表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號(hào)及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)

表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)

注：

1.牌號(hào)中的"DT"和" GT"，分別為“低碳”和“高碳”的拼音字母的首位字母，表示含碳全的高低。

2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見GB/T8263-1999。

3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補(bǔ)焊。

 用在北方寒冷地區(qū)的球墨鑄鐵件要求有足夠好的低溫沖擊韌性。比如，用在寒冷地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的鑄件，要求在-40℃下運(yùn)轉(zhuǎn)20年至30年不損壞，所用的球墨鑄鐵件必須符合耐低溫高韌性球墨鑄鐵件標(biāo)準(zhǔn)。還有用在寒冷地區(qū)的鐵路及地鐵配件，起重設(shè)備及其配件等等，也有這方面的需求。武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院分析總結(jié)了影響球墨鑄鐵件低溫沖擊韌性的各種因素，提出了改善其低溫沖擊韌性的措施。

      他們認(rèn)為，控制珠光體含量，確保基體組織中的鐵素體量達(dá)到90%以上，是改善球墨鑄鐵件低溫沖擊韌性的關(guān)鍵所在。由于鐵素體的塑性和韌性相對(duì)其它組織的基體要好，所以低溫耐沖擊球墨鑄鐵都是采用全鐵素體基體的牌號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)所需的鐵素體組織，可以采取以下措施：

      1、熔煉球墨鑄鐵時(shí)控制化學(xué)成分

      試驗(yàn)表明，球墨鑄鐵中Si的含量對(duì)其韌性影響很大。當(dāng)ω(Si)為0.8時(shí)，室溫的沖擊功較低，但-20℃時(shí)的沖擊功;而ω(Si)為1.8%時(shí)，-40℃時(shí)的沖擊功;ω(Si)為2.1%時(shí)，常溫的沖擊功。P以及P與Si的配比對(duì)低溫韌性的影響也很大。當(dāng)ω(Si)為2.6%，ω(P)從0.02%提高到0.05%時(shí)，-40℃時(shí)的沖擊功從120J降至10J左右。錳是促進(jìn)珠光體形成的元素，而且呈正偏析，導(dǎo)致球墨鑄鐵凝固部位鐵素體量減少，故應(yīng)限制。武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院的研究小組建議：ω(C)=3.5~3.8，一般取中值，厚壁取下限；ω(Si)=1.8%~2.2%；ω(Mn)<0.2；ω(P)越低越好?？刂艭r,V,Sn,Ti,W,Mo等促進(jìn)珠光體形成元素的含量，越低越好。這些元素多從廢鋼中來，故對(duì)廢鋼應(yīng)嚴(yán)加管理。

      2、選用合適的球化劑和孕育劑

      球化劑宜選用Mg6RE2中鎂低稀土球化劑。若原鐵液硅高，可選用不含Si的球化劑，如國外多用Ni-Mg。球化劑的MgO/Mg≤0.1，以免出現(xiàn)夾雜物降低沖擊韌性。

      孕育劑，以采用含Ba硅鐵為宜。雖然加Bi,Sb可增加球數(shù)，提高球墨鑄鐵塑性，但長時(shí)間回爐料的累積，會(huì)增加干擾元素（如Al,Ti,Pb,As,Sn,Zr,Te,Bi,B等）的總量。

      3、工藝的優(yōu)化

      球化處理溫度控制在1450℃左右為宜，采用二次沖入法，先出鉄液三分之二，球化后再?zèng)_三分之一。

      澆注溫度以1350℃左右為宜。鑄件保持鑄形直到500℃以下開箱。

      經(jīng)過試驗(yàn)，確定能得到低溫沖擊性能的熱處理工藝為:升溫至880℃保溫2.5小時(shí)，爐冷至720℃，再保溫3.5小時(shí)，爐冷至600℃出爐。用帶V形缺口的單鑄試塊進(jìn)行測試，所獲材料在-40℃時(shí)的沖擊韌度指標(biāo)達(dá)22.17J/cm2；其常溫抗拉強(qiáng)度為372.8MPa，屈服強(qiáng)度為250.2MPa，伸長率為25%。

      經(jīng)風(fēng)機(jī)鑄件葉輪轂的實(shí)踐證明，采取上述措施后，球墨鑄鐵件低溫沖擊韌度不足的情況有很大改善。金相組織:球化率為90%~92%，球數(shù)108~130個(gè)/mm2，鐵素體量接近100%。力學(xué)性能:常溫抗拉強(qiáng)度為375~390MPa，屈服強(qiáng)度為240~260MPa；-20℃沖擊韌度平均17.2J/cm2，16.2J/cm2，-40℃沖擊韌度平均13.0J/cm2，11.2J/cm2。均達(dá)到或超過歐洲標(biāo)準(zhǔn)的要求。

 對(duì)灰鑄鐵而言，經(jīng)熔煉過程制得的鐵液中含有適量硫和氧，是此后進(jìn)行有效孕育處理的重要條件，是不可缺少的。

      目前，對(duì)鑄鐵孕育作用的機(jī)制尚未完全認(rèn)識(shí)，仍存在多種說法。其中，非金屬夾雜物成核說已得到廣泛的認(rèn)同。通常用于鑄鐵的孕育劑，以硅為主要成分，還含有少量鋁、鈣、鋯、鋇等元素。澆注前向鐵液中加入孕育劑后，其中的活性元素與鐵液中含有的硫、氧作用，生成大量微細(xì)的氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物，彌散于鐵液中。在灰鑄鐵鐵液的共晶凝固過程中，這些夾雜物能作為石墨的外來晶核，促進(jìn)石墨生核、使共晶團(tuán)細(xì)化。

      因此，灰鑄鐵孕育處理前的原鐵液中，硫含量不宜低于0.06%，保持在0.06%～0.08%之間。原鐵液中硫含量很低時(shí)，還有必要故意加入‘硫化亞鐵’使其增硫；氧含量，一般在20×14-4%～30×10-4%之間。 對(duì)球墨鑄鐵而言，硫和氧都是有害元素。特別是硫，屬于作用很強(qiáng)的反球化元素，只在原鐵液中的含量降低到0.02%以下，才能石墨的球化良好，采用型內(nèi)球化工藝時(shí)，還應(yīng)使硫含量降低到0.01%。因此，降低原鐵液中的硫含量，是進(jìn)行球化處理的前提。生產(chǎn)球墨鑄鐵件時(shí)，必須嚴(yán)格控制爐料，以確保鐵液中的硫含量低，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行爐外脫硫作業(yè)。 在球墨鑄鐵原鐵液中加鎂進(jìn)行球化處理時(shí)，鎂與鐵液中的硫和氧發(fā)生反應(yīng)，生成MgS和MgO。有資料說，加鎂后可使鐵液中的硫含量降低80～90%，氧含量降低40～50%?？梢?，鐵液中的硫、氧含量高，將使球化劑中的鎂大量損失，導(dǎo)致球化作用難以控制，而且會(huì)造成大量熔渣。所以，生產(chǎn)球墨鑄鐵件時(shí)，對(duì)硫和氧都是避之尤恐不及的。 既然如此，在灰鑄鐵中有促進(jìn)石墨生核作用的氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物，在球墨鑄鐵中可否起同樣地作用？如何才能利用這種作用？是大家所關(guān)心的問題。

      一、氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物在球墨鑄鐵中的作用

      根據(jù)一些研究工作的結(jié)果，氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物在球墨鑄鐵中同樣也能作為球狀石墨的外來晶核。如果運(yùn)用得當(dāng)，將含硫、氧的孕育劑用于球墨鑄鐵，可多方面地改善球墨鑄鐵的性能，如：

       ·石墨球的尺寸減小，數(shù)量增多、球化率提高；

       ·減輕鑄鐵的白口傾向，有利于制造薄壁球墨鑄鐵件；

       ·生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕晶間偏析，提高鑄件質(zhì)量；

       ·生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕或防止石墨漂浮；

       ·使鑄鐵組織中鐵素體量增多；

       ·減少鑄鐵凝固過程中的收縮，鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔的傾向小。

      在灰鑄鐵中可作為石墨外來晶核的氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物，在球墨鑄鐵中的情況就很不相同。化學(xué)活性很強(qiáng)的鎂能使其中的大部分還原，生成MgS和MgO進(jìn)入熔渣，因而，不足以為球狀石墨的形成提供有效的生核條件。

      因此，對(duì)于球墨鑄鐵而言，能作為球狀石墨外來晶核的氧化物、硫化物和硫氧復(fù)合化合物，在熱力學(xué)上應(yīng)比鎂的氧化物和硫化物更為穩(wěn)定。
在鐵液溫度下，常用于處理鑄鐵的合金元素中，鈰、鈣與硫、氧的親和力大 于鎂。因而，使鈰、鈣與硫、氧結(jié)合不失為一種可取的方案。
鈰可與硫、氧結(jié)合，形成的化合物有CeS、Ce2O3、Ce2O2S等，這些化合物在1500℃左右是穩(wěn)定的，尺寸約為1～3μm，密度約為6.5 g/cm3，基本上呈球形，可以彌散分布于鐵液中、作為石墨的外來晶核，而且研究工作中已見到球狀石墨的心部有這類化合物。
鈣的化合物對(duì)球狀石墨的生核也有十分重要的作用。

      二、孕育劑

      用于球墨鑄鐵的原鐵液中硫含量都很低，而且往往要進(jìn)行爐外脫硫作業(yè)，很難穩(wěn)定地將硫含量控制在很窄的范圍內(nèi)。原鐵液中的氧含量也難以準(zhǔn)確地控制。 因此，生產(chǎn)球墨鑄鐵件時(shí)，要利用硫化物和氧化物作為球狀石墨的外來晶核，可行的方法之一是將硫、氧和鈰、鈣都配合于孕育劑中。

      適用于球墨鑄鐵的、含鈰、鈣、硫、氧等多種元素的孕育劑，歐洲早已有商品供應(yīng)，且有多種規(guī)格的產(chǎn)品以適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。這類孕育劑，主要成分仍是硅，但配有細(xì)微而分散的氧化物和硫化物，因而外觀多呈黑色顆粒狀。表1中列出了其中一種的化學(xué)成分，由此可見這類孕育劑的大致情況。