球墨鑄鐵是通過(guò)球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。

1、組成結(jié)構(gòu)

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經(jīng)過(guò)高溫熔融和鑄造成型而得到，除Fe外，還含C、Si、Mn、S、P等五大元素及其它合金元素。

鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出，若析出的石墨呈條片狀時(shí)的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲(chóng)狀時(shí)的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團(tuán)絮狀時(shí)的鑄鐵叫白口鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時(shí)的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。

球狀石墨對(duì)金屬基體的割裂作用比其它形狀石墨小，能使鑄鐵的強(qiáng)度達(dá)到基體組織強(qiáng)度的70～90%，抗拉強(qiáng)度可達(dá)120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。

球墨鑄鐵除鐵外的化學(xué)成分通常為：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含錳、磷、硫總量不超過(guò)3.0%和適量的稀土、鎂等球化元素。

2、主要性能

球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門(mén)中得到應(yīng)用，這些部門(mén)要求高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性重的熱和機(jī)械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等。為了滿(mǎn)足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號(hào)，提供了機(jī)械性能和物理性能的一個(gè)很寬的范圍。

如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO1083所規(guī)定的大多數(shù)球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金態(tài)生產(chǎn)的。顯然，這個(gè)范圍包括抗拉強(qiáng)度大于800牛頓/平方毫米，延伸率為2%的高強(qiáng)度牌號(hào)。另一個(gè)極端是高塑性牌號(hào)，其延伸率大于17%，而相應(yīng)的強(qiáng)度較低({zd1}為370牛頓/平方毫米）。強(qiáng)度和延伸率并不是設(shè)計(jì)者選擇材料的{wy}根據(jù)，而其它決定性的重要性能還包括屈服強(qiáng)度、彈性模數(shù)、耐磨性和疲勞強(qiáng)度、硬度和沖擊性能等。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對(duì)于設(shè)計(jì)者也許是關(guān)鍵的。為了滿(mǎn)足這些特殊使用，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫Ni一Resis球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鎳、鉻和錳合金化，并且列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

為珠光體型球墨鑄鐵，具有中高等強(qiáng)度、中等韌性和塑性，綜合性能較高，耐磨性和減振性良好，鑄造工藝性能良好等特點(diǎn)。能通過(guò)各種熱處理改變其性能。主要用于各種動(dòng)力機(jī)械曲軸、凸輪軸、連接軸、連桿、齒輪、離合器片、液壓缸體等零部件。

3、發(fā)展前途

節(jié)能要求導(dǎo)致基本上重新設(shè)計(jì)零件，以達(dá)到重量輕、效率高，這就必然要提醒設(shè)計(jì)者集中注意材料。球鐵正日益被認(rèn)為能提供高的強(qiáng)度一重量特性，并且能以比較低的成本生產(chǎn)。當(dāng)球鐵的噸位增加和市場(chǎng)滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達(dá)到了它的全部潛力?；谶@一點(diǎn)，不生產(chǎn)球鐵的鑄鐵廠(chǎng)，建議很好地重新考慮這方面的可能性。

因此預(yù)料，隨著代替灰鑄鐵、可鍛和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產(chǎn)噸位的持續(xù)增加。出版的刊物對(duì)于幫助造廠(chǎng)在這面的力是有利的，雖然計(jì)值會(huì)變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質(zhì)量指標(biāo)用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%，值得注意的是相對(duì)硬度反而降低3%。

4、應(yīng)用領(lǐng)域

1947年英國(guó)H. Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過(guò)共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A. P. Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開(kāi)始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是由美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。

我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早，1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，2009年我國(guó)球墨鑄鐵年產(chǎn)量達(dá)870萬(wàn)噸，居世界{dy}位。適合我國(guó)國(guó)情的稀土鎂球化劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵等各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)和研究工作均達(dá)到了很高的技術(shù)水平。

球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度的塑韌性，其在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非?？欤a(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)鑄鋼和可鍛鑄鐵，成為僅次于灰鑄鐵的鑄造合金材料。球墨鑄鐵中的石墨之所以成為球狀，主要是在鐵水中加入了能使石墨呈球狀的球化劑。用球墨鑄鐵鑄造技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高韌性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，非常符合汽車(chē)生產(chǎn)的要求，因此，球墨鑄鐵鑄造技術(shù)在汽車(chē)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車(chē)底盤(pán)零件已分別在我國(guó)第二汽車(chē)廠(chǎng)、南京汽車(chē)廠(chǎng)和{dy}汽車(chē)廠(chǎng)投入使用，這也標(biāo)志著我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)達(dá)到了較高水平。球墨鑄鐵通過(guò)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用已突顯出其優(yōu)越性，通過(guò)技術(shù)水平的不斷提高，相信在未來(lái)，球墨鑄鐵將會(huì)應(yīng)用于各大領(lǐng)域。

汽車(chē)制造

鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車(chē)底盤(pán)零件分別在我國(guó)第二汽車(chē)廠(chǎng)、南京汽車(chē)廠(chǎng)和{dy}汽車(chē)廠(chǎng)相繼投產(chǎn)。這標(biāo)志著我國(guó)鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)達(dá)到了較高水平。與之相適應(yīng)的包外脫硫、雙聯(lián)法熔煉、瞬時(shí)孕育、孕育塊技術(shù)以及音頻檢測(cè)和熱分析快速分析等技術(shù)的采用，則標(biāo)志著我國(guó)大量流水生產(chǎn)汽車(chē)鑄件的技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平的差距正在縮小。

冶金工業(yè)

（2）試驗(yàn)研究了大斷面（壁厚大于120mm）球墨鑄鐵的冶金因素以及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝措施。采用適量的釔基重稀土復(fù)合球化劑、強(qiáng)制冷卻、順序凝固、延后孕育，必要時(shí)添加微量銻、鉍等可防止球墨鑄鐵件中心部位的石墨畸變和組織疏松等，現(xiàn)已成功地制作了38噸重的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，17.5噸重的柴油機(jī)體、截面為805mm的球墨鑄鐵軋輥等。

5、歷史沿革

國(guó)內(nèi)

在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵?1?71?1?776?1?71?1?771，而現(xiàn)代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國(guó)外研制成功的。我國(guó)古代的鑄鐵，在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里含硅量都偏低，也就是說(shuō)，在約2000年前的西漢時(shí)期，我國(guó)鐵器中的球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件經(jīng)柔化退火的方法得到。這是我國(guó)古代鑄鐵技術(shù)的重大成就，也是世界冶金史上的奇跡。

球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，在使用中有時(shí)可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機(jī)械制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)際冶金行業(yè)過(guò)去一直認(rèn)為球墨鑄鐵是英國(guó)人于1947年發(fā)明的。西方某些學(xué)者甚至聲稱(chēng)，沒(méi)有現(xiàn)代科技手段，發(fā)明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，中國(guó)球鐵專(zhuān)家采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對(duì)出土的513件古漢魏鐵器進(jìn)行研究，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)斷定漢代中國(guó)就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有關(guān)論文在第18屆世界科技史大會(huì)上宣讀，轟動(dòng)了國(guó)際鑄造界和科技史界。國(guó)際冶金史專(zhuān)家于1987年對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證后認(rèn)為：古代中國(guó)已經(jīng)摸索到了用鑄鐵柔化術(shù)制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對(duì)世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。

國(guó)外

1947年英國(guó)H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過(guò)共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開(kāi)始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。球墨鑄鐵管和水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材。中國(guó)已相繼建成幾個(gè)球墨鑄鐵管廠(chǎng)，且近幾年還將有幾個(gè)球墨鑄鐵管廠(chǎng)建成。2000年，中國(guó)年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達(dá)90萬(wàn)噸。此外，中國(guó)自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線(xiàn)已通過(guò)國(guó)家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上中國(guó)引進(jìn)的一條生產(chǎn)線(xiàn)，至2002年，中國(guó)年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達(dá)數(shù)萬(wàn)噸。
　　系統(tǒng)地測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學(xué)性能及其他性能，為設(shè)計(jì)人員提供了有關(guān)數(shù)據(jù)。測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的比重、導(dǎo)熱性、電磁性等物理性能，結(jié)合金相標(biāo)準(zhǔn)研究了石墨和基體組織對(duì)球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測(cè)定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的各種性能。

此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變性能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開(kāi)始用于指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)合球墨鑄鐵齒輪的應(yīng)用，還系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，以及球墨鑄鐵齒輪的點(diǎn)蝕、剝落機(jī)理等。

球墨鑄鐵：在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）使鑄鐵中石墨球化。由于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對(duì)基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛替代可鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車(chē)后橋等。

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