现代球墨铸铁的诞生、应用及发展趋势

HEATS · 发表于 2010-9-12 16:49:36

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　　钢铁的应用使人类文明进入了铁器时代。球墨铸铁的诞生，是继人类发明炼钢技术之后，在黑色金属应用技术方面又一次大的技术创新，是20世纪材料科学最重大的技术进展之一。

　　我国古代工匠早在2000年前就已制造出具有球状石墨的铸铁，分析表明上述铸铁件不含镁或稀土元素，是采用高纯木炭生铁熔剂，在金属型中浇注，经热处理后制成。但由于这种工艺难于大量生产，因而这种古代球铁的独特技艺没有流传至今。现代球墨铸铁采用向铁液中添加球化剂的方法使其在铸态下析出球状石墨，使得球墨铸铁真正登上了工业应用的舞台。

　　一、现代球墨铸铁的诞生

　　1.青年麦里斯的创新促成现代球铁的诞生

　　最新公布的资料表明，现代球铁是美国国际镍公司(INCO)青年科研人员麦里斯(K.D.Millis)首先研究成功的。1942年2月13日麦里斯等熔化了几组镍硬铸铁，意外地发现加镁的镍硬铸铁比加铬的标准镍硬铸铁明显提高了韧性，含硫量明显下降。1943年4月12日麦里斯等在含C3.6%，Si2%,Mn0.75%,S0.06%,Ni2%的铁液中添加含Mg20%的镍镁合金，添加量0.05%，0.3%，0.4%，0.5%。然后添加硅铁孕育剂。浇注试块切取抗拉试样和金相试样，发现析出完整的球墨，力学性能十分优异，这次试验标志着球铁的正式研究成功。此后INCO在保密状态下进行了五年系统的中间试验。

　　2.莫勒论文的发表推进现代球铁技术的公布及应用

　　经过五年深入系统的试验后，INCO公司分别于1947年3月22日在英国，1947年11月21日在美国申请了加镁球铁专利。但是直到1949年1月25日英国铸铁研究所的莫勒(Hento Morrgh)在美国申请加铈球铁专利以后，美国专利局才对INCO公司的专利进行实质性审查，并于1949年10月25日批准授予加镁球铁专利权。接着又于当年11月15日批准授予莫勒的加铈球铁专利权，INCO公司立即购买了后一项专利。

　　莫勒的研究工作与论文的及时发表推进了现代球铁技术的公开及工业应用的进程。1948年6月14日在纽约Jamestown可锻铸铁公司首次采用INCO技术，浇注了1300lb 66in阶梯试块和一批铸件，为福特汽车公司可否用于制造曲轴提供技术评价，从此拉开了球墨铸铁工业生产的序幕。

　　3. INCO早期的球墨铸铁推广工作

　　1948年12月20日INCO与Cooper-Bessemer公司签订了第一个技术转让合同。采用含Mg16.9%,Ni80.5%,其余为Fe的球化剂用漏斗随流加入2.4%，处理铁液3500lb，用75%Si-Fe孕育，转包冲入，浇注柴油机缸体缸套。第二家是Hynchburg铸造厂用于制造球墨铸铁管。1949年美国制订了ASTM球墨铸铁标准并由麻省理工学院泰勒教授主持召开了球墨铸铁学术会议，促进了推广应用。不久，福特汽车曲轴全部用球墨铸铁，通用汽车公司也大量投产。总产量逐年增长，到1966年专利失效为止，INCO共向全世界31个国家的651家企业转让此项技术，共生产2，074，868t铸件。麦里斯全身心贯注于此项事业，他于1992年逝世后，美国球墨铸铁协会设立麦里斯奖学金以鼓励创造性的冶金学新秀。

　　二、现代球铁在我国的早期研究和应用

　　1.我国球铁的早期研究工作——镁系球化剂及其处理工艺

　　我国球铁的研究工作始于1950年，最先是由中国科学院上海冶金陶瓷所和清华大学王遵明教授分别在上海、抚顺两地进行。由于我国缺镍，未采用INCO的镍镁球化剂，而是采用铜镁合金冲入法研制成功球铁。

　　1952年，更多的单位开始研究用纯镁代替铜镁合金，采用钟罩压入法处理球铁；1953年我国又掌握了补加铁水的方法，以弥补钟罩压入法铁水温降大的缺点。大部分工厂采用钟罩压入法一直到1957年左右，这种方法耗镁量高(一般占铁水量的0.5%～1.0%)，同时球化不够稳定，劳动条件差。1957～1958年间，铸铁研究室(1957年由清华大学与一机部机械院等有关单位组成的合作研究机构)、大连造船厂、天津拖拉机厂、上海区球铁曲轴研究小组(由上海交大等单位组成)等单位先后试验成功压力加镁和灭容加镁的方法，并在生产中正式采用。至此，镁系球化剂及其处理工艺经过八年的不断研究和应用，基本成熟和完善了。

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