>球墨鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

熔煉合格的鐵液;球化處理;孕育處理;爐前檢驗(yàn);澆注鑄件;清理及熱處理;鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)。

以上環(huán)節(jié)中以熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液和進(jìn)行有效的球化-孕育處理是生產(chǎn)的關(guān)鍵。

一、化學(xué)成分的選定。

1.基本元素：

①碳和硅：

由于球狀石墨對(duì)基體的削弱作用很小，故球墨鑄鐵中石墨數(shù)量多少，對(duì)力學(xué)性能的影響不顯著，當(dāng)含碳量在3.2-3.8%范圍內(nèi)變化時(shí)，實(shí)際上對(duì)球墨鑄鐵的力學(xué)性能無(wú)明顯影響。確定球墨鑄鐵的碳硅含量時(shí)，主要從保證鑄造性能考慮，為此將碳當(dāng)量選擇在共晶成分左右。

由于球化元素使相圖上的共晶點(diǎn)C的位置右移，因此使共晶碳當(dāng)量移至4.6-4.7%。

具有共晶成分的鐵液流動(dòng)性最好。

形成集中縮孔傾向大(好補(bǔ)縮，好設(shè)置冒口)。

鑄鐵的組織致密度高。

當(dāng)碳當(dāng)量過(guò)低時(shí)，鑄件易產(chǎn)生縮松和裂紋。

當(dāng)碳當(dāng)量過(guò)高時(shí)，易產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，其結(jié)果是使鑄鐵中的夾雜物數(shù)量增多，降低鑄鐵性能，而且污染工作環(huán)境。

用鎂和鈰處理的鐵液有較大的結(jié)晶過(guò)冷和形成白口傾向，硅能減少這種傾向。

此外，硅還能細(xì)化石墨，提高石墨球的園整度，但硅又降低鑄鐵的韌性，并使韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。

因此，在選擇碳硅含量時(shí)應(yīng)按照：高碳低硅的原則，一般認(rèn)為Si>2.8-3%時(shí)，會(huì)使球墨鑄鐵的韌性降低(尤其高寒)。

鐵素體球墨鑄鐵 C:3.6-4.0% Si:2.4-2.8%

珠光體球墨鑄鐵 C:3.4-3.8% Si:2.2-2.6%

②錳：球墨鑄鐵中錳所起的作用與其在灰鑄鐵中所起的作用不同之處：

在灰鑄鐵中，錳除了強(qiáng)化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外還能減小硫的危害作用。

而在球鐵中，由于球化元素具有很強(qiáng)的脫硫能力，因而錳已不再能起這種有益作用。

而由于錳有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團(tuán)晶界處，嚴(yán)重時(shí)會(huì)促使形成晶間碳化物，因而降低球墨鑄鐵的韌性。

含錳量的控制，依對(duì)基體的要求和鑄件是否進(jìn)行熱處理而定。

對(duì)于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵 Mn<0.5%

對(duì)于熱處理鐵素體球墨鑄鐵 Mn 0.3-0.4%

對(duì)于珠光體球鐵 Mn 0.4-0.8%

鑄態(tài)珠光體球鐵：Mn雖可適當(dāng)高些。但通常推薦用銅來(lái)穩(wěn)定珠光體。

③磷：

磷在球墨鑄鐵中有嚴(yán)重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴(yán)重降低球鐵的韌性。

磷還增大球鐵的縮松傾向。

當(dāng)要求球鐵有高韌性時(shí)，P應(yīng)控制在0.04-0.06%以下，如球鐵中有鉬存在時(shí)，更應(yīng)控制磷的含量，因此時(shí)易在晶界處形成脆性的磷鉬四元化合物。

④硫

球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強(qiáng)的化合能力，生成硫化物或硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且使夾雜物數(shù)量增多，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生缺陷。而且使球化衰退速度加快。國(guó)外生產(chǎn)中原鐵液S<0.02%，但我國(guó)焦炭含硫量較高。因此，只有改善熔煉條件，爐前脫硫，力求降低硫量。

2.合金元素：

①鉬：生產(chǎn)高強(qiáng)度球鐵加鉬提高鑄鐵的強(qiáng)度。用量在0.25%，在生產(chǎn)貝氏體球鐵或奧氏體-貝氏體球鐵加鉬使鑄鐵的奧氏體等溫分介曲線(C曲線)向右移，提高淬透性，含鉬在0.6-0.8%。

但在鑄鐵中加鉬在共晶團(tuán)內(nèi)有較大的正偏析傾向，當(dāng)鉬在0.8-1%時(shí)容易促使在共晶團(tuán)邊界形成富鉬的四元磷共晶或鉬的碳化物等脆性相，鉬價(jià)格貴，應(yīng)注意控制使用。

②銅：銅具有穩(wěn)定珠光體的作用。

國(guó)內(nèi)有的廠用Cu 0.4-0.8%的球鐵做汽車(chē)曲軸。

在貝氏體球鐵中：Mn 0.2-0.4%,Cu 0.6-0.8%配合。

使用球鐵經(jīng)等溫淬火能穩(wěn)定地獲得高的貝氏體百分率的組織。

③鎳：常作強(qiáng)化元素(同銅)，一般在厚壁件及貝氏體。

④鉻：用于珠光體球墨鑄鐵。在鑄鐵中加入0.2-0.3%時(shí)，可起到顯著穩(wěn)定珠光體及強(qiáng)化力學(xué)性能。但易形成鐵鉻碳化物，要謹(jǐn)慎使用。

⑤銻：是強(qiáng)烈穩(wěn)定珠光體的元素，其含量在0.006-0.008%時(shí)就能提高球鐵基體中的珠光體百分率起有效作用。

在生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵時(shí)，可用銻代替銅，在經(jīng)濟(jì)上更為合理。

但銻有干擾石墨球化作用。

當(dāng)Sb>0.01%時(shí)，會(huì)使石墨形狀?lèi)夯?

因此，球鐵含銻應(yīng)嚴(yán)格控制在0.006-0.008%以下，并防止積累。

3.微量元素：

球鐵中常存有非特意加入的微量元素，如：Ti、Pb、Al、Cr、Sn、Sb等，這些元素對(duì)鑄鐵性能起不良影響，或是干擾石墨化，或是促使在共晶團(tuán)邊界上析出共脆性相或是阻止鐵素體化。當(dāng)加入Re 0.01-0.02%能中和這些元素的有害作用。

二、球鐵的熔煉及爐前處理技術(shù)：

球墨鑄鐵具有高的力學(xué)性能，是以石墨球化狀況良好為前提的。衡量石墨球化狀況的標(biāo)準(zhǔn)是球化率、石墨球徑和石墨球的園整度。

球化率：在鑄鐵微觀組織的有代表性的視場(chǎng)中，在單位面積上球狀石墨數(shù)目與全部石墨數(shù)目的比值(以%表示)、

石墨球徑：在放大100倍條件下測(cè)量的有代表性的球狀石墨的直徑。

園整度：對(duì)石墨球園整情況的一種定量概念。

1.對(duì)熔煉的要求：

用于球鐵優(yōu)質(zhì)鐵液應(yīng)是：高溫、低硫、磷及雜質(zhì)含量低。

由于球鐵要球化處理、孕育處理，要使鐵液溫度降低50-100℃，為了保證澆注溫度，鐵液要1450-1470℃，又由于加入處理劑，孕育處理要帶入大量硅，因此鐵液要較低的硅量(小于1.2-1.4%)，要求生鐵為專供球鐵生產(chǎn)用的低硅生鐵。

低含硫量：除對(duì)原材料含硫量要低，對(duì)沖天爐用焦炭含S量要低。最好是沖天爐+感應(yīng)電爐 雙聯(lián)+中間脫硫

對(duì)原材料要求低硫、磷含量，盡可能減少反球化元素，對(duì)鐵液的氧化程度嚴(yán)格控制。

2.球化處理

球化元素：加入鐵液中能使石墨在結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)成球狀的元素。

強(qiáng)：鎂、鈰、鑭、鈣、釔

中：鋰、鍶、鋇、釷

弱：鈉、鉀、鋅、鎘、錫、鋁

反球化元素：某些元素存在在鐵液中會(huì)使石墨在生長(zhǎng)時(shí)無(wú)法長(zhǎng)成球狀。

限界：

Al Ti Pb As Sb Bi Zr Sn Te Se

0.05 0.07 0.002 0.05 0.01 0.002 0.03 0.05 0.003 0.03

由于鎂和大部分反球化元素不相化合，或化合程度很小，故對(duì)反球化元素的抵抗能力低。

而稀土元素Ce和Y則能和多數(shù)反球化元素相結(jié)合，從而可以在一定程度上抵消這些元素的干擾作用。

因此在球化劑中引入一定量的稀土元素時(shí)，對(duì)原鐵液中反球化元素的限量可比用純鎂時(shí)適當(dāng)放寬。

常用球化劑的特點(diǎn)：

①鎂球化劑的性質(zhì)及在鐵液中的作用：

鎂的密度為1.738g/cm3,熔點(diǎn)為651℃，沸點(diǎn)為1107℃，其化學(xué)性質(zhì)極活潑，脫硫、去氧能力很強(qiáng)。生成的硫化鎂、氧化鎂熔點(diǎn)高，密度小，較易浮出(MgS的熔點(diǎn)約為2000℃)，密度為2.8g/cm2,MgO的熔點(diǎn)為2800℃，密度為3.07-3.20g/cm2)。

鎂進(jìn)入鐵液后，首先起脫硫去氧作用，當(dāng)鐵液硫量降至一定值時(shí)，鎂開(kāi)始對(duì)石墨的球化起作用。

鎂又是強(qiáng)制穩(wěn)定碳化物的元素，因此，殘留有一定鎂量的鐵液在凝固時(shí)有很大的白口傾向。

計(jì)算鎂的回收率：

A=

因?yàn)镸g加入以后，一部分脫硫除氧，一部分燒損，一部分殘留作為球化用。

為了提高鎂的回收率，采取自壓加鎂法，鐘罩式轉(zhuǎn)包法，鎂合金法(沖入、鐘罩、型內(nèi))

稀土是元素周期表中第三族第六周期的鑭以及與它們相似的釔(Y)和鈧(Sc)第17個(gè)元素的總稱。

根據(jù)它們的化學(xué)性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)分為兩組：

輕稀土(鈰組)――鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Na)

钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu) 7個(gè)

重稀土(釔組)――釔(Y)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tu)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc) 10個(gè)

稀土元素的沸點(diǎn)大都高于鐵液溫度，因此單純用稀土處理時(shí)，完成沒(méi)有沸騰作用，非常平穩(wěn)。稀土元素的球化作用較鎂差一些，因而稀土鎂球墨鑄鐵的石墨球不太園整。

由于稀土元素有脫氧、去氣、凈化鐵液和石墨球化作用。但白口傾向很大，而且偏析嚴(yán)重。

在鐵液中的硫不太高時(shí)，鎂含量為0.03-0.05%。稀土含量為0.02-0.04%時(shí)，可保證石墨得到充分的球化。

稀土元素的化學(xué)性質(zhì)很活潑，按熱力學(xué)計(jì)算，鈰與氧、硫的親合力比鎂還強(qiáng)。但稀土氧化物、硫化物都是高熔點(diǎn)化合物，它們的密度較大，約為5.9-7.2g.cm3不易除去，只有采取鐵液攪拌的辦法才能發(fā)揮作用。

稀土鎂合金：

稀土硅鐵鎂合金(GB4138-88)

Re--4～6%

Mg—7～9%

Si≤44%

用稀土鎂合金的球化處理方法：

沖入法：因?yàn)橄⊥伶V合金密度較大，與鐵液反應(yīng)平穩(wěn)，因此大部分采用沖入法。

沖入法：其處理包，也可能用澆包，有堤壩式、凹坑式、復(fù)包式。

鐵液分兩次沖滿，也可一次。

三、孕育處理：

孕育處理的目的：

1.消除結(jié)晶過(guò)冷傾向：

球墨鑄鐵鐵液的結(jié)晶過(guò)冷傾向較灰鑄鐵大，而且球墨鑄鐵的結(jié)晶過(guò)冷傾向不隨鐵液碳硅含量的高低而變化。因此盡管球墨鑄鐵的碳硅含量比一般灰鑄鐵高，但仍有較大的白口傾向。

在球墨鑄鐵組織中常發(fā)現(xiàn)在共晶團(tuán)邊界上有片狀碳化物析出，而在冷卻較快條件下，常常會(huì)形成局部或全部的白口組織。

球墨鑄鐵與灰鑄鐵在結(jié)晶過(guò)冷方面的區(qū)別主要是由于鐵液中硫、氧含量不同。

灰鑄鐵鐵液中含有較多的硫和氧，因此易形成大量的異質(zhì)石墨晶核，促進(jìn)灰口凝固。

而球墨鑄鐵經(jīng)過(guò)比較徹底的脫硫和脫氧，使鐵液的純凈度提高，加上球化元素的存在，因此石墨形核較為困難，孕育處理的作用在于往鐵液中引入異質(zhì)的晶核，并在鐵液中造成較大的硅的濃度起伏，從而促進(jìn)石墨晶核的形成。

球墨鑄鐵結(jié)晶過(guò)冷度大的另一方面原因在于鎂和鈰降低共晶轉(zhuǎn)變的溫度，從而使鑄鐵按照白口方式凝固。

由于球墨鑄鐵鐵液的共晶過(guò)冷度大，故在球化處理后，必須要進(jìn)行有效的孕育，否則將導(dǎo)致薄壁和中等壁厚的鑄件的白口傾向。

2.促進(jìn)石墨球化

孕育處理能增加石墨核心，細(xì)化球狀石墨，提高球狀石墨生長(zhǎng)的相對(duì)穩(wěn)定性，提高石墨球的圓整度。

3.減小晶向偏析：

在球墨鑄鐵共晶團(tuán)的生長(zhǎng)過(guò)程中，一些產(chǎn)生偏析的元素如錳、磷等，均在結(jié)晶前沿富集，并于凝固終了時(shí)，在晶向處形成脆性相，造成鑄鐵的塑性和韌性下降，孕育處理使共晶團(tuán)細(xì)化，從而減小共晶團(tuán)間的偏析程度，提高鑄鐵的塑性和韌性。

孕育的方式：爐前一次孕育和多次孕育。

為了改善孕育效果，除在爐前進(jìn)行一次孕育外，在鐵液轉(zhuǎn)包時(shí)再次進(jìn)行一次甚至多次的孕育，這種方法較爐前一次孕育法有較好的效果，而且可減少孕育劑總的加入量。

瞬時(shí)孕育：有包外孕育、澆口杯孕育、硅鐵棒澆包孕育、浮硅孕育、插絲法孕育(喂絲)、型內(nèi)孕育。

瞬時(shí)孕育工藝達(dá)到了：強(qiáng)化孕育處理、改善金相組織(主要是石墨球的細(xì)化)、提高力學(xué)性能、降低孕育劑消耗(實(shí)質(zhì)上真正的有效)需要?jiǎng)┝渴呛苌俚?、降低鐵液終硅量。

四、球墨鑄鐵的質(zhì)量控制技術(shù)：

在球化和孕育處理后，首先必須對(duì)鐵液的處理效果進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的判斷，方能進(jìn)行澆注，因此必須進(jìn)行爐前控制檢驗(yàn)。

常用的方法：爐前試塊法(園型、三角形)、火苗判斷法、熱分析法、爐前快速金相法

爐前試塊法：根據(jù)試塊斷口色澤和敲擊時(shí)發(fā)出的聲音。球化良好時(shí)：斷口晶粒較細(xì)，具有銀白色光澤，試棒尖端有白口，中間有縮松，敲擊時(shí)發(fā)出輕脆的，類(lèi)似于鋼的聲音。

火苗判斷：①最好的情況是小火苗不多，主要是大火苗，同時(shí)一瞬間冒出三個(gè)以上前后累計(jì)十個(gè)以上，火苗高度>40mm，有時(shí)達(dá)100mm。②較好的情況，除了小火苗外，也出現(xiàn)大火苗，瞬間小火苗10個(gè)以上。高度<15mm，也出現(xiàn)1-2個(gè)大火苗，高度>40mm。③基本球化鐵水表面只出現(xiàn)小火苗，高度<15mm，呈星星狀，同時(shí)出現(xiàn)10個(gè)以上。④沒(méi)球化，鐵水表面毫無(wú)火苗。

三角試棒判別：

當(dāng)三角試塊斷面晶粒細(xì)致，有銀色、銀灰色光澤，中心縮松很明顯。試塊兩側(cè)表面稍稍向內(nèi)凹入時(shí)表示球化情況良好。

若試塊斷面呈暗灰色，中心縮松不明顯，表示球化情況不良好。

三角試塊：

長(zhǎng) L 120

判斷球化的方法：

看斷面、聽(tīng)聲音、憑手感、看切屑、聞味道、看鐵豆

鐵水液面皴皮的觀察：

當(dāng)處理完扒渣后，大包表面或轉(zhuǎn)入小包后表面呈現(xiàn)一種尋常灰口鐵水所沒(méi)有的氧化皮如同豆?jié){或牛奶表面的一層薄膜，有此皺皮說(shuō)明球化，沒(méi)有則不球化。

這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于鐵水易氧化，鎂是極活潑的元素，它很容易氧化，所以鐵水中含鎂時(shí)，不僅鎂本身會(huì)很快氧化，同時(shí)使整個(gè)液面更容易吸附氧，從而活化了鐵原子，使鐵水加速氧化。

聞氣味：把鑄出的試棒浸到水里急冷以后敲斷，聞一聞它的味道，有一種強(qiáng)烈的電石氣味(乙炔氣味)則好。

四、參考資料

Ⅰ 鑄造三廠生產(chǎn)排氣管(鐵素體球鐵)主要技術(shù)內(nèi)容

生鐵：低Mn、S、P生鐵

C:4.3-4.5%;Si:0.95-1.1%;Mn≤0.15%;P≤0.04%;S≤0.02%

鐵水:C:3.6-4.0%;Si:2.8-3.3%;P≤0.045%;S≤0.02%;Mn≤0.2%

1、使用500kg球化包，采用凹坑沖入法。

2、專用球化劑用量1.2-1.3%，稱量無(wú)誤。倒入球化包凹坑，扒平，加蓋QT420-15鑄鐵板，復(fù)蓋FeSi75Al1.5硅鐵孕育劑。

3、最佳球化溫度1490-1510℃。首先出鐵4/5，再補(bǔ)滿。

4、第一次包內(nèi)加孕育劑：塊度8-18mm，加入量為0.4-0.8%，瞬時(shí)隨流加：0.1-0.13%，漏斗法。

5、澆注時(shí)間8-10s，每包澆注時(shí)間6分。

Ⅱ 鑄造二廠五車(chē)間GSA球墨鑄鐵熔煉工藝規(guī)程

1、配料比：

回爐料：70%;廢鋼：20%;生鐵：10%;增碳劑：1-0.7%

2、化學(xué)成分：%

C：3.6-3.95;Si：爐前1.8-2.2;爐后：2.3-2.8;Mg殘：0.025-0.04;Re殘：0.02-0.05

3、球化劑：1.2-1.5%先倒包子的2/3，反應(yīng)時(shí)間1分鐘后至600kg包，爐前試棒φ8-15×100

4、隨流孕育：5-7g/s，澆注溫度：1380-1420℃，不得超過(guò)10分鐘。

Ⅲ 三車(chē)間熔煉工藝

Q10球墨鑄鐵用生鐵：Si≤1.0%;Mn≤0.3%;P≤0.05%;S≤0.03%

爐料配比：生鐵75%，回爐料25%

化學(xué)成分：C：3.65-3.9 碳當(dāng)量CE=4.4-4.8% Si：前1.1-1.7，終2.3-3.0

Mn≤0.5 Mg殘、Re殘合為0.03-0.05，

加石灰石2%，石英砂1%

球化劑粒度：10-25，加入量1.2-1.6%，加草木灰和珍珠巖0.15%保溫。

孕育：底硅

爐前： 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

底硅量：3.5 2.83 2.17 1.5 0.83 0.16

浮硅：每袋3.5kg

隨流：0.12%

五、如何降低鐵水含硫量?

熔化鑄鐵所用的各種金屬材料、熔劑、鐵合金以及焦炭都有不同程度的硫。焦炭含硫量比其它爐料高得多，大致在0.5-2%，是鐵水增硫的主要來(lái)源。

欲獲得低硫鐵水，必須：

1.減少爐料含硫量，使用低硫焦炭，減少焦炭用量。

2.要?jiǎng)?chuàng)造條件使留在爐內(nèi)的硫，大部分進(jìn)入熔渣，例如提高爐溫，增加熔渣堿度，此外還應(yīng)降低熔渣的FeO含量。具體沖天爐內(nèi)如何降低鐵水含硫量。

①爐料的選擇與處理：

生產(chǎn)球墨鑄鐵應(yīng)盡可能采用低硫生鐵和低硫焦炭。

△焦炭硫量應(yīng)小于1.0%或?qū)⒘蚋叩慕固刻舫鰜?lái)(高硫焦炭一般表面有黃色斑紋)

△銹垢嚴(yán)重的金屬爐料最好用滾筒清理后再裝爐。

△金屬切屑應(yīng)燒結(jié)(或壓)成團(tuán)塊。

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