簡(jiǎn)介

鑄鐵是含碳量大于2.14%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及

球墨鑄件

其合金材料經(jīng)過(guò)高溫熔融和鑄造成型而得到，除Fe外，還含C、Si、Mn、S、P等五大元素及其它合金元素。

鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出，若析出的石墨呈條片狀時(shí)的鑄鐵叫灰口鑄鐵或灰鑄鐵、呈蠕蟲(chóng)狀時(shí)的鑄鐵叫蠕墨鑄鐵、呈團(tuán)絮狀時(shí)的鑄鐵叫白口鑄鐵或碼鐵、而呈球狀時(shí)的鑄鐵就叫球墨鑄件。

球狀石墨對(duì)金屬基體的割裂作用比其它形狀石墨小，能使鑄鐵的強(qiáng)度達(dá)到基體組織強(qiáng)度的70～90%，抗拉強(qiáng)度可達(dá)120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。

球墨鑄件除鐵外的化學(xué)成分通常為：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含錳、磷、硫總量不超過(guò)3.0%和適量的稀土、鎂等球化元素。

成分表

性能

球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門(mén)中得到應(yīng)用，這些部門(mén)要求高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴(yán)

球墨鑄件

重的熱和機(jī)械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等。為了滿(mǎn)足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號(hào)，提供了機(jī)械性能和物理性能的一個(gè)很寬的范圍。

如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO1083所規(guī)定的大多數(shù)球墨鑄鐵鑄件，主要是以非合金態(tài)生產(chǎn)的。顯然，這個(gè)范圍包括抗拉強(qiáng)度大于800牛頓/平方毫米，延伸率為2%的高強(qiáng)度牌號(hào)。另一個(gè)極端是高塑性牌號(hào)，其延伸率大于17%，而相應(yīng)的強(qiáng)度較低(最低為370牛頓/平方毫米）。強(qiáng)度和延伸率并不是設(shè)計(jì)者選擇材料的唯一根據(jù)，而其它決定性的重要性能還包括屈服強(qiáng)度、彈性模數(shù)、耐磨性和疲勞強(qiáng)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(duì)于設(shè)計(jì)者也許是關(guān)鍵的。為了滿(mǎn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2歷史

國(guó)內(nèi)

在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚

球墨鑄件

期的冶鐵遺址中出土的鐵?，而現(xiàn)代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國(guó)外研制成功的。我國(guó)古代的鑄鐵，在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里含硅量都偏低，也就是說(shuō)，在約2000年前的西漢時(shí)期，我國(guó)鐵器中的球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件經(jīng)柔化退火的方法得到。這是我國(guó)古代鑄鐵技術(shù)的重大成就，也是世界冶金史上的奇跡。

國(guó)外

球墨鑄件

1947年英國(guó)H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過(guò)共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開(kāi)始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

球狀石墨周?chē)?ldquo;牛眼狀”鐵素體

球墨鑄鐵管和水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材。中國(guó)已相繼建成幾個(gè)球墨鑄鐵管廠，且近幾年還將有幾個(gè)球墨鑄鐵管廠建成。2000年，中國(guó)年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達(dá)90萬(wàn)噸。此外，中國(guó)自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線已通過(guò)國(guó)家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上中國(guó)引進(jìn)的一條生產(chǎn)線，至2002年，中國(guó)年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達(dá)數(shù)萬(wàn)噸。

　　系統(tǒng)地測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學(xué)性能及其他性能，為設(shè)計(jì)人員提

供了有關(guān)數(shù)據(jù)。測(cè)定了稀土鎂球墨鑄鐵的比重、導(dǎo)熱性、電磁性等物理性能，結(jié)合金相標(biāo)準(zhǔn)研究了石墨和基體組織對(duì)球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測(cè)定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的各種性能。此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變性能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開(kāi)始用于指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)合球墨鑄鐵齒輪的應(yīng)用，還系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，以及球墨鑄鐵齒輪的點(diǎn)蝕、剝落機(jī)理等。

3發(fā)展前途

節(jié)能要求導(dǎo)致基本上重新設(shè)計(jì)零件，以達(dá)到重量輕、效率高，這

球墨鑄件

就必然要提醒設(shè)計(jì)者集中注意材料。球鐵正日益被認(rèn)為能提供高的強(qiáng)度一重量特性，并且能以比較低的成本生產(chǎn)。當(dāng)球鐵的噸位增加和市場(chǎng)滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達(dá)到了它的全部潛力。基于這一點(diǎn)，不生產(chǎn)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(yù)料，隨著代替灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產(chǎn)噸位的持續(xù)增加。出版的刊物對(duì)于幫助造廠在這面的力是有利的，雖然計(jì)值會(huì)變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質(zhì)量指標(biāo)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(duì)硬度反而降低3%。[1]

4特性范圍

為珠光體型球墨鑄鐵，具有中高等強(qiáng)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(diǎn)。能通過(guò)各種熱處理改變其性能。主要用于各種動(dòng)力機(jī)械曲軸、凸輪軸、連接軸、連桿、齒輪、離合器片、液壓缸體等零部件。

5應(yīng)用

1947年英國(guó)H. Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過(guò)共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A. P. Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開(kāi)始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

球墨鑄件

世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是由美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。

我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早，1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，2009年我國(guó)球墨鑄鐵年產(chǎn)量達(dá)870萬(wàn)噸，居世界第一位。適合我國(guó)國(guó)情的稀土鎂球化劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵等各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)和研究工作均達(dá)到了很高的技術(shù)水平。

球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度的塑韌性，其在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常快，產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)鑄鋼和可鍛鑄鐵，成為僅次于灰鑄鐵的鑄造合金材料。球墨鑄鐵中的石墨之所以成為球狀，主要是在鐵水中加入了能使石墨呈球狀的球化劑。用球墨鑄鐵鑄造技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高韌性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，非常符合汽車(chē)生產(chǎn)的要求，因此，球墨鑄鐵鑄造技術(shù)在汽車(chē)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車(chē)底盤(pán)零件已分別在我國(guó)第二汽車(chē)廠、南京汽車(chē)廠和第一汽車(chē)廠投入使用，這也標(biāo)志著我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)達(dá)到了較高水平。球墨鑄鐵通過(guò)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用已突顯出其優(yōu)越性，通過(guò)技術(shù)水平的不斷提高，相信在未來(lái)，球墨鑄鐵將會(huì)應(yīng)用于各大領(lǐng)域。

汽車(chē)方面

（1）鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車(chē)底盤(pán)

球墨鑄件曲軸模板

零件分別在我國(guó)第二汽車(chē)廠、南京汽車(chē)廠和第一汽車(chē)廠相繼投產(chǎn)。這標(biāo)志著我國(guó)鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)達(dá)到了較高水平。與之相適應(yīng)的包外脫硫、雙聯(lián)法熔煉、瞬時(shí)孕育、孕育塊技術(shù)以及音頻檢測(cè)和熱分析快速分析等技術(shù)的采用，則標(biāo)志著我國(guó)大量流水生產(chǎn)汽車(chē)鑄件的技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平的差距正在縮小。

冶金因素

（2）試驗(yàn)研究了大斷面（壁厚大于120mm）球墨鑄鐵的冶金因

素以及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝措施。采用適量的釔基重稀土復(fù)合球化劑、強(qiáng)制冷卻、順序凝固、延后孕育，必要時(shí)添加微量銻、鉍等可防止球墨鑄鐵件中心部位的石墨畸變和組織疏松等，現(xiàn)已成功地制作了38噸重的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，17.5噸重的柴油機(jī)體、截面為805mm的球墨鑄鐵軋輥等。

奧氏體-貝氏體

20世紀(jì)70年代初，幾乎同時(shí)中國(guó)、美國(guó)、芬蘭3個(gè)國(guó)家宣布研究成功了具有高強(qiáng)度、高韌性的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵（國(guó)際上統(tǒng)稱(chēng)ADI），這種材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa，因此它廣泛應(yīng)用于齒輪以及各種結(jié)構(gòu)件，與合金鋼相比，奧-貝球墨鑄鐵具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

型材

我國(guó)已相繼建成幾個(gè)球墨鑄鐵管廠，且近幾年還將有幾個(gè)球墨鑄鐵管廠建成。2000年，我國(guó)年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達(dá)90萬(wàn)噸。此外，我國(guó)自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線已通過(guò)國(guó)家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上我國(guó)引進(jìn)的一條生產(chǎn)線，至2002年，我國(guó)年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達(dá)數(shù)萬(wàn)噸。

稀土鎂

在高強(qiáng)度低合金球墨鑄鐵方面，除了對(duì)銅、鉬研究較多外，還對(duì)鎳、鈮等進(jìn)行了研究。在利用天然釩鈦生鐵制作釩鈦合金球墨鑄鐵方面，國(guó)內(nèi)一些單位進(jìn)行了大量、系統(tǒng)的工作。中錳球墨鑄鐵雖然在性能上不夠穩(wěn)定，但多年來(lái)的系統(tǒng)研究與生產(chǎn)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中硅球墨鑄鐵以外，系統(tǒng)研究了Si+Al總量對(duì)稀土鎂球墨鑄鐵抗生長(zhǎng)能力的影響。我國(guó)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(dāng)。

高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進(jìn)展，它在石油開(kāi)采機(jī)械、化工設(shè)備、工業(yè)用爐器件上均取得了成功的應(yīng)用。

在耐酸球墨鑄鐵方面，我國(guó)生產(chǎn)的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細(xì)小、均勻、致密，由此，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機(jī)械強(qiáng)度也有顯著改善。

稀土作用

稀土能使石墨球化。自從H. Morrogh最先使用鈰得到球墨鑄鐵以來(lái)，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發(fā)現(xiàn)鈰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。

結(jié)合國(guó)情，我國(guó)對(duì)稀土的球化作用進(jìn)行了大量研制工作，發(fā)現(xiàn)稀土元素對(duì)常用的球墨鑄鐵成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）來(lái)說(shuō)，很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨；而且，當(dāng)稀土量過(guò)高時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)各種變態(tài)形的石墨，白口傾向也增大，但是，如果是高碳過(guò)共晶成分（C>4.0wt%），稀土殘留量為0.12～0.15wt%時(shí)，可獲得良好的球狀石墨。

根據(jù)我國(guó)鐵質(zhì)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(dǎo)元素，稀土一方面可促進(jìn)石墨球化；另一方面克服硫以及雜質(zhì)元素的影響以保證球化也是必須的。

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)，加入0.01wt%（殘余量）的稀土，可以完全中和干擾，并可抑制變態(tài)石墨的產(chǎn)生。我國(guó)絕大部分的生鐵中含有鈦，有的生鐵中含鈦高達(dá)0.2～0.3wt%，但稀土鎂球化劑由于能使鐵中的稀土殘留量達(dá)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；若隨后加入0.01～0.05wt%Ce，則又恢復(fù)原來(lái)的球化狀態(tài)，這是由于Bi和Ce形成了穩(wěn)定的化合物。

稀土的形核作用。20世紀(jì)60年代以后的研究表明，含鈰的孕育劑可使鐵液在整個(gè)保持期中增加球數(shù)，使最終的組織中含有更多的石墨球和更小的白口傾向。經(jīng)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(shù)增多的原因可歸結(jié)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(lái)（存在于鐵液中的）不活化的晶核得以長(zhǎng)大，結(jié)果使鐵液中總的晶核數(shù)量增多。

制造步驟

（一）嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對(duì)原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，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(bǔ)償球化，孕育處理時(shí)鐵液溫度的損失

（三）進(jìn)行球化處理，即往鐵液中添加球化劑

（四）加入孕育劑進(jìn)行孕育處理

（五）球墨鑄鐵流動(dòng)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(tǒng)尺寸，合理應(yīng)用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則

（六）進(jìn)行熱處理

表示方法

各種鑄鐵代號(hào)，由表示該鑄鐵特征的漢語(yǔ)拼音字母的第一個(gè)大寫(xiě)正體字母組成。當(dāng)兩種鑄鐵名稱(chēng)的代號(hào)字母相同時(shí)，可在該大寫(xiě)正體字母后加小寫(xiě)正體字母來(lái)區(qū)別。同一名稱(chēng)鑄鐵，需要細(xì)分時(shí)，取其細(xì)分特點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)大寫(xiě)正體字母，排列在后面。

鑄鐵名稱(chēng)，代號(hào)及牌號(hào)表示方法

鑄鐵名稱(chēng)...............代號(hào)牌號(hào)..................表示方法實(shí)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

奧氏體鑄鐵................AT.........................----

...牌號(hào)中代號(hào)后面的一組數(shù)字，表示抗拉強(qiáng)度值；有兩組數(shù)字時(shí)，第一組表示抗拉強(qiáng)度值，第二組表示延伸率值。兩組數(shù)字中間用“一”隔開(kāi)。

合金元素用國(guó)際元素符號(hào)表示，含量大于或等于1%時(shí)，用整數(shù)表示：小于1 %時(shí)一般不標(biāo)注。常規(guī)元素（C、Si、Mn、S、p）一般不標(biāo)注，有特殊作用時(shí)，才標(biāo)注其元素符號(hào)及含量。

....白口鑄鐵：白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（Fe3c）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱(chēng)白口鑄鐵，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業(yè)應(yīng)用方面很少直接使用，只用于少數(shù)要求耐磨而不受沖擊的制件，如拔絲模、球磨機(jī)鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料。

....灰口鑄鐵；鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡(jiǎn)單，成本低、廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件和耐磨件。

灰口鑄鐵按基體組織不同，分為鐵素體基灰口鑄鐵、珠光體--鐵素體基灰口鑄鐵和珠光體基灰口鑄鐵三類(lèi)。

由于灰口鑄鐵內(nèi)存在片狀石墨，而石墨是一種密度小，強(qiáng)度低、硬度低、塑性和韌性趨于零的組分。它的存在如同在鋼的基體上存在大量小缺口，即減少承載面積，又增加裂紋源，所以灰口鑄鐵強(qiáng)度低、韌性差，不能進(jìn)行壓力加工。為改善其性能，在澆注前在鐵水中加入一下量的硅鐵，硅鈣等孕育劑，使珠光體基體細(xì)化，

....可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是用碳、硅含量較低的鐵碳合金鑄成白口鑄鐵坯件，再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫退火處理，使?jié)B碳體分解出團(tuán)絮狀石墨而成，即可鍛鐵是一種經(jīng)過(guò)石墨化處理的白口鑄鐵。

可鍛鑄鐵按熱處理后顯微組織不同分兩類(lèi)；一類(lèi)是黑心可鍛鑄鐵和珠光可鍛鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵組織主要是鐵素體（F）基本+團(tuán)絮狀石墨；珠光體可鍛鑄鐵組織主要是珠光體（P）基體+團(tuán)絮狀石墨。另一類(lèi)是白心可鍛鑄鐵，白心可鍛鑄鐵組織決定于斷面尺寸，小斷面的以鐵素體為基體，大斷面的表面區(qū)域?yàn)殍F素體、心部為珠光體和退火碳。

石墨變細(xì)小而均勻分布，經(jīng)過(guò)這種孕育處理的鑄鐵。稱(chēng)為孕育鑄鐵。

....球墨鑄鐵：在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）使鑄鐵中石墨球化。由于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對(duì)基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛替代可鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車(chē)后橋等。

6生產(chǎn)應(yīng)用

球墨鑄件由於其糊狀凝固的特徵決定所生產(chǎn)的鑄鐵由於補(bǔ)縮不良經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，為了能在鑄件生產(chǎn)以前預(yù)測(cè)這些缺陷情況，早在印年代國(guó)內(nèi)外就開(kāi)展了鑄造過(guò)程數(shù)值類(lèi)比。鑄造過(guò)程數(shù)值類(lèi)比是使用數(shù)值類(lèi)比技術(shù)，在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境下類(lèi)比實(shí)際鑄件形成過(guò)程，包括金屬液體的充型過(guò)程、冷卻凝固過(guò)程、應(yīng)力形成過(guò)程、判斷成型過(guò)程中主要原素的影響程度，預(yù)測(cè)組織、性能和可能出現(xiàn)的缺陷，為優(yōu)化工藝減少?gòu)U品提供依據(jù)。

1962年丹麥的Forsund第一個(gè)采用電子計(jì)算機(jī)類(lèi)比鑄件的凝固過(guò)程，此后美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、法蘭西等相繼開(kāi)展了這方面的研究。我國(guó)于70年代末開(kāi)始，大連理工大學(xué)、沈陽(yáng)鑄造研究所率先在我國(guó)開(kāi)展了這一技術(shù)的研究，并分別于1980年發(fā)表了研究報(bào)告（郭可韌等，大型鑄件凝固過(guò)程的數(shù)字類(lèi)比，大連工學(xué)院學(xué)報(bào)，1980（2）1─16；沈陽(yáng)鑄造研究所，鑄件凝固熱場(chǎng)電子計(jì)算機(jī)類(lèi)比，鑄造，1980（1）14─22，此后在我國(guó)高等院校投入大量人力開(kāi)展了這項(xiàng)研究。

在“六五”、“七五”期間國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目中部有計(jì)算機(jī)在鑄造中應(yīng)用的攻關(guān)項(xiàng)目，“六五”的項(xiàng)目為“大型鑄鋼件凝固控制”、“七五”項(xiàng)目為“大型鑄鋼件鑄造工藝CAD”，組織產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，大大推展了此項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，清華大學(xué)、華中理工大學(xué)已分別能提供FT─Star和華鑄CAE─Inte 4.0商品化學(xué)的軟體并在三明重型機(jī)器有限公司等單位應(yīng)用，獲得了良好的效果。

計(jì)算機(jī)數(shù)值類(lèi)比由前處理、中間計(jì)算和后處理三部分組成，包括幾何模型的建立，格點(diǎn)劃分，求解條件（初始條件和邊界條件）的確定，數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的處理及圖形顯示。其所用的數(shù)值類(lèi)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(guò)程數(shù)值類(lèi)比，主要進(jìn)行鑄造過(guò)程的傳熱分析。包括數(shù)值計(jì)算方法的選擇，潛熱處理、縮孔縮撿預(yù)測(cè)判別，鑄件、鑄型界面?zhèn)鳠釂?wèn)題處理。

（2）流動(dòng)場(chǎng)數(shù)值類(lèi)比，涉及動(dòng)量、能量與質(zhì)量傳遞，其難度較大。使用的數(shù)值求解技術(shù)有MAC 法、SAMC法，SOLA─AOF法以及SOLA一─MAC法。

（3）鑄造應(yīng)力類(lèi)比，此項(xiàng)研究開(kāi)展較晚，主要進(jìn)行彈塑性狀態(tài)應(yīng)力分祈，目前有Heyn模型，彈塑性模型，Perzyna模型，統(tǒng)一內(nèi)變量模型等。

（4）組織類(lèi)比，尚處起步階段。分巨視、中觀和微視類(lèi)比。能計(jì)算形核數(shù)，分析初晶類(lèi)型，枝晶生長(zhǎng)速度，類(lèi)比組織轉(zhuǎn)變，預(yù)測(cè)機(jī)械性能。目前有確定性模型，Monte、Cellular、Automaton等統(tǒng)計(jì)法模型、相場(chǎng)模型等。

計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用是迅速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，鑄造作為重要的工業(yè)領(lǐng)域之一，理應(yīng)加強(qiáng)投入。研究開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)在鑄造研究及生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，徹底改變過(guò)去那種“睜眼型式，閉眼澆注”的狀態(tài)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也必將會(huì)促進(jìn)球墨鑄鐵的應(yīng)用和發(fā)展。

7歷史爭(zhēng)論

在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵?，水平。而現(xiàn)代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才研制成功的。中國(guó)古代的鑄鐵，在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里含硅量都偏低，在約2000年前的西漢時(shí)期，中國(guó)鐵器中的球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件經(jīng)柔化退火的方法得到。這是中國(guó)古代鑄鐵技術(shù)的重大成就，也是世界冶金史上的奇跡。

球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，在使用中有時(shí)可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機(jī)械制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)際冶金行業(yè)過(guò)去一直認(rèn)為球墨鑄鐵是英國(guó)人于1947年發(fā)明的。西方某些學(xué)者甚至聲稱(chēng)，沒(méi)有現(xiàn)代科技手段，發(fā)明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，中國(guó)球鐵專(zhuān)家采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對(duì)出土的513件古漢魏鐵器進(jìn)行研究，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)斷定漢代中國(guó)就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有關(guān)論文在第18屆世界科技史大會(huì)上宣讀，轟動(dòng)了國(guó)際鑄造界和科技史界。國(guó)際冶金史專(zhuān)家于1987年對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證后認(rèn)為：古代中國(guó)已經(jīng)摸索到了用鑄鐵柔化術(shù)制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對(duì)世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。

8氣孔缺陷

球墨鑄鐵件的生產(chǎn)過(guò)程中，在熱處理、拋丸清理后或機(jī)加工時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些直徑大約為0.5-3mm，形狀為球形、橢圓狀或針孔狀內(nèi)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(duì)阻礙析出氣體和入侵氣體的排出有一定影響，這些氣體滯留于皮下就會(huì)形成氣孔。另外，球墨鑄鐵糊狀凝固特點(diǎn)使氣體通道較早被堵塞，也會(huì)促進(jìn)皮下氣孔缺陷的形成。