球墨铸铁的球化处理和力学性能优化

灰铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但未能改变石墨的形态。改变石墨形态是大幅度提高铸铁力学性能的根本途径，而球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。为此，在浇注前向铁液中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，则可获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。

1.球墨铸铁的化学成分和组织特征

球墨铸铁常用的球化剂有镁、稀土或稀土镁，孕育剂常用的是硅铁和硅钙。球墨铸铁的大致化学成分（质量分数）范围是：3.6%～3.9%C，2.0%～3.2%Si，0.3%～0.8%Mn，＜0.1%P，＜0.07%S，0.03%～0.08%Mg。由于球化剂的加入将阻碍石墨化，并使共晶点右移造成流动性下降，所以必须严格控制其含量。

球墨铸铁的显微组织由球形石墨和金属基体两部分组成。随着成分和冷却速度的不同，球墨铸铁在铸态下的金属基体可分为铁素体、铁素体加珠光体、珠光体三种，见图20-3。

图20-3 球墨铸铁的显微组织

a）珠光体+铁素体基球墨铸铁 b）铁素体基球墨铸铁(www.xing528.com)

2.球墨铸铁的牌号、性能特点及用途

球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表20-3。牌号中的“QT”表示“球铁”二字汉语拼音的大写字头，在“QT”后面两组的数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。

与灰铸铁相比，球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有相当良好的塑性及韧性。这是由于球形石墨对金属基体截面削弱作用较小，使得基体比较连续，且在拉伸时引起应力集中的效应明显减弱，从而使基体的作用可以从灰铸铁的30%～50%提高到70%～90%。另外，球墨铸铁的刚性也比灰铸铁好，但球墨铸铁的消振能力比灰铸铁低很多。

表20-3 球墨铸铁的牌号、力学性能及用途

由于球墨铸铁中金属基体是决定其力学性能的主要因素，所以球墨铸铁可通过合金化和热处理强化的方法进一步提高其力学性能。球墨铸铁可以在一定条件下代替铸钢、锻钢等，用以制造受力复杂、负荷较大和要求耐磨的铸件。如具有高强度与耐磨性的珠光体球墨铸铁常用来制造内燃机曲轴、凸轮轴、轧钢机轧辊等；具有高韧性和塑性的铁素体球墨铸铁常用来制造阀门、汽车后桥壳、犁铧、收割机导架等。