球墨铸铁QT500-7的化学成分是什么?
球墨铸铁QT500-7的化学成分是什么?
09-03-28 & 发布
1947年英国H. Morrogh发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在0.02wt%以上时，石墨呈球状。1948年美国A. P. Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt%时，得到球状石墨。从此以后，球墨铸铁开始了大规模工业生产。 球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980年为760万吨，1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。 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。 （1）铸态珠光体球墨铸铁曲轴和铸态铁素体球墨铸铁汽车底盘零件分别在我国第二汽车厂、南京汽车厂和第一汽车厂相继投产。这标志着我国铸态球墨铸铁生产达到了较高水平。与之相适应的包外脱硫、双联法熔炼、瞬时孕育、孕育块技术以及音频检测和热分析快速分析等技术的采用，则标志着我国大量流水生产汽车铸件的技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。 （2）试验研究了大断面（壁厚大于120mm）球墨铸铁的冶金因素以及相应的生产工艺措施。采用适量的钇基重稀土复合球化剂、强制冷却、顺序凝固、延后孕育，必要时添加微量锑、铋等可防止球墨铸铁件中心部位的石墨畸变和组织疏松等，现已成功地制作了38吨重的大型复杂结构件，17.5吨重的柴油机体、截面为805mm的球墨铸铁轧辊等。 （3）奥氏体-贝氏体球墨铸铁的研究与应用。20世纪70年代初，几乎同时中国、美国、芬兰3个国家宣布研究成功了具有高强度、高韧性的奥氏体-贝氏体球墨铸铁（国际上统称ADI），这种材质的抗拉强度达1000MPa，因此它广泛应用于齿轮以及各种结构件，与合金钢相比，奥-贝球墨铸铁具有显著的经济效益和社会效益。 （4）球墨铸铁管和水平连续铸造球墨铸铁型材。我国已相继建成几个球墨铸铁管厂，且近几年还将有几个球墨铸铁管厂建成。2000年，我国年产离心铸造球墨铸铁管达90万吨。此外，我国自行研制的水平连续铸造球墨铸铁型材生产线已通过国家鉴定，并已有多家企业投产。再加上我国引进的一条生产线，至2002年，我国年产球墨铸铁型材的能力达数万吨。
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球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980年为760万吨，1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。
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1947年英国H. Morrogh发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在0.02wt%以上时，石墨呈球状。1948年美国A. P. Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt%时，得到球状石墨。从此以后，球墨铸铁开始了大规模工业生产。 球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980年为760万吨，1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。 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。 （1）铸态珠光体球墨铸铁曲轴和铸态铁素体球墨铸铁汽车底盘零件分别在我国第二汽车厂、南京汽车厂和第一汽车厂相继投产。这标志着我国铸态球墨铸铁生产达到了较高水平。与之相适应的包外脱硫、双联法熔炼、瞬时孕育、孕育块技术以及音频检测和热分析快速分析等技术的采用，则标志着我国大量流水生产汽车铸件的技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。 （2）试验研究了大断面（壁厚大于120mm）球墨铸铁的冶金因素以及相应的生产工艺措施。采用适量的钇基重稀土复合球化剂、强制冷却、顺序凝固、延后孕育，必要时添加微量锑、铋等可防止球墨铸铁件中心部位的石墨畸变和组织疏松等，现已成功地制作了38吨重的大型复杂结构件，17.5吨重的柴油机体、截面为805mm的球墨铸铁轧辊等。 （3）奥氏体-贝氏体球墨铸铁的研究与应用。20世纪70年代初，几乎同时中国、美国、芬兰3个国家宣布研究成功了具有高强度、高韧性的奥氏体-贝氏体球墨铸铁（国际上统称ADI），这种材质的抗拉强度达1000MPa，因此它广泛应用于齿轮以及各种结构件，与合金钢相比，奥-贝球墨铸铁具有显著的经济效益和社会效益。 （4）球墨铸铁管和水平连续铸造球墨铸铁型材。我国已相继建成几个球墨铸铁管厂，且近几年还将有几个球墨铸铁管厂建成。2000年，我国年产离心铸造球墨铸铁管达90万吨。此外，我国自行研制的水平连续铸造球墨铸铁型材生产线已通过国家鉴定，并已有多家企业投产。再加上我国引进的一条生产线，至2002年，我国年产球墨铸铁型材的能力达数万吨。 （5）系统地测定了稀土镁球墨铸铁的力学性能及其他性能，为设计人员提供了有关数据。测定了稀土镁球墨铸铁的比重、导热性、电磁性等物理性能，结合金相标准研究了石墨和基体组织对球墨铸铁性能的影响规律。系统地测定了铁素体球墨铸铁在常温、低温、静态和动态条件下的各种性能。此外，还研究了稀土镁球墨铸铁的应力应变性能、小能量多冲抗力和断裂韧性，并开始用于指导生产。结合球墨铸铁齿轮的应用，还系统地研究了球墨铸铁的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，以及球墨铸铁齿轮的点蚀、剥落机理等。 （6）稀土镁球墨铸铁。在高强度低合金球墨铸铁方面，除了对铜、钼研究较多外，还对镍、铌等进行了研究。在利用天然钒钛生铁制作钒钛合金球墨铸铁方面，国内一些单位进行了大量、系统的工作。中锰球墨铸铁虽然在性能上不够稳定，但多年来的系统研究与生产应用，取得了显著的经济效益。 在耐热球墨铸铁方面，除了中硅球墨铸铁以外，系统研究了Si+Al总量对稀土镁球墨铸铁抗生长能力的影响。我国研制的RQTAL5Si5耐热铸铁用作耐热炉条的使用寿命是灰铸铁的3倍，是普通耐热铸铁的2倍，并与日本Cr25Ni13Si2耐热钢的使用寿命相当。 高镍奥氏体球墨铸铁方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、工业用炉器件上均取得了成功的应用。铸造业是机械行业的一个重要分支，由于石墨的存在赋予铸铁优良的铸造性能、切削加工性能、减磨性能、减振性能以及低的缺口敏感性。而且铸造生产设备简单,制造成本低，因而在工业生产中得到广泛应用。在各类机械产品中，按质量计算，铸件所占比例高达50%以上。铸造件第一位的质量指标就是力学性能，测试工件力学性能的方法主要有两个，其一是拉伸试验，其二是硬度试验。拉伸试验测试的是工件的抗拉强度，屈服强度和伸长率，而硬度试验反映的是在各自规定的条件下材料弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。在美国铸件标准中几乎每一种产品都规定了拉伸试验。多数产品规定了硬度试验。拉伸试验设备复杂，投资较高，需要专业人员，需要制备试样，试验效率低，成本高。硬度试验设备简单，易于掌握，压痕很小，可视为无损检测，可直接测试成品或半成品工件。测试效率高，可用于对成批工件的逐件检测。随着硬度计制造技术的进步，各种便携式仪器，特别是高精度便携式仪器不断出现，使得硬度测试实现了简单、快捷和精确。使现场硬度检测，生产线上的硬度控制及大工件的精确硬度检测成为可能。硬度试验和拉伸试验基本上都是检测金属抵抗塑性变形的能力。两种试验在某种程度上是检测金属相似的特性。二者的试验结果是完全可以相互比较的，对于多数金属材料，硬度值和抗拉强度值是可以通过查表相互换算的。因此在测试材料力学性能时，人们越来越多地选择采用硬度试验，而较少选用拉伸试验。作者研究整理了美国标准ASTM中关于铸件硬度要求的规定。本文主要有两部分内容，第一，美国标准ASTM中典型铸造产品关于硬度要求方面的规定。第二，在铸造产品检测中硬度计的选用方法。一、美国标准ASTM中关于铸件硬度的要求灰口铁铸件（ASTM A48-92）适用于主要考虑抗拉强度的一般工程用灰口铁铸件，铸件根据不同铸造试棒的抗拉强度分级。在此类铸铁件中，化学成分相对于抗拉强度来说是次要的。铸件在订货或生产时，根据单独铸造的试样性能分成若干个等级，每一等级采用一个数字后接一字母表示，数字表示单独铸造试棒的最小抗拉强度，字母表示试棒的规格。例如：灰口铁铸件，ASTMA48，30B级表示按标准ASTMA48生产的，最小抗拉强度为30千磅/英寸2（207MPa），试棒的公称直径为1.2英寸（30.5mm）。标准述及“在生产厂和购买方达成书面协议时，要求铸件满足硬度、化学成分、显微组织、压漏、X线检验无缺陷、尺寸、表面精度等要求是必要的”。机动车用灰口铁铸件（ASTMA159-88）适用于以砂模铸造的，在汽车、拖拉机及相关工业中使用的灰口铁铸件。订货合同应包括如下条款：是否需要特殊热处理。进行硬度试验的表面。所要求的表面硬化深度和表面硬度。硬度要求：铸造厂应采取必要的控制和检验技术以保证铸件符合所规定的硬度范围，布氏硬度按ASTME10试验方法，在铸件表面已经去除足够厚度的材料后测试，以保证硬度读数的代表性。除另有协议外，应采用10毫米的钢球和3000公斤负荷。在铸件上检测硬度的面积及其位置应由供需双方商定，并在图纸上标出。球墨铸铁铸件（ASTMA536-84）适用于由球墨铸铁制作的铸件，这种铸铁含有球状石墨，基本上没有其他形式的石墨。铸件牌号按“抗拉强度——屈服强度——延伸率”来表示，例如：牌号：80-55-06代表抗拉强度80000磅/英寸2（552MPa），屈服强度55000磅/英寸2（379MPa），延伸率6.0%（2英寸或50mm）。铸件应进行适当的热处理，如退火、正火、淬火并回火等。在合同或订货单中有规定时，铸件应满足硬度、化学成分、显微组织……等要求。奥氏体球墨铸铁铸件（ASTMA439-89）适用于主要用于耐热、耐腐蚀和耐磨的奥氏体球墨铸铁件。铸件应进行消除应力、稳定性处理或退火等热处理。等温淬火球墨铁铸件（ASTMA897M-90）适用于需要进行等温淬火热处理的球墨铁铸件。等温淬火可以使同一铸件的不同部位或同一炉铁水铸成的不同铸件间的力学性能差异缩小。应用等温淬火热处理可以扩大在球墨铸铁件上可得到的性能范围。珠光体可锻铸件（ASTMA220 M-88）适用于从常温到400℃条件下工作的一般工程用珠光体可锻铸铁铸件。如果购货合同要求进行硬度试验，则应说明可以接受的硬度范围，试验部位应清晰地示于附图上。只要有可能，就应采用ASTME10规定的布氏硬度试验方法。并且应尽量采用3000kg力/10mm球的试验条件，如果由于工件尺寸或形状不允许，则可采用1500kg力/10mm球。在不能采用布氏硬度计的特殊情况下，可按照ASTME18的规定，采用洛氏硬度试验方法来代替。汽车用可锻铸铁铸件（ASTMA602-87）适用于汽车工业和同类型工业产品所用的铁素体、珠光体、回火珠光体和回火马氏体级的可锻铸铁铸件。铸件应进行热处理。硬度要求铸件应实行必要的控制和检验工序以保证符合规定的硬度范围。硬度读数应按照ASTME10，从铸件表面清除足够厚度的材料之后测取，以保证硬度值的代表性。应由供需双方协商一致并按图纸所示，确定铸件检查硬度的表面或区域。耐磨铸铁（ASTMA532/A532M-87）本标准适用于一组合金化的白口铸铁，以保证在采矿、选矿、泥土装卸和制造工业中应用时的高耐磨性。Ⅱ级和Ⅲ级合金经常按热处理状态订货，最大硬度为400HB。硬度测试可在铸件原始表面的任何部位进行。压痕可在铸件的原始表面上做出，或深入原始表面1/8英寸。硬度按照下列ASTM标准规定的方法进行测试。优先选用的方法是采用碳化钨球和3000公斤力的ASTME10布氏试验法。作为任选方法，可采用ASTME18标准中的洛氏方法，采用洛氏C标尺，金刚石圆锥压头和150公斤力。二、硬度计在铸造件上的应用1、布氏硬度计铸造件的硬度检测首选布氏硬度计，特别是晶粒比较粗大的灰口铁铸件，只能采用布氏硬度计，并且要尽量选用3000kg力，10mm球的试验条件，当铸件尺寸较小时，也可选用洛氏硬度计。在铸造件硬度检测方面优先选用布氏硬度计的原因在于以下两点：a、铸铁件通常组织不均匀，晶粒较大，含有的碳、硅和其他杂质也比钢材多，在不同的微小区域内或不同的点上硬度的大小会有所不同。而布氏硬度计的压头尺寸较大，压痕面积较大，可以测出某一范围内材料硬度的平均值，因此使用布氏硬度计测试精度较高，硬度值的分散性较小，测得的硬度值更能代表工件硬度的实际状况。所以布氏硬度计在铸造行业被广泛应用。b、抗拉强度是铸件第一位的力学性能指标，几乎所有的铸造件标准中都有关于抗拉强度的要求。而铸件的布氏硬度值和抗拉强度值具有非常密切的关系，二者的数值可以相互换算。灰铸铁的抗拉强度可以由以下公式计算：σb=1.82（HB）1.85二者关系也可以通过查表得到。通过测试布氏硬度值可以快速、方便地得到工件的抗拉强度值。从而提高检测效率、降低试验成本。2、洛氏硬度计洛氏硬度计也常用于铸铁的硬度试验。凡是晶粒较细的工件，如果没有足够的面积作布氏硬度试验，也可以进行洛氏硬度试验，对于珠光体可锻铸铁，冷硬铸铁和铸钢件，可以采用HRB或HRC标尺，如果材质不均匀，应测出几个读数，取其平均值。洛氏硬度计测试快速，方便，压痕小，可以直接测试成品工件，适于对成批生产的成品或半成品工件的逐件检测。3、肖氏硬度计在个别情况下，一些型体较大的铸造件，不允许切割试样，也不能另外铸造用于硬度测试的试验块，这时硬度检测会遇到困难。对于这种情况，常用的办法是，在铸件进行精加工之后在光洁的表面上用便携式的肖氏硬度计测试硬度。例如冶金行业广泛应用的轧辊标准中就规定要使用肖氏硬度计测试硬度。肖氏硬度计由于采用了动态硬度检测原理，影响硬度测试结果的因素较多，测试精度远低于采用静态的压痕硬度测试原理的布氏硬度计和洛氏硬度计。由于这个原因，在轧辊标准中还推荐采用一种硬度对比辊，硬度对比辊起到一个标样的作用，其硬度值是依靠切割试样的办法得到精确测试的。使用肖氏硬度计测试轧辊之后，要在对比辊上核对肖氏硬度计的检测精度。 在耐酸球墨铸铁方面，我国生产的稀土高硅球墨铸铁比普通高硅铸铁的组织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了10%～90%，并且其机械强度也有显著改善。 （7）稀土在球墨铸铁中的作用。稀土能使石墨球化。自从H. Morrogh最先使用铈得到球墨铸铁以来，先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为，发现铈是最有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。 结合国情，我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）来说，很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨；而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态形的石墨，白口倾向也增大，但是，如果是高碳过共晶成分（C＞4.0wt%），稀土残留量为0.12～0.15wt%时，可获得良好的球状石墨。 根据我国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化；另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。 稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.2～0.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02～0.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0.02～0.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏；若随后加入0.01～0.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。 稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使最终的组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸铁的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多
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球墨铸铁的化学成分没有国家标准，只有化学成分的推荐值，球墨铸铁的主要指标也不是化学成分，指标很多，主要的是组织：球化率，渗碳体、铁素体数量，球径等等。物理指标：抗拉强度，延伸率等等
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球墨铸铁管布氏硬度试验
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布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和球墨铸铁管的硬度测试，锻钢和灰球墨铸铁管的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。
布氏硬度试验条件的选择如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条件的选择问题，即试验力F和压头球直径D的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。布氏硬度试验最常用的试验条件是采用10mm直径的球压头，3000kg试验力。这一条件最能体现布氏硬度的特点。但是由于试样材质不同，硬度不同，试样大小，薄厚也不同，一种试验力，一种压头自然不能满足要求。在试验力和压头球直径的选择方面需要遵循的规则有2个。
规则一：要使试验力和球压头直径的平方之比为一个常数。即。这个规则来源于相似律。根据相似律，不同直径的球压头D1、D2在不同的试验力F1、F2作用下压入试样表面，压痕直径d1、d2是不同的，但是只要压入角相同，压痕就具有相似性。这时试验力和压头球直径的平方之比就是一个常数。在这种条件下，采用不同的试验力和不同直径的球压头，在同一试样上测得的硬度值是相同的，在不同的试样上测得的硬度值是可以相互比较的。试验力与压头球直径平方之比在采用公斤力的旧标准中表示为F/D2。在采用牛顿力的新标准中表示为0.102 F/D2。
规则二：试验后要使压痕直径处于以下范围：0.24D < d < 0.6D。否则试验结果是无效的,应选择合适的试验力重新试验。人们的大量试验表明，当压头直径在0.24D~0.6D之间时，测得的硬度值与试验力大小无关。布氏硬度试验可选择的试验力从3000kg到1kg大约有20个级别。
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