球墨铸铁自1947年问世以来，大体经历了十年的过程，便以一种新型工业金属材料投入生产，并得到了迅猛发展。机械制造、交通、冶金、矿山、纺织、化工、电力以及原子能等制造行业的大批锻钢件、铸钢件和可锻铸铁件被球墨铸铁所取代，而且有待开拓的领域很多。由于球墨铸铁的发展历史较短，球铁的理论尚不完善。为了加深学生对球铁理论及生产工艺的理解和掌握，特开设《球铁生产综合实验》课，包括球铁型砂、芯砂混制及造型工艺操作、球墨铸铁的熔制、球墨铸铁的金相组织观察、球墨铸铁的热处理、球墨铸铁力学性能、球墨铸铁生产综合分析六个实验。通过实验不仅可使学生掌握球墨铸铁生产的全过程、加深对球化理论的理解，而且可大大提高学生综合分析和解决实际问题的能力。 实验一 球铁型砂、芯砂混制及造型工艺操作
一、实验目的
1、了解球铁型砂、芯砂的配料成分。
2、了解球铁型砂和芯砂的混制及造型工艺的操作方法。
3、掌握球铁型砂中水分对质量的影响规律。
二、实验内容
1、型砂、芯砂配料成分的选择，分析型砂中水分对铸件质量的影响
2、型砂、芯砂的混制。
3、型砂、芯砂的造型工艺操作。
4、完成实验报告。
三、实验内容说明
球墨铸铁铁件的型砂,基本与普通灰墨铁件相同,但球墨铸铁铁件凝固时,其外型容意胀大而引起内部缩松,所以要求铸型有较高的坚实度。因而在采用温型铸造时,应尽量提高型砂温压强度。此外应尽量压低水份含量，以减少高温时的型壁迁异和防止铸造缺陷。型砂水份越高,铸型型壁在高温时迁移量越大,也比较容易产生皮下气孔。对于大型铸件,还应使型砂具有较高的耐热强度，可以往型砂中加入石墨粉等耐热材料。其余如型砂透气性等指标,与灰
铸铁型砂相同。
本实验将考察型砂水分对铸件质量的影响规律。由于球化处理，使球墨铸铁的铁水中含有球化元素Mg，它将与型砂中的水发生如下反应： Mg + H2O = Mg O + 2[H]
H溶入铁水，形成皮下气孔。为此应加入煤粉，煤粉中的碳与空气中的氧发生如下反应：
C+O2 = CO
结果在铸型表面形成一层气化膜，阻止了水与铁水的接触，防止了Mg与H2O的反应，从而可减轻皮下气孔。
三、实验用设备仪器及材料
混砂机，型砂，粘土，澎润土，水，煤粉，砂箱，炉前三角试块模具、冲击试块模具。
四、 实验方法及步骤
1、实验前预习实验指导书。
2、按表1-1的配方，称取型砂，粘土，澎润土，水，煤粉以备混砂用。
3、用碾轮混砂机混制型砂。
4、造型操作：将炉前三角试块、冲击试块造型模具放如砂箱，将混好型砂放入砂箱中，用砂舂子捣制型砂，注意捣制的力度，保持型砂具有较高的紧实度。
5、在随后的浇注实验中，浇注冲击试块，在砂轮机上磨去表皮，观察皮下气孔的情况。
表1-1 型砂的配比
组 别 | 原砂 | 粘 土 | 煤粉 | 水 | 旧砂 |
第一组 | 5~10% | 5% | 1.0~1.5% | 4% | 其余 |
第二组 | 5~10% | 5% | 1.0~1.5% | 7% | 其余 |
第三组 | 5~10% | 5% | 1.0~1.5% | 10% | 其余 |
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五、实验报告要求
1、根据实验结果，确定型砂的最佳配方。
2、写出型砂的混制工艺及造型工艺操作过程。
3、分析水分对皮下气孔的影响，说明原因。
实验二 球墨铸铁的熔制
一、实验目的
1、掌握球墨铸铁化学成分、球化剂和孕育剂加入量的选择原则。 2、掌握熔炼球墨铸铁时的配料计算方法。
3、掌握球化、孕育等炉前处理的方法和注意事项。
4、掌握球墨铸铁炉前质量鉴定方法。
二、实验内容
1、确定球铁的化学成分及炉前处理工艺；
2、配料计算；
3、铁水熔化及球化、孕育处理；
4、浇注铸件。
5、铸铁炉前质量鉴定。
三、实验用设备仪器及材料
高频感应电炉，箱式高温电炉，测温仪表，铸造生铁，废钢，球化剂，孕育剂，覆盖剂，铁水浇包，三角试块和冲击试块的铸型。
四、实验方法及步骤
1、确定球铁的牌号及成分
实验前由指导教师指定划分球铁牌号，确定工艺规程，同学在实验前预习和掌握球铁有关章节。选择四种牌号的球铁进行熔炼，其化学成分见表2-1。学生分成四组，每组分给一个牌号。
表2-1 各牌号球铁化学成分
牌号 | 成 分（迷魂阵捕鱼%） |
C | Si | Mn | P | S | Re | Mg |
QT400-18 | 3．5—3．7 | 2．8—3．2 | < 0．5 | < 0．1 | < 0.03 | 0．02—0．04 | 0．03—0．05 |
QT500—7 | 3．5—3．6 | 2．4—2．8 | 0．5—0．8 | < 0.1 | < 0.03 | 0．02—0．04 | 0．03—0．05 |
QT120—1 | 3．3—3．6 | 2．8—3．1 | < 0．5 | < 0.1 | < 0.03 | 0．02—0．04． | 0．03—0．05 |
QT800—2 | 3．5—3．6 | 2—2．5 | < 0．5 | < 0.1 | t恤制作< 0.03 | 1． 025 —0。04 | 0．03—0．05 |
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2、确定炉前处理工艺
炉前处理工艺包括球化处理工艺和孕育处理工艺。包括球化剂和孕育剂的种类、加入量、
处理温度、加入方法等。本实验稀土镁合金合金球化剂，采用冲入法进行处理时用量根据硫量、铁液温度及铸件壁厚大致为处理铁液质量的1.3~1.8%，本实验四种牌号的球铁正常加入1.5%。为了考察球化不良的影响，选定一个牌号调整球化剂的加入量，具体方案见表2-2所示。孕育剂采用75#Si-Fe，孕育处理工艺见表2-2。
表2-2 球化、孕育处理工艺方案
编号 | 牌号 | 球化处理工艺 | 孕育处理工艺 |
球化剂加入量（%） | 球化处理温度 （℃） | 包底一次孕育（%） | 瞬时孕育（%） | 孕育总量（%） |
手持式按摩器1 | QT400-18 | 1.5 | 1500 | 1.3 | 0.2 | 1.5 | bbzs
2 | QT400-18 | 1.0 | 1500 | 1.3 | 0.2 | 1.5 |
3 | QT400-18 | 0.6 | 1500 | 划线仪1.3 | 0.2 | 1.5 |
4 | QT500—7 | 1.5 | 1500 | 0.9 | 0.1 | 1.0 |
5 | QT800—2 | 1.5 | 1500 | 0.9 | 0.1 | 1.0 |
6 | 内衣消毒柜QT120—1 | 1.5 | 1500 | 0.9 | 0.1 | 1.0 |
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3、配料计算
学生根据所分得的牌号和前面定的炉前处理工艺，按选定生铁、废钢、球化剂、孕育剂的成分进行配料计算。
4、备料及熔化现场准备
先将球化剂、孕育剂粉碎成合适的粒度，根据铁水量确定。然后学生按计算好的配料单，称取生铁、废钢、球化剂、孕育剂，注意写好编号，防止混料。
5、熔化
生铁、废钢加入炉中进行熔化。
6、炉前处理
在铁水熔化的同时将铁水包放入箱式高温电炉中烘烤，烘烤温度为200~300℃。铁水出炉前，取出铁水包，先加入球化剂，再包底孕育剂，最后加入覆盖剂。铁水到温后，停电，铁水冲入铁水包，待反应结束后，扒渣，加入瞬时孕育剂，进行搅拌。
7、浇注、打箱和铸件清理
炉前处理结束后，浇注三角试样、冲击试样。选择一炉铁水，浇注完上述试样后，剩余铁水倒回炉中，保温一定时间后，再浇注冲击试样，用以考察球化衰退。
对编号1、2、3的铁水浇注除三角试样、冲击试样，浇注硫印试样，用以考察球化剂加入量对夹杂物的影响。
8、炉前检验
利用三角试片、光谱进行球化质量的快速判断。
六、实验报告要求
1、写出配料全过程。
2、叙述球化处理、孕育处理及炉前检验过程记录。
3、分析球化不良的影响。
实验三 球墨铸铁的热处理
一、实验目的
通过球铁的热处理实验,使学生了解和掌握:不同热处理工艺,可得到不同的机械性能.
二、实验内容
1、 球铁的退火。
2、 球铁的正火。
3、 球铁的淬火。
4、 球铁的等温淬火。
三、实验用设备仪器及材料
箱式高温电炉，测温仪表。
四、实验原理
球铁常用的热处理工艺曲线如图3-1所示。
1、退火
退火包括两种。铸态组织中无游离渗碳体时，可进行低温退火，退火时珠光体中的共析渗碳体分解，以便获得铁素体基体。铸态组织有游离渗碳体时，进行高温退火，退火时游离渗碳体分解。
2、正火
正火的目的是提高基体组织中的珠光体量，提高机械性能和耐磨性，有时还用来消除白口组织，同时获得珠光体基体。
3、淬火
球铁淬火的目的是得到马氏体组织，淬火后的基体组织为马氏体和少量的残余奥氏体，组织很不稳定，内应力很大，脆性大。因此淬火后，必须回火处理。
4、等温淬火
球墨铸铁等温淬火的目的是获得贝氏体组织或奥氏体加贝氏体组织，提高的综合机械性能，获得很高的抗拉强度和冲击值。
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