一筐积、現(xiàn)代球墨鑄鐵的誕生

1. 青年麥里斯的創(chuàng)新促成現(xiàn)代球鐵的誕生
   最新公布的資料表明掷暇，現(xiàn)代球鐵是美國(guó)國(guó)際鎳公司(INCO)青年科研人員麥里斯(K.D.Millis)首先研究成功的。
   1942 年2月13日麥里斯等熔化了幾組鎳硬鑄鐵珊求，意外地發(fā)現(xiàn)加鎂的鎳硬鑄鐵比加鉻的標(biāo)準(zhǔn)鎳硬鑄鐵明顯提高了韌性层攀，含硫量明顯下降。1943年4月12日麥里斯等在含C3.6%赃阀，Si2%,Mn0.75%,S0.06%,Ni2%的鐵液中添加含Mg20%的鎳鎂合金霎肯，添加量0.05%，0.3%榛斯，0.4%观游， 0.5%。然后添加硅鐵孕育劑驮俗。澆注試塊切取抗拉試樣和金相試樣懂缕，發(fā)現(xiàn)析出完整的球墨，力學(xué)性能十分優(yōu)異王凑，這次試驗(yàn)標(biāo)志著球鐵的正式研究成功搪柑。此后 INCO在保密狀態(tài)下進(jìn)行了五年系統(tǒng)的中間試驗(yàn)。
2. 莫勒論文的發(fā)表推進(jìn)現(xiàn)代球鐵技術(shù)的公布及應(yīng)用
   經(jīng)過(guò)五年深入系統(tǒng)的試驗(yàn)后索烹，INCO公司分別于1947年3月22日在英國(guó)拌屏，1947年11月21日在美國(guó)申請(qǐng)了加鎂球鐵專(zhuān)利。但是直到1949年1月25 日英國(guó)鑄鐵研究所的莫勒(Hento Morrgh)在美國(guó)申請(qǐng)加鈰球鐵專(zhuān)利以后术荤，美國(guó)專(zhuān)利局才對(duì)INCO公司的專(zhuān)利進(jìn)行實(shí)質(zhì)性審查倚喂，并于1949年10月25日批準(zhǔn)授予加鎂球鐵專(zhuān)利權(quán)。接著又于當(dāng)年11月15日批準(zhǔn)授予莫勒的加鈰球鐵專(zhuān)利權(quán)瓣戚，INCO公司立即購(gòu)買(mǎi)了后一項(xiàng)專(zhuān)利笛吱。
   莫勒的研究工作與論文的及時(shí)發(fā)表推進(jìn)了現(xiàn)代球鐵技術(shù)的公開(kāi)及工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程。1948年6月14日在紐約Jamestown可鍛鑄鐵公司首次采用INCO技術(shù)挥痊，澆注了1300lb 66in階梯試塊和一批鑄件途培，為福特汽車(chē)公司可否用于制造曲軸提供技術(shù)評(píng)價(jià)建搞，從此拉開(kāi)了球墨鑄鐵工業(yè)生產(chǎn)的序幕。
3. INCO早期的球墨鑄鐵推廣工作
   1948 年12月20日INCO與Cooper-Bessemer公司簽訂了第一個(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同注欧。采用含Mg16.9%,Ni80.5%,其余為Fe的球化劑用漏斗隨流加入2.4%祈岔，處理鐵液3500lb，用75%Si-Fe孕育钙蕉，轉(zhuǎn)包沖入口纸，澆注柴油機(jī)缸體缸套。第二家是Hynchburg鑄造廠(chǎng)用于制造球墨鑄鐵管官孝。1949年美國(guó)制訂了ASTM球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)并由麻省理工學(xué)院泰勒教授主持召開(kāi)了球墨鑄鐵學(xué)術(shù)會(huì)議努禽，促進(jìn)了推廣應(yīng)用。不久门俏，福特汽車(chē)曲軸全部用球墨鑄鐵丸匀，通用汽車(chē)公司也大量投產(chǎn)∥Ｈ冢總產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)畏铆，到1966年專(zhuān)利失效為止，INCO共向全世界31個(gè)國(guó)家的651家企業(yè)轉(zhuǎn)讓此項(xiàng)技術(shù)吉殃，共生產(chǎn)2辞居，074， 868t鑄件寨腔。麥里斯全身心貫注于此項(xiàng)事業(yè)速侈，他于1992年逝世后率寡，美國(guó)球墨鑄鐵協(xié)會(huì)設(shè)立麥里斯獎(jiǎng)學(xué)金以鼓勵(lì)創(chuàng)造性的冶金學(xué)新秀迫卢。

二、現(xiàn)代球鐵在我國(guó)的早期研究和應(yīng)用

1. 我國(guó)球鐵的早期研究工作——鎂系球化劑及其處理工藝
   我國(guó)球鐵的研究工作始于1950年冶共，最先是由中國(guó)科學(xué)院上海冶金陶瓷所和清華大學(xué)王遵明教授分別在上海乾蛤、撫順兩地進(jìn)行。由于我國(guó)缺鎳捅僵，未采用INCO的鎳鎂球化劑家卖，而是采用銅鎂合金沖入法研制成功球鐵。
   1952 年荷右，更多的單位開(kāi)始研究用純鎂代替銅鎂合金度堤，采用鐘罩壓入法處理球鐵；1953年我國(guó)又掌握了補(bǔ)加鐵水的方法完簿，以彌補(bǔ)鐘罩壓入法鐵水溫降大的缺點(diǎn)沙螺。大部分工廠(chǎng)采用鐘罩壓入法一直到1957年左右，這種方法耗鎂量高(一般占鐵水量的0.5%～1.0%)聚灸，同時(shí)球化不夠穩(wěn)定娇皇，勞動(dòng)條件差阅牛。1957～1958年間，鑄鐵研究室(1957年由清華大學(xué)與一機(jī)部機(jī)械院等有關(guān)單位組成的合作研究機(jī)構(gòu))呛仁、大連造船廠(chǎng)秫痪、天津拖拉機(jī)廠(chǎng)、上海區(qū)球鐵曲軸研究小組(由上海交大等單位組成)等單位先后試驗(yàn)成功壓力加鎂和滅容加鎂的方法捅没，并在生產(chǎn)中正式采用叭舰。至此，鎂系球化劑及其處理工藝經(jīng)過(guò)八年的不斷研究和應(yīng)用喘建，基本成熟和完善了显驼。
2. 以曲軸為代表的球鐵零件的應(yīng)用和第一次球鐵生產(chǎn)大普及
   球鐵生產(chǎn)初期，由于工藝尚不成熟坯临，質(zhì)量尚不穩(wěn)定焊唬，因而球鐵多是來(lái)制作受力不大的小零件和機(jī)修配件。1956年9月和10月分別在北京和上海召開(kāi)了球鐵曲軸研討會(huì)看靠，并肯定了球鐵曲軸使用的可靠性赶促。會(huì)后，無(wú)錫柴油機(jī)廠(chǎng)挟炬、南京汽車(chē)廠(chǎng)鸥滨、天津動(dòng)力機(jī)廠(chǎng)、天津拖拉機(jī)廠(chǎng)相繼開(kāi)展了試驗(yàn)研究工作谤祖，并陸續(xù)鑒定投產(chǎn)婿滓。一機(jī)部汽車(chē)局于1957年11月在天津動(dòng)力機(jī)廠(chǎng)召開(kāi)了鑄鐵曲軸經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)議，制訂了球鐵曲軸的技術(shù)條件粥喜、檢驗(yàn)方法凸主，提出了曲軸用球鐵可采用50-1.5、60-2兩個(gè)牌號(hào)额湘。球鐵曲軸的成功應(yīng)用卿吐，標(biāo)志著我國(guó)的球鐵作為一種工程材料登上了機(jī)械工業(yè)舞臺(tái)。后來(lái)用于生產(chǎn)的重要零件有：鞍鋼于1955年試制成功球鐵軋輥忘哼，鐵道科學(xué)研究院于1957年試制成功鐵路車(chē)輛球鐵軸瓦疏悯，本鋼于1957年試制成功鋼錠模，此外锨穷，還有凸輪軸歉冷、正時(shí)齒輪、閥門(mén)岗憨、減速器齒輪等零件乳后。1958年11月召開(kāi)第一次全國(guó)球鐵會(huì)議時(shí)，全國(guó)已有近四百個(gè)單位研究、生產(chǎn)球鐵暖鬓，并試制了一些當(dāng)時(shí)國(guó)外尚未報(bào)道的球鐵零件继锰，如鐵軌、無(wú)縫管麸档、熱軋齒輪及窃、液體軋制薄板、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和水輪機(jī)主軸等乃沙。
   本時(shí)期的球鐵品種比較少起趾，真正用于生產(chǎn)只有相當(dāng)于現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的QT60-2、QT42-10和QT50-5三種牌號(hào)警儒，性能水平也不高训裆，珠光體球鐵抗拉強(qiáng)度一般在70kgf/mm²以下，鐵素體球鐵的延伸率平均不超過(guò)15%蜀铲。
3. 稀土鎂球鐵的研制
   1958 年以來(lái)边琉，各地大量生產(chǎn)土鐵，土鐵的特點(diǎn)是C记劝、Si变姨、Mn低，S厌丑、P高定欧，因?yàn)楦吡蚯蜩F的性能不高且不穩(wěn)定，還需要長(zhǎng)時(shí)間退火怒竿，鎂系球化劑不適應(yīng)我國(guó)當(dāng)時(shí)的鑄造生產(chǎn)條件砍鸠。1961年包鋼又成功地從爐渣中提取出廉價(jià)的稀土，為稀土球化劑提供了充足的原料耕驰。1964年京佃，一機(jī)部機(jī)械院與南京汽車(chē)廠(chǎng)、無(wú)錫柴油機(jī)廠(chǎng)等單位幌瓦，采用稀土合金和鎂作復(fù)合球化劑称海，研究成功具有我國(guó)資源特點(diǎn)的稀土鎂球鐵终太，解決了鎂球鐵生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的夾渣苫担、縮松、球化不良等缺陷辰丛，并分別于1964 年底和1965年初在南京汽車(chē)廠(chǎng)滓层、無(wú)錫柴油機(jī)廠(chǎng)正式投入生產(chǎn)。由于復(fù)合球化劑反應(yīng)平穩(wěn)向酝，上海工藝研究所等單位于1965年又研究成功非常簡(jiǎn)便的沖入法代替壓力加鎂法禁糖，簡(jiǎn)化了球鐵的生產(chǎn)工藝。
   與原鎂球鐵相比，稀土鎂球鐵的鑄造性能好狞穗，機(jī)械性能高概丢，生產(chǎn)簡(jiǎn)便安全，在原鐵水質(zhì)量較差的情況下能制造出合格的球鐵民轴，因而在我國(guó)得到很快的發(fā)展攻柠。1976年10月以“稀土鎂球墨鑄鐵的冶金及工藝特性”為主題首次在國(guó)際鑄造年會(huì)上公布這一成果，引起國(guó)際鑄造界的重視后裸。
   1977年5月瑰钮，一機(jī)部在沙市召開(kāi)了第三次全國(guó)球鐵會(huì)議，交流了隨流孕育微驶、搖包脫硫浪谴、快速測(cè)定球化率等九項(xiàng)球鐵新技術(shù)，以后又召開(kāi)多屆年會(huì)因苹，交流球鐵新成果苟耻。
   進(jìn)入80年代以來(lái)，我國(guó)球鐵產(chǎn)量逐年大幅度增長(zhǎng)扶檐，生產(chǎn)廠(chǎng)遍及全國(guó)各省市區(qū)梁呈；研究成功等溫淬火球鐵及多種特種球鐵，球鐵牌號(hào)增至十多個(gè)品種蘸秘，并相繼制訂了“稀土鎂球鐵金相”官卡、“球墨鑄鐵件”、“球鐵用生鐵”僚洋、“稀土硅鐵鎂合金”等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)剥乍；研究開(kāi)發(fā)了適應(yīng)球鐵大量流水生產(chǎn)的先進(jìn)工藝，如搖包候赏、氣動(dòng)脫硫斧炎；型內(nèi)、型上球化盯媚；多種瞬時(shí)孕育铝寿；音頻、超聲抖唧、熱分析等多種球化率快速檢測(cè)方法等陷克。以汽車(chē)零件為代表的大量流水生產(chǎn)逐步達(dá)到國(guó)際水平，離心鑄管產(chǎn)量也逐年增長(zhǎng)瓤鬓，使我國(guó)逐步邁進(jìn)球鐵生產(chǎn)大國(guó)的行列版幕。
4. 球鐵基礎(chǔ)理論及基礎(chǔ)技術(shù)的研究
   在球化理論方面，哈工大四乱、中科院物理所衔甲、華中工學(xué)院、鎮(zhèn)江農(nóng)機(jī)學(xué)院等單位分別采用液淬、熱分析窃这、掃描電鏡觀(guān)察瞳别、電子探針等先進(jìn)手段進(jìn)行試驗(yàn)，并系統(tǒng)地提出了自己的觀(guān)點(diǎn)：球狀石墨是從液相中直接析出長(zhǎng)大的杭攻；在液態(tài)就可能發(fā)生石墨畸變洒试；石墨生成的結(jié)構(gòu)機(jī)理是以螺旋位錯(cuò)方式長(zhǎng)大；石墨畸變的原因是氧朴上、硫等表面活性原子堵塞螺旋位錯(cuò)臺(tái)階而阻礙了石墨的球狀生長(zhǎng)垒棋；鎂、稀土等球化元素的作用在于其脫氧痪宰、脫硫的“清掃劑”作用等等叼架。這些觀(guān)點(diǎn)豐富了原有的球化理論，并對(duì)原鐵水質(zhì)量控制衣撬、合理選擇球化劑乖订、加強(qiáng)孕育、防止球化不良和衰退產(chǎn)生等生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題都有非常重要的指導(dǎo)意義具练。
   在石墨形貌方面乍构，清華大學(xué)采用掃描電鏡等手段，用深腐蝕和熱腐蝕方法喝壹，研究了各種鑄鐵的石墨形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)仓近，建立了一套鑄鐵石墨形貌的掃描電鏡圖譜，并據(jù)此提出了“鑄鐵石墨分類(lèi)旱已、命名”的文件肌蛮，深化了對(duì)鑄鐵石墨形貌的認(rèn)識(shí)。
   在球鐵基本性能方面殿漆，鄭州機(jī)械所忍猛、北京鋼鐵學(xué)院、北京市機(jī)電院等單位系統(tǒng)測(cè)定了各種不同基體肾蕉、不同牌號(hào)稀土鎂球鐵的動(dòng)靜態(tài)力學(xué)掐股、使用、加工等性能笤敞，為合理選用球鐵材質(zhì)制造服役條件惡劣零件(如齒輪等)提供了科學(xué)數(shù)據(jù)扳九。

三、球鐵生產(chǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展及發(fā)展方向

1. 球鐵產(chǎn)量和比例逐年增長(zhǎng)胁后，是增幅最大的鑄件品種(見(jiàn)表1)
   

   表1　1981、1990、1994攀芯、1997年度幾個(gè)國(guó)家鑄件產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

   國(guó)家	年度	鑄件總產(chǎn)量 (t)	鑄鐵件		灰鑄鐵件		球鐵件		可鍛鑄鐵件
   			產(chǎn)量 (t)	百分比 (%)	產(chǎn)量 (t)	百分比 (%)	產(chǎn)量 (t)	百分比 (%)	產(chǎn)量 (t)	百分比 (%)
   中國(guó)	1981	5371000	4476000	83	3971000	74	242000	4.5	263000	4.9
   	1990	5589000	6854000	77	5433300	61	922400	10	498000	5.6
   	1994	1126000	9293000	77	7607330	65	1321230	11	364590	3.0
   	1997	11080442	8794256	79	6873736	62	1564066	14	354454	2
   美國(guó)	1981	13889000	11205151	80	8826266	64	1996986	14	381899	2.7
   	1990	10210000	7727000	76	4608000	45	2871000	28	248400	2.4
   	1994	13267000	9756000	73.5	5831000	44	3691000	27.8	243000	1.8
   	1997	14333000	10488000	73	6153000	43	4128000	29	207000	1.4
   日本	1981	6321221	5297000	83	3034302	48	1681742	27	280122	4
   	1990	6804601	4996166	73	3324739	48	1415301	21	256126	3.7
   	1994	6740690	5199022	77	3035179	45	2016488	29	147355	2.2
   	1997	7082427	5391349	76	3094535	44	2159115	30.5	137699	1.9
   德國(guó)	1981	4134421	3402837	82	2509169	61	746478	18	147190	3.5
   	1990	4249117	3369000	79	2295000	54	955000	22	119000	2.8
   	1994	3815174	3050080	79.9	1992329	52	979231	25.6	78520	2.0
   	1997	4120048	3239000	78.6	2054000	50	1136000	27.6	49000	1.2

   由表1可看出：

   1. 主要工業(yè)國(guó)家球鐵產(chǎn)量的比例均已達(dá)到30%左右屯断；中國(guó)約比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家低1倍，但增幅最快侣诺，產(chǎn)量增長(zhǎng)7倍殖演，比例增長(zhǎng)3倍。
   2. 同期的灰鑄鐵件的比例逐年下降年鸳，可鍛鑄件的產(chǎn)量及比例均大幅度下降趴久。
2. 采用成套先進(jìn)技術(shù)，穩(wěn)定提高球鐵大量流水生產(chǎn)質(zhì)量
   汽車(chē)工業(yè)是球鐵的最主要用戶(hù)搔确，反映了球鐵生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)的最高水平彼棍。以汽車(chē)鑄件為代表的球鐵大量流水生產(chǎn)，推薦采用如下三方面成套先進(jìn)技術(shù)：

   1. 高溫低硫低氧的優(yōu)質(zhì)原鐵水膳算，是穩(wěn)定內(nèi)部質(zhì)量的基礎(chǔ)座硕。
      采用鑄造焦、熱風(fēng)水冷沖天爐好浆、電爐熔化或雙聯(lián)過(guò)熱门痕、搖包或氣動(dòng)脫硫、直讀光譜儀快速分析成分等先進(jìn)技術(shù)浓朋。
   2. 專(zhuān)用球化劑困喜、孕育劑及合理的球化、孕育工藝(隨流或型內(nèi))是確保球化良好和基體穩(wěn)定的必要手段磨搭。
   3. 高剛度鑄型及先進(jìn)的型砂是提高鑄件內(nèi)因镊、外質(zhì)量的有效措施。
      采用靜壓武慨、高壓晋劫、氣沖加壓、擠壓等高緊實(shí)率鑄型和樹(shù)脂砂可有效減少縮松行掰，提高鑄件尺寸精度和降低粗糙度怎机。
   另外，為了適應(yīng)多品種變批量的生產(chǎn)方式坪江，還需應(yīng)用快換模板仲闽、快調(diào)澆口、通氣針和型砂定量等技術(shù)僵朗。
   綜合采用上述成套技術(shù)赖欣，我國(guó)主要汽車(chē)鑄造廠(chǎng)的工藝及裝備已達(dá)到國(guó)際水平，生產(chǎn)規(guī)模也接近國(guó)際水平(如二汽鑄造二廠(chǎng)年產(chǎn)量達(dá)7萬(wàn)噸)验庙，靜態(tài)性能可穩(wěn)定達(dá)到 QT450-10顶吮、QT400-15社牲、QT500-7、QT600-3悴了，其中脫硫效果穩(wěn)定的南汽鑄態(tài)性能達(dá)到QT600-10搏恤，正火后可達(dá)到QT880- 5的高性能水平。
3. 離心鑄管產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)湃交，成為球鐵的最大用戶(hù)
   離心球鐵管由于強(qiáng)度高熟空、塑性好、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)搞莺，故在供水息罗、輸氣管道中大量應(yīng)用。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的離心球鐵管產(chǎn)量已占鑄管總產(chǎn)量的95%～98%抛现，球鐵總產(chǎn)量的40%～50%音拢，成為球鐵的最大用戶(hù)。中小口徑(＜1000mm)鑄管采用水冷金屬型工藝(即冷模法)葬陡；大口徑采用熱模法(噴涂料和襯樹(shù)脂砂)丈蛇。國(guó)外已能生產(chǎn)最大尺寸達(dá)DN2000mm× 8000mm和DN2600mm×4000mm的鑄管。
   我國(guó)近十多年來(lái)引進(jìn)和研制了一批離心球鐵管生產(chǎn)線(xiàn)阁巨，生產(chǎn)能力已達(dá)70萬(wàn)噸抬宽，年銷(xiāo)售量約30萬(wàn)噸，已占球鐵總量的20%以上岸寿。其中新興鑄管集團(tuán)公司產(chǎn)量最大硝僻，且已能用熱模法大批量生產(chǎn)DN(1200～1600)mm×5000mm的大管徑鑄管。