球墨鑄鐵是在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）和孕育劑使鑄鐵中石墨球化。由于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，因此具有高密度，提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。改善其對(duì)基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性大大提高。其機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰鑄鐵，優(yōu)于可鍛鑄鐵，性能接近鋼材，而價(jià)格低于鋼，且仍具有灰口鑄鐵的許多優(yōu)良性能，如良好的鑄造性、減震性、切削加工性及低的缺口敏感性等。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)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。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。
簡(jiǎn)介
生鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般在2.5%～4%，并含C、SI、Mn、S、P等元素，是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。析出的石墨呈球形的鑄鐵。球狀石墨對(duì)金屬基體的割裂作用比片狀石墨小，使鑄鐵的強(qiáng)度達(dá)到基體組織強(qiáng)度的70～90%，抗拉強(qiáng)度可達(dá)120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。球墨鑄鐵除鐵外的化學(xué)成分通常為：含碳量3.6～3.8%，含硅量2.0～3.0%，含錳、磷、硫總量不超過1.5%和適量的稀土、鎂等球化劑。
成分表
目前市面上球墨鑄鐵光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品成分如下：
名稱 編號(hào) C Si Mn P S Cr
GSB03-1813-2005 1 2.62 3.43 0.182 0.547 0.0043 2.93
2 2.06 2.68 0.378 0.056 0.019 2.01
3 2.92 2.15 0.838 0.075 0.010 1.52
4 3.22 1.13 1.25 0.200 0.010 1.09
5 3.49 0.612 1.57 0.371 0.011 0.346
6 4.08 0.340 1.86 0.032 0.067 0.04
編號(hào) Ni Mo V Mg Cu Alt
1 4.46 1.90 0.034 0.137 0.062 0.115
2 2.00 0.202 0.084 0.0059 0.217 0.020
3 3.22 0.304 0.178 0.060 0.506 0.026
4 0.615 0.910 0.389 0.033 0.686 0.016
5 1.01 1.43 0.309 0.060 1.07 0.044
6 0.094 0.036 0.587 0.0026 1.56 0.0027
編號(hào) Ti B Nb As
1 0.156 0.0034 0.0023 0.0032
2 0.054 0.0073 0.0019 0.0024
3 0.236 0.050 0.030 0.0022
4 0.065 0.118 0.0025 0.0021
5 0.298 0.112 0.0046 0.0042
6 0.0072 0.193 — 0.0022
名稱 編號(hào) C Si Mn P S Cr
GBW01131a T010-1a 3.31 0.93 0.317 0.051 0.0290 2.02
GBW01132a T010-2a 3.18 2.28 0.715 0.447 0.0061 1.62
GBW01133a T010-3a 3.72 1.50 1.12 0.251 0.038 1.61
GBW01134a T010-4a 4.03 0.248 0.987 0.727 0.098 0.476
GBW01135a T010-5a 3.00 2.65 1.27 0.140 0.0034 0.784
GBW01136a T010-6a 2.69 3.68 1.70 0.395 0.021 1.31
GBW01137a T010-7a 1.81 3.35 1.99 0.091 0.0082 0.212
名稱 編號(hào) Ni Mo V Mg Cu Ti
GBW01131a T010-1a 0.063 0.811 0.329 0.00033 0.571 0.223
GBW01132a T010-2a 1.01 0.559 0.20 0.038 1.12 0.478
GBW01133a T010-3a 0.528 0.467 0.133 0.014 0.846 0.388
GBW01134a T010-4a 0.054 0.018 0.317 0.0015 0.148 0.031
GBW01135a T010-5a 0.94 0.384 0.043 0.077 0.536 0.078
GBW01136a T010-6a 0.247 0.224 0.25 0.034 0.338 0.129
GBW01137a T010-7a 1.09 0.152 0.057 0.0010 1.73 0.131
名稱 編號(hào) W B La Ce Sn
GBW01131a T010-1a 0.323 0.524 — — 0.282
GBW01132a T010-2a 0.172 0.26 0.015 0.034 0.107
GBW01133a T010-3a 0.049 0.096 — 0.0002* 0.289
GBW01134a T010-4a 0.0073 0.021 — — 0.0035
GBW01135a T010-5a 0.284 0.0025 0.096 0.0033 0.038
GBW01136a T010-6a 0.444 0.128 0.0057 0.0088 0.102
GBW01137a T010-7a 0.971 0.018 0.023 0.122 0.0064
名稱 編號(hào) C Si Mn P S Cr
GBW01138a T012-1a 1.75 3.40 0.080 0.580 0.119 2.48
GBW01139a T012-2a 2.22 2.44 0.301 0.043 0.058 2.13
GBW01140a T012-3a 2.55 1.50 0.878 0.071 0.045 0.417
GBW01141a T012-4a 3.16 1.96 0.462 0.396 0.017 1.40
GBW01142a T012-5a 3.52 1.17 0.311 0.420 0.019 0.766
GBW01143a T012-6a 4.02 0.163 1.41 0.021 0.026 0.112
GBW01144a T012-7a 3.94 0.918 1.38 0.085 0.0048 1.05
編號(hào) 編號(hào) Ni Mo V Mg Cu Alt
GBW01138a T012-1a 0.030 0.031 0.021 0.0006 0.025 0.248
GBW01139a T012-2a 0.341 0.087 0.055 0.0085 0.458 0.060
GBW01140a T012-3a 0.519 0.354 0.085 0.024 0.641 0.034
GBW01141a T012-4a 0.778 0.428 0.166 0.025 0.921 0.0073
GBW01142a T012-5a 1.03 0.629 0.324 0.021 0.389 —
GBW01143a T012-6a 1.89 0.726 0.509 0.104 1.83 0.019
GBW01144a T012-7a 1.37 0.168 0.390 0.056 1.10 0.214
編號(hào) 編號(hào) Ti La Ce N Sn
GBW01138a T012-1a 0.038 <0.0001 <0.0001 0.015 0.0031
GBW01139a T012-2a 0.065 0.010 0.001 0.024 0.044
GBW01140a T012-3a 0.027 0.0061 0.027 0.024 0.021
GBW01141a T012-4a 0.065 <0.0001 <0.0001 0.0073 0.024
GBW01142a T012-5a 0.1610 <0.0001 <0.0001 0.0047 0.013
GBW01143a T012-6a 0.238 <0.0001 <0.0001 0.013 0.057
GBW01144a T012-7a 0.114 <0.0001 <0.0001 0.0063 0.134
性能
球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門中得到應(yīng)用，這些部門要求高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴(yán) 重的熱和機(jī)械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號(hào)，提供了機(jī)械性能和物理性能的一個(gè)很寬的范圍。
如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO1083所規(guī)定的大多數(shù)球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金態(tài)生產(chǎn)的。顯然，這個(gè)范圍包括抗拉強(qiáng)度大于800牛頓/毫米，延伸率為2%的高強(qiáng)度牌號(hào)。另一個(gè)極端是高塑性牌號(hào)，其延伸率大于17%，而相應(yīng)的強(qiáng)度較低(最低為370牛頓/毫米勺。強(qiáng)度和延伸率并不是設(shè)計(jì)者選擇材料的唯一根據(jù)，而其它決定性的重要性能還包括屈服強(qiáng)度、彈性模數(shù)、耐磨性和疲勞強(qiáng)度、硬度和沖擊性能。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對(duì)于設(shè)計(jì)者也許是關(guān)鍵的。為了滿足這些特殊使用，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫傲Ni一Resis球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鋅、鉻和錳合金化，并且列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)用
1947年英國(guó)H. Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A. P. Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年世界球墨鑄鐵產(chǎn)量只有5萬噸，1960年為53.5萬噸，1970年增長(zhǎng)到500萬噸，1980年為760萬噸，1990年達(dá)到915萬噸。2000年達(dá)到1500萬噸。球墨鑄鐵的生產(chǎn)發(fā)展速度在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家特別快。世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是由美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。2010球墨鑄鐵產(chǎn)量有3500萬噸，未來10年會(huì)成倍的增長(zhǎng)，將達(dá)到億噸。
我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早，1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，至2010我國(guó)球墨鑄鐵年產(chǎn)量達(dá)450萬噸，位于美國(guó)、日本之后，居世界第三位。適合我國(guó)國(guó)情的稀土鎂球化劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵等各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)和研究工作均達(dá)到了很高的技術(shù)水平。
力學(xué)性能及其他性能
系統(tǒng)地測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學(xué)性能及其他性能，為設(shè)計(jì)人員提供了有關(guān)數(shù)據(jù)。測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的比重、導(dǎo)熱性、電磁性等物理性能，結(jié)合金相標(biāo)準(zhǔn)研究了石墨和基體組織對(duì)球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測(cè)定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的各種性能。此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變性能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開始用于指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)合球墨鑄鐵齒輪的應(yīng)用，還系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，以及球墨鑄鐵齒輪的點(diǎn)蝕、剝落機(jī)理等。
制造步驟
（一）嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對(duì)原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中錳，磷，硫的含量
（二）鐵液出爐溫度比灰鑄鐵更高，以補(bǔ)償球化，孕育處理時(shí)鐵液溫度的損失
（三）進(jìn)行球化處理，即往鐵液中添加球化劑
（四）加入孕育劑進(jìn)行孕育處理
（五）球墨鑄鐵流動(dòng)性較差，收縮較大，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸，合理應(yīng)用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則
（六）進(jìn)行熱處理