簡介
發展曆史
法國的雷奧姆爾（Reaumur）于1722年制成了白心可鍛鑄鐵。後來、美國的塞斯·包伊登（Seth·Boyden）于1826年發明了黑心可鍛鑄鐵。
到了二十世紀二十年代。由于對鑄鐵中碳、矽等主要成分及加入其他合金元素的影響、熔化方法、孕育效果等方面的研究并有了進展，出現了所謂高級鑄鐵。因此，材質有了相當可觀的改善，并在一定程度上擴大了應用範圍。但是，由于存在着韌性低這樣的根本缺點，未能迅速擴大其應用範圍。
1947年，煙的莫羅(Morrogh)發現了鑄态下存在球狀石墨的鑄鐵。
1948年，通過在高碳，低硫、低磷的灰鑄鐵中加入Ce，并使其殘留量保持在0．02%以上，制得了球墨鑄鐵．幾乎與此同時，美國國際鎳公司(INCO)加格奈賓(Gagnebin)等通過在鑄鐵中加Mg，并使其殘留量保持在0．04%以上，獲得了相同的球墨鑄鐵。
在第二次世界大戰期間，由于生産耐磨馬氏體白口鑄鐵所必需的鉻元素資源缺乏，研究Cr的代用元素就成了當務之急。于是，對于與碳發生化學結合的各種金屬及過渡金屬，均就其能否形成碳化物進行了系統的調查研究，其中也就包括鎂。為了減緩在加鎂時的激烈噴濺，曾使用Cu80一Mg20合金和Ni80-M920合金。結果表明，鎂不但作為鉻的代用元素有良好的效果，而且還發現當鎂在鐵水中有某種程度的殘留量時，有顯著的脫硫作用。以這些新的發現為基礎，繼白口鑄鐵之後，對于在灰口鑄鐵中加鎂的作用也進行了研究。在含C3.5%、Si2.25%和Ni2%的灰鑄鐵中加入了0.5%的Mg，其抗拉強度遠遠超過原來的預期(普通灰鑄鐵約為13kgf/mm2)，高達78kgf/mm2。
組成成分
鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，由工業生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經過高溫熔融和鑄造成型而得到，除Fe外，還含及其它鑄鐵中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈條片狀時的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲狀時的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團絮狀時的鑄鐵叫可鍛鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。
球墨鑄鐵除鐵外的化學成分通常為：含碳量3.0～4.0%，含矽量1.8～3.2%，含錳、磷、硫總量不超過3.0%和适量的稀土、鎂等球化元素。
發展曆史
主要性能
球鐵鑄件差不多已在所有主要工業部門中得到應用，這些部門要求高的強度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴重的熱和機械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩定性等。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵有許多牌号，提供了機械性能和物理性能的一個很寬的範圍。
如國際标準化組織ISO1083所規定的大多數球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金态生産的。顯然，這個範圍包括抗拉強度大于800牛頓/平方毫米，延伸率為2%的高強度牌号。另一個極端是高塑性牌号，其延伸率大于17%，而相應的強度較低(最低為370牛頓/平方毫米）。強度和延伸率并不是設計者選擇材料的根據，而其它決定性的重要性能還包括屈服強度、彈性模數、耐磨性和疲勞強度、硬度和沖擊性能等。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對于設計者也許是關鍵的。為了滿足這些特殊使用，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫Ni一Resis球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鎳、鉻和錳合金化，并且列入國際标準。
為珠光體型球墨鑄鐵，具有中高等強度、中等韌性和塑性，綜合性能較高，耐磨性和減振性良好，鑄造工藝性能良好等特點。能通過各種熱處理改變其性能。主要用于各種動力機械曲軸、凸輪軸、連接軸、連杆、齒輪、離合器片、液壓缸體等零部件。
施工工藝
中國工藝
加入稀土提高性能
在高強度低合金球墨鑄鐵方面，除了對銅、钼研究較多外，還對鎳、铌等進行了研究。中錳球墨鑄鐵雖然在性能上不夠穩定，但多年來的系統研究與生産應用，取得了顯著的經濟效益。
在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中矽球墨鑄鐵以外，系統研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響。中國研制的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。
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、化工設備、工業用爐器件上均取得了成功的應用。
在耐酸球墨鑄鐵方面，中國生産的稀土高矽球墨鑄鐵比普通高矽鑄鐵的組織細小、均勻、緻密，由此，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機械強度也有顯著改善。
稀土能使石墨球化。自從H.Morrogh最先使用铈得到球墨鑄鐵以來，先後許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發現铈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。
中國對稀土的球化作用進行了大量研制工作，發現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，當稀土量過高時，還會出現各種變态形的石墨，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。
根據中國鐵質差、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元素的影響以保證球化也是必須的。
稀土防止幹擾元素破壞球化。研究表明，當幹擾元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等總量為0.05wt%時，加入0.01wt%（殘餘量）的稀土，可以完全中和幹擾，并可抑制變态石墨的産生。中國絕大部分的生鐵中含有钛，有的生鐵中含钛高達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；若随後加入0.01～0.05wt%Ce，則又恢複原來的球化狀态，這是由于Bi和Ce形成了穩定的化合物。
稀土的形核作用。20世紀60年代以後的研究表明，含铈的孕育劑可使鐵液在整個保持期中增加球數，使最終的組織中含有更多的石墨球和更小的白口傾向。經研究還表明，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增多的原因可歸結為：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，結果使鐵液中總的晶核數量增多。
注意事項
（一）嚴格要求化學成分，對原鐵液要求的碳矽含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中錳，磷，硫的含量。
（二）鐵液出爐溫度比灰鑄鐵更高，以補償球化，孕育處理時鐵液溫度的損失。
（三）進行球化處理，即往鐵液中添加球化劑。
（四）加入孕育劑進行孕育處理。
（五）球墨鑄鐵流動性較差，收縮較大，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統尺寸，合理應用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則。
（六）進行熱處理。
①退火。得到鐵素體基體，提高塑性、韌性，消除應力，改善切削性能。
②正火。得到珠光體基體，提高強度和耐磨性。
③調質。獲得回火索氏體的基體組織，以及良好的綜合力學性能，如主軸、曲軸、連杆等。
④等溫淬火。使外形複雜且綜合性能要求高的零件獲得下貝氏體的基體組織，以及高強度、高硬度、高韌性等綜合力學性能，避免熱處理時産生開裂，如主軸、曲軸、齒輪等。
主要問題
縮孔縮松
球墨鑄鐵由於其糊狀凝固的特徵決定所生産的鑄鐵由於補縮不良經常産生縮孔、縮松等缺陷，為了能在鑄件生産以前預測這些缺陷情況，早在印年代國内外就開展了鑄造過程數值類比。鑄造過程數值類比是使用數值類比技術，在計算機虛拟的環境下類比實際鑄件形成過程，包括金屬液體的充型過程、冷卻凝固過程、應力形成過程、判斷成型過程中主要原素的影響程度，預測組織、性能和可能出現的缺陷，為優化工藝減少廢品提供依據。
1962年丹麥的Forsund第一個采用電子計算機類比鑄件的凝固過程，此後美國、英國、德國、日本、法蘭西等相繼開展了這方面的研究。我國于70年代末開始，大連理工大學、沈陽鑄造研究所率先在我國開展了這一技術的研究，并分别于1980年發表了研究報告（郭可韌等，大型鑄件凝固過程的數字類比，大連工學院學報，1980（2）1─16；沈陽鑄造研究所，鑄件凝固熱場電子計算機類比，鑄造，1980（1）14─22，此後在我國高等院校投入大量人力開展了這項研究。
在“六五”、“七五”期間國家攻關項目中部有計算機在鑄造中應用的攻關項目，“六五”的項目為“大型鑄鋼件凝固控制”、“七五”項目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織産、學、研聯合攻關，大大推展了此項技術在我國的發展，清華大學、華中理工大學已分别能提供FT─Star和華鑄CAE─Inte4.0商品化學的軟體并在三明重型機器有限公司等單位應用，獲得了良好的效果。
計算機數值類比由前處理、中間計算和後處理三部分組成，包括幾何模型的建立，格點劃分，求解條件（初始條件和邊界條件）的确定，數值計算，計算結果的處理及圖形顯示。其所用的數值類比的基本方法主要是有限差分法，有限元法和邊界元法。
（1）凝固過程數值類比，主要進行鑄造過程的傳熱分析。包括數值計算方法的選擇，潛熱處理、縮孔縮撿預測判别，鑄件、鑄型界面傳熱問題處理。
（2）流動場數值類比，涉及動量、能量與質量傳遞，其難度較大。使用的數值求解技術有MAC法、SAMC法，SOLA─AOF法以及SOLA一─MAC法。
（3）鑄造應力類比，此項研究開展較晚，主要進行彈塑性狀态應力分祈，有Heyn模型，彈塑性模型，Perzyna模型，統一内變量模型等。
（4）組織類比，尚處起步階段。分巨視、中觀和微視類比。能計算形核數，分析初晶類型，枝晶生長速度，類比組織轉變，預測機械性能。有确定性模型，Monte、Cellular、Automaton等統計法模型、相場模型等。
計算機及其應用是迅速發展的技術領域，鑄造作為重要的工業領域之一，理應加強投入。研究開發計算機在鑄造研究及生産領域的應用，徹底改變過去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀态，計算機的應用也必将會促進球墨鑄鐵的應用和發展。
氣孔缺陷
球墨鑄鐵件的生産過程中，在熱處理、抛丸清理後或機加工時常會發現一些直徑大約為0.5-3mm，形狀為球形、橢圓狀或針孔狀内壁光滑的孔洞，這些孔洞一般在鑄件表皮下2-3mm分布，這就是所謂的皮下氣孔。
皮下氣孔的形成是由于含鎂鐵液表面的張力大，容易形成氧化膜，這對阻礙析出氣體和入侵氣體的排出有一定影響，這些氣體滞留于皮下就會形成氣孔。另外，球墨鑄鐵糊狀凝固特點使氣體通道較早被堵塞，也會促進皮下氣孔缺陷的形成。
相關資料
品種牌号
各種鑄鐵代号，由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字母的第一個大寫正體字母組成。當兩種鑄鐵名稱的代号字母相同時，可在該大寫正體字母後加小寫正體字母來區别。同一名稱鑄鐵，需要細分時，取其細分特點的漢語拼音第一個大寫正體字母，排列在後面。
鑄鐵名稱，代号及牌号表示方法
鑄鐵名稱...............代号牌号..................表示方法實例
灰鑄鐵....................HT.........................HT100
蠕墨鑄鐵..................RuT........................RuT400
球墨鑄鐵..................QT.........................QT 400——17
黑心可鍛鑄鐵..............KHT........................KHT300-06
白心可鍛鑄鐵..............KBT........................KBT350-04
珠光體可鍛鑄鐵............KZT........................KZT450-06
耐磨鑄鐵..................MT.........................MT Cu1PTi-150
抗磨白口鑄鐵..............KmBT.......................KmBTMn5Mo2Cu
抗磨球墨鑄鐵..............KmQT.......................KmQTMn6
冷硬鑄鐵..................LT.........................LTCrMoR
耐蝕鑄鐵..................ST.........................STSi15R
耐蝕球墨鑄鐵..............SQT........................SQTAl15Si5
耐熱鑄鐵..................RT.........................RTCr2
耐熱球墨鑄鐵..............RQT........................RQTA16
牌号中代号後面的一組數字，表示抗拉強度值；有兩組數字時，第一組表示抗拉強度值，第二組表示延伸率值。兩組數字中間用“一”隔開。
合金元素用國際元素符号表示，含量大于或等于1%時，用整數表示：小于1%時一般不标注。常規元素（C、Si、Mn、S、p）一般不标注，有特殊作用時，才标注其元素符号及含量。
應用領域
球墨鑄鐵常用于生産受力複雜，強度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如汽車、拖拉機、内燃機等的曲軸、凸輪軸，還有通用機械的中壓閥門等。
中核華興已具備制造各種材質、規格型号的低、中水平放射性廢物貯運容器能力，可以滿足不同客戶的需求，産品在國内核電站得到廣泛應用。
也可用做高放射性物體儲藏運輸容器。
代表産品
奧氏體-貝氏體
20世紀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（國際上統稱ADI），這種材質的抗拉強度達1000MPa，因此它廣泛應用于齒輪以及各種結構件，與合金鋼相比，奧-貝球墨鑄鐵具有顯著的經濟效益和社會效益。
其餘産品
球墨鑄鐵井蓋
雙層組合式球墨鑄鐵井蓋，具體涉及井蓋技術領域，包括蓋框，所述蓋框底部設置有防護機構；所述防護機構包括穩固套框，所述穩固套框内部連接有橫向支撐杆，所述橫向支撐杆兩側均設置有固定支杆，所述固定支杆一側貫穿設置有連接支杆，所述連接支杆兩端分别連接有固定塊。本實用新型通過設置防護機構，穩固套框内部的連接支杆對橫向支撐杆起到穩固的作用，人員掉落到橫向彈力繩上，緩沖彈簧開始在緩沖塊上進行拉伸将緩沖力轉換成彈性勢能在緩慢進行釋放，起到雙重緩沖防護的作用，多重防護設施，更加不易使人員跌落井内，有效的避免人員跌落排水井内部造成人員損傷，安全性更好，實用性更好。
球墨鑄鐵管
雙效保溫球墨鑄鐵管，包括球墨鑄鐵管本體，在球墨鑄鐵管本體外壁上設置有與球墨鑄鐵管本體緊密結合的防腐塗層，在防腐塗層的外側設置有雙效保溫層，雙效保溫層至少包括一層塗覆保溫材和一層敷設保溫材，塗覆保溫材采用塗覆的方式設置在防腐塗層外圍，與防腐塗層緊密結合，塗覆保溫材的厚度不超過球墨鑄鐵管本體的厚度，敷設保溫材采用敷設的方式包裹在塗覆保溫材外圍，與塗覆保溫材粘接或不粘接，敷設保溫材厚度不小于塗覆保溫材的厚度。通過對球墨鑄鐵管外壁設置兩種不同性質的保溫材料以及對各配合功能層的結構進行優化，實現球墨鑄鐵管的雙效保溫，提高保溫材料壽命，降低維護成本，同時提高球墨鑄鐵管的整體使用性能。
未來方向
節能要求導緻基本上重新設計零件，以達到重量輕、效率高，這就必然要提醒設計者集中注意材料。球鐵正日益被認為能提供高的強度一重量特性，并且能以比較低的成本生産。當球鐵的噸位增加和市場滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達到了它的全部潛力。基于這一點，不生産球鐵的鑄鐵廠，建議很好地重新考慮這方面的可能性。
因此預料，随着代替灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和鑄銀件，能親眼看到球鐵生産噸位的持續增加。出版的刊物對于幫助造廠在這面的力是有利的，雖然計值會變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C後孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質量指标用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%，值得注意的是相對硬度反而降低3%。
