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球墨铸铁是将铁液经球化处理和孕育处理，使铸铁中的石墨全部或大部分呈球状而获得的一种铸铁。有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。石墨铸铁的综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，石墨铸铁成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件，迅速发展为应用十分广泛的铸铁材料。
一、球墨铸铁的成分、组织和性能
1、成分：C、Si的质量分数较高，可促进石墨化并细化石墨，改善铁液的流动性。Mn的质量分数较低，可去硫脱氧，稳定细化珠光体。S、P质量分数限制很严，以防造成球化元素的烧损，降低塑性和韧性。
2、组织：铁素体、铁素体＋珠光体（混合基体）和珠光体三种。
3、性能：球墨铸铁耐磨性和疲劳强度、硬度和冲击性能、塑性模数、屈服强度都很高。球墨铸铁的屈强比钢约高一倍，疲劳强度可接近一般中碳钢，耐磨性优于非合金钢，铸造性能优于铸钢，加工性能几乎可与灰铸铁媲美。球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和吻理性能的一个很宽的范围。
二、球墨铸铁的牌号及用途
球墨铸铁的牌号由“QT+数字-数字”组成。其中“QT”是“球铁”二字汉语拼音字首，其后的第一组数字表示最低抗拉强度（MPa），第二组数字表示最小断后伸长率（%）。
牌 号
基体组织
力学性能
用途举例
σb
/MPa
σr0.2
/MPa
δ(%)
硬度
HBS
不小于
QT400－18
铁素体
400
250
18
130～180
QT400－15
400
250
15
130～180
QT450－10
450
310
10
160～210
QT500－7
铁素体+珠光体
500
320
7
170～230
机器座架、传动轴、飞轮，内燃机的机油泵齿轮、铁路机车车辆轴瓦等
QT600－3
珠光体+铁素体
600
370
3
190～270
QT700－2
珠光体
700
420
2
225～305
QT800－2
珠光体或回火组织
800
480
2
245～335
QT900－2
贝氏体或回火马氏体
900
600
2
280～360
高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮，大减速器齿轮，内燃机曲轴、凸轮轴等 。
三、球墨铸铁的热处理
1、退火
900℃～950℃、2h～5h。球化剂增大铸件的白口化倾向，当铸件薄壁处出现自由渗碳体和珠光体时，退火获得塑性好的铁素体基体，并改善切削性能，消除铸造应力。
2、正火
880℃～920℃，空冷。目的在于得到珠光体基体（占基体75%以上），并细化组织，提高强度和耐磨性。
3、等温淬火
球墨铸铁经等温淬火后可获得高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。等温淬火工艺为：加热到奥氏体区（840℃～900℃左右），保温后在300℃左右的等温盐溶中冷却并保温，使基体在此温度下转变为下贝氏体+球状石墨。
等温处理后，球墨铸铁的强度可达1200MPa～1450MPa, 冲击韧性为300 kJ/m2～360kJ/m2, 硬度为38HRC-51HRC。等温盐浴的冷却能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力复杂的齿轮、曲轴、凸轮轴等。
4、调质处理
要求综合机械性能较高的球墨铸铁零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。其工艺为：加热到850℃～900℃，使基体转变为奥氏体，在油中淬火得到马氏体，然后经550℃～600℃回火，空冷，获得回火索氏体+球状石墨。回火索氏体基体不仅强度高，而且塑性、韧性比正火得到的珠光体基体好。表面要求耐磨的零件可以再进行表面淬火及低温回火。
球墨铸铁调质和正火后的组织性能
|
热处理工艺 |
显微组织 |
机械性能 |
|||
|
|
|
σb MPa |
δ5 % |
ak kJ/m2 |
HB |
|
调质: 980℃退火后, 900℃油淬+ 580℃回火 |
回火索氏体 +石墨 |
800～1000 |
1.7～2.7 |
260～320 |
240～340 |
|
正火: 980℃退火后, 900℃正火 + 580℃去应力退火 |
珠光体+ 5%铁素体 +石墨 |
700 |
2.5 |
100 |
317～321 |
当球铁的吨位增加和市场渗透是很惊人的，这种材料决不能看到达到了它的全部潜力。基于这一点，现在不生产球铁的铸铁厂，建议很好地重新考虑这方面的可能性。节能要求导致基本上重新设计零件，以达到效率高，这就必然要提醒设计者集中注意材料。球铁正日益被认为能提供高的强度一重量特性，并且能以比较低的成本生产。
在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁，经过金相检验，具有放射状的球状石墨，球化率相当于现代标准一级水平。而现代的球墨铸铁则是迟至1947年才在国外研制成功的。我国古代的铸铁，在一个相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国铁器中的球状石墨，就已由低硅的生铁铸件经柔化退火的方法得到。这是我国古代铸铁技术的重大成就，也是世界冶金史上的奇迹。
球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到广泛应用。国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。西方某些学者甚至声称，没有现代科技手段，发明球墨铸铁是不可想象的。1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量的数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。有关论文在第18届世界科技史大会上宣读，轰动了国际铸造界和科技史界。国际冶金史专家于1987年对此进行验证后认为：古代中国已经摸索到了用铸铁柔化术制造球墨铸铁的规律，这对世界冶金史作重新分期划代具有重要意义。
