理包应比一般铁液包深。
球化包的高度与直径之比确定为2:1。
2原材料选择2.1炉料选择球铁球化剂的加入效果条件是:高碳、低硅、大孕育量。
为了稳定化学成分和有效地控制促进白口化元素和反球化元素，保证熔炼铁水的质量，选用张钢Z14生铁，其化学成分:C>3.3%，Si1.25%~1.60%,P≤0.06%，S≤0.04%。
2.2球化剂的选择球化剂的选用应根据熔炼设备的不同，即出铁温度及铁液的纯净度(如含硫量、氧化程度等)而定。
我国最常用的是稀土镁硅铁球化剂，采用这种球化剂处理时，由于合金中含硅量较高，可显著降低镁处理时反应的剧烈程度。
同时也能因增硅而有些孕育作用。
电炉生产时，因温度相对较高，所用球化剂的化学成分见表1。
表1球化剂FeSiMg8Re7化学成分项目出铁温度/℃S%球化剂成分/%MgReSi电炉1420~1480≤0.047.0~9.06.0~8.0≤44.03炉前控制3.1化学成分选择球铁原铁液应高碳、低硅、低硫、低磷。
控制好硫的含量，是生产球铁的一个重要条件。
几种牌号的球铁的化学成分见表2。
?3.2球化和孕育处理球化剂加入量应根据铁液成分、铸件壁厚、球化剂成分和球化处理过程的吸收率等因素分析比较确定。
一般为1.6%~2.0%，若球化剂放置时间较长，则应适量多加。
球化反应控制的关键是镁的吸收率，温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差;温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率表2球铁化学成分%牌号CSiMnSPQT400~18球化前球化后3.6~4.10.9~1.2≤0.4≤0.05≤0.073.5~4.02.6~3.2≤0.02QT450~10球化前球化后3.6~4.10.9~1.2≤0.4≤0.05≤0.073.5~3.92.5~3.0≤0.02QT600~3球化前球化后3.6~3.90.9~1.20.6~0.8≤0.05≤0.073.5~3.82.2~2.6≤0.02QT700~2球化前球化后3.6~3.90.9~1.20.6~0.8≤0.05≤0.073.5~3.82.1~2.5≤0.02高，球化效果好。
球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案
球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案球墨铸铁，也称为球铁、球墨铸造铁，是铸铁中的一种。
它是一种高强度、高韧性的铸铁，具有优异的塑性和韧性，同时还拥有优良的机械性能和加工性能。
在诸多应用场景中，球墨铸铁属于高性价比的铸造材料，广泛应用于机械工程、汽车工业、风电机组、建筑领域、水利工程等众多行业。
球墨铸铁的球化率是指在生产过程中球化处理后的球墨铸铁含有球化率的百分比。
球化率越高，球铁的强度、韧性等性能也会随之提升，因此球化率是衡量球墨铸铁质量优劣的重要指标之一。
那么，如何提高球墨铸铁的球化率呢？下面将详细介绍球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案。
一、球化剂的选择提高球墨铸铁球化率的第一步是选择合适的球化剂。
目前常用的球化剂包括稀土系球化剂、铝系球化剂、钡系球化剂、锆系球化剂和镉系球化剂等。
稀土系球化剂是一种较为常用的球化剂，其具有容易溶解和分散、效果十分显著等优点。
铝系球化剂能够促进碳化物的析出，降低流动马口的温度，提高球化率。
钡系球化剂具有吸收气孔的作用，能够防止铸件表面气孔的产生，从而提高球化率。
锆系球化剂能够提高液态铁的表面张力，促进球化过程的进行。
镉系球化剂是一种新型的球化剂，能够大幅度提高球化率，降低晶化温度，但是其对环境和人体有一定的危害，因此在使用时需要注意安全。
在选择球化剂时，需要考虑生产工艺、成本等多方面因素，选择最优的球化剂。
同时，为了避免球化剂的混杂和影响，需要注意球化剂的储存和使用。
二、铁液的浇注温度和冷却速率铁液的浇注温度和冷却速率对球墨铸铁的球化率有着明显影响。
在浇注时，铁液的温度太低会导致球化剂未能完全分解，球化率低；而温度太高则会使球化剂的反应速度变慢，同样影响球化率。
因此，在生产过程中需要合理选择铁液的浇注温度，通常情况下铁液的温度控制在1450-1550℃之间。
除了温度，冷却速率也会影响球墨铸铁的球化率。
快速冷却能够降低球化剂的化学反应速率，从而影响球化率。
因此，在铸造过程中需要控制冷却速率，确保铁液冷却均匀。
铸造球铁件,球化过程常见问题及解决方案
提高球化效果的实用技术一.影响球化效果的因素：1.球化等级划分：球状石墨:国标ISO规定按石墨的面积率划分，面积率≥0.81为球状石墨。
石墨面积率计算方法:国标球化分级和评定：例如：某公司生产的QT450材质铸件金相检验中，根据金相视野中的球状和团状石墨个数所占石墨总数的百分比作为球化率，将球化率分为六级，具体如下：球化率计算时，视场直径为70mm，被视场周界切割的石墨不计数，放大100倍时，少量小于2mm的石墨不计数，若石墨大多数小于 2mm或大于12mm时，则可适当放大或缩小倍数，视场内的石墨数一般不少于20颗。
在抛光后检验石墨的球化分级，首先观察整个受检面，选三个球化差的视场对照评级图目视判定，放大倍数为100倍。
不同球化率的金相图像图号1 球化率：95% 图号2 球化率：90%图号3 球化率：80% 图号4 球化率：70%图号5 球化率：60% 图号6 球化率：50%2.球化可能会出现的问题及解决方案:（1）球化不良:此不良主要体现在炉后成品的残镁分析值低于0.030%（一般标准残镁规格值按照小于0.030%为下限规格值），金相石墨型态一般体现在球状石墨和蠕虫状石墨共存在，或球状石墨、蠕虫状石墨和片状石墨共存在，或蠕虫状石墨和片状石墨共存在，或全部为片状石墨。
控制球化不良的发生，特别注意以下几点：A.添加球化剂重量的核对或喂丝球化线的喂丝长度核对，确保实际加入量与标准规定的相符。
B.三明治球化温度或喂丝温度一般在1480-1530℃。
C.三明治球化反应时间一般控制大于55秒，喂丝球化速度一般控制19-22米/分钟。
D.三明治球化出炉过程确保电炉的先期铁水冲入到球化包的缓冲室，等缓冲室铁水满后，铁水再漫过球化室。
（有很多出炉铁水冲入不当，造成铁水直接冲到球化室的，造成球化反应提前进行，总的球化反应时间短，导致球化不良。
）E.三明治球化需要在球化包之球化室中的球化剂上侧放置覆盖剂，覆盖剂一般为矽钢片，厚度一般控制在0.3-1.0mm,直径或单边长度为10-30mm，要求无油无锈无杂质。
提高球墨铸铁球化效果的途径
球墨铸铁由于石墨呈球状、对金属基体的割裂小， 故而性能优异，加之成本较低、重量比钢轻等优点，在 轻量化时代得以快速发展、应用范围不断扩大。对球墨 铸铁最基本的要求就是球化效果一定要好，从球墨铸铁 诞生至今，人们对球化机理、球化剂及球化处理工艺等 进行了大量的研究并取得了丰硕的成绩，但为了适应新 的形势带来的新变化，对如何提高球化效果、球化剂和 球化处理工艺等提出了新的要求。
收稿日期：2019-12-20 修定日期：2020-01-19 作者简介：巩济民（1941-），男，汉族，毕业于武汉工学院 铸造专业。高级工程师，主要从事铸铁材料研究、生产、质量 攻关及铸造技术改造工作。
图 1 全球各种铸造材料年产量变化图 Fig.1 Annual production of various foundry materials in
1 球墨铸铁发展应满足哪些方面的需要
1.1 国民经济快速发展的需要
世界球墨铸铁的发展：1948 年球墨铸铁开始工 业化生产；1966 年产量超过了铝合金；1969 年产量 （345 万吨）超过了可锻铸铁（275 万吨）；1986 年超过了铸钢，成为继灰口铸铁之后的第二大铸造材 料（第三是铝合金，第四是铸钢，第五是可锻铸铁）， 这个格局一直延续到今天。球墨铸铁和灰口铸铁产量 的差距正在逐步缩小，部分工业发达国家球墨铸铁的 产量已经超过了灰口铸铁。2018 年全球球墨铸铁产 量达到创纪录的2 813 万吨，占铸件总产量的25%。 全球各种铸造材料年产量变化图如图1 所示，世界及 主要铸造生产国近年来球墨铸铁与灰口铸铁件的比例 见表1。
球墨铸铁生产的难点与要点
球墨铸铁⽣产的难点与要点球墨铸铁是⼀种具有优良机械性能的灰⼝铸铁。
⼀般在浇注之前，在铁液中加⼊少量球化剂（通常为镁、稀⼟镁合⾦或含铈的稀⼟合⾦）和孕育剂（通常为硅铁），使铁⽔凝固后形成球状⽯墨。
此种铸铁的强度和韧性⽐其他铸铁⾼，有时可代替铸钢和可锻铸铁（ｍａｌｌｅａｂｌｅｃａｓｔｉｒｏｎ），在机械制造⼯业中得到了⼴泛应⽤。
球墨铸铁在国外是１９４７年⽤于⼯业⽣产的。
⼀、球铁件⽣产难点此类铸件因断⾯厚⼤冷却缓慢，⾦属液体凝固时间长，铸件内部很容易产⽣缩松。
⽣产铁素体球墨铸铁时，为了获得较⾼的抗拉强度、屈服强度和延伸率，以往均要进⾏铁素体化热处理，热处理温度是根据铸态组织中是否存在游离渗碳体或珠光体，⽽采⽤900-950℃的⾼温热处理。
但⽣产成本⾼，⼯艺复杂，⽣产周期长，给⽣产组织以及交货期带来⾮常⼤的困难，这就要求必须在铸态下获得铁素体基体。
因此⽣产这种材料的难点主要有以下⼏⽅⾯：a．铸件要进⾏指定区域的射线探伤，如何解决铸件的内部缩松；b．如何保证在铸态下获得铁素体基体90%以上；c．如何使材料有⾜够的抗拉强度和屈服强度；d．如何获得⾜够的延伸率（>18%），在合⾦化处理后,获得规定的延伸率；c．采⽤最优的合⾦化处理⼯艺。
⼆、厚⼤断⾯铸态铁素体球墨铸铁件的质量控制技术1．化学成份的控制1）C、Si、CE的选择由于球状⽯墨对基体的削弱作⽤很⼩，故球墨铸铁中⽯墨数量的多少，对⼒学性能的影响不显著，当含碳量在3.2%~3.8%范围内变化时，对⼒学性能⽆明显的影响。
所以过程中确定碳硅含量时，主要考虑保证铸造性能，将碳当量选择在共晶成分左右。
具有共晶成分的铁液的流动性能最好，形成集中缩孔的倾向⼤，铸件组织的致密度⾼。
但碳当量过⾼时，容易产⽣⽯墨漂浮的同时，⼀定程度上对球化有影响，主要表现在要求的残余Mg量⾼。
使铸铁中夹杂物的数量增多，降低铸铁性能。
硅球墨铸铁中使铁素体增加的作⽤⽐灰铸铁⼤，所以硅含量的⾼低，直接影响球墨铸铁基体中的铁素体量。
影响球化效果的6种因素，做球铁产品的，一定要牢记！
影响球化效果的6种因素，做球铁产品的，一定要牢记！联合铸造昨天1、原材料使用废钢方面，由于货源不固定，因而造成成分的波动与偏差，如果是生产铁素体基体材质的铸件，则应选用碳素钢成分的废钢，例如A3钢、45钢等角钢、工字钢等；也可以适度用些不含Cr的合金钢。
在外观方面，最好不得有铁锈、油漆、油圬以及焊缝等，因为铁锈主要是FeO等，在球化反应时会消耗Mg元素，影响球化率；油漆尤其是橘黄色、绿色，是由含Pb约64%和Cr约16.1%的颜料配置而成；焊缝金属一般含有O、H、S、P、Sn、Pb等有害杂质，这些干扰杂质元素，尤其是Pb会进入铁液之中，直接会是石墨形态变异。
尽量少用表面附着较多的煤（煤中S、P含量高）、或铁锈的废钢，以及废钢中夹杂锌、铝、铅、铬、铜等反球化元素，上料工一定要多加注意不能用不明来源的废生铁铸件和玛钢件。
增碳剂一定要保持干燥，受潮后的增碳剂会导致铁水中含O、H 等元素增加，造成铁水过度氧化，影响球化效果。
2、出炉温度出炉温度尽量控制在1480-1500℃，在球化包温度较低时，可以适当提高10-30℃。
但最高不能超过1538℃的临界温度。
否则会造成球化反应剧烈（过度烧损球化剂）、夹渣、冷隔等现象。
3、捣包捣包注意：①填充后应进行紧实，使合金之间的空隙或缝隙最小，堆积密度最大；也就是必须分层用力捣实，②必须有覆盖物，覆盖物可以说是千差万别，主要目的是延缓起爆、预处理等，③现场操作操作注意一定要覆盖严实，不要有缝隙，充分体现既覆又盖的目的；④覆盖后的体积最好和处理包凹槽相吻合。
4、扒渣扒渣应迅速和彻底，防止铁水回硫，第二次氧化5、覆盖扒渣后，覆盖足量的保温剂，保证铁水温度下降缓慢，利于浇注。
6、浇注时间浇筑时间尽量在12分钟内完成，以免温度过低和孕育衰退。
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提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键
影响球墨铸铁的球化率和圆整度的因素有很多，下面分别从化学成分、工艺过程、凝固控制三大方面，对影响球化率的的因素进行分析：
一、化学成分
1、碳当量和硅
碳和硅是影响球铁石墨球圆整度的基本成分。
在一定的冷却速度和孕育条件下，提高碳当量，可提高石墨球圆整度，并可增加自补缩能力，减少碳化物。
在一定的碳当量条件下，随着硅量的增加，特别是大断面球铁，会产生碎块状石墨。
因此，在不产生石墨漂浮情况下，应尽量提高碳当量；同时在保证孕育条件下，尽量降低硅含量。
2、镁
有效残留镁量的控制对提高石墨球圆整度很重要。
当有效残留镁小于0.045%，增加效残留镁量可提高石墨球圆整度；当有效残留镁大于0.045%，会产生变态石墨，降低石墨球圆整度。
3、稀土
稀土在铁水中有两个有益的作用：一是脱硫去气，起到球化和间接球化作用；二是与微量元素相互作用，消除有害一面发挥有利一面。
这两方面都可提高石墨球圆整度。
但是过量的残留稀土，特别是大断面球铁，会使石墨形态恶化，尤其易产生碎块状。
理想范围是0.010%～0.019%。
4、微量元素
一定量的锑和铋并辅以适量的稀土，可提高石墨球圆整度，提高力学性能。
合适的加入范围：0.0025～0.005%。
二、工艺过程
1、球化处理
（1）重稀土镁球化剂比轻稀土镁球化剂更能提高石墨球圆整度。
主要是脱硫能力强，抗衰退能力强。
（2）轻稀土镁球化剂如果过程控制得好，并辅以微量元素，也能提高石墨球圆整度。
（3）冲入法比转包法铁液质量更好，故也能提高石墨球圆整度。
2、孕育处理
（1）强化孕育可以提高石墨球圆整度。
（2）采用抗衰退的孕育剂可以提高石墨球圆整度。
3、用球铁屑做球化处理时的覆盖剂，可形成与非溶解石墨弥散相类似的钝化石墨核心，产生长时间的浓度起伏，大大增加有效形核率，可以提高石墨球圆整度。
4、尽量降低浇注温度可以提高石墨球圆整度。
三、凝固控制
1、使用冷铁可以提高石墨球圆整度。
2、使用铬铁矿砂可以提高石墨球圆整度。
3、其他能在球铁液共晶转变时加快冷却，缩短时间的措施都可以提高石墨球圆整度。