沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院 本科生（综合实验研究）任务书

专 业 材料成型及其控制工程 班 级 14110202 学 号 2011041102060 姓 名 贾森 题 目 铁素体球墨铸铁生产工艺研究 时 间 2014.9.26～2014.10.24

课 题 内 容 及 要 求

1、查阅文献资料，掌握球墨铸铁的成分、组织、生产工艺特点，掌握球墨铸铁的性能特点及其应用情况。 2、掌握铁素体球墨铸铁的生产方法，注意合适孕育剂和球化剂的选择。 3、完成合金配料、熔炼以及相应的铸造工艺。 4、制定相关热处理规范，完成铁素体球墨铸铁的热处理工艺。 5、制备金相试样，进行合金的组织观察及分析。 6、提倡新思路、新见解以及团结协作精神。 7、完成综合实验研究论文。

主 要 参 考 资 料

1、陆文华 铸造及其熔炼 机械工业出版社 1981 2、中国机械工程学会铸造专业学会 铸造手册 机械工业出版社 1997 3、崔忠圻 金属学及热处理 机械工业出版社 2000

指导教师 刘 红 日 期 2014.11.9 铁素体球墨铸铁生产工艺研究 1．摘要：铁素体球墨铸铁是基体为铁素体的球墨铸铁，具有一定强度、良好的冲击韧性和塑性，可由铸态或经退火获得。本次实验内容由Q10生铁、硅铁、45#钢、稀土镁合金配料生产Q400-18牌号的铁素体球墨铸铁。使用中频感应电炉熔炼，使用稀土镁合金为球化剂进行了球化处理，使用75%硅铁为孕育剂进行了孕育处理，浇注了试件且进行了热处理，磨制金相。观察并分析铸态金相组织和热处理后的金相组织。研究结果：热处理对球墨铸铁组织影响很大，高温退火消除渗碳体，低温石墨化退转化珠光体为铁素体，使试件基体全部转变为铁素体。保证了铸件的质量。 关键词：球墨铸铁 ， 孕育处理 ， 球化处理 ， 感应熔炼炉

Research on Production Technology of Ferrite Nodular Iron Abstract: Ferrite nodular cast iron is a substrate for ductile iron ferrite, has certain strength, good impact toughness and plasticity, can be obtained by casting orby annealing. The contents of this experiment by Q10 pig iron, ferrosilicon,45# steel, rare earth magnesium alloy ingredient production Q400-18 brand of ferritic nodular cast iron. Smelting in medium frequency induction furnace, the use of rare earth magnesium alloy as the nodulizer of spheroidizing treatment,using 75% ferrosilicon as inoculant was inoculated cast specimens, and theheattreatment, grinding metallographic. Observation and metallographicanalysis of cast and heat treatment State Microstructure after. Results: theheat treatment has great influence on the microstructure of spheroidal graphite cast iron, high temperature annealing to eliminate low temperature graphitization of cementite, pearlite to ferrite back transformation, so that the specimen was transformed to ferrite matrix. To ensure the quality of castings. Keywords:Nodular cast iron ，Inoculation ，The spheroidizing treatment ， Induction melting furnace 目 录 第一章 绪论 .……………………………………………………………………………1 1.1 球墨铸铁概况……………………………………………………………………1 1.2 铁素体球墨铸铁的组织…………………………………………………………1 1.3 铁素体球墨铸铁的球化处理……………………………………………………2 1.4 铁素体球墨铸铁的孕育处理……………………………………………………3 1.5 铁素体球墨铸铁的热处理………………………………………………………4 第二章 实验用原材料，仪器设备及实验方法 .………………………………………5 2.1 实验配料…………………………………………………………………………5 2.2 实验设备…………………………………………………………………………7 2.3 实验方法…………………………………………………………………………7 第三章 实验结果及分析 .………………………………………………………………9 3.1 实验结果…………………………………………………………………………9 3.2 组织分析…………………………………………………………………………9 第四章 结论 .…………………………………………………………………………10 参考文献 .………………………………………………………………………………11 1

第一章 概 述 1.1 球墨铸铁概况 我国球墨铸铁生产起步很早，1950年就研制成功并投入生产，至今我国球墨铸铁年产量达230万吨，位于美国、日本之后，居世界第三位。适合我国国情的稀土镁球化剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。铁素体球墨铸铁指基体中铁素体含量大于80%、余为珠光体 的球墨铸铁，具有良好的塑性和韧性，用于制造受力较大而又承受震动和冲击的零件， 大量用于汽车、农机、船舶、冶金、化工等部门、成为重要的铸铁材料。 目前，我国多数厂家均采用将铸态球墨铸铁进行退火热处理的工艺而生产铁素体球墨铸铁。 1.2 铁素体球墨铸铁的组织 铁素体球墨铸铁是基体为铁素体的球墨铸铁，具有一定强度、良好的冲击韧性和塑性，可由铸态或经退火获得。铁素体球墨铸铁的经典牌号有QT400-18、QT400-15及QT450-10。其性能特点为塑性和韧性较高，强度较低。这种铸铁用于制造受力较大而又承受震动和冲击的零件，汽车底盘以及农机部件如后桥外壳等。目前在国外一些工厂用离心铸造方法大量生产生产的球墨铸铁管亦是铁素体的，用于输送自来水及煤气，这种铸铁管能经受比灰铸铁管高得多的管道压力，并能承受地基下沉以及轻微的地震造成的管道变形，而且具有比钢管高得多的耐腐蚀性能，因而具有高强度的可靠性及经济性。 影响铁素体球墨铸铁塑性的主要因素为化学成分（含硅量）、石墨球的大小及形状、残留的自由渗碳体及夹杂物相、铁素体的晶粒度等。 铁素体球墨铸铁主要成分： (1)碳有利于石墨化和球化，提高碳量有利于发挥材料的韧性。 (2)硅是强烈促进石墨化的元素，有利于提高韧性，硅的孕育作用能细化共晶团和使磷共晶分散。韧性铁素体球铁的终硅含量一般控制在2．7%以下，如果生铁含锰量≤0.5%、磷≤0.7%，则终硅量可放宽至3．0%左右。 (3)锰阻碍渗碳体和珠光体的分解。球铁的激冷倾向本已相当高，故对铁素体球铁应控制锰含量，一般应低于0.4%。对用退火生产的韧性铁素体球铁，其含锰量允许在0.6%。 2

(4)磷在铸铁中会形成脆相，特别是三元磷共晶或复合磷共晶对韧性危害极大，常采用如下措施以削弱磷的有害作用：提高碳量，采取高碳低硅的成分方案，以阻碍三元磷共晶的析出；强化孕育以细化共晶团，使磷共晶分散；920～980摄氏度退火，使三元磷共晶或复合磷共晶转变成二元磷共晶，减少磷共晶的数量，改善球墨形状。采用金属型浇注成麻口，即球墨和莱氏体及渗碳体组织，再经高温退火则可避免产生磷共晶。 (5)硫其含量过高会使球化不稳定，而且会产生过多的硫化物夹杂，严重影响韧性，故要求原铁水硫量尽可能低，最好铁水采取脱硫措施。 1.3 铁素体球墨铸铁的球化处理 加入铁液中能使石墨在结晶生长时长成球状的元素称为球化元素。球化能力强的元素（如镁、铈、钙等）都是很强的脱氧及去硫元素，并且在铁液中不溶解，与铁液中的碳能结合。虽然具有使石墨球化的元素有多种，但在生产条件下，实用的目前是Mg、Ce、（或Ce与La等的混合稀土元素）和Y三种。工业上常用的球化剂即是以这三种元素为基本成分而制成的。我国使用最多的球化剂是稀土镁合金，国外大都采用镁合金和纯镁球化剂。 本次试验选择稀土镁合金球化剂。 用稀土镁合金的球化剂的处理方法： ① 冲入法。稀土镁合金密度较大，与铁液反应平稳，因此国内绝大多数工厂皆用此法生产。 图1.1是冲入法示意图。处理包一般即为浇包，有堤坝试、凹坑试、复包试等多种形式。

图1.1冲入法示意图 1 --- 稀土镁合金 2 --- 铁屑 3 --- 草灰 4 --- 处理包 5 --- 铁液流 6 --- 出铁槽