球铁生产综合实验

《球铁生产综合实验》实验教学指导书

球墨铸铁自1947年问世以来，大体经历了十年的过程，便以一种新型工业金属材料投入生产，并得到了迅猛发展。机械制造、交通、冶金、矿山、纺织、化工、电力以及原子能等制造行业的大批锻钢件、铸钢件和可锻铸铁件被球墨铸铁所取代，而且有待开拓的领域很多。由于球墨铸铁的发展历史较短，球铁的理论尚不完善。为了加深学生对球铁理论及生产工艺的理解和掌握，特开设《球铁生产综合实验》课，包括球铁型砂、芯砂混制及造型工艺操作、球墨铸铁的熔制、球墨铸铁的金相组织观察、球墨铸铁的热处理、球墨铸铁力学性能、球墨铸铁生产综合分析六个实验。通过实验不仅可使学生掌握球墨铸铁生产的全过程、加深对球化理论的理解，而且可大大提高学生综合分析和解决实际问题的能力。

实验一球铁型砂、芯砂混制及造型工艺操作

一、实验目的

1、了解球铁型砂、芯砂的配料成分。

2、了解球铁型砂和芯砂的混制及造型工艺的操作方法。

3、掌握球铁型砂中水分对质量的影响规律。

二、实验内容

1、型砂、芯砂配料成分的选择，分析型砂中水分对铸件质量的影响

2、型砂、芯砂的混制。

3、型砂、芯砂的造型工艺操作。

4、完成实验报告。

三、实验内容说明

球墨铸铁铁件的型砂,基本与普通灰墨铁件相同,但球墨铸铁铁件凝固时,其外型容意胀大而引起内部缩松,所以要求铸型有较高的坚实度。因而在采用温型铸造时,应尽量提高型砂温压强度。此外应尽量压低水份含量，以减少高温时的型壁迁异和防止铸造缺陷。型砂水份越高,铸型型壁在高温时迁移量越大,也比较容易产生皮下气孔。对于大型铸件,还应使型砂具有较高的耐热强度，可以往型砂中加入石墨粉等耐热材料。其余如型砂透气性等指标,与灰铸铁型砂相同。

本实验将考察型砂水分对铸件质量的影响规律。由于球化处理，使球墨铸铁的铁水中含有球化元素Mg，它将与型砂中的水发生如下反应：

Mg + H2O = Mg O + 2[H]

H溶入铁水，形成皮下气孔。为此应加入煤粉，煤粉中的碳与空气中的氧发生如下反应：

C+O2 = CO

结果在铸型表面形成一层气化膜，阻止了水与铁水的接触，防止了Mg与H2O的反应，从而可减轻皮下气孔。

三、实验用设备仪器及材料

混砂机，型砂，粘土，澎润土，水，煤粉，砂箱，炉前三角试块模具、冲击试块模具。

四、实验方法及步骤

1、实验前预习实验指导书。

2、按表1-1的配方，称取型砂，粘土，澎润土，水，煤粉以备混砂用。

3、用碾轮混砂机混制型砂。

4、造型操作：将炉前三角试块、冲击试块造型模具放如砂箱，将混好型砂放入砂箱中，用砂舂子捣制型砂，注意捣制的力度，保持型砂具有较高的紧实度。

5、在随后的浇注实验中，浇注冲击试块，在砂轮机上磨去表皮，观察皮下气孔的情况。

表1-1 型砂的配比

五、实验报告要求

1、根据实验结果，确定型砂的最佳配方。

2、写出型砂的混制工艺及造型工艺操作过程。

3、分析水分对皮下气孔的影响，说明原因。

实验二球墨铸铁的熔制

一、实验目的

1、掌握球墨铸铁化学成分、球化剂和孕育剂加入量的选择原则。

2、掌握熔炼球墨铸铁时的配料计算方法。

3、掌握球化、孕育等炉前处理的方法和注意事项。

4、掌握球墨铸铁炉前质量鉴定方法。

二、实验内容

1、确定球铁的化学成分及炉前处理工艺；

2、配料计算；

3、铁水熔化及球化、孕育处理；

4、浇注铸件。

5、铸铁炉前质量鉴定。

三、实验用设备仪器及材料

高频感应电炉，箱式高温电炉，测温仪表，铸造生铁，废钢，球化剂，孕育剂，覆盖剂，铁水浇包，三角试块和冲击试块的铸型。

四、实验方法及步骤

1、确定球铁的牌号及成分

实验前由指导教师指定划分球铁牌号，确定工艺规程，同学在实验前预习和掌握球铁有关章节。选择四种牌号的球铁进行熔炼，其化学成分见表2-1。学生分成四组，每组分给一个牌号。

表2-1 各牌号球铁化学成分

2、确定炉前处理工艺

炉前处理工艺包括球化处理工艺和孕育处理工艺。包括球化剂和孕育剂的种类、加入量、处理温度、加入方法等。本实验稀土镁合金合金球化剂，采用冲入法进行处理时用量根据硫量、铁液温度及铸件壁厚大致为处理铁液质量的 1.3~1.8%，本实验四种牌号的球铁正常加入1.5%。为了考察球化不良的影响，选定一个牌号调整球化剂的加入量，具体方案见表2-2所示。孕育剂采用75#Si-Fe，孕育处理工艺见表2-2。

表2-2 球化、孕育处理工艺方案

3、配料计算

学生根据所分得的牌号和前面定的炉前处理工艺，按选定生铁、废钢、球化剂、孕育剂的成分进行配料计算。

4、备料及熔化现场准备

先将球化剂、孕育剂粉碎成合适的粒度，根据铁水量确定。然后学生按计算好的配料单，称取生铁、废钢、球化剂、孕育剂，注意写好编号，防止混料。

5、熔化

生铁、废钢加入炉中进行熔化。

6、炉前处理

在铁水熔化的同时将铁水包放入箱式高温电炉中烘烤，烘烤温度为200~300℃。铁水出炉前，取出铁水包，先加入球化剂，再包底孕育剂，最后加入覆盖剂。铁水到温后，停电，铁水冲入铁水包，待反应结束后，扒渣，加入瞬时孕育剂，进行搅拌。

7、浇注、打箱和铸件清理

炉前处理结束后，浇注三角试样、冲击试样。选择一炉铁水，浇注完上述试样后，剩余铁水倒回炉中，保温一定时间后，再浇注冲击试样，用以考察球化衰退。

对编号1、2、3的铁水浇注除三角试样、冲击试样，浇注硫印试样，用以考察球化剂加入量对夹杂物的影响。

8、炉前检验

利用三角试片、光谱进行球化质量的快速判断。

六、实验报告要求

1、写出配料全过程。

2、叙述球化处理、孕育处理及炉前检验过程记录。

3、分析球化不良的影响。

实验三球墨铸铁的热处理

一、实验目的

通过球铁的热处理实验,使学生了解和掌握:不同热处理工艺,可得到不同的机械性能.二、实验内容

１、球铁的退火。

２、球铁的正火。

３、球铁的淬火。

４、球铁的等温淬火。

三、实验用设备仪器及材料