球墨鑄鐵是指鐵液經球化處理后,使石墨大部或全部呈球狀形態的鑄鐵。與灰鑄鐵比較,球墨鑄鐵的力學性能有顯著提高。因為它的石石墨呈球狀,對基體的切割作用*小,可有效地利用基體強度的70%~80%(灰鑄鐵—般只能利用基體強度的30%)。球墨鑄鐵還可以通過合金化和熱處理,進一步提高強韌性、耐磨性、耐熱性和耐蝕性等各項性能。球墨鑄鐵自1947年問世以來,就獲得鑄造工作者的青睞,很快地投入了工業性生產。而且,各個時期都有代表性的產品或技術。20世紀50年代的代表產品是發動機的球墨鑄鐵曲軸,20世紀60年代是球墨鑄鐵鑄管和鑄態球墨鑄鐵,20世紀70年代是奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵,20世紀80年代以來是厚大斷面球墨鑄鐵和薄小斷面(輕量化、近終型)球墨鑄鐵。 如今,球墨鑄鐵已在汽車、鑄管、機床、礦山和核工業等領域獲得廣泛的應用。據統計,2000年世界的球墨鑄鐵產量已超過1500萬噸。球墨鑄鐵中常見的石墨形態有球狀、團狀、開花、蠕蟲、枝晶等幾類。其中,*具代表 性的形態是球狀。在光學顯微鏡下觀察球狀石墨,低倍時,外形近似圓形;高倍時,為多邊形,呈輻射狀,結構清晰。經深腐蝕的試樣在SEM中觀察,球墨表面不光滑,起伏不平,形成一個個泡狀物。經熱氧腐蝕或離子轟擊后的試樣在SEM中觀察,球墨呈年輪狀紋理,且被輻射狀條紋劃分成多個扇形區域;經應力腐蝕(即向試樣加載應力)后觀察,呈現年輪狀撕 裂和輻射狀開裂。球墨是垂直(0001)面向各個方向生長的,從而形成很多個從核心向外輻射的角錐體(二維為扇形區域),(0001)面即呈年輪狀排列。在SEM中看到的年輪狀及輻射狀條紋(或裂紋),就是球墨晶體學特征的反映。 球墨鑄鐵一般為過共晶成分,因此球狀石墨的長大,應包括兩個階段:①先共晶結晶階段,球墨核心形成后,在鐵液及貧碳富鐵的奧氏體暈圈中長大。②共晶結晶階段,球墨周圍形成奧氏體外殼,即球墨-奧氏體共晶團。此時,球墨是在奧氏體殼包圍下長大的。雖然球墨在共晶階段的長大速度比在液態階段遲緩,但球墨的大部分是在共晶階段長大的。球墨鑄鐵的共晶團比灰鑄鐵的共晶團細小,其數量約為灰鑄鐵的50~200倍。還應說明,球墨鑄鐵的共晶結晶是一種變態共晶,即球墨和奧氏體均可在單獨、互不依存的情況下長大。 球化處理是球墨鑄鐵的關鍵工序。大致來說,球化處理的歷史經歷了兩個階段:①20世紀50年代,以純鎂和壓入法為主:②20世紀60年代中期開始,以稀土鎂合金球化劑和沖入法為主,還相繼采用了蓋包法、型內法和密流法,20世紀80年代又采用了喂絲法工藝。將純鎂與稀土鎂球化劑比較:純鎂的球化能力強,球墨圓整,白口化傾向小,缺點是反應激烈,鐵液沸騰,安全性差,還難以避免縮松、夾渣和皮下氣孔等鑄造缺陷;合金球化劑的稀土,有脫硫去氣的作用,能減少縮松、夾渣等鑄造缺陷,生產也較安全,但石墨的圓整度往往稍遜于純鎂處理的球墨鑄鐵,且白口化傾向較大。 孕育處理是球化處理后不可或缺的工序。它能促進石墨化,增加石墨球數,提高石墨圓整度。但加強孕育并不是一味提高孕育量和增加孕育次數。孕育過量,反而會造成孕育缺陷,如縮松、縮孔和石墨漂浮等:孕育劑顆粒大,未曾熔化,殘留于鑄件內,會成為“硬點”。孕育處理是受多種因素制約的,睹如孕育劑種類,孕育劑粒度、孕育劑數量、孕育方式、鐵液溫度和孕育位置等等,總之應使處于飽和孕育狀態的鐵液盡可能接近鐵液凝固的瞬間,這樣才能以*小的孕育重達到*大的孕育效果。 |
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