球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀五十年代發展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發展為僅次于灰鑄鐵的、應用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。

1、組成結構

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，由工業生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經過高溫熔融和鑄造成型而得到，除Fe外，還含C、Si、Mn、S、P等五大元素及其它合金元素。

鑄鐵中的碳以石墨形態析出，若析出的石墨呈條片狀時的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲狀時的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團絮狀時的鑄鐵叫白口鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。

球狀石墨對金屬基體的割裂作用比其它形狀石墨小，能使鑄鐵的強度達到基體組織強度的70～90%，抗拉強度可達120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。

球墨鑄鐵除鐵外的化學成分通常為：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含錳、磷、硫總量不超過3.0%和適量的稀土、鎂等球化元素。

2、主要性能

球鐵鑄件差不多已在所有主要工業部門中得到應用，這些部門要求高的強度、塑性、韌性、耐磨性重的熱和機械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩定性等。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現有許多牌號，提供了機械性能和物理性能的一個很寬的范圍。

如國際標準化組織ISO1083所規定的大多數球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金態生產的。顯然，這個范圍包括抗拉強度大于800牛頓/平方毫米，延伸率為2%的高強度牌號。另一個極端是高塑性牌號，其延伸率大于17%，而相應的強度較低({zd1}為370牛頓/平方毫米）。強度和延伸率并不是設計者選擇材料的{wy}根據，而其它決定性的重要性能還包括屈服強度、彈性模數、耐磨性和疲勞強度、硬度和沖擊性能等。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對于設計者也許是關鍵的。為了滿足這些特殊使用，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫Ni一Resis球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鎳、鉻和錳合金化，并且列入國際標準。

為珠光體型球墨鑄鐵，具有中高等強度、中等韌性和塑性，綜合性能較高，耐磨性和減振性良好，鑄造工藝性能良好等特點。能通過各種熱處理改變其性能。主要用于各種動力機械曲軸、凸輪軸、連接軸、連桿、齒輪、離合器片、液壓缸體等零部件。

3、發展前途

節能要求導致基本上重新設計零件，以達到重量輕、效率高，這就必然要提醒設計者集中注意材料。球鐵正日益被認為能提供高的強度一重量特性，并且能以比較低的成本生產。當球鐵的噸位增加和市場滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達到了它的全部潛力。基于這一點，不生產球鐵的鑄鐵廠，建議很好地重新考慮這方面的可能性。

因此預料，隨著代替灰鑄鐵、可鍛和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產噸位的持續增加。出版的刊物對于幫助造廠在這面的力是有利的，雖然計值會變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質量指標用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%，值得注意的是相對硬度反而降低3%。

4、應用領域

1947年英國H. Morrogh發現，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時，石墨呈球狀。1948年美國A. P. Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當殘余鎂量大于0.04wt%時，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規模工業生產。

世界球墨鑄鐵產量的75%是由美國、日本、德國、意大利、英國、法國六國生產的。

我國球墨鑄鐵生產起步很早，1950年就研制成功并投入生產，2009年我國球墨鑄鐵年產量達870萬噸，居世界{dy}位。適合我國國情的稀土鎂球化劑的研制成功，鑄態球墨鑄鐵以及奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵等各個領域的生產技術和研究工作均達到了很高的技術水平。

球墨鑄鐵具有高強度的塑韌性，其在國內外發展非常快，產量已經超過鑄鋼和可鍛鑄鐵，成為僅次于灰鑄鐵的鑄造合金材料。球墨鑄鐵中的石墨之所以成為球狀，主要是在鐵水中加入了能使石墨呈球狀的球化劑。用球墨鑄鐵鑄造技術生產出的產品具有高強度、高韌性和低價格等優點，非常符合汽車生產的要求，因此，球墨鑄鐵鑄造技術在汽車生產中得到了廣泛的應用，鑄態珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態鐵素體球墨鑄鐵汽車底盤零件已分別在我國第二汽車廠、南京汽車廠和{dy}汽車廠投入使用，這也標志著我國球墨鑄鐵生產達到了較高水平。球墨鑄鐵通過在汽車行業的應用已突顯出其優越性，通過技術水平的不斷提高，相信在未來，球墨鑄鐵將會應用于各大領域。

汽車制造

鑄態珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態鐵素體球墨鑄鐵汽車底盤零件分別在我國第二汽車廠、南京汽車廠和{dy}汽車廠相繼投產。這標志著我國鑄態球墨鑄鐵生產達到了較高水平。與之相適應的包外脫硫、雙聯法熔煉、瞬時孕育、孕育塊技術以及音頻檢測和熱分析快速分析等技術的采用，則標志著我國大量流水生產汽車鑄件的技術水平與國際先進水平的差距正在縮小。

冶金工業

（2）試驗研究了大斷面（壁厚大于120mm）球墨鑄鐵的冶金因素以及相應的生產工藝措施。采用適量的釔基重稀土復合球化劑、強制冷卻、順序凝固、延后孕育，必要時添加微量銻、鉍等可防止球墨鑄鐵件中心部位的石墨畸變和組織疏松等，現已成功地制作了38噸重的大型復雜結構件，17.5噸重的柴油機體、截面為805mm的球墨鑄鐵軋輥等。

5、歷史沿革

國內

在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵?1?71?1?776?1?71?1?771，而現代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國外研制成功的。我國古代的鑄鐵，在一個相當長的時期里含硅量都偏低，也就是說，在約2000年前的西漢時期，我國鐵器中的球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件經柔化退火的方法得到。這是我國古代鑄鐵技術的重大成就，也是世界冶金史上的奇跡。

球墨鑄鐵以其優良的性能，在使用中有時可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機械制造工業中得到廣泛應用。國際冶金行業過去一直認為球墨鑄鐵是英國人于1947年發明的。西方某些學者甚至聲稱，沒有現代科技手段，發明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，中國球鐵專家采用現代科學手段，對出土的513件古漢魏鐵器進行研究，通過大量的數據斷定漢代中國就出現了球狀石墨鑄鐵。有關論文在第18屆世界科技史大會上宣讀，轟動了國際鑄造界和科技史界。國際冶金史專家于1987年對此進行驗證后認為：古代中國已經摸索到了用鑄鐵柔化術制造球墨鑄鐵的規律，這對世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。

國外

1947年英國H.Morrogh發現，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時，石墨呈球狀。1948年美國A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當殘余鎂量大于0.04wt%時，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規模工業生產。球墨鑄鐵管和水平連續鑄造球墨鑄鐵型材。中國已相繼建成幾個球墨鑄鐵管廠，且近幾年還將有幾個球墨鑄鐵管廠建成。2000年，中國年產離心鑄造球墨鑄鐵管達90萬噸。此外，中國自行研制的水平連續鑄造球墨鑄鐵型材生產線已通過國家鑒定，并已有多家企業投產。再加上中國引進的一條生產線，至2002年，中國年產球墨鑄鐵型材的能力達數萬噸。
　　系統地測定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學性能及其他性能，為設計人員提供了有關數據。測定了稀土鎂球墨鑄鐵的比重、導熱性、電磁性等物理性能，結合金相標準研究了石墨和基體組織對球墨鑄鐵性能的影響規律。系統地測定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態和動態條件下的各種性能。

此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應力應變性能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開始用于指導生產。結合球墨鑄鐵齒輪的應用，還系統地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，以及球墨鑄鐵齒輪的點蝕、剝落機理等。

球墨鑄鐵：在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）使鑄鐵中石墨球化。由于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優點，現已廣泛替代可鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車后橋等。

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