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概述

球墨井蓋是球墨鑄鐵產(chǎn)品的一種，球墨鑄鐵通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂"以鐵代鋼"，主要指球墨鑄鐵。

球墨鑄鐵井蓋一般分為圓形和方形，在市區(qū)的路政方面，一般采用圓形，因?yàn)?圓形的井蓋不易傾斜，能夠較好的保護(hù)好行人和車輛的安全。使用圓形，主要是考慮到圓形的井蓋通過其圓心的每條直徑長度都是一樣的，這樣如果井蓋被經(jīng)過的車輛軋起時(shí)，因?yàn)椴徽撊绾诬埰?，其直徑都會比下面的井口略寬，井蓋不會掉到井口里去。

而如果采用方形，因?yàn)榉叫蔚膶蔷€明顯長于其每條邊長，這樣的井蓋被軋起時(shí)，很容易沿井口的對角線方向掉進(jìn)井中，造成安全隱患。如果井口做成圓形或明顯小于井蓋，方形的井蓋就不會掉進(jìn)井中。這里就牽涉到一個(gè)材料的 利用和節(jié)約的問題。井口的使用取決于井口的大小，如果非要在上面安裝個(gè)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于井口的方形井蓋，那么材料的利用和實(shí)用價(jià)值自然沒有直接使用圓形的井蓋更有效，既節(jié)約井蓋的材料，也保證了井口的安全。

而在鄉(xiāng)下和電纜井利用的，一般采用方形，這樣可以更好地預(yù)防雨水等液體的進(jìn)入。

成分

生鐵是含碳量大于2的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般在2.5--4，并含C、SI、Mn、S、P等元素，是 用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。

析出的石墨呈球形的鑄鐵。球狀石墨對金屬基體的割裂作用比片狀石墨小，使鑄鐵的強(qiáng)度達(dá)到基體組織強(qiáng)度的7090，抗拉強(qiáng)度可達(dá)120kgf/mm2，并且具有良好的韌性。球墨鑄鐵除鐵外的化學(xué)成分通常為:含碳量3.63.8，含硅量2.03.0，含錳、磷、硫總量不超過1.5和適量的稀土、鎂等球化劑。

性能

球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門中得到應(yīng)用，這些部門要求高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴(yán) 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。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號，提供了機(jī)械性能和吻理性能的一個(gè)很寬的范圍。

如國際標(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/毫米，延伸率為2的高強(qiáng)度牌號.球墨鑄鐵井蓋通用的材質(zhì)為QT500-7，布氏硬度在170-230HB。另一個(gè)極端是高塑性牌號，其延伸率大于17，而相應(yīng)的強(qiáng)度較低( 為370牛頓/毫米勺。強(qiáng)度和延伸率并不是設(shè)計(jì)者選擇材料的 根，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。另外，耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對于設(shè)計(jì)者也許是關(guān)鍵的。為了滿足這些特殊使用，研制了一組奧氏體球鐵，通常叫傲Ni一Resis亡球鐵。這些奧氏體球鐵，主要用鋅、鉻和錳合金化，并且列入國際標(biāo)準(zhǔn)。

制作流程

(一)嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對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

生產(chǎn)歷史

國內(nèi)

在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵?，經(jīng)過金相檢驗(yàn)，具有放射狀的球狀石墨， 球化率相當(dāng)于現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)一級水平。而現(xiàn)代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國外研制成功的。我國古代的鑄鐵，在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)期里含硅量都偏低，也就是說，在約2000年前的西漢時(shí)期，我國鐵器中的球狀石墨，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。國際冶金行業(yè)過去一直認(rèn)為球墨鑄鐵是英國人于1947年發(fā)明的。西方某些學(xué)者甚至聲稱，沒有現(xiàn)代科技手段，發(fā)明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，我國球鐵專家采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對出土的513件古漢魏鐵器進(jìn)行研究，通過大量的數(shù)據(jù)斷定漢代我國就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有關(guān)論文在第18屆世界科技史大會上宣讀，轟動了國際鑄造界和科技史界。國際冶金史專家于1987年對此進(jìn)行驗(yàn)證后認(rèn)為:古代中國已經(jīng)摸索到了用鑄鐵柔化術(shù)制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對世界冶金史作

重新分期劃代具有重要意義。

國外

1947年英國H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過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，球墨鑄鐵開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年世界球墨鑄鐵產(chǎn)量只有5萬噸，1960年為53.5萬噸，1970年增長到500萬噸，1980 年為760萬噸，1990年達(dá)到915萬噸。2000年達(dá)到1500萬噸。球墨鑄鐵的生產(chǎn)發(fā)展速度在工業(yè)發(fā)達(dá)國家特別快。世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75是由美國、日本、德國、意大利、英國、法國六國生產(chǎn)的。 中國球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早，1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，中國的球墨鑄鐵年產(chǎn)量達(dá)230萬噸，位于美國、日本之后，居世界第三位。適合中國國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。

應(yīng)用

(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底盤零件分別在我國 汽車廠、南京汽車廠和 汽車廠相繼投產(chǎn)。這標(biāo)志著中國鑄態(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)以及音頻檢測和熱分析快速分析等技術(shù)的采用，則標(biāo)志著中國大量流水生產(chǎn)汽車鑄件的技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平的差距正在縮小。

(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 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。

(3)奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)70年代初，幾乎同時(shí)中國、美國、芬蘭3個(gè)國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(國際上統(tǒng)稱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)效益和社會效益。

(4)球墨鑄鐵管和水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材。中國已相繼建成幾個(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，中國年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達(dá)90萬噸。此外，中國自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線已通過國家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上中國引進(jìn)的

一條生產(chǎn)線，至2002年，中國年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達(dá)數(shù)萬噸。

(5)系統(tǒng)地測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球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動態(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。 (6)稀土鎂球墨鑄鐵。在高強(qiáng)度低合金球墨鑄鐵方面，除了對銅、鉬研究較多外，還對鎳、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，中國國內(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，在系統(tǒng)研究與生產(chǎn)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

球墨井蓋主要應(yīng)用領(lǐng)域:市政道路，高速公路，通信，電力，自來水，小區(qū)，學(xué)校等各種園區(qū)。