決定鑄鐵組織和性能的關(guān)鍵是碳在鑄鐵中的存在方式、形狀、大小和分布。 鑄鐵的發(fā)展主要是圍繞如何改變石墨的數(shù)量、尺寸、形狀和分布這一中心問題進(jìn)行的。 為此，應(yīng)首先研究鑄鐵中石墨的產(chǎn)生過程及其影響因素。 鑄鐵中產(chǎn)生石墨的過程稱為石墨化。 在鑄鐵中，碳可以兩種形式存在：化合態(tài)的氮化物和游離態(tài)的石墨，游離態(tài)的石墨易形成片狀結(jié)構(gòu)。 這是因?yàn)槭木Ц袷呛唵蔚牧骄Ц?，基面?nèi)的原子寬度較強(qiáng)，原子間的結(jié)合力較強(qiáng)； 而普通九面之間的面寬較大，因?yàn)榛鎸挾容^大，原子間鍵合力較弱。 因此結(jié)晶時(shí)很容易形成片狀結(jié)構(gòu)，硬度、塑性和硬度極低，接近于零，強(qiáng)度僅為3HBS。 另外，碳原子的四個(gè)價(jià)電子中，只有一個(gè)價(jià)電子參與電子氣，這也是石墨具有一些微不足道的金屬性質(zhì)（如導(dǎo)電性）的原因。

我們稍后討論了組合氮化物。 如果加熱到低溫，就會(huì)分解為鐵和碳（Fe2C→3Fe。因此，結(jié)合氮化物只是亞穩(wěn)定相，而游離石墨是穩(wěn)定相。通常，在鐵的結(jié)晶過程中，碳合金，由于氮化體的碳含量（69%）比石墨的碳含量（100%）更接近合金成分的碳含量（5%o%），因此所需的原子擴(kuò)散量氮化物析出少，氮化物晶核容易產(chǎn)生，因此氮化物從合金液或奧氏體中析出，而不是從石墨中析出。 但在擴(kuò)散時(shí)間足夠的條件下，或合金中富含能促進(jìn)石墨生成的元素（如硅等）時(shí)，石墨會(huì)直接從合金中的液體或奧氏體中析出。 實(shí)踐證明，相同成分的合金冷卻時(shí)，冷卻速度越快，淬火體析出的可能性越大； 冷卻速度越慢，石墨析出的可能性越大。

根據(jù)我國鐵質(zhì)量差、硫含量高（沖天爐冶煉）、出鐵溫度低的情況，有必要添加稀土。 鎂是球化劑中的主要元素，稀土一方面可以促進(jìn)石墨的球化； 另一方面，還要克服硫和雜質(zhì)元素的影響，保證球化。 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(shí)，添加0.01wt%（殘留量）稀土即可完全中和干擾，抑制石墨的形成. 我國大部分生鐵富含鈦，部分生鐵含鈦量高達(dá)0.2-0.3wt%。 保證石墨良好的球化。 如果在球墨鑄鐵中加入0.02-0.03wt%的Bi，塊狀石墨幾乎完全被破壞； 如果立即加入0.01-0.05wt%的Ce，會(huì)恢復(fù)原來的球化狀態(tài)，因?yàn)锽i和Ce生成穩(wěn)定的化合物。 稀土成核。 20世紀(jì)60年代以后的研究表明，含鈰的保溫箱可以減少整個(gè)保留期內(nèi)鐵水中的球的數(shù)量，使最終的組織富含更多的石墨球，并且不易白化。 研究還表明，含有稀土的孕育劑可以改善球墨鑄鐵的孕育效果，顯著提高白化和褪色的能力。添加稀土可以增加石墨球數(shù)量的原因可以歸結(jié)為：稀土可以提供較多的晶核，但其提供的晶核組成與FeSi不同； 稀土可以使原來（存在于鐵水中）失活的晶核能夠長大，導(dǎo)致鐵水中晶核總數(shù)的增加

攻絲前應(yīng)將球化劑和晶種劑加入袋中。 在連續(xù)生產(chǎn)過程中，前一爐出鐵后袋子很熱。 過早加入會(huì)使其粘在袋底，削弱球化和療效。 為了延遲球化反應(yīng)時(shí)間，提高球化和孕育的療效，應(yīng)在球化劑和孕育劑前覆蓋一層鐵屑。 球化處理的方法很多，通常采用操作簡便的沖洗法來處理球鐵。 爐前測試球化效果，爐前測試球化效果的優(yōu)劣，通常采用三角形樣品。 澆鑄三角試樣，冷卻至暗紫色，用水淬火，折斷后觀察斷口。 斷口呈銀黑色、白色，中央疏松，右側(cè)凹陷。 同時(shí)，破碎時(shí)有電石氣味，敲擊聲類似鋼鐵。 球墨鑄鐵的生鐵水應(yīng)為高碳、低硅、低硫、低磷。 控制硫的濃度是生產(chǎn)球墨鑄鐵的重要條件。

球化和孵化處理。 球化劑的添加量應(yīng)根據(jù)鐵水成分、鑄件壁厚、球化劑成分以及球化過程中的吸收率等因素的分析比較來確定。 通常為1.6%-2.0%。 如果球化劑放置時(shí)間較長，應(yīng)適當(dāng)添加。 控制球化反應(yīng)的關(guān)鍵是鎂的吸收率。 溫度高，反應(yīng)劇烈，時(shí)間短，鎂燒蝕較多，球化效果差； 溫度低，反應(yīng)穩(wěn)定，時(shí)間長，吸鎂率高，球化效果好。 因此，在保證足夠的鑄造溫度的前提下，宜盡可能降低球化處理溫度，控制在1420～1450℃。 球化劑應(yīng)粉碎成小塊，一般細(xì)度為5-25mm，添加到袋底，然后在前面添加硅錳、鐵屑。

保溫處理是球墨鑄鐵生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。 除促進(jìn)石墨化外，避免游離氮化物和白點(diǎn)的出現(xiàn)，并有助于球化，并使石墨顯得更小、更圓整、分布更均勻，從而提高球墨鑄鐵的熱性能。

其他各種鑄鐵。 當(dāng)?shù)妆P連桿采用QT材質(zhì)時(shí)，沖擊值ak達(dá)到8-15J/cm2時(shí)即可獲得良好的性能。 當(dāng)F球墨鑄鐵的延伸率達(dá)到10-15%時(shí)，可在-30-375℃范圍內(nèi)使用，替代25個(gè)鑄件制造中壓球閥。 球墨鑄鐵在一定范圍內(nèi)可以代替鑄件制造塑性和硬度要求較高的鑄鋼。 7.6.2 球墨鑄鐵的鋼種、性能及應(yīng)用 球墨鑄鐵疲勞硬度的性能及應(yīng)用 鑄鐵的疲勞硬度在很大程度上取決于石墨的形態(tài)。 球狀的疲勞硬度較高，團(tuán)塊狀次之，塊狀較低，且鑄鐵的疲勞硬度隨石墨數(shù)量的增加而增加。 7.6.2 球墨鑄鐵的鋼種、性能和用途球墨鑄鐵的性能和用途疲勞硬度已知，對于扭轉(zhuǎn)疲勞硬度要求較高的凸輪采用QT是可行的。

有些耐熱鑄鐵零件在低溫條件下工作，需要具有一定的耐熱性能，如加熱板、爐排、鑄鐵坩堝、鋼錠模等。此類坯料不僅應(yīng)具有一定的低溫硬度，還具有一定的抗氧化性和抗生長性。 為了滿足毛坯常年在低溫下工作的要求，并提高抗氧化性和抗長大性，應(yīng)在鑄鐵中添加一定數(shù)量的合金元素。 根據(jù)添加元素的不同，耐熱鑄鐵分為中硅耐熱鑄鐵、高鋁耐熱鑄鐵和含磷耐熱鑄鐵。 中硅耐熱鑄鐵這是一種常用的耐熱鑄鐵。 鑄鐵中添加硅，可以在鑄鋼表面生成完整致密的SiO2保護(hù)膜，使鑄鐵在低溫工作時(shí)具有良好的抗氧化和抗生長能力。 中硅耐熱鑄鐵可在850℃左右穩(wěn)定工作。 下表耐熱鑄鐵鋼號(hào)中，“RT”表示耐熱鑄鐵，“Q”表示球墨鑄鐵，其余字母為合金元素符號(hào)，數(shù)字表示平均濃度合金元素，取整數(shù)值。 高鋁耐熱鑄鐵在鑄鐵中添加鋁，可以在工件表面生成一層比SiO2更致密的保護(hù)膜，具有較高的抗氧化性和抗生長性，因而具有較高的耐熱性。 常用的高鋁耐熱鑄鐵主要有兩種：含鋁量小于8%（一般為5.5-7.0%），其結(jié)構(gòu)為含鋁鐵鎖體和不均勻分布的石墨。 工作部件； 含鋁20-24%的高鋁耐熱鑄鐵，其組織為含鋁鐵素體和少量石墨，這類鑄鐵在常溫下的機(jī)械性能不高，但力學(xué)性能不提高低溫下較多，常用來制造在900-950℃高溫條件下工作的零件。

開發(fā)適合小型鋼坯結(jié)晶器的蠕鐵材料及生產(chǎn)工藝。 比較研究了REMg和YSBM-YSBM-YSBM-A四種蠕化劑對厚大斷面蠕墨鑄鐵組織和性能的影響。 研究結(jié)果表明，重稀土潤膚劑（YSBM）具有良好的潤膚效果和美膚能力，經(jīng)該潤膚劑處理的模擬試塊中心部位潤膚率達(dá)到85%，組織均勻度高。試塊較好，延伸率性能達(dá)到3.3%，滿足坯模材質(zhì)的要求。 冷硬鐵能顯著縮短厚大斷面蠕鐵的熔化時(shí)間，提高試塊中心蠕變率，并且在相同蠕變率處理?xiàng)l件下，模擬試驗(yàn)中心部位蠕變率在不添加冷硬鐵的情況下，塊狀由35%提高到55%，破碎石墨數(shù)量顯著減少，并獲得均勻分布的蠕蟲狀石墨和細(xì)小的碳化物組織。 蠕墨鑄鐵72小時(shí)平均氧化增重為3.14g/(m2，明顯高于灰鑄鐵的4.76g/(m2)；在700℃水淬試驗(yàn)中，平均熱疲勞壽命蠕鐵的蠕變速率為42倍，比灰鐵的蠕變速率低30倍，借助華住CAE模擬優(yōu)化結(jié)果，采用雨淋工藝成功生產(chǎn)出48t毛坯模。坯模附著于鋼錠達(dá)到85%，延伸硬度7.5，延伸率7.5%，達(dá)到一級(jí)水平。420t方坯模優(yōu)化工藝為上下雙連鑄系統(tǒng)，上連鑄系統(tǒng)為雨淋式，下部澆注系統(tǒng)為兩級(jí)底澆式，澆注溫度為1300℃～1320℃。

選擇由石墨和不同碳化物組織組成的灰鑄鐵作為研究材料，根據(jù)定量測量標(biāo)準(zhǔn)選擇100×、200×和500×的放大倍數(shù)采集金相圖像。 借助數(shù)字圖像處理技術(shù)，對采集到的金相圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)灰口鑄鐵的金相分析。 得到以下結(jié)果和推論：針對灰鑄鐵金相圖像色溫不均勻的情況，采用空間陰影校正的方式對金相圖像色溫不均勻進(jìn)行校準(zhǔn)； 圖像經(jīng)過去噪處理，效果良好。