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    球墨鑄鐵生產
     球鐵的生產和研究現狀

    1. 1常規球鐵

    目前常規球鐵——即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產量中的絕大部分比例,因此注意提高常規球鐵的性能和質量,在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。

    1.1. 1對影響球鐵質量的因素加強控制

    球鐵的組織與性能取決于鑄鐵的成份和結晶條件以及所用球化劑的質量,研究認為為了確保球鐵的機械性能,必須針對鑄件具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數的優化以及有效的排渣措施進行嚴格控制,而適當的降低碳當量,合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。

    1.1.2有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產

    控制球鐵基體的主要因素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型,加入方法以及冷卻條件等。
       鑄態鐵素體球鐵的成份控制
       微過共晶成份,其中碳稍高,但不出現石墨漂浮,含硅稍低,孕育劑硅量應少于3%,錳越低越好,應使Mn<0.04%,硫、磷應低,使S≤0.02%、 P≤0.02%,這是因為硅可改善球鐵組織和相應的塑性,Si=3.0~3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出,Si=2.6~2.8%時,鑄鐵具有高的延伸率和沖擊韌性,但硅在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加,這種偏析越嚴重,并對機械性能有不良影響,特別是當溫度低于零度時影響更大,而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化,并減少“黑斑”缺陷的產生,而“黑斑”主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物,此外也要用低硅球化劑以可以進行多次孕育。
       對珠光體球鐵而言,在生產時鑄鐵成份中錳可提高至0.8~1.0%,有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時,錳可提高至1.2~1.35%,生產鑄態珠光體元素銅。加入量大于1.8%時,它阻礙石墨球化,但促進基體完全珠光體化,一般球鐵中銅含量應小于1.5%,錫是強烈的珠光體化元素,其對硬度的影響大于銅和錳,但Sn≥1.0%時使石墨畸變,因此其含量應限制在0.08%以下。

    1.1.3 稀土在球鐵中的作用

    稀土能促進鎂合金的球化效果(球化率和球的圓整度),它對壁厚球鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視,這也是國內外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。
       在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化,這些元素即所謂的球化干擾元素,干擾元素分為兩類,一是消耗球化元素型干擾元素,它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等,使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成;另一類是晶間偏析型干擾元素,包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結晶時,這些元素富集在晶界,促進使碳在共晶后期形成畸形的枝晶狀石墨 ,球化干擾元素原子量越大,其干擾作用越強,現在許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量,當這些元素含量小于臨界含量時,并不能形成畸變石墨。
       在有干擾元素的鑄鐵中,加入稀土可消除其干擾作用,有研究報告指出在鑄鐵中干擾元素之和應小于0.10%即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%
       有研究指出,中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005~0.04%Ce即可,例如,中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。

    干擾元素在鑄件壁厚,冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。
       干擾元素對球鐵基體也有影響,Te、B強烈促進白口形成,Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩定珠光體,Al、Zr促進鐵素體。
       值得注意的是,目前正在發展一些球化元素與干擾元素復合球化劑,以改善大斷面球鐵的處理效果及石墨球的圓整度。

    1.1. 4球鐵檢測加強

    球鐵檢測是其質量的重要措施,目前正在研究發展線分析,即產品在生產過程中進行分析,以確定其質量,已有不少單位在大批量生產條件下利用超聲波對鑄件質量進行分析。

    在利用超聲波測定鑄鐵組織時,片狀石墨的聲速為4500m/s、蠕墨鑄鐵為5400m/s、球墨鑄鐵5600m/s,此外在鑄鐵中高頻衰減率的變化也可判斷鑄鐵類型,球鐵中心頻率為5MHz而片狀鑄鐵僅為1.5MHz。目前還有單位正在用超聲波作球化級別的測定,已可測定合格的球化級別和不合格的產品(3級和4級之間),但還不能進行更細分級測定,此方法正在完善中。

    1.2奧——貝球鐵

    20世紀70年代,荷蘭、中國、美國彼此獨立地,幾乎是同時宣布各自研究成功了貝氏體球鐵,中國研究成功的是下貝氏體,美國為下貝氏體+馬氏體,荷蘭為上貝氏體+奧氏體,荷蘭成果具代表性,即現在所稱的奧——貝球鐵。1977年M.Jokason宣布荷蘭的Kgmi Kgmmene公司所屬的karkkila鑄造廠開發了一種特性優異的新型鑄鐵,即奧——貝球鐵,并在1978年召開第45屆國際年會上宣讀了有關論文,此一發明在美、英、法、加等13個國家申請了專利(美國專利號:3860457,荷蘭專利1996/72,原西德專利2852870),引起了各國重視,被譽為近幾十年來鑄鐵冶金中的重大成就之一。

    奧——貝球鐵兼備高強度、高韌性和高耐磨性。如英國的標準有NE-GJS-800-8,EN-GJS-1000-5,EN-GJS-1400-1。

    奧——貝球鐵成份與常規球鐵成份相同,球化劑和處理工藝也相同,其差別是必須進行等溫淬火處理,等溫淬火溫度不同時可分別獲得上貝氏體+奧氏體,下貝氏+奧氏體,下貝氏+馬氏體等不同基體。這種鑄鐵成本高、生產難度較大,目前應用面雖在不斷擴大,但其總量并不大,被人們稱之為21世紀材料。


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