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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