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第一节 铁—碳双重相图5

一、铁—碳双重相图及其分析5

绪论5

第一篇 铸铁的凝固结晶和灰铸铁5

第一章 铸铁的凝固结晶及组织形成5

（一）纯铁7

二、Fe—C、Fe—Fe3C双重相图中的基本组成7

（二）渗碳体（Fe3C）8

四、铁—碳—硅准二元相图9

三、Fe—C、Fe—Fe3C双重相图中的组成相9

（三）石墨9

六、碳当量和共晶度的意义及表达式11

五、铸铁中常见元素对铁—碳相图上各临界点的影响11

一、铸铁熔液的结构12

第二节 铸铁的一次结晶过程12

（一）初析石墨的凝固过程13

二、石墨的结晶13

（二）石墨的晶体结构及片状石墨的长大14

（四）蠕虫状石墨的形成15

（三）球状石墨的形成15

（一）初析奥氏体枝晶的凝固过程16

三、初析奥氏体的结晶16

（三）奥氏体枝晶中的成分偏析17

（二）初生奥氏体的形态17

（四）影响奥氏体枝晶数量及粗细的因素19

（一）稳定系的共晶转变21

四、共晶凝固过程21

（二）介稳定系的共晶转变22

五、磷共晶的形成24

一、奥氏体中碳的脱溶25

第三节 铸铁的固态相变25

（三）生长26

（二）形核26

二、铸铁的共析转变26

（一）形貌26

三、过冷奥氏体的中温及低温转变27

思考题28

（一）石墨29

一、灰铸铁的金相组织29

第二章 灰铸铁的组织及性能29

第一节 灰铸铁的金相组织及其对性能的影响29

（三）碳化物30

（二）基体30

（一）石墨的影响31

二、金相组织对性能的影响31

（四）磷共晶31

（五）共晶团31

（三）共晶团的影响34

（二）基体的影响34

一、力学性能35

第二节 灰铸铁的性能35

（四）非金属夹杂物的影响35

（五）硬度36

（四）抗弯强度36

（一）抗拉强度36

（二）断后伸长率36

（三）抗压强度36

（六）拉伸弹性模量（杨氏模量）37

（九）疲劳极限38

（八）断裂韧度38

（七）冲击性能38

（十）高低温力学性能39

（六）磁性能40

（五）电阻率40

二、物理性能40

（一）密度40

（二）比热容40

（三）线膨胀系数40

（四）热导率40

（三）耐热疲劳性能41

（二）减振性41

三、使用性能41

（一）耐磨性41

（一）铸造性能42

四、工艺性能42

（四）抗氧化、抗生长性能42

（五）致密性42

一、冷却速度的影响45

第三节 对灰铸铁组织和性能的影响因素45

（二）切削性能45

（三）焊补性能45

（一）各元素在铸铁中存在的状态与分布46

二、化学成分的影响46

（二）化学成分对灰铸铁组织的影响47

（三）五个常见元素的影响48

（四）合金元素的影响51

（五）常见微量元素的影响54

（一）铁液的过热和高温静置的影响55

三、其他铸造工艺条件的影响55

（三）气体的影响56

（二）孕育处理的影响56

（四）炉料的影响57

思考题58

二、灰铸铁力学性能与铸件壁厚的关系59

一、灰铸铁的力学性能标准59

第三章 灰铸铁件的生产59

第一节 灰铸铁的标准及合理选用原则59

三、试棒与铸件本体性能60

四、合理选用原则61

第二节 灰铸铁冶金质量的指标62

二、硬化度及相对硬度63

一、成熟度及相对强度63

一、合理选择化学成分64

第三节 提高灰铸铁性能的主要途径64

三、品质系数64

三、铁液孕育处理66

二、改变炉料组成66

（二）孕育处理要求的铁液条件67

（一）孕育目的及其效果的评定67

（三）孕育剂的成分及选用69

（四）孕育方法70

四、低合金化72

（一）三角试样74

一、炉前试样质量控制74

第四节 灰铸铁件生产中炉前质量控制74

二、热分析仪76

（二）圆柱试样76

（一）形成原因77

二、缩孔与缩松77

第五节 主要缺陷及防止77

一、料硬、白口与反白口77

（一）影响铸造应力的因素78

三、铸造应力、变形和开裂78

（二）防止方法78

（三）非金属夹杂物的控制79

（二）非金属夹杂物对灰铸铁件质量的影响79

（二）减小铸造应力的方法79

四、非金属夹杂物79

（一）存在形态79

（二）反应性气孔的形成及其防止81

（一）析出性气孔的形成及其防止81

五、气孔81

（四）渣气孔的形成及其防止82

（三）裂隙状氮气孔的形成及其防止82

（一）去除应力处理83

一、灰铸铁常用的热处理工艺83

第六节 灰铸铁的热处理83

（二）改善切削加工性能的石墨化退火84

（一）正火85

二、其他热处理工艺85

（三）表面热处理85

一、机床铸件86

第七节 几个典型的灰铸铁件86

（二）淬火回火86

（三）等温淬火86

（四）化学热处理86

二、发动机气缸体、气缸盖88

（一）气缸套91

三、薄壁减磨灰铸铁件91

（二）活塞环94

四、D型石墨铸铁件96

思考题97

参考文献99

一、前期工作103

第一节 球墨铸铁的发现103

第二篇 球墨铸铁103

第四章 概 述103

三、在铁液中加镁处理104

二、在铁液中加铈处理104

第二节 球墨铸铁的发展106

（二）球状石墨是多相形核——球化剂是必需的108

（一）球状石墨呈液态形核108

第五章 球墨铸铁的凝固108

第一节 球状石墨的形成108

一、球状石墨的形核108

（一）呈离异共晶生长——球状石墨的形成110

二、球状石墨的长大110

（二）界面张力的行为111

（三）球状石墨的长大方式——呈螺旋长大112

一、呈粥样凝固113

第二节 球墨铸铁的凝固特性113

二、奥氏体枝晶发达114

（二）厚壁球墨铸铁的奥氏体枝晶115

（一）薄壁球墨铸铁的奥氏体枝晶115

（一）石墨的形貌116

一、石墨116

第三节 球墨铸铁的组织116

（二）球状石墨的结构117

（三）贝氏体119

（二）奥氏体119

（三）球状石墨晶核的成分119

二、基体组织119

（一）珠光体和铁素体119

思考题121

（四）马氏体及其回火组织121

（二）碳对球墨铸铁力学性能的影响122

（一）碳对球墨铸铁铸造性能和球化效果的影响122

第六章 球墨铸铁的化学成分122

第一节 基本元素122

一、碳122

（一）硅对球墨铸铁基体组织的影响123

二、硅123

（三）碳当量123

（一）锰对球墨铸铁基体组织的影响124

三、锰124

（二）硅对球墨铸铁力学性能的影响124

（二）锰对球墨铸铁力学性能的影响126

（二）磷对球墨铸铁力学性能的影响127

（一）磷与磷共晶127

四、磷127

（一）硫在球墨铸铁中的存在形态128

五、硫128

（一）铜对石墨形状的影响129

一、铜129

（二）硫对球化效果的影响129

（三）降低原铁液含硫量129

第二节 合金元素129

（三）铜对球墨铸铁力学性能的影响130

（二）铜对球墨铸铁基体组织的影响130

（一）钼对球墨铸铁基体组织的影响131

二、钼131

（二）钼对球墨铸铁力学性能的影响132

（一）镍对球墨铸铁基体组织的影响133

三、镍133

（一）铬对球墨铸铁基体组织的影响134

四、铬134

（二）镍对球墨铸铁力学性能的影响134

（一）钒对球墨铸铁基体组织的影响136

五、钒136

（二）铬对球墨铸铁力学性能的影响136

（二）钒对球墨铸铁力学性能的影响137

一、微量干扰球化元素138

第三节 微量元素138

（五）锡139

（四）铅139

二、微量合金化元素139

（一）锑139

（二）铋139

（三）钛139

思考题140

（六）碲140

（一）镁系球化剂141

一、球化剂141

第七章 球化处理和孕育处理141

第一节 球化处理141

（二）稀土系球化剂143

（三）钙系球化剂146

（一）冲入法147

二、球化处理方法147

（二）喂丝法148

（一）球化处理前的工序149

三、球化处理工序149

（二）炉前快速金相检验151

（一）炉前三角试样检验151

（二）球化处理151

四、球化检测151

一、孕育剂152

第二节 孕育处理152

（二）二次孕育154

（一）一次孕育154

二、孕育处理工艺154

（三）孕育衰退与防止156

思考题157

（四）炉料中含有反球化元素158

（三）铁液氧化158

第八章 铸造缺陷及防止158

第一节 球化不良与球化衰退158

一、球化不良158

（一）原铁液含硫高158

（二）球化元素残留量低158

（一）铁液的球化衰退159

二、球化衰退159

（五）关于铁液的状态159

（六）孕育效果差159

（三）球片状畸变石墨160

（二）界面反应的球化衰退160

一、特点161

第二节 缩孔和缩松161

（一）铁液成分162

三、防止措施162

二、产生的原因162

（一）收缩前膨胀量大162

（二）型壁移动162

（三）球化处理使铁液的过冷度加大162

（五）浇注系统163

（四）浇注温度163

（二）铁液性状163

（三）铸型的刚度163

（一）氮气孔形成的热力学164

一、氮气孔164

第三节 气孔164

（二）氮气孔形成的冶金条件165

（三）防止产生氮气孔的措施166

（三）防止措施167

（二）产生的原因167

二、皮下气孔167

（一）现象167

第四节 夹渣168

第五节 石墨漂浮169

二、产生的原因170

一、现象170

第六节 反白口170

一、现象171

第七节 碎块状石墨171

三、防止措施171

二、产生的原因172

（三）微量元素173

（二）孕育173

三、防止措施173

（一）化学成分173

思考题174

（四）工艺措施174

一、球墨铸铁共析转变的临界温度范围175

第一节 球墨铸铁热处理基础175

第九章 球墨铸铁热处理175

（一）在共析转变温度范围以上（＞AZCl）加热176

二、加热时的组织转变176

（二）在共析转变温度范围内（ASCl～AZCl）加热177

三、冷却时的组织转变178

（三）在共析转变温度范围以下（＜ASCl）加热178

四、奥氏体等温转变曲线180

五、奥氏体连续冷却转变181

一、退火182

第二节 球墨铸铁热处理工艺182

（一）普通正火183

二、正火183

（二）部分奥氏体化正火184

（二）回火185

（一）淬火185

三、淬火与回火185

四、等温淬火186

思考题188

（二）下贝氏体等温淬火工艺188

（一）上贝氏体等温淬火工艺188

第一节 生产铸态球墨铸铁铸件的可能性189

第十章 铸态球墨铸铁189

二、合金元素对铸态基体组织的影响190

一、石墨球数与冷却速度对基体组织和力学性能的影响190

二、珠光体基体191

一、铁素体基体191

第二节 铸态球墨铸铁生产工艺要点191

一、100％的基体组织192

第三节 铸态球墨铸铁生产中的问题192

三、铁素体—珠光体混合基体192

（三）锰193

（二）硅193

二、化学成分的范围193

（一）铜193

（一）铸态球墨铸铁曲轴194

三、铸态球墨铸铁的技术经济效果194

（四）磷194

思考题195

（二）铸态球墨铸铁的经济效益195

一、凝固时间长197

第一节 厚大断面球墨铸铁的凝固特性197

第十一章 厚大断面球墨铸铁197

三、石墨球数减少和畸变198

二、基体组织反常198

四、冷却曲线的特征199

一、原材料200

第二节 提高厚大断面球墨铸铁质量的措施200

二、化学成分201

四、热处理202

三、球化剂202

五、微量元素的作用203

（二）浇注204

（一）孕育204

六、工艺条件的改进204

第三节 核燃料储运器205

（三）采用金属型205

思考题206

一、发展概况207

第一节 等温淬火球墨铸铁的特征及应用207

第十二章 等温淬火球墨铸铁207

三、应用209

（五）生产成本比钢低209

二、等温淬火球墨铸铁的优点209

（一）强度高、塑性好209

（二）质量轻209

（三）疲劳强度和断裂韧度与低合金钢相当209

（四）减振性良好209

二、在等温淬火过程中贝氏体组织的转变210

一、概述210

第二节 等温淬火过程的组织转变210

一、概述211

第三节 化学成分211

（二）硅212

（一）碳212

二、基本元素在等温转变过程中的行为212

（三）锰213

（二）铜（镍）214

（一）钼214

三、合金元素在等温转变过程中的行为214

第四节 热处理215

一、奥氏体化温度和时间216

二、奥氏体等温转变温度和时间217

第五节 力学性能218

三、疲劳性能219

二、冲击韧度219

一、抗拉性能219

思考题221

（二）屈服强度222

（一）抗拉强度和伸长率222

第十三章 球墨铸铁的性能222

第一节 力学性能222

一、常温静态拉伸性能222

（四）硬度223

（三）弹性模量223

（一）疲劳强度224

二、常温动态力学性能224

（二）韧度226

二、线膨胀系数227

一、密度227

第二节 物理性能227

四、比热容与熔化潜热228

三、热导率228

五、电阻率229

六、磁性230

（一）流动性231

一、铸造性能231

第三节 工艺性能231

（二）收缩倾向232

（三）裂纹倾向233

二、切削性能234

（一）抗氧化性235

一、耐热性能235

第四节 使用性能235

（二）抗生长性236

二、耐磨性238

（三）热疲劳性238

三、耐蚀性239

思考题242

一、概述243

第一节 应用领域243

第十四章 球墨铸铁的生产应用243

二、应用范围244

（四）球墨铸铁轧辊246

（三）机床铸件246

（一）铸管及管件246

（二）汽车铸件246

一、球墨铸铁的牌号和标准249

第二节 球墨铸铁标准和选用249

（一）根据铸件性能要求选择牌号250

二、选用原则250

（三）生产条件251

（二）制造工艺性251

思考题252

一、发现253

第一节 蠕墨铸铁的发现与进展253

第十五章 蠕墨铸铁253

二、组织特点254

一、力学性能255

第二节 蠕墨铸铁的性能255

三、最新发展255

二、耐热性能256

三、蠕墨铸铁的标准258

（四）硫259

（三）磷259

第三节 蠕墨铸铁的制取259

一、化学成分259

（一）碳和硅259

（二）锰259

（一）蠕化剂260

二、炉前处理260

（五）合金元素260

（二）蠕化处理262

一、生产概况263

第四节 蠕墨铸铁的生产应用263

（三）蠕墨铸铁的炉前检验263

三、蠕墨铸铁的质量控制263

（二）汽缸盖264

（一）汽缸体264

二、生产应用实例264

（三）排气管265

（六）大型机床铸件266

（五）榨糖机轧辊266

（四）液压件266

思考题267

参考文献268

一、冲天炉的基本构成与主要结构参数273

第一节 概述273

第三篇 铸铁熔炼273

第十六章 冲天炉熔炼273

二、冲天炉作业原理274

四、冲天炉的类型与应用275

三、对冲天炉熔炼的要求275

一、碳氧反应276

第二节 冲天炉内的燃烧过程276

（一）底焦燃烧与区域划分277

二、底焦内的燃烧277

（二）底焦燃烧的强化途径279

（三）冲天炉的燃烧比280

（一）预热带的热交换281

三、炉内热交换281

（三）过热带的热交换282

（二）熔化带的热交换282

（五）冲天炉的热效率283

（四）炉缸的热交换283

（一）焦炭的影响284

四、影响铁液温度的主要因素284

（二）送风的影响286

（三）金属炉料的影响287

（五）操作因素的影响288

（四）炉型的影响288

（一）焦炭289

一、冶金介质289

第三节 冲天炉内的冶金过程289

（三）炉渣290

（二）炉气290

（一）碳的变化291

二、冲天炉内铁液化学成分的变化291

（二）硅、锰的变化294

（三）硫的变化297

（五）氢、氧、氮的变化300

（四）磷的变化300

（一）配料计算303

三、配料计算和炉前调整303

（六）关于矿物在炉内还原的提示303

（二）炉前调整305

（三）装料与熔化306

（二）点火与烘炉306

第四节 冲天炉作业与炉况306

一、程序作业306

（一）修炉306

（一）冲天炉网状图307

二、基本熔炼工艺参数的确定307

（四）打炉307

（二）风量的确定308

（三）风压的参考范围309

（四）冲天炉对送风的要求与风机选择310

（五）层铁量和层焦量的确定311

（六）底焦高度的确定312

（二）风量检测313

（一）风压检测313

（七）熔剂量的选定313

三、冲天炉检测313

（三）炉气分析315

（四）铁液温度检测316

（五）炉前热分析317

（二）加料口判断318

（一）风口判断318

（六）其他项目检测318

四、炉况判断318

（六）铁液判断319

（五）炉渣判断319

（三）风量、风压判断319

（四）出渣口判断319

（二）下部棚料320

（一）上部棚料320

（七）炉衬侵蚀状况判断320

五、常见事故320

（八）出铁口冻结321

（七）过桥阻塞321

（三）落生321

（四）爆炸321

（五）炉壳发红321

（六）炉底漏铁液321

第五节 炉例322

（十）发渣322

（九）铁液氧化322

（二）两排大间距冲天炉323

（一）多排小风口冲天炉323

一、普通冲天炉323

（一）3t/h水冷长炉龄冲天炉（炉胆热风）324

二、水冷长炉龄冲天炉324

（三）14t/h水冷长炉龄冲天炉（炉外热风）326

（二）15t/h水冷长炉龄冲天炉（冷风）326

（四）6t/h水冷长炉龄冲天炉（炉顶热风）328

思考题329

（一）按电流频率分类330

二、感应炉分类与应用330

第十七章 感应炉熔炼330

第一节 概述330

一、感应炉工作原理330

三、感应炉熔炼的优势331

（二）按炉体结构分类331

（一）炉体系统332

一、无芯感应炉的构成332

四、感应炉的发展方向332

第二节 无芯感应炉熔炼332

（二）倾炉系统333

（四）电气系统334

（三）水冷系统334

二、无芯感应炉的容量与规格335

（一）炉衬分类336

三、炉衬材料336

（二）硅质炉衬及其捣打、烧结337

（一）电流透入深度与炉料块度341

四、炉内电磁现象的正确运用341

（三）电磁搅拌的利用与限制343

（二）有功功率、电效率与炉料343

（二）熔化344

（一）装料344

五、装料与熔炼作业344

（三）精炼345

六、节能措施346

（四）出铁346

（一）炉型347

一、有芯感应炉的炉型与感应体347

第三节 有芯感应炉熔炼347

二、有芯感应炉的容量与规格348

（二）感应体348

（二）中性炉衬材料349

（一）酸性炉衬材料349

三、炉衬材料349

（一）起熔350

四、熔炼保温作业350

（三）碱性炉衬材料350

（四）面料和隔离料350

五、铸铁的双联熔炼351

（六）熔沟状态的监视351

（二）投料与熔化351

（三）调整351

（四）出铁351

（五）待用351

（一）冲天炉与感应炉双联352

（三）浇注中间包353

（二）气压式浇注保温炉353

（二）感应炉与感应炉双联353

六、浇注保温炉353

（一）对浇注保温炉的要求353

思考题354

参考文献355