球鐵鑄造實驗結(jié)果匯報

1、球墨鑄鐵球墨鑄鐵實驗?zāi)康脑趧⒗蠋煹膸ьI(lǐng)下，我們對球墨鑄特進行了較為系統(tǒng)的學習，了解到球墨鑄鐵的良好性能，以及它在鑄鐵件中占據(jù)了越來越重要的比例。但是在鑄態(tài)條件下金屬基體通常是鐵素體基體和珠光體基體的混組織，無法滿足對其多樣化性能的要求，為此需要進行不同手段的熱處理以滿足各種服役條件。但是熱處理過程會使得生產(chǎn)周期延長，成本升高，高耗能，高污染。為此在鑄態(tài)條件下獲得各種性能的鑄件是社會生產(chǎn)所急需的。所以我們期望通過此次試驗在鑄態(tài)下獲得金屬基體為鐵素體的QT400-18的鑄件，鐵素體和珠光體混合基體的QT600-3的鑄件以及珠光體基體的QT700-2的鑄件。同事也希望通過這次實驗加深大家對球鐵相關(guān)知

2、識的認識以及鍛煉大家的創(chuàng)新能力，動手能力，理論聯(lián)系實際的能力以及團隊合作能力等一些綜合實踐能力。實驗過程u化學元素的選取與控制u成分配料u金屬熔煉、水玻璃砂造型u球化孕育處理u金相組織檢測u金屬力學性能檢測u實驗結(jié)果分析u實驗總結(jié)化學元素的選取與控制由于石墨對機體的削弱作用很小，當含碳量在3.2%3.8%之間變化時對力學性能的影響不顯著，但是為了保證鑄造性能，碳當量（CE=C+1/3（Si+P）選在共晶成分附近。由于球化元素的使相圖上的共晶點右移，因而使共晶點的碳當量移至4.6%4.7%左右，具有共晶成分的鐵液流動性最好容易形成集中的縮孔,鑄鐵的組織致密度高。C:當碳當量過低時,鑄件易產(chǎn)生縮松

3、和裂紋。碳當量過高時容易產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，使鑄件夾雜增多，影響鑄件的力學性能Si: 用鎂和鈰處理鐵液有較大的結(jié)晶過冷和形成白口的傾向，硅可以減少這種傾向。因為硅可以使得穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系共晶溫度差別擴大。此外Si還能細化石墨，提高石墨球的圓整度。但是硅又降低鑄鐵的韌性，并且使得韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，而且硅使得共析溫度升高，促鐵素體。 錳在球墨鑄鐵中起的作用與灰鑄鐵不同?；诣T鐵中，錳除了強化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外，還能減少硫的危害作用。球墨鑄鐵中，球化元素具有很強的脫硫能力，錳不再具有這種作用。由于錳具有嚴重的正偏析傾向，往往富集于共晶團晶界處，促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。對厚大斷面球鐵

4、來說，錳的偏析傾向 更嚴重。但是錳含量的提高，基體中的珠光體含量提高，所以提高了強度指標的同時，降低韌性。對于鑄態(tài)珠光體基體Mn的含量可以適當選高點。Mn： P: 磷在球墨鑄鐵中有嚴重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴重降低球墨鑄鐵的韌性。磷還增大球墨鑄鐵的縮松傾向。當要求球墨鑄鐵有高的韌性時，應(yīng)將磷控制在0.05%以下。S：球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強的化合能力，生成硫化物和硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且還使夾雜物數(shù)量增多，球化衰退速度加快。原鐵液中S的含量S0.06% ，用ReMg合金球化處理后，一般硫的殘留量S0.02% 。 銅具有穩(wěn)定珠光體的作用，但是銅是正偏析元素

5、以形成晶間碳化物降低韌性，故對于Cu合金的球墨鑄鐵要求Cu的含量0.6%0.8%之間。 在生產(chǎn)球墨鑄鐵是球化元素多選用稀土鎂合金，鎂是主要的球化元素，但是殘留一定量的鎂的鐵液在凝固是具有很大的白口傾向，稀土具有脫硫，中和反球化元素，對Mg具有保護作用，提高鐵水的抗衰退能力，而且還可以減少鎂的殘留量。但是稀土元素是碳化物形成元素，而且稀土容易與氧和硫形成高熔點化合物，并且密度大，不容易從鐵水中去除。因此在保證球化良好的情況下盡可能控制稀土的殘留量。Re=0.010.04%，Mg=0.030.06%時可以保證球化。Cu: Re和Mg: 元素元素C CSiSiMnMnP PS SMgMg殘殘CuCu

6、QT400-18 成分范圍3.53.72.62.80.30.050.020目標成分3.72.70.20.050.020.040.060QT600-3成分范圍3.43.72.02.40.61.00.050.020目標成分3.72.40.60.050.020.040.060QT700-2成分范圍3.63.91.82.40.71.00.050.020.60.8目標成分3.82.40.70.050.020.040.060.6化學成分選取球化和孕育處理球化劑使用的是Fe6Mg2Re稀土鎂合金，孕育劑使用的是長效硅鋇孕育劑球化處理工藝為沖入法，孕育處理工藝使用的是一次孕育。覆蓋劑使用的是鐵片熔煉設(shè)備為30

7、Kg的酸性中頻感應(yīng)電爐球化孕育工藝 操作 在球化劑、孕育劑及復(fù)蓋劑使用以前，應(yīng)預(yù)熱到300一400， 然后放到處理包的凹槽底部內(nèi)。處理包使用前也要經(jīng)過充分預(yù)熱。預(yù)熱的目的是減少鐵水熱損失，并且也能防止覆蓋劑下 樁實較緊的合金粘結(jié)在包底。在球化劑上面加入適量的孕育劑，在孕育劑上面再加入適量的覆蓋劑，覆蓋劑為鐵屑。為了防止合金過早上浮，可在復(fù)蓋劑上再放置少量鑄鐵塊或 鑄鐵板。球化劑的粒度不宣過大、使用 10一30mm左右的塊子較好。處理鐵水量較大時，塊度可增大。 球化劑，孕育劑應(yīng)適當樁緊。塊體間隙大會使鐵水容易流入，球化反應(yīng)時間 提前，降低鎂吸收率球化孕育處理數(shù)據(jù)球化劑量球化劑量孕育劑量孕育劑量球

8、化時間球化時間（S S）出爐溫度出爐溫度（）覆蓋劑量覆蓋劑量QT400-181.5%0.4%2915471%QT600-31.5%0.4%3615411%QT700-21.5%0.4%3015401%熔煉、爐前檢驗以及澆注嚴格按球鐵配料單上料。一般按照低熔點的現(xiàn)加，高熔點的中間加，易氧化的后加的加料順序。加料時，不要過急，應(yīng)緩慢地加入爐內(nèi)；在熔化期，嚴禁將水和潮濕物品仍入爐內(nèi)，防止爆炸。 往爐內(nèi)加入硅鐵、錳鐵等鐵合金時，要從側(cè)面加入，防止噴火傷人。 凡伸入爐內(nèi)的工具和材料必須干燥，防止爆炸。在鐵液全部融化之后需要用熱電偶(鉑銠鉑微型快速熱電偶)進行不斷地測溫，控制出鐵溫度。在達到出鐵溫度以前要

9、進行熱分析，測定鐵液的含碳量、含硅量。出鐵水要迅速，避免小流倒出，以免熱量損耗過多致使球化劑、孕育劑粘附在爐底，造成球化不良。球化反應(yīng)完成后迅速取樣，澆注。實驗澆注的鑄型為U型試塊采用以上的的處理工藝生產(chǎn)的鑄件，分別對其化學成分，力學性能以及金相組織進行了觀察和測定。所使用的設(shè)備為：華銀布氏硬度計（HB-3000）、電子光學顯微鏡（ Nikon eclipse MA 100 ）、擺錘式?jīng)_擊試驗機(JB-300B)、電液伺服萬能拉力機，光譜儀、游標卡尺，中頻感應(yīng)電爐，熱分析儀金相檢測實驗步驟（1）磨光：采用手工磨光，是將砂紙平鋪在玻璃板上（或平的瓷磚上），左手伸開壓住砂紙，右手握住試樣使磨面朝下

10、，且整個磨面必須和砂紙接觸，然后輕輕向前推行進行磨削，提起使樣返回，再重復(fù)上述操作。如果是耐水砂紙，按400、600、800、1000、1200、1500的順序，干砂紙為1、2、3、4、5、6號的順序。每磨一道砂紙，試樣的劃痕均勻且方向一致，磨下一道砂紙時，試樣、手、砂紙和玻璃必須用水沖洗干凈，磨削方向與上一道砂紙所磨劃痕方向垂直。（2）拋光： 采用機械拋光，拋光時先將拋光織物長毛絨或絲絨用水浸濕，然后平整地裝在拋光機的拋光盤上。將配好的拋光液（AL2O3或Cr2O3或MgO溶液）倒在拋光盤上（以在試樣上形成的水膜510秒鐘干為宜），打開電源，手握試樣試磨面朝下，輕輕地放在拋光盤的2/3半徑處

11、，使細磨的劃痕方向與拋光盤的旋轉(zhuǎn)方向垂直，且沿與拋光盤旋轉(zhuǎn)方向相反旋轉(zhuǎn)，直至磨面光亮無痕為止，一般為35分鐘。拋光時宜選用潤滑性良好的煤油作潤滑劑，這樣不但容易得到光亮無痕的金相磨面，而且還能清晰、真實地顯示出石墨球的光學性能。（3）顯示： 石墨的觀察和檢驗時，不須腐蝕，只有觀察和檢驗基體時才腐蝕，可采用化學腐蝕法，是將已拋光好的試樣用水沖洗干凈或用酒精擦掉表面殘留的臟物，在試樣磨面用滴管滴一些酒精，用電吹風吹干，然后將試樣磨面浸入腐蝕劑中（浸蝕）或用棉球蘸取腐蝕劑在試樣磨面上擦拭（擦蝕）或用滴管直接將腐蝕劑滴在磨面上（滴蝕），待磨面發(fā)暗時，立即用水沖洗干凈，再用滴管滴一些酒精，用電吹風吹干，

12、即可放在顯微鏡下觀察，照相，分析。布氏硬度實驗原理及方法圖1 布氏硬度實驗原理圖在直徑為 10（mm）的淬火鋼球上施加規(guī)定的載荷 30(KN)，壓入試樣表面如圖1，保持一定時間（30s）后，卸除載荷。用顯微鏡觀察壓痕直徑，對照硬度表查出相應(yīng)的硬度值。222PPPHBFDhDDDd（）實驗步驟：在U型試塊上切取一個上底為25mm，下底為35mm，高為50mm，厚度為20mm的梯形試塊。在試塊傷感選取一個平面，在砂紙上磨光滑不要有劃痕，否則影響觀察。將試塊放在不是硬度試驗臺上，選取合適的載荷和加載時間，在試塊上選取3點壓出壓痕。用顯微鏡觀察壓痕直徑記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。實驗注意事項壓痕直徑d必須在0.25

13、D0.6D范圍內(nèi)，否則試驗無效，應(yīng)另選規(guī)范再行試驗。試驗時為防止壓痕周圍因塑性變形產(chǎn)生形變硬化而影響實驗結(jié)果，一般規(guī)定壓痕中心距試樣邊緣距離應(yīng)不小于壓痕直徑的2.5倍，相鄰兩壓痕中心的距離應(yīng)不小于壓痕直徑的4倍。對硬度低的材料此距離還應(yīng)增大。為使壓痕清晰以保證測量精確，試樣表面應(yīng)盡可能光潔，試樣表面的壓痕直徑用讀數(shù)顯微鏡測量，應(yīng)從相互垂直的方向各測一次，取其算數(shù)平均值。沖擊韌性實驗實驗原理和方法將加工好的試樣放在試驗機的支座上，再將具有一定重量 m 的擺錘舉至一定的高度 H1，使其獲得一定的位能mgH1，再將其釋放，沖斷試樣。擺錘的剩余能量為 mgH2。擺錘沖斷試樣所失去的能量（ mgH1-

14、mgH2 ），此即沖擊負荷使試樣破斷所作的功，稱沖擊功，單位為J, 以 Ak表示。則有 Ak= （mgH1- mgH2 ）。 沖擊試驗示意圖由于鑄鐵的韌性值比較低，可采用任何缺口的形式試樣，對于球墨鑄鐵往往采用的是無缺口的沖擊試樣。在每個牌號的U型試塊的相同位置分別上切取3個10mm 10mm 55mm的試塊，按照上述實驗原理和方法，進行沖擊實驗，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。抗拉強度和延伸率試驗抗拉強度b將試樣加載至斷裂，在測力度盤或拉伸線上可讀出試樣拉斷前的最大載荷Pb，而Pb所對應(yīng)之應(yīng)力即為抗拉強度b。 伸長率伸長率為試樣拉斷后標距長度的增量與原標距長度的百分比=000LLlu取三個牌號試塊各1個，并

15、將他們分別加工成常用的d=14 0.1mm，L0=5d的球墨鑄鐵抗拉強度測試試棒。u用游標卡尺分別測量三個試棒的L0以及拉斷之后的u分別記錄L0和u將拉力試驗機調(diào)到試驗所需要的狀態(tài)，將試棒放上，緩慢的加上載荷，直至拉斷。記錄相關(guān)數(shù)據(jù)0l0l實驗結(jié)果數(shù)據(jù)以及分析元素元素C CSiSiMnMnP PS SMgMg殘殘CuCuQT400-183.352.710.2960.02690.0190.05230.0224QT600-33.432.410.6980.02560.01690.060.0254QT700-23.352.40.8020.02780.01450.0540.0675通過光譜成分的比較發(fā)現(xiàn)

16、，C的含量偏低，明顯低于預(yù)定的成分范圍?？赡苁怯捎谂淞线^程中出現(xiàn)了錯誤，也可能是由于C的燒損。對于球墨鑄鐵來說C含量在3.23.8之間不會對力學性能造成太大的影響，但是C含量過低會使得碳當量偏移共晶點較多，會使得鐵液的流動性降低，使得鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的傾向增大。而且C低會使得Mg的吸收率下降，不利于石墨的球化。金相檢測結(jié)果球化等級球化等級石墨大小石墨大小( (個個/ /平方毫米平方毫米) )鐵素體含量鐵素體含量珠光體含量珠光體含量QT400-1849053%其它QT600-3311048%其它QT700-24844%其它QT400-18 x100石墨形態(tài)QT600-3 x100石墨形態(tài)QT7

17、00-2 x100石墨形態(tài)QT400-18 x100 4%硝酸酒精腐蝕QT600-3 x100 4%硝酸酒精腐蝕QT700-2 x100 4%硝酸酒精腐蝕從金相檢測結(jié)果可以看出，石墨球數(shù)不是很多，圓整度不高，有大量的碎塊狀以及不規(guī)則的異型石墨。對于QT400-18的基體組織珠光體較多。且QT700-2，QT600-3, QT400-18的珠光體含量是逐漸減少的。由于Si使碳在鐵液鐵中的溶解度降低，提高了碳的活度，有助于碳的析出,而且Si能固溶于鐵中，阻礙鐵原子與碳原子的化合，它有力地促進石墨的析出。 而C元素促石墨化的能力比Si強 ，因為碳增多時其本身按石墨析出的能力就強。所以碳當量影響石墨球

18、數(shù)。因此鑄件的球化率以及石墨球數(shù)偏少，可能是由于C元素含量偏低造成的，另外孕育不好，凝固時間過長也會造成石墨球數(shù)不高或者粗大。不規(guī)則石墨是由于局部晶體的生長模式和生長速度偏離了正常的生長規(guī)律和生長速度。產(chǎn)生這種情況的原因主要是球化元素Mg的含量沒有在應(yīng)有的范圍之內(nèi)，過高或者是過低都會有助于不規(guī)則石墨的產(chǎn)生，另外孕育處理的質(zhì)量不高以及孕育衰退，影響石墨的結(jié)晶條件，都會有助于產(chǎn)生不規(guī)則的石墨。對于以上三種牌號的球墨鑄鐵珠光體含量有比較明顯的差別，主要是由于化學元素的差別造成的，其中Si和Mn和Cu是主要的影響元素。因為硅元素一個促鐵素體的元素，而錳是一個促珠光體的元素，而Cu具有穩(wěn)定珠光體的作用。

19、所以以上三種元素的含量不同造成了珠光體的含量的不同。但是對于QT400-18的珠光退的含量明顯偏離了理論上的珠光體的含量，可能的原因是當時在共析溫度以上就打箱了，相當于對鑄件進行了正火處理，所以珠光體的含量偏多。壓痕直徑壓痕直徑(cm)(cm)布氏硬度值布氏硬度值硬度平均值硬度平均值(HBW)(HBW)參考值參考值(HBW)(HBW)QT400-184.451831791301754.441844.60170QT600-34.012282261902704.022264.07225QT700-23.722662612253053.82553.74263硬度是將球墨鑄鐵作為具有切削性、耐磨性等機

20、械部件應(yīng)用時的重要特性之一。另一方面，一般地硬度與拉伸性能有良好的相關(guān)性，將簡單的硬度試驗方法作為一種非破杯性檢查手段，可用于推斷抗拉強度和延伸率。而且球墨鑄鐵的硬度受到石墨的尺寸，形狀，數(shù)量和分布特征的影響但是主要受到珠光體含量的影響。各種基體組織球墨鑄鐵的硬度由以上數(shù)據(jù)可知：三個牌號的硬度值逐漸的變大，主要是由于珠光體的含量逐漸增多。其中QT600-3和QT700-2的硬度值在參考值范圍之內(nèi)，滿足對其硬度的性能要求。但是QT400-18鑄件的硬度超過了理論的硬度值，主要是由于其珠光體的含量超過了鐵素體基體的正常范圍，所以其硬度值過高。由硬度和抗拉強度的關(guān)系，按照大塚昭夫的總結(jié)的公式推測 Q

21、T400-18，QT600-3和QT700-2的鑄件硬度分別為537MPa,678MPa和783MPa左右。長(CM)寬(CM)高(CM) 測量值（J）修正值(J) 平均值(J)QT400-18759.910.17878 81739.89.67873 73.59.89.89692 QT600-3729.89.86159 54 699.89.85856 719.99.94948 QT700-2709.79.71817 19 73.59.89.82322 7210.19.81919 由沖擊韌性的實驗數(shù)據(jù)可以看出三個牌號的沖擊韌性值有所不同。影響球鐵沖擊韌性的主要因素是球鐵基體組織、化學成分和實驗溫

22、度。溫度對沖擊值的影響十分明顯，低溫沖擊值反映脆性材料的 特性，高溫沖擊值與低溫沖擊值相差懸殊，反映了斷裂性質(zhì)的變化。由圖可以看出來在相同的溫度下不通的基體組織沖擊韌性的差別很大，其中鐵素體基體的沖擊韌性最大。下所以在相同溫度鑄件中鐵素體含量多的多少直接決定了鑄件的沖擊值的大小。由晶相檢測的結(jié)果可以知道QT400-18的鐵素體含量最高，QT600-3次之，QT700-2的鐵素體含量最少。所以沖擊值QT400-18最大，QT700-2的沖擊值最小。一次沖擊值反映的是單位面積上大能量一次撕裂功在鑄件實際的應(yīng)用中都是小能量的多次重復(fù)的沖擊載荷。所以不可以一律的用一次沖擊值衡量材料或者零件的沖擊載荷抗

23、力?？估瓘姸群脱由炻蕦嶒灁?shù)據(jù)抗拉強度抗拉強度屈服強度屈服強度斷前標距斷前標距斷后標距斷后標距延伸率延伸率平均值平均值QT400-18555.8358.769.481.0217.017.0169.581.0216.8369.381.0217.2QT700-2772.2469.169.472.153.964.1669.672.684.4369.372.144.10影響抗拉強度和延伸率的因素主要有化學成分，珠光體的含量和球化率?；瘜W元素的影響終歸影響的是珠光體的含量和球化率。一般隨著珠光體的面積的增多，抗拉強度增加。在一定范圍延伸率下隨著珠光體面積的增加而急劇降低，隨后減小速度變緩 。由金相觀測可以得出： 從表中的數(shù)據(jù)可以帶出QT700-2的珠光體的含量最多，QT400-18的珠光體的含量最小。對應(yīng)的QT700-2 球化等級球化等級石墨大小石墨大小( (個個/ /平方毫米平方毫米) )鐵素體含量鐵素體含量珠光體含量珠光體含量QT400-1849053%其它QT600-3311048%其它QT700-24844%其它的抗拉強度最大，QT400-18的抗拉強度最小。在室溫下球化率主要影響的是延伸率，對抗拉強度的影響較小。球化率的影響因基體的延性不同而異。對延性好的鐵素體球鐵來說其影響小，但對延性差的珠光體來