搜索
百铸网铸铁的发展状况现代工业铸铁件的生产已有200多年的历史，发展到今天，在材质的性能、品种、生产工艺技术等方面都取得很大进展。铸铁的抗拉强度从最初的40～60MPa发展到1600～1750MPa，伸长率从0发展到30%以上，旋转弯曲疲劳强度已达500MPa，-40℃缺口冲击值则在12J以上。铸铁的品种也有很大发展，除灰铸铁外，还有孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、等温淬火球铁、以及耐磨、抗磨、耐热、耐蚀、耐低温等特种性能要求的铸铁等，不但应用于普通机械，核能、风电、超临界燃气轮机、重型机床、加工中心、高速列车、汽车等关键件也均采用铸铁件。铸铁已成为不可缺少的一种现代工程结构材料。中国的铸铁件生产应全面进入提高质量与质量控制时期。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网可看出，近10多年来，我国铸铁件的材质结构持续改善，球铁在铸件中所占的比例由1998年的14.0％增至2010年的25.0％，球铁与灰铁的比例由0.226上升到0.52。年份铸件产量（t）灰铁件球铁件球铁/灰铁产量（t）占％产量（t）占％199810，194，0066，305，38061.91，431，23814.00.226199912，647，4767，912，02662.62，063，19216.30.26200013，954，6298，639，96661.92，333，47016.70.27200114，888，9929，002，84460.52，730，16018.30.30200216，261，5639，840，10859.42，994，98618.40.31200319，870，50410，491，03052.84，708，74823.70.45200422，420，45211，267，36650.35，603，41025.00.497200524，421，20512，303，96350.45，838，75323.90.474200628，094，16813，928，08649.66，843，01924.40.49200731，270，00015，460，00049.47，698，00024.60.498200833，500，00016，400，00048.968，200，00024.50.50200935，300，00017，000，00048.28，700，00024.70.51201039，600，00019，000，00048.09，900，00025.00.52表11998～2010年我国铸件、灰铁件、球铁件的产量我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网我国铸铁件的材质结构虽持续改善，球铁与灰铁的比例已上升到0.52，但仍偏低，今后的重点仍是发展高强度灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁以及各种性能更为优异的抗磨、耐磨、耐蚀、耐热或耐低温的特种铸铁。以下重点介绍高强度灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的最新进展。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网球墨铸铁的最新进展（1）选择优质原材料选择优质原材料是保证稳定生产高质量的球铁件的前提。球铁生产选用优质生铁和高纯生铁，特别是高端球铁件，必须采用含磷量0.035%，硫含量0.01%，低钛量、低杂质元素的生铁来生产。（2）球化处理工艺逐步完善过去球化工艺多采用敞口包冲入法处理（图1），镁吸收率低，有较大镁光、烟尘，劳动条件和工艺稳定性差。近年来，不少工厂采用盖包法（图2）、喂丝法（图3）等环境友好的球化处理方法。2.1球墨铸铁生产技术新进展我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网盖包法示意图喂丝球化球化剂加入量少，球化时产生杂质少，同时喂丝球化在相对封闭的处理站进行，球化处理产生的镁烟雾、灰尘等，可在处理点集中由风机抽走，经布袋除尘后向车间外排放，大大改进劳动条件和作业环境。盖包法球化（如图4）与冲入法相比，镁的吸收率高，烟尘及镁光减少，操作复杂程度和设备费用增加不多，因此可以广泛应用。与冲入法球化相比，盖包法球化、喂丝球化有如下特点：我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网（3）铸铁质量检测技术和计算机应用技术的进展近几年来，行业内直读光谱仪、热分析仪、三维坐标测量仪等已得到了较多的应用，大大提高了测试分析的精度；计算机辅助的铸件设计、凝固模拟、浇注系统优化设计、铸造生产管理和生产过程数据自动处理等等提高了工作效率和管理水平。2.1球墨铸铁生产技术新进展我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网（1）低温高韧性球墨铸铁1)应用领域低温高韧性球墨铸铁主要是用在寒冷地区风电重要设备的部件上，如风电的轮毂、齿轮箱、底座力矩支撑底座等（如下图5所示）。低温高韧性球墨铸铁的生产难度相当大，要对其化学成分、基体组织、石墨大小及形态、制备工艺等几个方面严格控制，才能够得到符合性能要求的产品。2.2球墨铸铁材料研究的新进展我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网风电设备部件轮毂机舱弯头轮毂（双叶片）力矩支撑齿轮箱体我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网低温高韧性球墨铸铁除广泛应用于风电领域外，还在铁路机车、汽车，远洋运输和轨道交通，寒冷地区石油、天然气工业及配套的存储运输工程等方面也大量使用，应用前景良好。特别是我国轨道交通快速发展，速度≥200km/h和≥300km/h的动车组低温高韧性铁素体球铁铸件需求增加。图6高速铁路球铁件我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网)成分规范采用“低硅、低锰、低硫、低磷、适量稀土和镁”的原则来确定成分，并且可以通过添加适量的镍等合金元素来提高材料的低温冲击韧度。3)组织和性能要求风电铸件由于工作环境特殊（高空、室外），维修极其困难，代价甚高，故对铸件质量、力学性能要求极为严格。组织要求基体：铁素体≥95%，珠光体4%，无磷共晶＋无渗碳体1%；石墨：石墨的球化等级达到1~3级，石墨球大小达到5~7级。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网性能要求：常温力学性能：抗拉强度σb≥400Mpa，伸长率δ≥18%，或抗拉强度σb≥350Mpa，伸长率δ≥22%；低温力学性能：-20℃或-40℃三个V型缺口试样的平均冲击吸收功Akv大于12J，单个试样的最低值应大于9J；如表3所示。标准名称牌号抗拉强度σb（MPa）延伸率δ（%）冲击吸收功AKV(J)试验温度（℃）三个试样平均值单个试样最低值ISO1083-2004400-18AL40018-20129350-22AL35022-40129EN1563:1997EN-JGS-400-18-LT40018-20+2129EN-JGS-350-22-LT35022-40+2129表3低温高韧性球铁的牌号及性能要求我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网)含Ni低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的研究成果低温高韧性球铁必须确保在低温下有良好的韧性；在沿海地区，设备在室外高处运行，冬季气温很低，铸件材质还还必须有较好的抗盐雾腐蚀的性能。由于这样的要求，要求该材质组织都是铁素体球墨铸铁。在低温高韧性球墨铸铁成分的基础上添加0~1.5%Ni，通过熔炼、孕育、球化、浇注工艺制备Y单铸试块，利用金相试验、抗拉试验、低温冲击试验以及腐蚀试验，研究镍对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的组织和性能的影响，其各试样的镍含量及其组织和性能结果如下。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网)含Ni低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的研究成果①Ni对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁组织的影响规律铸态组织（1）无Ni（2）Ni0.31%（3）Ni0.71%（4）Ni0.88%（5）Ni1.22%（6）Ni1.53%图7含Ni低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的铸态组织低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的Y型单铸试块铸态组织由球状石墨、铁素体、珠光体和部分自由渗碳体组成。镍对石墨形态影响不大，各组试样石墨球大小等级均在6级或以上，石墨球化等级在2级或以上。同时由于Ni元素具有稳定珠光体作用，随着镍含量的增加，铸态组织中的珠光体量增加，铁素体量减少，自由渗碳体量基本上都小于3%。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网①Ni对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁组织的影响规律热处理后组织将各试样进行低温石墨化退火热处理后，各组试样中的自由渗碳体基本消失，铁素体量大幅增加且均达到95%以上。但是，由于Ni元素稳定珠光体的作用，当试样中镍含量大于0.88%时，组织中会出现少量未分解的珠光体，另外，退火热处理对组织中石墨的形态影响不大，见图8。图8含Ni低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的热处理后组织（1）无Ni（2）Ni0.31%（3）Ni0.71%（4）Ni0.88%（5）Ni1.22%（6）Ni1.53%我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网②Ni对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁抗拉强度和伸长率的影响规律图9镍与低温高强高韧耐蚀球墨铸铁的抗拉强度和伸长率的关系从图9可知，热处理后各组试样抗拉强度均大于400MPa，且随着Ni量的增加而不断提高，由403Mpa提高至含1.53%Ni时的447MPa。Ni的加入可以提高了材料的抗拉强度，这是由于镍元素可以无限固溶于铁素体基体中且均匀分布，对基体起有效的固溶强化作用；同时镍还具有稳定珠光体的作用，退火态试样中含镍量越高，组织中残留珠光体量越多，珠光体的存在必然会提高材料的强度。因此，材料抗拉强度随着Ni含量的增加而升高。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网量的提高，伸长率的变化规律为先升高后降低，在镍含量为0.71%时达到最高点。对含Ni量分别为0、0.71%及1.53%的拉伸试样断口形貌进行扫描电镜分析，见下图10。未加NiNi0.71%Ni1.53%各试样断口均呈现韧性断裂的典型特征，断裂机理为石墨与铁素体基体脱离后，铁素体基体发生充分的塑性变形，在试样断口上留下大且深的等轴韧窝，甚至有撕裂带。这说明试样在断裂之前，产生较大的塑性变形，断口上的韧窝就是显微空穴在塑性变形过程中不断长大或聚集的结果。随着铁素体中镍固溶度的不断提高，晶格畸变程度增加，铁素体在得到不断强化的同时，其脆性也随之增加，从而导致材料断后伸长率的下降。图10拉伸试验断口形貌我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网③Ni对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁低温冲击韧性的影响规律图11镍对低温高强高韧耐蚀球墨铸铁低温冲击性能的影响从图11可以看出，随着材料中Ni含量的增加，低温冲击韧度先升高后降低。这是由于镍是一种面心立方晶格，其滑移面多，易于发生滑移变形的方向也多，同时，镍与铁元素的原子序数接近，镍固溶于铁素体基体中且均匀分布，不在晶界处偏聚，使晶格畸变程度较小，适量地添加强化了铁素体基体，边界敏感程度降低，对材料塑、韧性有一定的改善作用。但是，过多的Ni会使铸铁相变曲线中的共析点左移，这就导致了其在结晶过程中珠光体量的增加，而试样中每增加10%珠光体便会使韧-脆转变温度TC提高约10℃。因此，材料的抗拉强度一直增加的同时塑、韧性开始降低。我国球墨铸铁及蠕墨铸铁技术新进展百铸网