材料加工物理 第三节 球墨铸铁(球铁)

第三节球墨铸铁(球铁)

1

球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。

2

球铁的生产流程

3

3.1 球墨铸铁的成分

(1) 球铁的成分

球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：

C：3.6~3.9%,

Si：2.2~2.8%,

Mn：0.2~0.8%,

S ：<0.07%, (0.010~0.015%)

P：<0.1%

4

3.2

球化与孕育处理(1) 球化剂

国外球化剂

我 国 应 用 最 广 的 球 化 剂 成 分 ： (40~50)%Si ，(3.0~9.0)%Mg ，(0.35~8.0)%RE ，(0.5~5.0)%Ca ， (0.75~1.9)%A1，(3.0~5.0)%Ba, Fe 余。

6

合金元素

5

我国球化剂标准（JB/T 9228-1999）

7

(2) 球化处理工艺

① 冲入法(Sandwish)

球化剂的加入量：1.1~2.0％，取决于原铁水含S量

镁的吸收率：40~50%；RE的吸收率：20~40%

处理时产生大量的镁光和烟雾

8

采用盖包法球化处理，可以减少铁液沸腾，降低铁液热量损

失，减少球化时的闪光和烟尘，改善劳动条件，减少环境污染，提高镁的吸收率（与冲入法相比，镁的吸收率可从35％左右增加到50％以上），降低球化成本，基本克服了冲入法存在的缺点；同时保留了冲入法设备简单，容易操作的优点。在铸造行业有推广使用的价值。

10

9

盖包处理包示意图

处理现场

② 盖包法

盖包法是利用加盖后包内铁液在一定气体压力和相对缺氧气氛下进行球化处理的一种工艺方法。

③ 压力加镁

这种方法适用于纯镁处理，它用一

个密封的球化处理包。首先装入1/3容量

的铁水，然后密封包盖，把装有球化剂

的钟罩压入铁水内，镁迅即熔化、蒸

发、沸腾、形成镁蒸汽压，当镁的蒸汽

压上升到和铁水温度相对应的平衡蒸汽

压时，沸腾停止。此法镁的吸收率为

50~80%, 处理重了的铁水含

0.15%M g以上，再补加1~2倍铁水即

稀释到0.04~0.08%Mg。

11

④ GF转包法

瑞士George Fisher公司于1967年发明成功，专用于纯镁处理，又称GF包或转动包，目前在欧美、日本采用此法的不少。图a 是定量接收原铁水，图b是进行球化处理，图c是把处理好的铁水倒出。这种处理方法，镁的加入量为0.14~0.20%（当硫为0.06%时）。

12

⑤ 型内球化

通过把球化剂(大多数用硅铁镁合金)及孕育剂放置在浇注系统中特设的一个反应室内，使铁液在流经浇注系统时和反应室内的球化剂作用，进行球化处理。

优点：球化元素的吸收率高

(达80%以上) ，克服了球化

衰退和孕育衰退的问题

缺点：对铁水的成分、温度

要求高，不适宜于冲天炉铁

水，检验困难

13

⑥ 喂丝球化

可根据原铁水的S量调整球化剂的加入量；

球化元素吸收率高，可减少镁光和烟气；

球化剂的加入量可自动控制；

可防止处理过程中铁水温度降低；

对大断面球铁，可减少铁水增

Si，并可根据浇注温度确定处理温

度，避免降温过程中的球化衰退。

14

16

三台同时处理，250t

铁水的S 量

中信重机的喂线球化站 Smart control

Wire feeding station

计算包芯线长度， 并自动送丝

Cored-wire machine φ10mm~φ16mm

包芯线球化剂： (30-32%)Mg-Si-Fe 、

(2.5-4.5%)RE(Ce/La)-(28-30%)Mg-Si-Fe (2.5-4.5%)RE(Y)-(28-30%)Mg-Si-Fe

15

18 3.3 球墨铸铁的性能

球墨铸铁国家标准（GB/T 1348-2009）

17

19

3.3.1 珠光体基体球墨铸铁的性能特点及应用 (1) 性能特点

珠光体基体球墨铸铁是以珠光体基体为主，余量为铁素体的球墨铸铁。

性能特点：强度和硬度较高，具有一定的韧性，与45# 钢相比，具有高的屈/强比、低的缺口敏感性、耐磨性。

表 珠光体球墨铸铁和45锻钢静拉伸性能

珠光体基体球墨铸铁主要应用于承受重载荷及摩擦磨损零件。典型零件：

曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、缸套、驱动桥壳、平衡轴支架、 差速器壳、轧辊 ……

20

性能

45(正火) 珠光体球墨铸铁(正火)

抗拉强度σb (MPa) 690 818 屈服强度σ0.2 (MPa) 410 640 延伸率δ (%) 25 3 弹性模量E (MPa) 21×104 (17~18)×104

屈强比 σ0.2/σb

0.59

0.785

(2) 铸态珠光体球铁的生产

QT600-2、QT700-2、QT800-2都属珠光体球墨铸铁，要求基体中珠光体含量大于80%，即共晶反应完全按稳定系结晶，共析反应全部按亚稳定系进行。

铸态珠光体球

铁的典型应

用——发动机

曲轴

21

① 合金化

化学成分(C3.6~4.0, Si1.7~2.2, Mn0.3~0.5, P, S )

➢球化处理

➢孕育处理（石墨化孕育剂）

➢合金化(Cu、Cr、Ni、Sn、Mo、V)

➢提前开箱

22