自从20世纪40年代发明了球墨铸铁，用球墨铸铁生产几何形状复杂的球铁铸件结构件，使生产成本大大降低。铸态球墨铸铁基体主要由铁素体与球光体组成。通常，铁素体量越多，抗拉强度越低，断后伸长率越高，反之亦然。球墨铸铁标准中，从QT450到QT600的各个牌号都是混合基体球墨铸铁，只是基体中两者的比例不同而己，在30~70%之间波动。在日常生产中可用Mn、Cu、Sn等珠光体稳定元素的含量控制来达到某一级别的牌号。
一、球墨铸铁的化学成分
球墨铸铁是一种Fe-C-Si三元合金，通常情况下，球墨铸铁中的C、Si含量分别为3.0~3.9%和1.8~2.8%。在实际生产过程中，可根据实际铸件的壁厚以及所需达到的力学性能来调整球墨铸铁中的C、Si含量。球墨铸铁中的C、Si含量通常不会影响石墨的球化过程，但是会显著影响铸件显微组织中的石墨含量。目前，针对Si元素在球墨铸铁中作用的研究表明，Si元素会促使铁液在凝固过程中形成由石墨和Y相组成的共晶组织，而不是形成渗碳体和γ相的共晶，这是由于Si会增加平衡共晶温度和非平衡共晶温度之间的差值，从而确保了铁液在凝固过程中以更接近平衡凝固的方式凝固。当Si以FeSi孕育剂的方式加入到铁液中时，会在铁液中形成石墨的形核质点，进一步促进石墨的形成。此外，P，S也是球墨铸铁中重要的石墨化元素。研究表明，S元素常常以硫化物的形式存在于石墨球的中心，表明S元素可以形成充当石墨形核质点的硫化物。但是S同时具有很高的表面活性，很容易被石墨晶体吸附，从而影响石墨的长大过程，使得铸铁中形成片状石墨的倾向增加。因此，为了使球墨铸铁中存在较多的石墨球同时又不形成片状石墨，通常要将球墨铸铁中的S含量控制在0.010~0.015%之间。
球墨铸铁中的另一类元素是促进石墨球化的元素，包括Mg、Ca、Y以及稀土元素等，这些元素会与吸附在石墨晶体上的S、O元素反应形成硫化物或氧化物，这些硫化物或氧化物会成为石墨的形核质点。Mg是球墨铸铁件中最常用的球化元素，这主要是由于其成本低廉，而且其应用受铸铁碳当量和铸件截面积的影响较小。通常情况下，球墨铸铁中的Mg含量为0.02~0.08%，过高的Mg含量会加剧铸铁的白口倾向。而在实际生产中，往往采用Mg与稀土元素符合添加的方法来确保其最优的球化作用。Ca也可以促进石墨的球化，但在实际生产中，Ca通常是用来降低Mg的损耗，提高其吸收率，从而确保Mg的球化作用的发挥。为了降低铸铁的白口倾向，通常将球墨铸铁中的Ca含量控制在0.03%以下。稀土元素(RE)泛指原子序数在57到71之间的元素，其中经常用于球化剂的稀土元素包括Ce、La、Pr、Nd。在实际生产中，这些元素通常以混合稀土(~50%Ce，~25%La，~15%Nd)的形式加入到铁水中，并且常常与Mg元素复合添加以确保球化效果。
为了进一步调控球墨铸铁的组织和性能，还可以在球墨铸铁中加入各种合金元素，如Cu、Ni、Mo、Mn等。Cu是球墨铸铁中最常用的合金元素，除了可以促进石墨化以外，其主要作用是用来调控球墨铸铁的基体组织，由于Cu会阻碍凝固过程中C原子在奥氏体中的扩散，因此会促进珠光体的形成，据此可以通过调整球墨铸铁中的Cu含量来改变球墨铸铁的基体组织。例如，为了得到铁素体基体，球墨铸铁中的Cu含量不应超过0.2%，而为了得到珠光体基体，球墨铸铁中的Cu含量就需要提高到0.5~1.5%。Ni元素会降低C在铁中的溶解度，因此会促进铸铁中C的石墨化。同时，Ni元素会降低γ→α转变的温度(22℃/1%Ni)，从而起到稳定奥氏体的作用，因此Ni元素是目前奥贝球铁生产过程中最常用的合金元素。此外，Sn也是一种重要的合金元素，这是由于它会在石墨球的表面偏聚，阻碍基体中的C原子转变为石墨的过程，从而起到稳定珠光体的作用。当然，在需要铁素体基体的球墨铸铁中，Sn应该被作为杂质元素。
二、高强高硬球墨铸铁材料研究意义
球墨铸铁与灰铸铁相比在强度方面具有绝对的优点。球墨铸铁的强度和普通碳钢的强度相当，同时球墨铸铁还具有极好的抗蚀性能，尤其是在侵蚀性环境中，如：在海洋中，球墨铸铁的凹斑腐蚀速度仅为0.101~0.1125mm/a。球墨铸铁中的石墨呈球状，在减弱振动能力方面优于铸钢，因此更加有利于降低应力。另外球墨铸铁的铸造效率高，生产成本低，且加工成本低，使得球墨铸铁比铸钢有更优异的性能和成本优点，球墨铸铁可以大量用于铸造承载结构部件。
随着环境保护、资源节约、节能减排、机械轻量化的需求，国家调整产业结构，发展高科技产业、高技术行业的政策方针，研究发展高强度、易成型、易加工的新型结构材料成为必然需求。由于球墨铸铁所具有的特殊结构和优良性能，以球墨铸铁为基础发展高性能结构材料具有很大的优点。
球墨铸铁材料的综合性能良好，许多性能指标都能和铸钢媲美，并且相对铸钢有很大的价格优点和优良的铸造性能，许多采用铸钢生产的大型零部件正在慢慢被球墨铸铁材料所取代。目前，市面上生产的球墨铸铁类材料大多是采用奥贝球铁(ADI)生产的，奥贝球铁(ADI)以贝氏体型铁素体和高碳残余奥氏体的混合组织来兼顾强度和韧性。在实际生产中，一方面要加入大量的贵金属Ni和Mo，同时还需要专门的热处理设备进行等淬处理，热处理工艺复杂，致使球墨铸铁类材料的生产成本高。
国内生产球墨铸铁材料的水平与国际的差距巨大，主要是由于技术壁垒所致。国内铸造厂由于技术力量薄弱，只能生产低技术水平、低科技含量、低附加值的球墨铸件，而无力竞争高质量、高技术铸件的市场。研究高强高硬球墨铸铁材料是使国内铸造业有了迈入高端铸件生产行列技术基础，可大大提高我国球墨铸铁材料铸件的生产水平，缩短了我国与国际上球墨铸铁材料生产的差距。
泊头市东建铸造有限责任公司(http://www.dongjianzhuzao.com)现有重型阀门铸件、阀门球铁铸件、铁铸件、加工设备15台，德国产龙门刨3.4m*10m的一台，龙门铣3.65m*16m的一台，落地铣4m*14m的2台，落地铣3.2m*12m的一台、2m*6m一台。
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