球铁性能与基体组织

所以，阀门中使用球墨铸铁时，都是采用 铁素体＋珠光体的基体类型。
3、焊补性 球墨铸铁不能焊接，只能焊补。当球墨铸 铁中稀土镁合金含量较高时，在焊缝和近 焊缝区易产生白口或马氏体组织，形成内 应力和裂纹。 为此，国家标准GB/T10044－1988规定 了适用于球墨铸铁焊补用的焊条，按照要 求，可获得高强度珠光体基体球墨铸铁的 焊缝。
• 珠光体球墨铸铁的性能及应用 珠光体球墨铸铁是基体组织中，珠光 体占80％以上，余量为铁素体的球墨铸 铁，QT700－2和QT800-2，可以采用正火 处理获得。 珠光体球墨铸铁的性能特点为强度和 硬度较高，具有一定的韧性，而且具有 比45号锻钢较优良的屈强比、低的缺口 敏感性。
奥氏体－贝氏体球墨铸铁的性能及应用
65
0
延伸率（％）
（2）高温短时力学 性能 图中表明球墨铸 铁抗拉强度随温度 升高而降低。 延伸率中，铁 素体先显著降低再 急剧升高，珠光体 缓慢下降，然后显 著增加。
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 100 300 500 700 试验温度（摄氏度）
1000h
169.5 51.5 152.5
433.0
22
正火珠光体
901.6
5
427 538 649
427 538 649
352.8 115.2 27.4
277.3 176.4 81.8
285.2 62.2 16.7
236.2 142.1 60.8
奥氏体
429.2
35
(4)抗疲劳强度 温度（℃） 20 250 疲劳强度σ 铸态珠光体 223.4 203.8
有缺口 无缺口
℃
各种基体组织球墨铸铁常温冲击韧度
铁素体球墨铸铁试样冲击吸收功－温度曲线
（2）疲劳强度 某些球墨铸铁具有很高的疲劳强度，相当于45号正火钢， 如珠光体球铁。
各种基体组织球墨铸铁的弯曲疲劳强度
材料 铁素体球铁 铁素体球铁 珠光体球铁 抗拉强度σ （MPa） 461 470 735
b
疲劳强度σ －1 （MPa） 206 245 255
24 24 24 19 13
－100
－125 －150 －196 －269
769.3
784.0 754.6 700.7 629.2
0.5
0.5 0.5 0.5 0
564.5
548.8 558.6 627.2 605.6
9
5 3 0.5 0
球墨铸铁的物理性能
1、密度 （1）球墨铸铁的常温密度
材料 铁素体球铁 珠光体球铁 中硅耐热球铁 密度(g/cm－3) 6.9-7.2 7.1-7.5 7.1
（2）熔融状态镁球墨铸铁的密度
温度℃ 1225 1250 1300 1335 1350 1375 1400 1415 备注
密度
(g/cm－3)
7.05
6.90
6.94
6.87
6.91
6.85
6.83
6.78
6.80
6.75
（1）
（2）
备注（1）C:3.44%，Si:2.56%，Mn:0.22%，P:0.11% （2） C:3.3－3.6%，Si:1.6-2.6%，Mn:0.4-0.5%，
－1
（MPa） 退火铁素体 183.3 183.3
400
500
176.4
170.5
132.3
132.3
4、低温性能 随温度降低，球墨铸铁逐渐发生由韧性 向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下， 冲击值急剧下降。同时，屈服强度提高， 延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增 加，表现为屈服以后变形量较小即断裂。 对于常温下塑韧性较好的铁素体球墨铸铁， 低温下抗拉强度提高。
石墨大部分呈团状，余为团絮状，允 许有极少量蠕虫状 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
90－95
80－90 70－80 60－70
2、2 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 4级 >12-25 5级 >6-12 6级 >3-6 7级 >1.5-3 8级 ≤1.5
球铁性能与组织
1、铁-碳相图 2、球铁的基体组织 3、球墨铸铁的力学性能
1、铁—碳相图
1.1铁~ 碳 合金的平衡组织
1、2 铁—碳合金的非平衡组织
2、球铁的基体组织
2、1 球化分级
球化级别
1级
说明
石墨呈球状，少量团絮，允许极少量 团絮状
球化率（％）
≥95
2级
3级 4级 5级
石墨大部分呈球状，余为团状和极少 量团絮状
铁素体和珠光体的低温拉伸性能
Si：2.1% ；P：0.09% 温（℃） 正火珠光体球墨铸铁
抗拉强度σ b
MPa
退火铁素体球墨铸铁
抗拉强度σ b
MPa
延伸率δ （％）
延伸率δ （％）
20 0 －25 －50 －75
803.6 759.5 744.8 739.9 744.8
2 2 1 1 1
470.4 492.9 515.5 539.0 554.7
奥氏体－贝氏体球墨铸铁开发于上世纪70年代后期， 与普通球墨铸铁相比，具有高强度、高塑性、高韧性 的综合特点。 奥氏体－贝氏体的抗拉强度高达900－1400MPa，如 果降低抗拉强度，延伸率可高达10％。 奥氏体－贝氏体具有的高冲击韧性和抗点蚀疲劳能 力，尤其具有高抗弯曲疲劳性能和耐磨性，可用于代 替某些锻钢或普通球墨铸铁不能胜任的部件，为此收 到广泛重视，视为铸铁冶金领域的重大突破。
2、动荷载性能 （1）冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁 由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变化范围较大。 新标准改为有缺口！
基体组织 铁素体 冲击韧度 （J/cm2） 50－150
J
140 120 100
珠光体
贝氏体 回火索氏体
15－35
30－100 20－60
80 60 40 20 0 -160 -120 -80 0 80
球墨铸铁的其他性能
1、减震性 球墨铸铁的减震性优于钢，劣于灰铸铁。 球化率越高，减震性越差。 温度上升，灰铸铁的减震性下降，但是对 球墨铸铁的影响很小。 球墨铸铁的弹性模量高于灰铸铁，因此其 声波传播速度，固有频率都高于灰铸铁。利 用声学的差别，可检验球化率等级。
2、切削性能 球墨铸铁含有较多的石墨，起到切削润滑作 用。因此球墨铸铁的切削阻力小于钢，切削 速度较高。 珠光体增多使球墨铸铁的切削性能下降， 贝氏体球墨铸铁切削性能较差。
2、线膨胀系数 随着温度升高，线膨胀系数缓慢增加， 600℃以后显著增加。
30
线膨胀系数10 －6 ℃ －1
25 20 15 10 5 0 0 500 温度℃ 1000 珠光体 铁素体 奥氏体
（3）热导率 热导率取决于成分、组织、石墨形态和温 度。石墨比基体组织的导热性好，石墨沿基 面又比沿C轴的导热性好。 含碳量越高，导热性越好；球化率越低， 导热性越好；温度越低，导热性越好。 球墨铸铁热导性高于钢，但低于灰铸铁。
2、3 铁素体 根据GB9441-1988球墨铸铁金相检验评 定铁素体数量。其百分比，按大多数视场 对照图片评定。一般不检查牛眼铁素体数 量，仅检查与其共存的珠光体数量
2、4 珠光体 在球墨铸铁中，珠光体的形态一般分三级： 粗状珠光体、片状珠光体、细片状珠光体。 随着珠光体的细化，球墨铸铁的强度和 硬度有所提高。若基体为粒状珠光体，则 球墨铸铁在保持一定强度的同时，具有更 高的塑性。
3、高温性能 （1）硬度 各种球墨铸铁低温下有很好的硬度，但在540℃时开始粒状化，高 于650℃ 开始分解，硬度开始下降并逐渐接近铁素体球墨铸铁的硬 度。
四种退火球墨铸铁的高温硬度 200
布氏硬度HBS
150 100 50 0
上贝氏体 下贝氏体 珠光体 铁素体
0
0
0
0 55
10
30
45
试验温度(摄氏度）
球墨铸铁的应用
• 铁素体球墨铸铁的性能及应用 铁素体球墨铸铁是基体组织中，铁素体占到80 ％以上，余量为珠光体的球墨铸铁，典型牌号为 QT400-15，QT400－18，QT400－10。其性能特点 为塑性和韧性较高，强度较低。 这种铸铁用于制造受力较大而又承受振动和冲 击的零件。目前在国外一些用离心铸造方法大量 生产的球墨铸铁铁管也是铁素体，并能承受地基 下沉以及轻微地震所造成的管道变形，而且具有 比钢高得多的耐腐蚀性，因而具有高的可靠性及 经济性。
3、球墨铸铁的力学性能
1、净荷载性能 （1）硬度 球墨铸铁的硬度主要取决于基体组织，而且与 抗拉强度、延伸率等净荷载性能有相应的关系。 （2）强度和塑性 球墨铸铁的强度和塑性主要取决于基体组织， 热处理后的下贝氏体或回火马氏体强度最高，其 次是上贝氏体、索氏体、珠光体。 随着铁素体增多，强度下降，延伸率增加。奥 氏体或铁素体强度较低，塑性较好。
6、耐磨性 球墨铸铁是良好的耐磨和减磨材料，耐 磨性优于同样基体的灰铸铁、碳钢以致低 合金钢。 （1）润滑耐磨 球墨铸铁的耐磨性优于灰铸铁。 （2）磨料磨损 球墨铸铁在磨料磨损条件下也有一定应 用。但与白口铸铁、低合金钢相比，普通 球墨铸铁的耐磨性并不太好，只有合金球 墨铸铁或合金贝氏球墨铸铁有良好的耐磨 性。
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。
疲劳强度/ 抗拉强度 0.45 0.52 0.347
珠光体球铁
珠光体球铁 贝氏体球铁 铁素体球铁 珠光体－铁素体球铁球铁 回火马氏体球铁 上贝氏体球铁
760
710 1170－1470 490 621 931 1088
269
262 304－343 210 276 338 412
0.35
0.37 0.2-0.26 0.43 0.44 0.36 0.38
60 50 40 30 20 10 0
抗拉强度MPa
铁素体 珠光体
铁素体 珠光体
50
0
100
200
300
400
500
600
700
试验温度（摄氏度）
800
（3）高温蠕变和持久强度
材料 退火铁素体
常温（20℃）力学性能
抗拉强度σ b 延伸率δ
试验温度℃ 高温持久强度（MPa)
100h
427 538 649 210.7 68.3 22.7
2、5 奥氏体、贝氏体、马氏体 由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等 温淬火，加入适当元素获得。 2、6 渗碳体 渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中 易使基体变脆，故应避免其出现。 2、7 磷共晶体 磷共晶体在球墨铸铁中对性能的危害比 在灰铸铁中大得多。沿晶界分布的二元或 三元磷共晶体，强烈降低球墨铸铁的韧性、 塑性和强度，受冲击时，裂痕总是沿磷共 晶体边缘开始开裂。
4、耐热性 球墨铸铁中的石墨彼此分离，与灰铸铁 相比，可阻碍高温下氧的扩散。因此球墨 铸铁的抗氧化性和抗生长性均优于灰铸铁， 也优于可锻铸铁。 铁素体球墨铸铁的高温抗生长性优于珠 光体球墨铸铁。提高硅含量或铝含量可改 善球墨铸铁的抗氧化性及耐热性。
5、耐腐蚀性
在大气中球墨铸铁耐蚀性优于钢，与灰铸铁、可锻铸 铁相近。球墨铸铁在土壤的耐蚀性优于钢，与灰铸铁相 近。 球墨铸铁抗点蚀能力略强，但球墨铸铁管经腐蚀后的强 度损失则小于灰铸铁管。球墨铸铁在室温，0.5%的硫酸 溶液的耐蚀性与灰铸铁大体相同，开始阶段球墨铸铁的 腐蚀率低于灰铸铁，但在灰铸铁表面形成石墨化层后腐 蚀速度下降，球墨铸铁则无下降倾向，而在后期高于灰 铸铁。 球墨铸铁和灰铸铁在碱溶液中的耐蚀性良好，与钢相近。 球墨铸铁对有机物、硫化物、熔融金属（低熔点）的耐 蚀性与灰铸铁相近。
• 混合基体球墨铸铁的性能及应用
QT500-7，QT600-3属铁素体和珠光体混 合基体的球墨铸铁，这种铸铁由于有较好的 强度和韧性的配合，多用于机械、冶金设备 的一些部件中。 通过铸态控制或热处理手段可调整和改善 组织中珠光体和铁素体的相对数量及形态分 布，从而在一定范围内改善和调整和韧性的 配合，以满足各类部件的要求。