球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。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。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。

　　球墨鑄鐵件的分類和性能

　　球墨鑄鐵件的牌號由"QT”加兩組數(shù)字組成.其中"QT”是球鐵兩字漢語拼音的第一個字母,兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度數(shù)值和最小伸長率數(shù)值.

　　球墨鑄件有很好的延展性,球墨鑄鐵中石墨形態(tài)呈球狀.由于球狀石墨對金屬基體的割裂作用更小,因此它具有較高的強度,塑性和韌性,所以應(yīng)用較廣,在某些情況下可替代中碳鋼使用.主要用于制造受力較復(fù)雜,負(fù)荷較大的機械零件,如曲軸,連桿,齒輪,凸輪軸等.

　　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度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴(yán)

　　球墨鑄鐵重的熱和機械沖擊、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，提供了機械性能和物理性能的一個很寬的范圍。

　　如國際標(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，這個范圍包括抗拉強度大于800牛頓/毫米，延伸率為2%的高強度牌號。另一個極端是高塑性牌號，其延伸率大于17%，而相應(yīng)的強度較低(最低為370牛頓/毫米勺。強度和延伸率并不是設(shè)計者選擇材料的唯一根，而其它決定性的重要性能還包括屈服強度、彈性模數(shù)、耐磨性和疲勞強度、硬度和沖擊性能。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對于設(shè)計者也許是關(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亡球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鋅、鉻和錳合金化，并且列入國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　球墨鑄鐵的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面

　　1、汽車方面

　　(1)鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車底盤零件分別在我國第二汽車廠、南京汽車廠和第一汽車廠相繼投產(chǎn)。這標(biāo)志著我國鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)達到了較高水平。與之相適應(yīng)的包外脫硫、雙聯(lián)法熔煉、瞬時孕育、孕育塊技術(shù)以及音頻檢測和熱分析快速分析等技術(shù)的采用，則標(biāo)志著我國大量流水生產(chǎn)汽車鑄件的技術(shù)水平與國際先進水平的差距正在縮小。

　　2、冶金因素

　　(2)試驗研究了大斷面(壁厚大于120mm)球墨鑄鐵的冶金因素以及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝措施。采用適量的釔基重稀土復(fù)合球化劑、強制冷卻、順序凝固、延后孕育，必要時添加微量銻、鉍等可防止球墨鑄鐵件中心部位的石墨畸變和組織疏松等，現(xiàn)已成功地制作了38噸重的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，17.5噸重的柴油機體、截面為805mm的球墨鑄鐵軋輥等。

　　3、奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵

　　20世紀(jì)70年代初，幾乎同時中國、美國、芬蘭3個國家宣布研究成功了具有高強度、高韌性的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵(國際上統(tǒng)稱ADI)，這種材質(zhì)的抗拉強度達1000MPa，因此它廣泛應(yīng)用于齒輪以及各種結(jié)構(gòu)件，與合金鋼相比，奧-貝球墨鑄鐵具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　4、球墨鑄鐵型材

　　我國已相繼建成幾個球墨鑄鐵管廠，且近幾年還將有幾個球墨鑄鐵管廠建成。2000年，我國年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達90萬噸。此外，我國自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線已通過國家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上我國引進的一條生產(chǎn)線，至2002年，我國年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達數(shù)萬噸。

　　5、力學(xué)性能及其他性能

　　(5)系統(tǒng)地測定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學(xué)性能及其他性能，為設(shè)計人員提供了有關(guān)數(shù)據(jù)。測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球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動態(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度和接觸疲勞強度，以及球墨鑄鐵齒輪的點蝕、剝落機理等。

　　6、稀土鎂球墨鑄鐵

　　在高強度低合金球墨鑄鐵方面，除了對銅、鉬研究較多外，還對鎳、鈮等進行了研究。在利用天然釩鈦生鐵制作釩鈦合金球墨鑄鐵方面，國內(nèi)一些單位進行了大量、系統(tǒng)的工作。中錳球墨鑄鐵雖然在性能上不夠穩(wěn)定，但多年來的系統(tǒng)研究與生產(chǎn)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

　　在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中硅球墨鑄鐵以外，系統(tǒng)研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響。我國研制的RQTAL5Si5耐熱鑄鐵用作耐熱爐條的使用壽命是灰鑄鐵的3倍，是普通耐熱鑄鐵的2倍，并與日本Cr25Ni13Si2耐熱鋼的使用壽命相當(dāng)。

　　高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進展，它在石油開采機械、化工設(shè)備、工業(yè)用爐器件上均取得了成功的應(yīng)用。

　　在耐酸球墨鑄鐵方面，我國生產(chǎn)的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細(xì)小、均勻、致密，由此，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機械強度也有顯著改善。

　　7、稀土在球墨鑄鐵中的作用

　　稀土能使石墨球化。自從H. Morrogh最先使用鈰得到球墨鑄鐵以來，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發(fā)現(xiàn)鈰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。

　　結(jié)合國情，我國對稀土的球化作用進行了大量研制工作，發(fā)現(xiàn)稀土元素對常用的球墨鑄鐵成分(C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%)來說，很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨;而且，當(dāng)稀土量過高時，還會出現(xiàn)各種變態(tài)形的石墨，白口傾向也增大，但是，如果是高碳過共晶成分(C>4.0wt%)，稀土殘留量為0.12～0.15wt%時，可獲得良好的球狀石墨。

　　根據(jù)我國鐵質(zhì)差、含硫量高(沖天爐熔煉)和出鐵溫度低的情況，加入稀土是必要的。球化劑中鎂是主導(dǎo)元素，稀土一方面可促進石墨球化;另一方面克服硫以及雜質(zhì)元素的影響以保證球化也是必須的。

　　稀土防止干擾元素破壞球化。研究表明，當(dāng)干擾元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等總量為0.05wt%時，加入0.01wt%(殘余量)的稀土，可以完全中和干擾，并可抑制變態(tài)石墨的產(chǎn)生。我國絕大部分的生鐵中含有鈦，有的生鐵中含鈦高達0.2～0.3wt%，但稀土鎂球化劑由于能使鐵中的稀土殘留量達0.02～0.03wt%，故仍可保證石墨球化良好。如果在球墨鑄鐵中加入0.02～0.03wt%Bi，則幾乎把球狀石墨完全破壞;若隨后加入0.01～0.05wt%Ce，則又恢復(fù)原來的球化狀態(tài)，這是由于Bi和Ce形成了穩(wěn)定的化合物。

　　稀土的形核作用。20世紀(jì)60年代以后的研究表明，含鈰的孕育劑可使鐵液在整個保持期中增加球數(shù)，使最終的組織中含有更多的石墨球和更小的白口傾向。經(jīng)研究還表明，含稀土的孕育劑可改善球墨鑄鐵的孕育效果并顯著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球數(shù)增多的原因可歸結(jié)為：稀土可提供更多的晶核，但它與FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同;稀土可使原來(存在于鐵液中的)不活化的晶核得以長大，結(jié)果使鐵液中總的晶核數(shù)量增多。