关于球墨铸铁的培训资料

培训资料
球墨铸铁的化学成分
一．碳
1．对铸造性能和球化效果的影响
含碳量增高，石墨球数增多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。

可以减少缩孔体积和缩松的面积，使铸件致密。

碳的含量在4.0-4.3%时, 缩松倾向最小。

含碳量过高，降低缩松的作用不明显，反而出现石墨漂浮。

含碳量高，保证球化的残余镁量要增多。

2．对力学性能的影响
含碳量对力学性能的影响主要通过对基体的影响起作用。

增加含碳量可以减少游离渗碳体，接近3%时，渗碳体消失；超过时出现铁素体。

硬度下降，断后伸长率上升，质量分数接近3%时，出现最高的抗拉强度。

对于球墨铸铁，碳一般为：3.5-3.8。

（对于高牌号球铁，碳取中、下限，硅走上限）但在生产中需加入较多的硅，因此必须考虑碳当量的影响。

3．碳当量
碳当量对流动性的影响很大，提高碳当量流动性增加。

碳当量在4.6-4.8%时流动性最好，有利于成形、补缩，碳当量继续增加，流动性反而下降。

碳当量在4.2%时缩孔体积最大,继续增加缩孔体积反而减少; 碳当量在4.8%时, 缩松倾向最小,大于或小于该值, 缩松倾向均增加。

因此，把碳当量控制在4.2-4.8%之间，缩孔小，缩松少，可以获得健全铸件。

二．硅
1．对基体组织的影响
促进石墨化元素，随含硅量增高,珠光体量减少。

由于硅的孕育作用，使珠光体和铁素体的比例改变。

硅在球墨铸铁中使铁素体增加的作用比灰铸铁要大。

2．对力学性能的影响
硅能提高抗拉强度、屈服强度和硬度，同时也使塑性指标降低，冲击韧性明显下降，超过3%时，急剧下降，并使脆性转变温度升高。

三．锰
1．对基体组织的影响
少量的锰可以作为合金元素，形成碳化物和珠光体。

但锰使白口倾向增加，因此要把含锰量保持在最低水平。

特别是厚大铸件，锰是正偏析倾向特别大的元素，其边缘和中心的含量能相差一个数量级，极易形成“反白口”，对力学性能极为有害。

锰是强烈稳定奥氏体的元素，同时对稳定珠光体的作用也很明显。

但因弊大于利还是应把锰控制在较低的范围。

2．对力学性能的影响
锰能提高抗拉强度、屈服强度和硬度，但使塑性指标降低显著，锰的强化作用同微量元素相比要微弱的多，故不能把它作为强化元素。

四．磷
1．对基体组织的影响
磷很容易偏析，当质量分数接近0.1%时，就会出现体积分数2%的磷共晶，磷共晶熔点很低，最后在共晶团边界呈多角状分布，急剧恶化力学性能。

2．对力学性能的影响
磷使塑性和冲击韧性明显下降，显著提高脆性转变温度，容易出现缩松，具有明显的冷脆现象，容易冷裂。

因在铸铁中不可脱磷，而且采取强化孕育和热处理只能减轻但不能消除磷的有害作用，故必须采用低磷生铁。

五．硫
1．对基体组织的影响
硫是反球化元素，属于有害杂质。

硫首先和稀土元素起作用，其中一部分与镁、锰起作用。

因此，加入的稀土和镁其中相当部分与硫化合，剩下的才能起球化作用。

硫化物残留在铸件中，破坏基体的强度或形成渣孔和皮下气孔。

同时，硫化物上升至金属液表面时硫会被还原而重新回到金属液内形成新的硫化物，消耗更多的稀土和镁。

因此，球化处理后熔渣一定要扒净。

2．对球化效果的影响
硫是反球化元素，它的数量对球化效果影响很大。

含硫量决定球化剂的加入量，原铁水含硫0.02%-0.03%时，球化剂的加入量为0.8%-1.0%,当硫降至0.02%以下时，球化剂的加入量为0.6%-0.8%。

球化剂的加入量还与壁厚、球化处理温度、球化剂的组成亦即球化处理工艺有关。

稀土残留量与原铁水含硫量的关系
球化剂的加入量与原铁水含硫量的关系(球化剂成分%:Mg8-10\Re8-12\Si58-34)
3．降低原铁水含硫量
（1）采用低硫的炉料；
（2）出炉温度超过1450℃；
（3）采用碱性炉衬；
（4）采用炉外脱硫（具体方法：在包底球化剂的对面加入1%的复合脱硫剂，作到先脱硫后球化）。

合金元素
一．铜
1．铜对石墨形状的影响
加入铜可改善石墨球的形状和增加石墨球的数量，这种作用在厚大断面铸件中特别突出。

但，铜中含有许多种干扰元素（电解铜中含Pd0.018%）会使石墨球有明显的畸变。

铜的加入量一般为0.5%-1.5%，多数小于1%。

2．对基体组织的影响
（1）促进石墨化，减少或消除游离滲碳体；
（2）促进珠光体的形成，减少或完全抑制铁素体的形成；
（3）提高淬透性，改善铸件断面组织与性能的均匀性；
（4）对基体固溶强化、沉淀硬化，不形成游离渗碳体，不与碳形成碳化物；
（5）呈负偏析，富集在共晶团内部。

3．对力学性能的影响
随含铜量增加，强度和硬度均相应增加。

但延伸率对于珠光体基体的球铁变化不大而铁素体基体的球铁明显下降。

脆性转变温度升高，冲击韧性下降。

二．钼
1．对基体组织的影响
钼是形成碳化物较弱的元素，它对石墨形态没有影响，加钼可使共晶团细化，改善淬透性。

2．对力学性能的影响
提高强度的作用比锰、铜明显得多，但断后伸长率和冲击韧性降低。

对于珠光体球铁能改善屈服比。

钼可以防止回火脆性。

三．镍
1．对基体组织的影响
镍可无限溶解于铁，具有排碳作用，不与碳形成碳化物。

作为石墨化元素可使白口倾向降低，但能力只有硅的1/4-1/3。

镍对石墨形态和共晶团数量没有影响。

镍是稳定奥氏体元素作用比铜强烈，加入少量的镍就能抑制铁素体。

减少断面敏感性。

细化珠光体，并使珠光体数量增多。

2．对力学性能的影响
提高强度和冲击韧性，特别是和钼结合使用效果更明显。

强化铁素体，降低脆性转变温度，含镍的球铁在低温时具有更高的冲击韧性。

含镍量增加，硬度增加，与钒复合作用更为明显。

四．铬
1．对基体组织的影响
铬可无限溶解于铁，铬和碳的亲合力比碳和铁的大的多。

铬可使共析转变温度提高。

铬的碳化物呈网状偏析在共晶团边界且十分稳定，热处理不能消除，故一般控制在0.05%以下。

加铬可得到类似于完全珠光体的莱氏体与铁素体牛眼组织。

加铬可使珠光体粒状化，须在680-750℃保温后空冷。

加铬可改善淬透性。

2．对力学性能的影响
改善淬透性。

含铬较少时不会增加脆性，但若同时含微量的锡（0.07%）就会增大脆性。

加铬可使珠光体中的滲碳体稳定，故采用退火可得到粒状珠光体，在强度不变，硬度有所下降，但断后伸长率和冲击韧性均有增加，达到强度和塑性的良好配合。

五．钒
1．对基体组织的影响
是强烈的反石墨化元素。

当含钒0.5%以下时，对球状石墨没有影响。

当含钒0.5%时，可使珠光体的体积分数由5%增加至40%，当含钒0.3%时就会出现游离滲碳体和钒的碳化物，其数量随含钒量增加而增加
2．对力学性能的影响
当含钒0.5%以下时，抗拉强度和屈服强度随含钒量增加呈直线上升。

但断后伸长率其数量随含钒量增加而下降，硬度则升高。

当含钒超过0.3%时就会出现游离滲碳体，因而使硬度急剧升高和断后伸长率急剧下降，但通过强化孕育和提高含硅量可使钒超过0.3%时也不会出现游离滲碳体。

冲击韧性随随含钒量增加而下降明显。

钒使脆性转变温度升高。

钒用于制作厚大断面铸件时不会出现游离滲碳体，具有很高的断后伸长率、抗拉强度和屈服强度。

微量元素
一．微量干扰球化元素
共同特点：它们各自的质量分数只有万分之几到十万分之几就会起破坏作用，得到的将是片状或畸变石墨。

这种干扰作用与铁液中的含镁量、冷却速度有关；且各单个元素的干扰作用可以叠加。

关系式如下：
SB=4.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al SB-球化指数，如果SB＞1，就会出现畸变石墨。

可把干扰球化元素分为3类，（1）消耗镁型：Te、Se、S；（2）晶界偏析型：Sb、Sn、As、Ti；（3）混合型：Pb、Bi。

添加稀土元素可以抑制微量干扰球化元素的反球化作用，要达到85%的球化率（含Pb0.001-0.005%），必须使残余镁为0.06%，鈰达到0.005%。

二．微量合金化元素
把微量的干扰球化元素和稀土添加球铁（特别是厚大断面铸件）中可以取得良好
的效果。

因此，把这些有意加入的元素叫作微量合金化元素。

1．锑：加入0.002-0.01%就会使石墨圆整度提高，石墨球数量增加，特别是厚大断面铸件，加入0.005%经孕育处理后，石墨球数量可增加1倍。

锑可使
珠光体的数量增加。

一般加入量0.006-0.01%，残余稀土0.01-0.03%。

2．铋：加入≤0.01%的铋和稀土复合添加，可以抑制白口，增加铁素体，减少磷共晶，细化石墨，石墨球数量比不加铋增加6倍。

适用于铸态薄壁铁素
体球铁和含P量高的球铁。

3．钛：在球铁中即使有少量的钛，就会形成畸变石墨。

当钛＞0.1%时，由于石墨畸变，断后伸长率和冲击韧性降低，同时，抗拉强度和屈服极限也急
剧下降。

（钛干扰球化的原理：钛有很强的还原能力，可把铁液中的锑、
铋、铅等微量元素还原出来，从而破坏石墨的球化。

4．铅：强烈干扰球化的元素，0.01%的铅就会使石墨严重畸变。

但在厚大断面铸件中，加入微量的铅（十万分之几）和稀土，可以改善石墨畸变。

5．锡：与锑相似，加入0.06-0.1%就会使珠光体数量明显增加。

6．碲：与硫相似，使球化所需的镁量减少，使石墨畸变。

但在厚大断面铸件特别是轧辊生产中加入微量的碲，可以改善和防止石墨畸变。

7．钡：加入适量的钡，能提高球化率，石墨球数量增加，抑制白口，有良好的抗衰退能力，适用于铸态铁素体球铁。

8．铝：加入适量的铝，可促进石墨化，增加铁素体量，有很强的脱氧能力。

但增加形成针孔、气孔的倾向。

球化处理
一．球化剂
1．球化剂的种类
镁系球化剂：对处理前的含硫量可以放宽，在亚共晶或过共晶成分的铁液均能取得良好的球化效果。

但，抗干扰能力差，形成夹渣、缩松和皮下气
孔等的倾向大。

注意事项：MgO的含量≤1%，含量多球化衰退快，
块度均匀，含Ti0.5-1%，断口发亮，发暗说明氧化严重。

稀土系球化剂：脱氧、硫能力比镁强，但，一般不单独使用，而是和镁复合使用。

钙系球化剂：对硅、锰敏感性较小，白口倾向小，易得到铁素体基体的球铁，壁厚＞15mm时，可不进行孕育处理。

但球化能力弱，渣子多，单独
使用加入量大，易出现片状或类似片状石墨。

2．球化剂的作用：稀土开道脱氧、脱硫，最后镁球化。

3．球化剂的选用：没有最好，只有最适用。

4．球化处理方法：
冲入法：应用最广泛的方法。

要求处理温度不小于1450℃，硫的质量分数≤0.01%。

稀土含量应低于镁含量。

镁的吸收率25%-40%。

但镁的吸收率偏低，劳
动条件差。

球化剂的加入量取决于原铁水中的含硫量、球化剂中的含镁量、
铁水的纯净度、铁水的处理温度和工艺措施等。

一般加入量为铁水重量的
1.0-1.6%。

喂丝法：在铸管上应用成熟，其余不成熟。

主要是包底总有一部分铁水得不到球化。

5．对球化包的要求：深度与直径比为1.5：1至2：1。

二．孕育处理
1．孕育处理的作用：消除球化处理中球化元素产生的白口倾向；细化石墨球，提高
石墨球的圆整度，改善石墨球的分布；减少成分偏析；增加石
墨球数，减慢球化衰退。

2．孕育剂的加入量：采用75Si-Fe加入量（质量分数）0.8-1.5%，如采用复合孕育
剂应根据稀土和硫的含量选择合适的加入量。

3．孕育处理工艺
3.1．一次孕育: 即冲入法,应根据处理的铁液量选用合适的粒度。

3.2．二次孕育：
倒包孕育：建议用随流加入，粒度小于3mm，加入量0.1%,可多次加入。

特别适用于铸态薄壁铁素体球铁。

浇口杯孕育：粒度小于0.2-2mm，加入量0.1-0.2%,适用于大型铸件。

浇包漏斗随流孕育：粒度20-40筛号，加入量0.1-0.15%,适用于壁厚100mm以下
流水线或批量生产或离心铸管中小铸件。

注：倒包孕育和浇包漏斗随流孕育可能会在铸件上产生硬质点，故一般粒度小于
0.5mm,预热200℃,加强搅拌,加入15-20%的冰晶石粉使用。

另外还有：型内孕育块法和孕育丝法。

4．防止孕育衰退的方法: 尽量缩短从球化、孕育处理到浇铸的时间间隔，最好控
制在10min以内；采用粒度偏大的孕育剂；采用长效
孕育剂；球化、孕育处理后的铁液温度不可过高；采
用二次孕育。

铸态球墨生产工艺要点
一．铁素体基体
1．纯净的生铁:磷小于0.06%；
2．干扰元素总量在0.01%以下;
3．钛小于0.06%;
4．强烈形成碳化物元素小于0.1%;
5．采用低锰生铁(锰不超过0.2%);
6．终硅量在2.2-2.5%范围内;
7．强化孕育。

二．珠光体基体
1．纯净的生铁:磷、干扰元素总量、.强烈形成碳化物总量与铁素体基体的基本相同；2．采用低锰生铁(锰不超过0.3%);
3．终硅量在2.0-2.5%范围内;
4．附加铜0.5-1.5%;
5．适当孕育。

三．铁素体-珠光体混合基体：采取措施与铁素体基体基本相同，铜的加入量是珠
光体基体的一半。

四．纯净的生铁：林钢：Ti≤0.08%,微量元素总量≤0.1%，较好；安钢：Ti≤
0.08-0.09%,微量元素总量≤0.12%,较差。

厚大断面球墨铸铁铸件（壁厚大于100mm）
一．厚大断面球墨铸铁铸件的凝固特性
1．凝固时间长:它是出现各种问题的根源;
2．基体组织反常:无论宏观偏析和微观偏析都会加剧,如硅、铜呈负偏析，富集在共晶团内部，磷、钼等的碳化物富集在共晶团边缘。

3．石墨球数减少和畸变：随壁厚的增加，石墨球数减少，尺寸增大，特别是内部和热节处。

石墨发生畸变，出现不规则的石墨、团状、近片状、开花状、碎块状石墨。

4．冷却曲线的特征：同一铸件的不同部位，凝固时间有很大的差异（慢的一百多分钟，快的十几分钟）；热节中心处的共晶平台时间长，石墨球数减少，尺寸增大，并且发生畸变。

二．提高质量的措施
1．CE=4.2-4.6%;
2．Si=2.0-2.2%,Mn≤0.2%,P≤0.05%;
3．Re≯0.03%,Mg:0.04-0.06%;
4．选用长效孕育剂,控制加入量≯0.6%;
5．用金属型或冷铁强制冷却;
6．加微量的铈(0.02-0.05%)和锑(0.002-0.005%)与稀土一同加入;
7．采用高纯生铁, 微量元素总量≤0.1%;
8．对于珠光体基体的加铜、镍;
9．有条件时采用重稀土球化剂,加入量2.0%;
10．提高铸型刚度;11.控制浇注温度,减少液态收缩;
11．热处理。

无冒口铸造的适用条件：
1．壁厚较大且均匀,形状不能复杂;
2．模数M＞2.5mm;
3．CE=4.3%(C:3.6%.Si:2.1%.Mn＜0.2%.P＜0.05%);
4．充分孕育;
5．高铸型刚度;
6．采用分散内浇道,且内浇道扁平,宽比厚≥4;
7．在热节处用冷铁;
8．浇注温度1280-1310℃
铸造缺陷及防止
一．球化不良
1．原铁水含硫高(采用低硫的原、辅材料，采用炉内、外脱硫，交界铁水一定分离干净，灰铸铁水不得混入其中)；
2. 球化元素残留量低(选用成分稳定的球化剂)；
3. 铁液氧化(原、辅材料清洁，无油、锈)；
4. 炉料中含反球化元素(除前面说的微量元素外,还应注意电镀材料、铝削、铅系涂
料)；
5. 关于铁液的状态(铁液中硫、氧含量降至最低，合理的处理温度)；
6. 孕育效果差(加强孕育或二次孕育)。

二．球化衰退
1．球化处理后停置时间长(控制球化处理完到浇注完毕的时间在15分钟以内,最好控制在10分钟);
2. 原铁液含硫量高(降原铁液含硫量低);
3. 覆盖与扒渣不充分(加强覆盖与扒渣,减少“回硫现象”);
4. 球化剂量偏少(根据含硫量适当增加球化剂量,使其有合适的残留量)。

三．缩孔和缩松
原因：1. 收缩前膨胀量大；2. 型壁移动;3. 球化处理使铁液的过冷度加大。

措施：1. 化学成分和球化剂量必须适当,适当增加含碳量,降低含锰量,不要使镁和稀土残留量过高;
2. 冷却速度慢,碳当量高,有效石墨核心数量多,良好的孕育效果;
3. 铸型的刚度要好,使大件自补缩,小件强补缩;
4. 合适的浇注温度,1350℃时,出现缩孔和缩松的几率最小;
5. 合理的浇注系统加冷铁,使铸件实现顺序凝固;
6. 充分孕育,增加石墨核心球数;
7. 在保证球化的前提下,适当减少残留镁量;
8. 改进铸件的结构,减少铸件壁厚的不均匀性。

四．气孔
1．氮气孔：废钢加入量大,带入较多的氮气(适当降低废钢加入量和增加碳当量);冲天炉熔炼含氮量较高(采用电炉熔炼,但不要过热);锰会增加含氮量(降低含
锰量); 浇注温度低, 氮气析出量大(适当提高浇注温度)。

2．皮下气孔
原因：原、辅材料锈蚀，潮湿；镁残留量过高，原铁水含硫量高。

措施：1. 采用湿型铸造时，严格控制水分不超过5.5%，并加煤粉；
2. 适当提高浇注温度，对于薄壁铸件浇注温度不得低于1350℃；
3. 球化处理后扒渣，浇注时挡渣，防止过多的MgS进入铸型；
4. 球化处理后静置片刻，有利于MgS上浮和排除；
5. 提高铸型的透气性；
6. 在保证球化的前提下,适当减少残留镁量，降低原铁水含硫量；
7. 炉料要干净，无水、油、锈，合金应予热；
8. 在型砂中加入碳质添加物；
9. 改进浇注系统；
10. 采用冰晶石粉；避免铁液中含铝，含铝量应控制在0.5-1.0%范围内，若铁
液中再含钛则更严重。

五．夹渣
夹渣分一次夹渣(产生于球化处理过程中,容易清除)和二次夹渣(产生于球化处理完毕至铸件凝固过程中，不易清除)，镁的硅酸盐几乎占夹渣总量的一半。

措施：1. 在保证球化的前提下,适当减少残留镁量，原铁水含硫、氧量降至最低；
2. 采用茶壶包；
3. 提高浇注温度至1350℃以上；
4. 浇注系统设计时避免产生紊流，设置集渣、挡渣、滤网等措施；
5. 采用0.02-0.1%冰晶石粉；使用优质聚渣剂。

六．石墨漂浮
1．碳当量过高,超出共晶点(控制碳当量在4.3-4.7%范围内,对于厚大件应控制在
4.3-4.4%之间,C＜4.0%)；
2．冷却速度慢（提高冷却速度，厚大处加冷铁）；
3．铸件断面厚大（厚大处加冷铁或采用金属型）；
4．浇注温度过高（适当降低浇注温度）。

七．反白口
原因：成分偏析，特别是厚大断面铸件。

措施：1. 控制含硅量不得过高；
2. 控制含锰量在0.3%（铁素体）-0.8%（珠光体）范围内，并防止炉料中混
入Gr等强烈白口化元素；
3. 控制残留镁量和稀土量，球化剂中的稀土在3%以下；
4. 提高和强化孕育效果；
5. 消除铸件各部位在冷却速度上的过大差异；
6. 熔炼时防止过热使元素烧损严重和FeO含量过高；
7. 采用高温退火可局部消除反白口现象；
8. 尽量提高小铸件的浇注温度。

八．碎块状石墨
原因：凝固过程十分缓慢，使共晶团尺寸粗大，近而引起成分偏析和孕育衰退。

措施：1. 在不产生石墨漂浮的前提下，尽量提高碳当量在4.2-4.4%之间，同时控制含硅量＜2.2%，控制残留镁量高于稀土量，残留镁量不小于0.05%和稀土量
不得超过0.03%；
2. 加强孕育或二次孕育，采用长效、高效含锶、鋯的孕育剂；
3. 在厚大断面铸件中与铈一起加入适量的锑、铋等微量元素；
4. 采用金属型和冷铁。

铸态薄壁球铁件的生产工艺要点
1．采用高纯生铁,控制促进碳化物的元素;
2．采用过热铁水,消除生铁的遗传性;
3．提高碳当量在4.4-4.8%之间,增加铁水的流动性和石墨球数;
4．尽量采用低稀土球化剂,使残留稀土量在0.01-0.03%之间;
5．对铁水进行予处理,如加入0.1-0.3%的铝,可有效脱氧,提高石墨化,减小白口倾向,同时不损害球化,或加入0.1%的高纯石墨粉,可有效提高镁的吸收,增
加石墨球数,减少碳化物;
6．强化孕育和二次孕育, 孕育剂应予热;
7．较高的浇注温度,特别是最后一个铸件的浇注温度不能低于1350℃;
8．多开内浇道快浇并采用热冒口和充分排气,最好采用溢流冒口。