球化处理与孕育处理
名词解释大1
缩松：是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
制造模样时，壁的连接和转角处要做成圆弧过度，即铸造圆角。
它既可使转角处不产生脆弱面，又可减少应力集中，还可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。
还有美观作用。
尺寸公差：是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，它取决于铸造工艺方法等多种因素。
数值可从相关资料或手册查得。
机械加工余量：指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加的而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，简称加工余量。
其大小与铸造合金的种类、铸造工艺方法、生产批量、设备及工装水平等因素有关。
当铸件尺寸公差等级和加工余量等级确定后，加工余量的数值应按有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸二者中较大的尺寸，从相关资料或手册的表格中选取。
起模斜度：为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。
这个斜度称起模斜度。
拔模斜度是为了方便出模而在模膛两侧设计的斜度。
砂型铸造：以铸造用型砂为主要原材料制成铸型，且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔形成铸件的方法称为砂型铸造。
特种铸造：是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称或铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法。
球化处理就是让铸铁中的碳的存在形式为球状。
孕育处理指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。
模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。
胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件的锻造方法。
敷料是为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。
余量是在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸称。
余量的大小与零件的形状、尺寸、结构的复杂程度和锻造方法有关。
其具体数值可查表确定。
锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。
其数值按锻件形状、尺寸、锻造方法等因素查表确定。
模锻斜度：为了使锻件易于从模腔中取出，锻件与模膛侧壁接触部分在脱模方向所具有的斜度。
球墨铸铁的球化与孕育处理工艺
（ ）。 ５ Ｓ
ｃ 强烈促进形成碳化物， ｒ 稳定珠光体 。 ｒ ｃ 的 加 入能提 高强 度 和硬 度 ， 加 入量 以不 出现 游离 但
碳 化物 为 限 ， 于高 韧性铁 素 体球 墨铸 铁要 严 格 对
限 制 （ ｒ 量 。对 于珠 光 体 球 墨 铸 铁 ， Ｃ） 当加 入 （ ｒ量 ０２ ０３ Ｃ ） ．％～ ． ％时 ， 即可起 到 显 著 的稳 定 珠
１０ ２ ） １０ ２
摘要 ： 综述 了球墨铸铁各种化学元素的作 用和成分 的控制范 围， 细介绍 了球墨铸铁 的球化与孕育处理工艺 。 详 分析 了单 加 纯 Ｍｇ Ｒ 或 Ｅ合金作为球化剂的缺点 ， 明球化剂应 以 Ｍｇ为主 、 Ｒ 说 以 Ｅ为辅 的原 因 ； 对冲入法 、 盖包法 、 喂丝法等球化 处理工 艺的优缺点进行 了比较 。 出了孕育处理对球墨铸铁生产的重要性 ， 指 列举 了球墨铸铁 常用孕育剂的成分范围， 并 介绍 了炉前一次孕育和多次孕育 、 瞬时孕育 、 随流孕育的特点 。 关键词 ： 球墨铸铁 ； 球化处理工艺 ； 孕育处理工艺 中图分类号 ：Ｇ ５ Ｔ ２５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ８４ （０ ２ ０ — ０ ７ ０ １０ — ３ ５ ２ １ ）４ ０ ３ — ６
往需要 进行脱 Ｓ处理 ；感 应 电炉熔 炼 由于不用焦 炭， 原铁液 州 Ｓ量一般在 ０ １％￣ ． ％。 （） ． ５ ０ ３ 不需要进 ０ ０
Ｒ Ｅ元 素 中和 ， 则会 引起球 化不 良。 Ｅ与 ｓ 否 Ｒ ｂ并
用 还可 以改 善大 断面件 的球 化 。
（ １微量 干扰 元素 。 １） 球 墨铸 铁 中常存 在 一 些 非 特 意加 入 的微 量
机械制造基础第七章铸铁及其热处理习题解答
第七章铸铁及其热处理习题解答7-1 铸造生产中，为什么铸铁的碳、硅含量低时易形成白口? 而同一铸铁件上，为什么其表层或薄壁处易形成白口?答：因为碳、硅是促进石墨化的元素，当它们含量含量低时石墨化不易进行，所以容易形成白口。
同一铸件上表层和薄壁的冷却速度比较快，不利于石墨化，故易形成白口。
7-2 在铸铁的石墨化过程中，如果第一、第二阶段完全石墨化，而第三阶段分别为完全、部分或未石墨化时，问它们各获得哪种基体组织的铸铁?答：第三阶段石墨化完全进行时，获得铁素体基体铸铁；部分进行时为铁素体+珠光体基体铸铁；未进行石墨化时为珠光体基体铸铁。
7-3 机床的床身、床脚和箱体为什么大都采用灰铸铁铸造？能否用钢板焊接制造?试将两者的使用性和经济性作简要比较。
答：1、因为灰铸铁的性能适合制造这些零件：抗压性能比抗拉性能好，铸造性能优良，减摩性好，减振性强，切削加工性良好，缺口敏感性较低。
2、能用钢板焊接制造，但钢板的减摩性、减振性不如灰铸铁。
在使用性和经济性上，灰铸铁成本低，易于铸造结构复杂的零件，并且其尺寸不受限制，这些都是用钢板制造不能达到的。
7-4 有一壁厚为20～30mm的铸件，要求抗拉强度为150MPa，应选用何种牌号的灰铸铁制造?答：根据强度要求和壁厚，应选用HT200。
7-5 生产中出现下列不正常现象，应采取什么措施予以防止或改善?(1) 灰铸铁精密床身铸造后即进行切削，在切削加工后发现变形量超差；(2) 灰铸铁件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。
答：(1) 应在切削前进行去应力退火，消除铸造应力。
去应力退火通常是将铸件缓慢加热到500~560℃，保温一段时间(每l0mm厚度保温1h)，然后随炉冷至150～200℃后出炉。
(2)应进行消除白口组织退火。
退火方法是把铸件加热到850～950℃，保温1～3h，使共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段的石墨化，然后又在随炉冷却中进行第二和第三阶段石墨化，析出二次石墨和共析石墨，到500～400℃再出炉空冷。
球墨铸铁的球化与孕育处理工艺
球墨铸铁的球化与孕育处理工艺摘要：中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上，与美国相比，同一球墨铸铁件的抗拉强度相差不大，但延伸率和冲击值较低，力学性能达不到要求，已成为生产高强度、高韧性球墨铸铁的瓶颈。
本文通过严格控制材料化学成分、优化冶炼工艺和孕育工艺等措施，生产出了满足qt600-10性能要求的铸造状态铸件。
关键词：球墨铸铁；球化处理工艺；孕育处理工艺1前言中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上。
与美国相比，同一牌号球墨铸铁的抗拉强度相差不大，但伸长率和冲击值均较低，说明我国球墨铸铁生产原液态铁的冶金质量还有待提高。
技术水平有待提高。
高强度、高韧性球墨铸铁已成为qt600-10、qt700-5等高性能球墨铸铁生产的瓶颈。
qt600-10铸态生铁具有成本优势大，抗拉强度和伸长率高，但不易控制，需要发展相对稳定的球化工艺和合金，以保证高强度和高伸长率。
2化学成分的选择Qt600-10具有高强度、高伸长率的特点。
考虑到最大的经济性，铸造工艺可以满足技术条件，但必须严格控制化学成分。
化学成分选择如下：1)碳当量选择碳当量主要是为了提高铸件性能，消除铸件缺陷，获得良好的铸件，提高力学性能。
一般来说，碳当量的选择接近共晶点。
2)球墨铸铁中的锰、硫和氧在球化过程中可以中和镁和铈，少量的锰可以起到合金化元素的作用。
为了保证高伸长率，欧姆(Mn)的控制范围为：0.4%~0.6%。
3)磷和磷不影响石墨的球化，但可溶于铁溶液中，降低了铁溶液的共晶温度和凝固起始温度。
容易发生偏析，(P)一般控制在0.05%以下。
4)硫硫是抗石墨球化元素，在稀土和镁中加入铁和硫化物部分，其余的球化，属于有害杂质，(S)一般控制在0.02%以下。
5)加入少量铜可以改善铸件截面结构的均匀性，对基体有固溶强化和沉淀硬化的作用。
铜的质量分数一般控制在0.3%~0.5%之间。
6）加入微量元素锡和质量分数0.04%~0.08%，基体中珠光体含量显著增加。
冲入法球化处理流程
冲入法球化处理流程一、准备工作。
咱要做这个冲入法球化处理呀，那前期准备可不能马虎。
得先把要用的东西都找齐喽。
比如说球化剂，这可是关键的东西呢，就像做菜的盐一样重要，没它可不行。
还有孕育剂，这俩就像是好搭档，互相配合着才能把活儿干好。
在找这些材料的时候呀，咱得挑质量好的。
可不能随便抓一把就用，就像挑水果一样，得挑新鲜又饱满的。
然后就是处理的容器啦，得保证它干净整洁，没有杂质，要是里面脏脏的，那肯定会影响最后的效果呀。
二、球化剂的放置。
把球化剂放进处理容器的时候也有讲究。
咱不能一股脑儿全倒进去，得按照一定的量来放。
就像做饭放调料，放多了太咸，放少了没味。
一般呢，是根据要处理的东西的量来确定球化剂的量。
要是这个没把握好，那最后的成品可能就不是我们想要的球化效果了。
而且放球化剂的时候，也要注意它在容器里的分布。
不能让它都堆在一个地方，要尽量均匀一点。
可以想象一下，要是你在花盆里种花，种子都堆在一个角落，那肯定长不好呀。
这里也是一样的道理，均匀分布才能让球化反应更好地进行。
三、孕育剂的加入。
等球化剂放好了，就轮到孕育剂登场啦。
孕育剂的加入也不是随随便便的哦。
它加入的时间点很关键呢。
如果加得太早，可能会被球化反应给影响了；要是加得太晚呢，又起不到它应有的作用了。
我们得在合适的时机把孕育剂加进去。
这个时机呀，就需要一点经验和感觉了。
就像烤蛋糕，什么时候加那点柠檬汁，得掌握好火候一样。
孕育剂加进去之后，也要让它和里面的东西充分混合，这样才能让它发挥最大的功效。
四、反应过程。
当球化剂和孕育剂都在容器里准备好之后，就开始反应啦。
这个反应的过程就像是一场小魔术呢。
你会看到里面的物质开始发生变化，慢慢地朝着我们想要的球化状态发展。
在这个过程中，我们要密切观察。
就像照顾生病的小伙伴一样，要时刻盯着，看看有没有什么异常情况。
如果发现有什么不对劲的地方，比如反应太剧烈或者太缓慢，那我们就得想想办法了。
是不是球化剂或者孕育剂的量不对呀，还是有其他的干扰因素呢？五、后续处理。
球墨铸铁的一关键环节--球化处理工艺(热加工行业论坛)
损严重、吸收率、低球化剂消耗量大劳动 环境差等缺点.多年来人们一直在利用盖包 法的优点进行球铁生产,同时也在不断地努 力克服工艺在使用中的不足之处: (1)包盖起吊困难,操作难度大;(2)在使用冲 天炉连续出铁时,铁液重量难以精确量化.
盖包法可以大大减少球化剂与空气中 氧的接触几率,从而可以减少镁的氧化烧 损,提高镁元素的吸收率,能有效提高和稳 定球化效果及球铁性能;减少球化剂的加 入量,降低生成本;减少球化时的闪光和烟 尘,降低对环境的污染.由冲入法改为加盖 法时,只需在冲入法球化包上添加一个包 盖,其它和产结构和原料基本不用做任何 调整,符合我国国情,容易在工厂推广.
另一种是利用镁蒸气 在铁液包中自建压力的方 法,球化处理时,通过钟罩 把纯镁加入密封铁液包下 部,镁在包内立即气化,迅 速产生大量的镁蒸气.此蒸 气通过铁液时,一部分被铁 液吸收,另一部分逸出并迅 速在包内上部间隙建立起 与铁液温度相应的饱和蒸 气压(一般0.6~0.8MPa).这 时镁就不再因沸腾汽化而 损失了.
提高时，含镁合金的熔点就会降低，这样包芯线 粉料层的“过程汽化层” 产生镁蒸汽的时间提 前，形成使钢带失效的镁蒸汽量的时间就会提前， 从而导致钢带失效的时间提前，因此，当包芯线 含镁合金的百分比提高时，包芯线喂入包底的喂 线速度就需要相应提高。 （4）包芯线芯剂中镁所处形态的影响：当其 它条件不变时，如果包芯线中的含镁材料由硅镁 合金颗粒变成纯镁颗粒与硅基合金颗粒的混合物， 虽然，包芯线在铁水中各层物料的温度分布没有 发生改变，但由于纯镁颗粒的熔点仅为650℃左 右，包芯线粉料层的“过程汽化层”达到纯镁颗 粒熔点的时间就会大幅度提前，一旦纯镁颗粒熔 化变为镁液，就会迅速向其周围的合金颗粒间隙 中渗透，合金颗粒层的导热能力就会迅速
球化处理与孕育处理
球化处理球化处理的作用是使石墨在结晶生长时长成球状来改善基体形貌来提高铸件的力学性能。
常用的球化剂生产条件下目前常用的是含Mg、Ce和Y（钇）三种元素球化剂，工业上常用这三种元素为基本成分而制成。
1、镁球化剂的特点密度为1.7238g/cm3,熔点为651℃，沸点1107℃，起其化学性质活泼，脱硫去氧能力很强，另外还使共晶点向右下方移动。
镁的优点：①脱氧去硫，净化铁水。
②起搅拌作用，提高动力学条件。
③球化作用。
铁水中残余镁的量在0.04%---0.06%。
镁的缺点：抗干扰能力差。
2、稀土镁合金球化剂的特点稀土的作用：①脱氧去硫，净化铁水。
大于镁的作用。
②抗干扰能力强于镁。
③球化作用。
小于镁的作用。
稀土的缺点：①白口倾向大②原子量大，动力学条件差③球化能力小于镁球化剂的处理方法：1.冲入法；该浇包分为凹坑式、堤坝式和复包式等。
2.型内球化法；该方法的优点是球化剂的吸收率高，所得球铁的性能比普通冲入法的高，特别是抗拉强度较高的情况下伸长率也高。
此外还克服了孕育衰退和球化衰退的问题。
3.盖包法。
优点：①比冲入法的镁利用率高 10-20%；②球化剂加入的量少；③工作条件改善了。
4.自建压力加镁法；特点：①以纯镁作为球化剂，降低了成本；②镁的吸收率高，达到了60-80% ；③处理的铁液在3T以上。
④倒包补加铁液1/2-1/3，同时孕育处理。
⑤危险系数大5.转动包法；特点：①应用于含硫高的铁水，可处理含量为0.3%的铁液。
②镁的加入量为0.14-0.20%。
6.镁合金法；常用的合金有Si-Fe-Mg、Cu-Mg、Ni-Mg、Ni- Si-Mg等。
7.喂丝法；特点：①需要平底包，且H/D=1.5-2的细长包和加盖；②处理包有足够的空间供铁水沸腾；③处理的温度应尽可能的低；④要求有高的含镁量。
喂丝球化孕育介绍
e) 线卷的米数在屏幕上可以显示出来(线卷余量在 500 米以上线卷显示为绿色，500 米到 200 米之间显示为黄色，少于 200 米显示为红色并闪烁)
f) 输入 FeSiMg 包芯线数据如下: 输入处理包内铁水的重量，铁水硫含量，温度，喂丝的速度 (取决于处理包的深度，铁水 的压力)，镁的吸收率以及球化处理后的目标残余镁量。基于这些参数和包芯线内化学成 分进行计算，得出要达到目标残余镁量需要加入的包芯线长度以及喂丝时间(棕色)。
图 3.a、没有密闭处理室的喂丝处理站设计
图 3.b、每次处理三吨铁水的处理站两种不同的设计
图 3.c、每次处理五吨铁水的处理站设计 2、喂丝机 （1）、单线喂丝机
此设备的发动机带动一个喂丝口，由 CPU 控制。包芯线的喂入速度可以通过主控制软件 进行调整。要控制调整包芯线的速度，使包芯线可以达到处理包的底部， 然后才开始从最低层 金属液开始发生反应，以保证 Mg 可以最大程度的被吸收。喂丝机装有一个开关，设定了米数。 在包芯线的米数达到设定米数时，喂丝机自动停止并抽出包盖下方的包芯线。此设备用于小型 包的球化处理，没有孕育处理工艺。
kg/吨铁水 (25% Mg) 最少 最多
13
22
11
18
-
-
12
18
11
14
-
-
18
24
16
20
-
-
13
17
11
15
-
-
11
14
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-
-
-
-
-
6
9
成本(6% Mg) (元/吨铁水)
生产球铁铁素体基体低的原因
生产球铁铁素体基体低的原因有多个方面。
化学成分：铁素体含量与硅、锰等元素的比例有关。
当硅、锰含量过高时，会使铁素体含量降低。
因此，需要控制好原材料的化学成分，特别是硅、锰的含量。
冷却速度：冷却速度过快或过慢都会影响铁素体的形成。
冷却速度过快可能导致部分区域温度过低，从而抑制铁素体的形成；而冷却速度过慢则可能使整体温度过高，导致奥氏体晶粒长大，从而影响铁素体的形成。
因此，需要控制好冷却速度，以保证铁素体的正常形成。
球化处理：球化处理是生产球铁的关键环节之一。
如果球化处理不当，会导致石墨球形貌不佳，从而影响铁素体的形成。
因此，需要控制好球化剂的加入量和球化处理温度，以保证石墨球的球化效果。
孕育处理：孕育处理能够促进铁素体的形成。
如果孕育处理不当，如孕育剂的加入量不足或孕育温度过低，都可能影响铁素体的形成。
因此，需要控制好孕育剂的加入量和孕育温度，以保证铁素体的正常形成。
炉料：炉料的状态和成分也会影响铁素体的形成。
例如，如果原材料中含有较多的氧化物、硫化物等杂质，会降低铁素体的形成。
因此，需要控制好原材料的质量和加入量，以保证铁素体的正常形成。
总之，生产球铁铁素体基体低的原因是多方面的，需要从原材料、工艺参数等方面进行控制和优化，以保证球铁的质量和性能。
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：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1 级。
组织及说明：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2 级。
球墨铸铁的组织和性能
铁素体球墨铸铁
铁素体－珠光体球墨铸 铁
珠光体球墨铸铁
球墨铸铁的显微组织
球墨铸铁良好的机械性能是与其组织特点分不开的，在球铁中，石 墨结晶成球状，对基体的割裂作用大为减小，基体强度的利用率达（70～ 90）%，抗拉强度不仅高于铸铁，甚至还高于碳钢，σb＝(400～600)MPa， σs＝(300～400)MPa。屈强比σs/σb 为 0.7～0.8，比钢约高 40%左右。 塑性、韧性比灰口铸铁大大提高，δ＝(1.5～10)%，经热处理最高可达
δ＝(20～25)%。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁 的一系列优点。如良好的铸造性能、减摩性、切削加工性及低的缺口敏 感性等。甚至在某些性能方面可与锻钢相媲美，如疲劳强度大致与中碳 钢相似，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球铁还可适应各种热处理， 使其机械性能提高到更高的水平。因此。球铁一出现就得到迅速的发展。 它可代替部分钢作较重要的零件，对实现以铁代钢、以铸代锻起重要的 作用，具有较大的经济效益。例如，珠光体球铁常用于制造曲轴、连杆、 凸轮轴、机床主轴、水压机气缸、缸套、活塞等。铁素体球铁用于制造
盘铸件需进行退火处理。 2.正火
目的是增加基体组织中珠光体的含量，并使其细化，提高铸铁的强 度、硬度和耐磨性，如发动机的缸套、滑座和轴套等铸件均要进行正火。
此外，还能将铸态珠光体球铁进行调质和等温淬火，以获得高的强度和硬度，但是都只适宜 于小件。
并适合流水作业生产等优点。 因球化处理时铁水温度有所降低，为保证流动性，应使铁水的出炉
温度高些。 四、球墨铸铁的热处理 由于球铁基体组织与钢相同，球铁石墨又不易引起应力集中，因此 它具有较好的热处理工艺性能。凡是钢可以采用的热处理，在理论上对 球铁都适用。常用的热处理方法有以下几种：
大型球铁件的生产技术
大型球铁铸件的熔炼技术天乾重工铸铁厂年生产能力铸件3万吨，以大中型铸件生产为主。
自2008年投产以来主要生产风电铸件、大型机床件、注塑机模板、核电机壳、各种缸体等等。
在大断面球铁铸件的生产中也积累了雄厚的技术基础，在同行业和客户中获得了良好的口碑。
今年我分公司发展再上台阶，与国内一些著名企业结成了战略合作伙伴关系。
有三一集团、陕鼓集团、杭州创研、海天集团、沈阳机床、中国一重、中国二重、上海迎风等核心客户。
形成了单件铸件超过了120吨的生产能力。
中捷横梁长度13米，铸件毛重87吨，最大壁厚300mm。
技术要求导轨面硬度不低于175HB，球化等级大于3级。
是标准的大型球铁件。
牌号：QT500-7 属厚大断面铁素体+珠光体球墨铸铁熔炼设备：20T+40T中频电炉浇注设备：25T+40T铁水包球化处理浇注造型工艺：呋喃树脂砂砂箱造型补缩工艺：外冷铁+自补缩容易产生的问题：球化衰退，石墨漂浮，碎块状石墨，反白口，缩松缩孔，中心部位石墨球数减少。
关键词：球墨铸铁，大断面，吨位大，球化等级，硬度，预处理一：原辅材料选用1 选用优质高纯生铁，生铁应属共晶成分，避免过共晶成分以避免生成过共晶的粗大石墨。
微量元素总量≤0.1%，Ti≤0.04%，微量反球化干扰元素的总量＜0.1%。
干扰元素分为两大类，一类是消耗球化元素型干扰元素，例如硫；另一类是晶间偏析型干扰元素，包括锡，锑，砷，铜，钛，铝等等。
在共晶结晶时，这些元素富集在晶界，促进碳在共晶后期形成畸形的枝晶状石墨。
P含量要求≤0.03%，避免产生磷共晶。
P 既显著升高塑-脆转变温度，又强烈降低球墨铸铁的上限冲击功，P对球铁的脆化危害作用主要是形成磷共晶（三元磷共晶，二元磷共晶）。
所以成为裂纹的发源地，同时加剧球墨铸铁的缩松倾向。
S含量要求≤0.015% 国内产自本溪和林州的生铁干扰元素少纯净度高，故适合生产大型球铁铸件。
2废钢选用纯净低锰低磷低硫无铁锈无涂层的碳素钢。
球铁铸造实验结果汇报
出铁水要迅速，避免小流倒出，以免热量损耗过多 致使球化剂、孕育剂粘附在炉底，造成球化不良。 球化反应完成后迅速取样，浇注。 实验浇注的铸型为U型试块
采用以上的的处理工艺生产的铸件，分别对其化学 成分，力学性能以及金相组织进行了观察和测定。 所使用的设备为：华银布氏硬度计（HB-3000）、 电子光学显微镜（ Nikon eclipse MA 100 ）、摆锤式 冲击试验机(JB-300B)、电液伺服万能拉力机，光谱 仪、游标卡尺，中频感应电炉，热分析仪
为此在铸态条件下获得各种性能的铸件是 社会生产所急需的。所以我们期望通过此 次试验在铸态下获得金属基体为铁素体的 QT400-18的铸件，铁素体和珠光体混合基 体的QT600-3的铸件以及珠光体基体的 QT700-2的铸件。同事也希望通过这次实 验加深大家对球铁相关知识的认识以及锻 炼大家的创新能力，动手能力，理论联系 实际的能力以及团队合作能力等一些综合 实践能力。
（2）抛光： 采用机械抛光，抛光时先将抛光织物长毛 绒或丝绒用水浸湿，然后平整地装在抛光机的抛光 盘上。将配好的抛光液（AL2O3或Cr2O3或MgO溶液） 倒在抛光盘上（以在试样上形成的水膜5～10秒钟 干为宜），打开电源，手握试样试磨面朝下，轻轻 地放在抛光盘的2/3半径处，使细磨的划痕方向与 抛光盘的旋转方向垂直，且沿与抛光盘旋转方向相 反旋转，直至磨面光亮无痕为止，一般为3～5分钟 。抛光时宜选用润滑性良好的煤油作润滑剂，这样 不但容易得到光亮无痕的金相磨面，而且还能清晰 、真实地显示出石墨球的光学性能。
冲击韧性实验实验原理和方法
将加工好的试样放在试验 机的支座上，再将具有一 定重量 m 的摆锤举至一定 的高度 H1，使其获得一定 的位能mgH1，再将其释放 ，冲断试样。摆锤的剩余 能量为 mgH2。摆锤冲断 试样所失去的能量（ mgH1- mgH2 ），此即冲击 负荷使试样破断所作的功 ，称冲击功，单位为J, 以 Ak表示。则有 Ak= （mgH1mgH2 ）。
球化处理方法、孕育处理方法
孕孕育育处 处理理就就是是在在浇浇注注前前或或浇浇注注过过程程中中向向金金属属液液中中加加8入入. 少少（量量的的5某某）种种物物浮质质硅，，以以孕影影育响响金金；属属液液生生核核过过程程,,从从而而改改变变其其凝凝固固特特性性的的处处理理工工艺艺。。
① 消除结晶过冷倾向； ① 消除结晶过冷倾向；
9. （6） 型内孕育。
孕育处理方法
① 消除结晶过冷倾向；
孕育处理就是在浇注前或浇注过程中向金属液中加入少量的某种物质，以影响金属液生核过程,从而改变其凝固特性的处理工艺。炉前一次孕育；
孕育处理就是在浇注前或浇注过程中向金属液中加入少量的某种物质，以影响金属液生核过程,从而改变其凝固特性的处理工艺。
第六次课 讲解
球化处理方法
1. 冲入法； 2. 自建压力加镁法； 3. 转包法； 4. 盖包法； 5. 型内法； 6. 钟罩法； 7. 密封流动法； 8. 型上法。
第六次课 讲解
孕育处理
孕育处理就是在浇注前或浇注过程中向金属液 中加入少量的某种物质，以影响金属液生核过程,从 而改变其凝固特性的处理工艺。
孕孕育育处 处理理就的是目在的浇注前或浇注过程中向金属液中加5入. 少（量的2某）种物浇质包，以漏影斗响金随属流液生孕核育过程法,从；而改变其凝固特性的处理工艺。
① 消除结晶过冷倾向；
① 消除结晶过冷倾向； 孕育处理的目的
6. （3） 孕育丝法；
（2） 浇包漏斗随流孕育法； 孕育处理的目的
7. （4） 浇包孕育棒法；
孕育处理的目的
孕育处理就是在浇注前或浇注过程中向金属液中加入少量的某种物质，以影响金属液生核过程,从而改变其凝固特性的处理工艺。
孕育处理的目的
① 消除结晶过冷倾向； ② 促进石墨球化； ③ 减小晶间偏析。
球墨铸铁的孕育处理
球墨铸铁的孕育处理
球墨铸铁管孕育处理的必要性：铁水经球化处理后，易出现白口，
难以产生石墨核心，因此，离心铸造时，必须进行随流孕育。
球墨铸铁管孕育处理的作用：促进石墨化，改善球化效果，使石
墨球变小，数量增多且分布均匀，球径更圆整，显著的改善了球
铁的性能。
因此孕育处理是提高球铁管质量的重要手段，一般要
求孕育剂加入量为管子重量的0.8～1.5‰。
孕育处理与温度的关系：铁水温度越高，孕育效果越差，当孕育
处理温度从1499度降到1204度时，石墨球从10个/mm2迅速增
加到120个/mm2。
如下图：。
铸造工艺流程1
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小结：混砂工艺流程：
• 旧砂→磁选皮带机（铁丸，铁屑分离剔除） →振动再生机→斗式提升机 • →离心再生机→风选器→斗式提升机 砂仓（加适量新砂）→连续混砂机（加固化 剂，树脂）→ 造型。
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• 造型造芯
用模型（木模、金属模）制造铸型（砂型、金属型）型腔以形成铸件
的外表面，称造型。用芯盒制造型芯，以形成铸件的内表面称为造芯。
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铸造概述
3.铸造的方法 铸造的方法主要分砂型铸造和特种铸 造两大类。本公司采用砂型铸造。
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铸造概述
• 本公司砂型铸造生产过程： • 制模配砂－混砂 ―造型制芯―上涂料 ―配模―合箱―熔炼浇注― 落砂― • 清理―检验入库
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砂型铸造
砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前 90%以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。
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造型造芯
3.合完箱后要有专人进行检查，主要检查项目有： 合箱是否到位；浇冒口是否通畅；是否有未上 涂料的部位；是否错箱；浇口圈位臵是否正确 等情况。 4.合箱后班长要对当班的生产数量、品种进行统 计，填写生产报表和生产标牌。生产标牌包含 品种、数量、铸件牌号。
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小结：造型工艺过程
• 手工造型步骤： • ①造外模―型板放平―套砂箱―放砂―舂砂― 剖面刮平―硬化―起模―适当修型 ―上涂料― • 烘干 • ②制芯：芯子放好―放芯骨砂―舂实―硬化―脱 模―上涂料―烘干 • ③配模：小号先下，按号码顺序。合箱、披缝嵌 掉。
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熔炼浇注
获得一定成分和一定温度的铁水,
浇入铸件型腔中
• 如让过热气 体积聚在下 面空间，炉 顶上形成一 个盖，就会 发生搭桥。 如产生了搭 桥，需立即 切断电源
球铁球化处理和孕育处理
退越快。 (5)经过一次孕育处理后，在铁液浇注进入型腔之前，采用瞬时孕育，即延后孕育。
第一节 球化处理
二、球化处理的工序
(二) 球化处理
3. 采用稀土硅铁镁合金作球化剂、凹坑式包底冲入法
采用稀土硅铁镁合金作球化剂、凹坑式包底冲入法时，凹坑深度为 100～200mm，可用球铁铁屑或废钢碎料覆盖球化剂，由此可提高镁 的回收率15%～20%。
4. 球化剂 球化剂不得吸湿，保持干燥。球化剂颗粒度适当，粉末过多则易 氧化；而粒度过大则反应熔化时间长，导致球化剂上浮至铁液表 面烧损。
第二节 孕育处理
二、孕育处理工艺
(三) 孕育衰退的防止
(1) 尽量缩短从铁液球化、孕育处理至浇注的时间间隔。从铁液被放入浇包进行球化 并孕育处理开始，至浇包内最后的铁液浇注结束的全部时间间隔，最长不得超过 15min。如果内在10min以内结束整个浇包的浇注，则是最好。
(2) 采用粒度偏大的孕育剂，对于处理1t以下的铁液时，用于一次孕育的孕育剂粒 度一般为1.5mm～6mm。随着铁液重量的增加，孕育剂的粒度也要相应增大。
5. 温度 球化处理温度宜在1450～1500℃，国内当今多在1400～1450℃
第一பைடு நூலகம் 球化处理
三、球化检测
(一) 炉前三角试样
第二节 孕育处理
一 孕 育 剂
第二节 孕育处理
一 孕 育 剂
第二节 孕育处理
二、孕育处理工艺
(一) 一次孕育； (二) 二次孕育； (三) 孕育衰退与防止
随着孕育处理后铁液停留时间的延长，孕育效果 减少。这表现在单位面积上的石墨球数减少，石墨球 尺寸变大、球化程度变差、渗碳体增多，导致铸件的 硬度升高，即孕育衰退。
球墨铸铁的炉前球化和孕育处理工艺
球墨铸铁的炉前球化和孕育处理工艺
1球墨铸铁炉料按配料单数量，先后加入到感应电炉内，熔清，升温到出炉温度（1520℃），准备出炉。
其间可用炉前快速分析仪测定原铁水成分。
2浇注用的铁水球化包，要提前修好，筑好堤坝，并用木柴烘干烘透。
3球墨铸铁所用的球化剂、孕育剂要按每炉要求数量分别称好，备用。
4将球化剂放入铁水包堤坝一侧，盖上孕育剂量的60%（一次孕育），再盖上干净无锈的球铁屑，并注意捣实。
5铁水出炉时，要冲入堤坝的另一侧，防止球化剂过早反应。
铁水出尽，等球化反应完毕，扒净渣子，防止回硫。
再在铁水表面撒上孕育剂量的30%（二次孕育），略加搅拌，盖上覆盖剂。
起吊浇注。
6浇注过程尽量平稳迅速，浇注时间不应超过10分钟，以防止球化衰退。
浇注过程中，特别注意做好随流孕育（三次孕育），用量是孕育剂量的10%。
7浇注完毕，把铁水包中的剩余铁水倒尽，扒净渣子，以备再用。
8检测所需的试样、试块所用铁水，应取于浇注后期。
铸铁的成分
缺点：凝固收缩率较大，对原铁水成分要求严格， 减震性不如灰口铸铁。
三、球墨铸铁的表示方法
QT 40—17 最低延伸率 17%
最低抗拉强度的十分之一 MN/m2 球墨铸铁
四、球墨铸铁的热处理 1、特点
1、铸铁的成分特点
a、含碳量 理论上含C：2.11%~ 6.69% 的铁碳合金
都属于铸铁， 但工业上常用铸铁的含碳量一 般在：2.50%~4.00%之间。
b、含硅量
铸铁是以铁-碳-硅为主的多元铁基合金： Si：1.00~3.00%
c、其它元素
含有较多的硫、磷杂质： P：0.01~0.50%，S：0.02~0.20%
最细。1～4级粗大片状，机械性能较低；5～ 8级细小蠕虫状石墨，机械性能较高。
★ 按石墨片的粗细分： 普通铸铁、孕育铸铁（变质铸铁）
一、灰口铸铁的组织与性能
铁素体+片状石墨 组织 铁素体+珠光体+片状石墨
珠光体+片状石墨
● 铁素体灰口铸铁，强度、硬度低，尽管铁素 体本身塑性、韧性高，但由于片状石墨的割 裂作用，引起应力集中，致使该类铸铁的延 伸率、冲击韧性均不高。
d、价格低廉，生产工艺简单，成品率高，在机 械工业中应用广泛。尤其近年来，由于稀土 镁球墨铸铁的发展，使铸铁的应用范围大大 拓宽，以铁代钢，以铸代锻的领域越来越多。
二、铸铁中的石墨化过程 1、石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁 的石墨化过程。
Fe-C合金中，C的存在方式有两种：
Fe3C 和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，G是一种稳定的相。
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球化处理
球化处理的作用是使石墨在结晶生长时长成球状来改善基体形貌来提高铸件的力学性能。
常用的球化剂
生产条件下目前常用的是含Mg、Ce和Y（钇）三种元素球化剂，工业上常用这三种元素为基本成分而制成。
1、镁球化剂的特点
密度为1.7238g/cm3,熔点为651℃，沸点1107℃，起其化学性质活泼，脱硫去氧能力很强，另外还使共晶点向右下方移动。
镁的优点：
①脱氧去硫，净化铁水。
②起搅拌作用，提高动力学条件。
③球化作用。
铁水中残余镁的量在0.04%---0.06%。
镁的缺点：抗干扰能力差。
2、稀土镁合金球化剂的特点
稀土的作用：
①脱氧去硫，净化铁水。
大于镁的作用。
②抗干扰能力强于镁。
③球化作用。
小于镁的作用。
稀土的缺点：
①白口倾向大
②原子量大，动力学条件差
③球化能力小于镁
球化剂的处理方法：
1.冲入法；
该浇包分为凹坑式、堤坝式和复包式等。
2.型内球化法；
该方法的优点是球化剂的吸收率高，所得球铁的性能比普通冲入法的高，特别是抗拉强度较高的情况下伸长率也高。
此外还克服了孕育衰退和球化衰退的问题。
3.盖包法。
优点：①比冲入法的镁利用率高10-20%；②球化剂加入的量少；③工作条件改善了。
4.自建压力加镁法；
特点：①以纯镁作为球化剂，降低了成本；
②镁的吸收率高，达到了60-80% ；
③处理的铁液在3T以上。
④倒包补加铁液1/2-1/3，同时孕育处理。
⑤危险系数大
5.转动包法；
特点：①应用于含硫高的铁水，可处理含量为0.3%的铁液。
②镁的加入量为0.14-0.20%。
6.镁合金法；常用的合金有Si-Fe-Mg、Cu-Mg、Ni-Mg、Ni- Si-Mg等。
7.喂丝法；
特点：①需要平底包，且H/D=1.5-2的细长包和加盖；
②处理包有足够的空间供铁水沸腾；
③处理的温度应尽可能的低；
④要求有高的含镁量。
孕育处理
孕育的目的是消除白口、增加共晶团和石墨球并细化、消除偏析、消除结晶过冷倾向等。
孕育效果的评定标准是：
①白口倾向的减少。
方法是炉前三角试片检验；根据白口宽度大小或深度来评价，孕育前后白口差别越大说明效果越好。
②共晶团数的增加。
③过冷度的降低。
孕育处理的检验方式有金相检验、三角试片检验、超声波检验等。
实际上不必追求过大的孕育效果，因为孕育效果越好铸件凝固时的缩松倾向会越大。
铁液的孕育
灰铁中的孕育剂一般以75%Si-Fe为主，近年来又增加了锶、铈、钡、钛、锆等强化孕育元素的特种孕育剂。
球铁中主要有硅铁孕育剂、硅钡孕育剂、硅锶孕育剂、硅锆孕育剂、硅钙孕育剂、稀土孕育剂等。
孕育剂的加入量与铁液的成分、温度及氧化程度、铸件壁厚、冷却速度、孕育剂的类型及孕育方法有关，尤其以铁液成分，逐渐壁厚及孕育方法的影响最为重要。
一般情况下，铸铁要求牌号越高，则需要加入的量越大，选用强化孕育剂时加入的量越少，孕育方法越好加
入的孕育剂越少。
孕育方法
最常用的方法是在出铁槽将一定粒度的孕育剂（粒度大小随浇包而定，一般在5-10mm左右）加入铁液中，此方法简单易行但是会产生孕育剂的浪费以及孕育衰退的结果。
近年来发展了许多瞬时孕育的技术。
孕育剂中各元素的存在形式与作用
Si(硅)
晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，原子量28，密度2.4g/cm3，熔点1414℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅在铸铁中是固溶在基体中的，他全部溶于奥氏体或铁素体中，起到了固溶强化的作用，硅是负偏析元素有利于石墨化。
增加硅的含量能使得①共晶点和共析点的含碳量减少②降低共晶线并提升了共析线，使得铁素体基体更加容易获得③缩小了奥氏体相区④出现了共晶与共析转变的三相区。
Sr(锶)
银白色软金属，原子量87.6，密度2.6g/cm3，熔点769℃，沸点1384℃，化合价+2。
锶能降低共晶团的数量，降低缩松倾向。
含锶硅铁消除白口的能力很强，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，过冷组织只见于铸件的表层。
Ba(钡)
原子量137.327，密度3.51g/cm3。
熔点725℃。
沸点1640℃。
化合价+2。
钡有很强的促进石墨化的能力，降低白口倾向，可改善薄壁件中石墨的形态和分布状况，而且还有减缓孕育衰退的作用。
但是有报道说，加入过多的钡会使基体组织中铁素体含量增多，导致铸铁的强度降低。
Ca（钙）
银白色的轻金属。
质软。
原子量为40，密度1.54g/cm3。
熔点839±2℃。
沸点1484℃。
化合价+2。
硅钙合金虽有很强的孕育作用，但是，除制成包芯线应用外，用粒状合金作铸铁的孕育剂并不太合适，其主要缺点是
①密度远低于铁液，易于飘浮而影响其与铁液的作用；
②成渣倾向大；
③孕育作用衰退快；
④处理需用的加入量大，约为0.3～0.5％。
Ti(钛)
钛的原子量47.867。
密度为4.506-4.516g/cm3（20℃）。
熔点1668±4℃，沸点3260±20℃。
钛在铸铁中以硫化物、氧化物和氮化物的形式存在，它是反球化元素，最高界限含量为0.07%。
它的碳、氮化物常以细颗粒（方形、多边形）存在于铸铁中且具有极高的硬度，提高了铸铁的耐磨性。
此外还有强化铁素体的效果，量少时能细化石墨球。
一般灰铁中含量在
0.05%以下，球铁在0.03%以下。
Zr(锆)
锆（Zirconium）它的原子序数是40，是一种银白色的高熔点金属，呈浅灰色。
密度6.49g/cm3。
熔点1852±2℃，沸点4377℃。
化合价+2、+3和+4。
锆在铸铁中是以碳化物的形式存在，它是强碳化物形成元素。
锆的作用：
①增加珠光体的含量并细化珠光体
②形成的碳化物属于高熔点物质，为石墨球的形核提供了异质核心促进球的成形并细化了基体组织
③脱氧、除氮、去硫的作用，净化铁液。
有利于提高铁液的流动性，能减轻铸铁的白口倾向，促成均匀、细小的A型石墨。
而且还有减缓孕育衰退的作用。
孕育处理的方式
1.炉前一次孕育和多次孕育
2.瞬时孕育
3.随流孕育
研究方向
1.为长时间能保持孕育效果的所谓“长效孕育剂”的方向研究
2.朝着迟后孕育方面的孕育方法的研究
1:ZG230-450是一种铸造碳钢，是新牌号表示方法(GB11352-89)，原
牌号叫ZG25。
ZG代表铸钢的拼音缩写，230是指这种材料的最低屈服强度为230Mpa，450是指这种材料的最低抗拉强度为450Mpa。
[1]
2:化学成分
组成元素比例(%)：碳C:≤0.30；锰Mn：≤1.20；磷P：≤0.04；硫S：≤0.04；硅Si：≤0.50
3:工艺性能
冶炼
一般用电炉冶炼，冶炼容易掌握。
铸造
ZG230-450这种材质的碳钢铸造性能较好，熔点较高，实际流动性较差，易氧化，铸造缩水率约1.5%～2.0%，凝固收缩约4.2%，浇注温度约1500～1550℃。
焊接
焊接性良好，用E5015（E7015）、E5016（E7016）等焊条，焊前不预热或100～150℃低温预热，焊后去应力处理。
冷加工
被切削性能尚可。
无需热处理也可直接进行机加工。
4:注意事项
注：相对上限每减少0.01%的碳，允许增加0.04%的Mn，但Mn含量最高至1.20%。