磷化处理是将金属表面(主要是钢铁和锌)通过化学反应生成一层非金属的、不导电的多孔磷酸盐薄膜。下面是我为大家精心推荐的金属表面磷化技术论文，希望能够对您有所帮助。
金属表面磷化技术论文篇一
金属表面漆前磷化处理工艺问题
[摘 要]主要研究了金属表面漆前锌盐磷化处理工艺，通过实验确定了适宜配方和工艺条件.实验结果表明，该工艺与普通锌系磷化处理工艺相比，具有磷化膜的耐腐蚀性好，磷化温度低，磷化时间短，耐冲击性和均匀性好等特点。
[关键词]金属;磷化处理工艺;磷化膜
中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2016)17-0063-02
磷化处理是将金属表面(主要是钢铁和锌)通过化学反应生成一层非金属的、不导电的多孔磷酸盐薄膜。磷化处理工艺在工业上使用广泛，主要用作油漆涂层的基底。
目前国内外研究和利用较多的是中、高温磷化。但因其能耗大，处理工艺时间长，沉渣多而不利于现代化生产。为了提高磷化液的质量，降低能耗成本，磷化工艺已向低温、少渣、优质的方向发展，成为当前研究中的潮流 。本文主要研究了低温锌、锰系磷化，并确定了最佳配方和工艺条件。
1 实验部分
1.1 试验药品
氧化锌、碳酸锰、碳酸钠、硝酸(65%)、磷酸(85cA、)、亚硝酸钠、硝酸镍、硫酸铜(均为分析纯)。
1.2 磷化液的配制
将ZnO、MnCO3、NaCO3用水溶解调成糊状.将H3PO4和HNO3，混合在一起.将上述两部分液体慢慢混合，搅拌反应完全.反应完全后得无色透明溶液，因反应放热，操作时要特别注意安全.待反应完全后加人硝酸镍，搅拌至全部溶解.静置熟化1 h以上，备用.若配制工作液需将上述磷化液稀释20倍，加入适量促进剂，用NaCO3调整酸度至工艺范围，搅拌均匀，化验分析备用.
1.3 磷化膜性能测定
1.3.1 目测法外观检验
采用目测法外观检验是现场评价磷化膜质量的最简单而有效的手段，一般检验项目有：晶体粒度、均匀性、色调、光泽、斑点、粉化情况等，可进行大体上的判断.
1.3.2 微观结构显微镜法
用电子显微镜将磷化膜放大100～1 000倍，观察结晶形状、尺寸大小及排布情况.结晶尺寸小些为好，一般控制在几十微米以下，排布越均匀，孔隙率越小越好 .
1.3.3 腐蚀性能测定法
最常用的是硫酸铜点滴实验法.在室温(15～25 。C)下，在未浸油的磷化零件表面上滴一滴3%硫酸铜溶液，同时启动秒表，30s后不出现玫瑰红班为合格.
2 结果及讨论
2.1 主要成分的作用与影响
2.1.1 磷酸二氢锌
配制磷化液时碳酸锰用量为12 g/L，碳酸钠用量为18 g/L，硝酸(65%)用量为135 g/L，磷酸(85%)用量为210g/L，亚硝酸钠0.4 g/L，硝酸镍18 g/L，反应温度为40℃，磷化时间3 min，磷酸二氢锌是主要的成膜物质，可由氧化锌与磷酸反应制取.随着磷酸二氢锌用量的增加，磷化膜的耐腐蚀性提高;达到一定量时，磷化膜的耐腐蚀性随磷酸二氢钠用量的增加反而下降.这是因为磷酸二氢锌主要起调节总酸度的作用，含量过高时，成膜速度快，膜层粗糙、疏松、附着力差，表面有浮灰;含量过低时，溶液成分变化快，调整困难，且磷化能力较弱，甚至膜薄不成膜，进而导致磷化膜的耐腐蚀性下降.通过实验确定氧化锌最佳用量为80一90g/L。
2.1.2 氧化促进剂
其他反应条件同2.1.1，氧化锌为85 g/L，一般常温低温型磷化采用NO3-/NO2-、NO3-/ClO3-/NO2-;氧化促进剂体系较好，不仅成膜速度快，磷化膜形成结晶细密，促进剂主体NO2-;测定非常方便，所以槽液管理简单，不易出现问题.对NO3-/ClO3-;有机硝基物促进剂体系，它虽不需要经常补加，但由于主促进剂ClO2-;、有机硝基物的测定比较复杂，在实际应用中当出现促进剂过量或不足时槽液会变成深棕色，使总酸度、游离酸度的化验带来不便.本实验促进剂主要成分为NO3-/NO2-体系.这种促进剂体系效果较好，成膜速度快，且结晶细致.但促进剂用量一定要控制在规定的范围内，含量过低会使磷化膜表面不均，含量过高又会使Fe+2聚集过多，磷化膜易生黄色锈迹.通过实验确定硝酸最佳用量为130～140 g/L。
2.1.3 磷化液中镍离子和锰离子的影响
其他反应条件同2.1.1，氧化锌为85 L，调整硝酸镍和碳酸锰的用量，实验结果如图1～2。
镍是比锌电位高的二价金属，能参与成膜，部分地置换出磷化膜中的铁离子形成新的结晶活性中心，能促进成膜，细化晶粒，增强膜层结合力，降低了磷化温度，缩短了磷化时间.镍盐的加入量太少无作用，加入最大，没有不利影响，但会增加磷化液的成本;锰离子参与成膜，可提高磷化膜的硬度、耐腐蚀性和结合力，降低磷化处理温度、提高反应速度、降低膜厚使磷化膜颜色加深，并带有金属光泽，还可降低昂贵的金属镍的用量.通过实验确定硝酸镍的用量为1O一20 g/L，碳酸锰的用量为l0一l5 g/L。
2.2 磷化工艺的影响
2.2.1 温度的影响
其他反应条件同2.1.1，改变反应温度，实验结果见图4。
温度适当升高，虽然能激活能垒低的点也能成为结晶“活性中心”，使晶核数目增多，结晶速率加快.但温度过高，Fe+2大量产生，生成大量沉渣，造成成分不稳定，消耗磷化液，使工件表面有挂灰现或不能生成膜层，易返黄，耐蚀性差，所以磷化时间随温度而定.将磷化温度控制在35―45℃之间，既能保证适当的磷化速度和膜层质量，还能减少沉渣产生，稳定槽液稳定性也差表2氧化锌对磷化膜性能的影响，且磷化膜层粗大耐蚀性差，同时槽液的稳定性也差;温度低，磷化速度减慢，膜层不连续。
2.2.2 酸度的影响
磷化工艺中控制槽液的PH值比控制酸度比更合适。因为无论磷化液是由H3PO4或磷酸盐配制， 它们在水溶液中都同时存在着多步离解平衡：
因为磷化体系中/=K2(25℃，K2=0.013)， 将(2)、(3)式代入到平衡常数K2的表达式中整理得到：
C总=5.7×10-5( +7.6 ×10-2 +4.8×10-10 +2.1×10-22 (4)
在满足K2表达式的前提下，磷化液的PH值与配成磷化液的H3PO4或磷酸盐的总浓度之关系可由(4)式计算出来，计算结果见表4。
2.2.3 磷化时间的影响
其他反应条件同2.1.1，改变反应时间， 磷化时间是一个重要的影响因素，磷化时间短，能节约成本，但工艺不稳定，不易控制，磷化膜性能不稳定;磷化时间长，成本高，获得的磷化膜质量差，结晶面上再结晶，膜层粗糙较厚，附着力差.本工艺磷化时间应控制在3 min左右，能形成理想的磷化膜.
3 结论
通过对铁板板材进行大量的重复试验，得出了最优的工艺配方：氧化锌用量为80―9O g/L，碳酸锰l0～l5 g/L，碳酸钠15―20 g/L，硝酸(65%)130―140 g/L，磷酸(85%)200―220 L，亚硝酸钠0.2―0.5 g/L，硝酸镍l0～20 g/L.本工艺属于低温锌系磷化，使用了多种金属的酸式盐作为成膜物质，控制温度在35―45。c，总酸/游离酸在18―25之间，磷化时间3―5 min，比普通锌系磷化工艺得到的磷化膜耐腐蚀性好，磷化温度低，时间短，磷化膜耐蚀性好，与涂层附着力好，耐冲击性好，均匀性好，改善了普通锌系磷化工艺沉渣多，能耗大，磷化液不耐用等缺点。
金属表面磷化技术论文篇二
磷化工产业可持续发展初探
摘要：磷化工产业可持续发展包括资源的科学利用、产业的全面发展、环境的有效保护三个方面的基本要求。本文分析了当前主要存在资源利用水平较低、产业结构不尽合理、环境污染较为严重等主要问题，提出了积极推进自主创新、大力发展循环经济、加大产业整合力度的政策建议。
关键词：磷化工产业 可持续发展 基本要求 政策建议
磷化工产业是以磷矿资源为基础，磷肥、磷酸盐和磷化物等磷化工产品为主体的产业，是国民经济重要的战略性产业之一。本文分析了磷化工产业可持续发展的基本要求，研究了当前存在的主要问题，并提出了相关政策建议。
一、磷化工产业可持续发展的基本要求
尽管学界关于可持续发展的理解还存在很大差异，从经济学、社会学、生态学、系统学等角度都作出了不同界定，但一般认为可持续发展应当是“既满足当代人的需求，又不对子孙后代满足其需求的能力构成危害的发展”。在这个意义上讲，磷化工产业可持续发展至少包括以下三个方面的要求。
1、资源的科学利用
可持续发展强调对不同属性的资源采取不同的保护措施，对于矿物、石油、天然气等不可再生资源，要提高其利用率，并尽可能用可再生资源代替，以延长其使用的寿命。磷矿是一种典型的不可再生资源，我国磷矿资源虽然目前探明储量较大，居世界第二位，仅次于摩洛哥，但具有丰而不富的特点，已被国土资源部列为2010年后不能满足国民经济发展需求的20个矿种之一。近年来，我国磷化工产品年生产能力近850万吨，资源消耗量居世界第一位;我国的磷化工产品在满足国内生产、生活需求的同时，也有大宗的、传统的初级磷化工产品用于出口，总体仍然属于“资源输出型”发展模式。与此相反，很多发达国家均对本国磷矿资源进行严格保护和科学利用，主要用于生产高端产品，并明令限制出口。磷化工产业的可持续发展，首先必须科学利用好磷矿这一稀缺资源，这是发展的前提和基础。
2、产业的全面发展
可持续发展首先必须强调发展;离开了发展，可持续发展就成了无源之水、无本之木。磷化工产业作为一个完整的产业链，具有磷矿开采、加工、运输、保护、研发、出口等多个环节、多种形态。我国有27个省份有磷矿分布，但总体分布比较分散，主要集中在资源比较丰富的云南、贵州、四川、湖北、湖南等五个省，产业集中程度较低。同时，我国磷化工产品以生产磷肥等初级产品为主，精细、专用、材料产品很少;产业发展后劲不足，无论是在磷矿采选还是在磷化工产品中，中小企业多，大企业少，产能投入不足，技术创新能力不够。磷化工产业的可持续发展，必然要求我们始终把发展作为鲜明主题，用发展的眼光、发展的思路、发展的办法，着力解决当前在发展中出现的突出问题，促进磷化工产业发展能力、发展水平的不断提高，促进整个磷化工产业的全面发展。
3、环境的有效保护
可持续发展在鼓励经济增长的同时，强调要对人类需求的满足进行限制，不能超越资源与环境的承载能力，要注意改善质量、提高效益、节约能源、减少废物，改变传统的生产和消费模式，实现人与自然的和谐，有效保护人们赖以生存的环境。当前，我国磷化工产业处于比较落后的局面，一些磷化工产品的生产给环境带来了巨大污染。比如，黄磷是热法磷化工的母体产品，长期以来一直被认为是高耗能、高污染的“夕阳”产业，一些发达国家已经停产或宣布不再生产黄磷。与此趋势相反，我国近年来黄磷生产却大幅上升。黄磷生产中所生成的炉渣、磷铁及炉气都已对环境造成较为严重的污染。除黄磷生产之外，其他磷化工产品的生产，如果保护不够，也会对环境造成不同程度的破坏。因此，我国磷化工产业的可持续发展，必须在促进经济发展的同时，最大限度地考虑环境的承载力，有效满足当代与后代对环境发展的要求。
二、磷化工产业可持续发展的主要问题
在经济全球化背景下，磷化工产业在世界范围内都面临激烈竞争。从实现可持续发展的基本要求来看，我国磷化工产业还面临不少问题，主要体现在以下三个方面。
1、资源利用水平较低
磷矿资源十分稀缺，但我国综合利用总体而言不充分、不合理。我国磷矿80%为沉积岩，70%为中低品位的胶磷矿，地下开采约占总量的60%，即使在富矿比较集中的云南、贵州两省，也含有大量贫矿，矿产杂质多，开采难度大。但与此相反，我国绝大多数矿山属于中小型矿山，特别是集体、个人的小型矿山，生产设备相当简陋，技术力量十分薄弱，管理工作较为滞后，乱挖滥采、采易弃难、采富弃贫现象比较普遍，有限资源浪费较大。同时，即使在优质磷矿富产地区，由于发展理念、生产技术等方面的原因，存在磷富矿“优矿劣用”、“高质低用”的现象，相当一部分优质矿用于生产低浓度的钙镁磷肥和普通过磷酸钙等，资源利用水平比较低，一些有价值的元素被遗弃，加剧了优质资源消耗速度。
2、产业结构不尽合理
经过近年来的发展，我国已经形成了较为完整的磷化工产业结构。从产业生产结构看，但我国的磷化工企业仍主要是以生产黄磷、三聚磷酸钠、磷酸氢钙等初级磷化工企业为主，生产附加值高的精细、专用磷化工产品及有机磷产品的企业很少。从产业地区布局看，我国磷化工产业主要布局于磷矿资源集中的云南、贵州、湖北等五省，但地区之间信息交流不够通畅，各自“产业链”不够完整，注意减少不必要的重复投资、加强相互之间的协作配合还比较欠缺，这些地方的资源优势没有转化为产业优势，不仅与国外磷化工产业差距较大，也与我国经济社会发展要求不相适应。从产业增长方式看，整个磷化工产业的经济增长仍然属于高投入、高消耗、低产出、低效益的传统方式，依靠科技创新推动经济增长的方式还没有形成，产业结构亟待调整升级。
3、环境污染较为严重
在磷矿开采中，人们要对森林植被进行砍伐，剥离表土或注水洗选，必然会造成一定的生态破坏和环境恶化。同时，磷化工产业是典型的高能耗、高排放、高污染行业，其“三废”排放强度远远高于其他工业平均水平。磷化工产业发展带来了大量的环境污染，最为典型的是云南滇池附近因为磷化工废弃产品的无序排放，导致滇池磷含量超标，造成水体过度营养化，曾引起国内外媒体的广泛关注。这一事件使人们充分认识到磷化工产品的污染问题，江苏、厦门、深圳、昆明等省市已明令禁止使用含磷洗涤剂。总体而言，我国磷矿分布和磷化工发展区域，基本是人口较为密集、经济相对活跃的区域，由于开采、生产技术的限制，磷化工产业的高排放、高污染，与人类有限的生存空间、环境容量之间的矛盾十分突出。
三、磷化工产业可持续发展的政策建议
《中国磷化工十一五发展指南》提出，要合理开发利用资源，优化矿区布局，加强自主创新及技术进步，促进磷化工业可持续发展。为了实现这一目标，本文建议要突出抓好三个方面。
1、积极推进自主创新
推进自主创新，是转变经济增长方式的基本前提，是保持经济长期平稳较快发展的客观需要，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要保证。从技术角度讲，全球磷化工新技术发展的总趋势是：湿法、热法并举，以湿法为主，在稳定发展大宗磷肥、磷复肥的同时，为满足人类社会多方面的需求，发展精细磷化工产品，提高不可再生资源附加值。我国磷化工产业之所以会出现资源利用水平低、产业结构不合理，环境污染较严重等问题，与选矿设备简陋，生产技术薄弱，高新技术运用较少有着密切关系。要促进磷化工产业的发展，首当其冲的是必须坚持走自主创新道路，加大技术创新力度，把增强自主创新能力作为调整产业结构和转变发展方式的中心环节，学习借鉴国际最新的中低品位磷矿综合利用技术、温法磷酸的精制净化技术、精细磷化学品的绿色合成技术等最近的技术成果，加强引进消化吸收再创新的步伐，大力推进原始创新、集成创新，着力突破影响和制约磷化工产业发展的关键技术，不断提高可持续发展的能力。
2、大力发展循环经济
循环经济是符合科学发展观要求的，一种社会生产、再生产范式，以资源的高效利用和循环利用为核心，以低消耗、低排放、高效率为基本特征的发展模式。要克服磷化工产业资源消耗量大、“三废”排放严重等问题，坚决摆脱“先污染一后治理”的传统发展道路，就应当实现从传统经济增长方式到可持续发展经济增长方式的转变，推进磷及磷化工废物资源化、磷-煤-盐化工共生耦合循环、磷化工、盐化工、煤化工废物综合利用，充分利用磷矿资源中的每种元素，降低磷矿的消耗，有效地减少甚至消除“废物”排放，最大限度地提高稀缺而又宝贵的自然资源利用率，发展循环经济，降低生产成本，实现可持续发展。近年来，我国一些大型的磷化工企业已经开始在发展循环经济方面进行有益探索。比如，云天化集团三环公司坚持以资源节约、综合利用和清洁生产为途径，以“减量化、再利用、再循环”的原则，依靠科技创新、技术进步，走新型工业化道路，大力发展循环经济，取得了明显成效。在企业自主发展循环经济的同时，我国政府应当出台相应的政策措施，鼓励和支持磷化工企业走循环经济发展道路，尽可能用最少的资源消耗实现最大的发展效益，实现真正的科学发展。
3、加大产业整合力度
近年来，一些磷矿资源丰富的省份先后就资源保护、产业发展等出台了一系列地方政策，如云南省颁布《磷矿资源开采市场准入条件》，湖北省出台《关于今年磷矿山开采总量控制计划的通知》，有力促进了产业的规范、快速发展，形成了一批具有竞争力的大集团，但这些整合工作仍然局限于一个省份之内，跨地区、跨行业的整合还没有出现。本文建议，我国应当坚持政府引导、市场导向、企业为主的原则，进一步在全国范围内加大磷化工行业整合工作：从政府引导上，中央有关部门应加大宏观调控力度，尽早出台黄磷行业准入条件，建立严格监管机制和政策协调机制，强化行业自律职能;从发展模式上，要适应化工园区这一国际化工发展的主流，以园区聚合理配置生产要素，实施清洁生产和“三废”的统一治理，实现产业的园区化、集约化和一体化;从产业结构上，适当控制黄磷的生产，积极发展磷化物等中间产品，大力发展亚磷酸盐等下游产品，坚持发展无机磷化工和有机磷化工相结合，改变单一生产模式，不断优化产业结构;从企业重组上，要通过兼并、控股、联合等方式，努力形成一批国际化、大型化、精细化和专业化的企业集团，提高整体的技术水平和市场占有率，以此带动和促进磷化工产业的可持续发展。
总之，我国应坚持在自主创新中求发展，在发展循环经济中求发展，在保护环境中求发展，实现磷化工产业可持续发展。
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金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：
一、分类：
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属 、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。
铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。
变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。
喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。
金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。
二、性能
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。
材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。
材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。
三、生产工艺：
金属材料生产，一般是先提取和冶炼金属 。
有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分，然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属，钢铁通常采用火法冶金工艺，即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉(炼铁)等进行冶炼和熔炼；有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺 ；高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后，经过铸造成型，或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯，再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品，要求其有特定的内部组织和力学性能，还常采用热处理工艺 。常用的热处理工艺有淬火、正火、退火、时效处理（将淬火后的金属制件置于室温或较高温度下保温适当时间，以提高其强度和硬度）等。
四、发展趋势：
金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。
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《中国有色金属学报》以繁荣有色金属科学技术，促进有色金属工业发展为办刊宗旨；坚持开展国内外学术交流，及时报道有色金属科技领域的新理论、新 技术和新方法。目前设置的主要栏目有材料科学与工程、选矿·冶金·化学化工。从影响因子和总被引频次来看，《中国有色金属学报》已成为我国材料、冶金和金 属学领域最有影响力的科技期刊之一。《中国有色金属学报》是中国科技论文统计与分析数据库和中国科学引文数据的源期刊，已被美国《工程索引》（核心库）、 美国《化学文摘》、英国《科学文摘》、日本《科学技术文献速报》、俄罗斯《文摘杂志》、美国《金属文摘》等国际著名检索系统收录。同时还被《中国学术期刊 文摘》、《中国学术期刊(光盘版)》、《万方数据》、美国《工程材料文摘》、英国《矿冶文摘》等国内外其他重要检索系统/数据库收录。
《中国有色金属学报》近年来得到了健康稳定的发展，期刊评价指标持续快速地增高，期刊知名度和影响力大幅度提升。2002年获中国科协第三届优秀 科技期刊三等奖，2003—2006年连续四届被国家科技部中国科技信息研究所评为“百种中国杰出学术期刊”。2004—2006年获第二届、第三届、第 四届中国科协期刊优秀学术论文奖，已在作者和读者心目中树立了良好的品牌形象。
2006年本刊获得了中国科协精品科技期刊工程项目的经费资助。我们相信，有了中国科协精品科技期刊工程项目的经费资助和广大作者、读者的支持， 经过编辑部全体同仁的共同努力，《中国有色金属学报》一定会办成以反映我国的科技进步和学科创新为主，为实施科教兴国战略与人才强国战略、推动自主创新和 建设创新型国家服务的精品期刊。
铸铁
英文名：cast iron
含碳量在2％以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2％～4％。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1％～3％的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁可分为：①灰口铸铁。含碳量较高（2.7％～4.0％），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。②白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件
.按断口颜色分 (1)灰铸铁 这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中
(2)白口铸铁 白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁
(3)麻口铸铁 麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用
2.按化学成分分 (1)普通铸铁 是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等
(2)合金铸铁 是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、耐热、耐磨的特殊性能铸铁
3.按生产方法和组织性能分 (1)普通灰铸铁 参见“灰铸铁”
(2)孕育铸铁 这是在灰铸铁基础上，采用“变质处理”而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件
(3)可锻铸铁 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰铸铁具有较高的韧性，又称韧性铸铁。它并不可以锻造，常用来制造承受冲击载荷的铸件
(4)球墨铸铁 简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛
(5)特殊性能铸铁 这是一种有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。大都属于合金铸铁，在机械制造上应用较广泛
铸铁-热处理工艺
1.消除应力退火
由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为500～550℃保温时间为2～8h，然后炉冷(灰口铁)或空冷(球铁)。采用这种工艺可消除 铸件内应力的90～95%，但铸铁组织不发生变化。若温度超过550℃或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。
2.消除铸件白口的高温石墨化退火
铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火(或正火)的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5 h，随后炉冷到500-550℃再出炉空冷。在高温保温期间 ，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。
铸铁雕塑
3.球铁的正火
球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，均匀组织，以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火在组织上的准备、正 火分高温正火和低温正火。高温正火温度一般不超过950～980℃，低温正火一般加热到共折温度区间820～860℃。正火之后一般还需进行四人处理，以消除正火时产生的内应力。
4.球铁的淬火及回火
为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到Afc1以上30～50℃(Afc1代表加热时A形成终了温度)，保温后淬入油中，得到马氏体组织。为了适当降低淬火后的残余应力，一般淬火后应进行回火，低温回火组织为回火马氏作加残留贝氏体再加球状石墨。这种组织耐磨性好 ，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中温回火温度为350-500℃回火后组织为回火屈氏体加球状石墨，适用于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。相关人才较多集中在钢铁英才网。高温 回火温度为500-60D℃，回火后组织为回火索氏作加球状石墨，具有韧性和强度结合良好的综合性能，因此在生产中广泛应用。
5.球铁的多温淬火
球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和韧性。多温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A化、不残留F，同时也避免A晶粒长大。加热温度一般采用Afc1以上30～50℃，等温处理温度为0～350℃以保证获得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等 温淬火后σb=1200～1400MPa，αk=3～3.6J／cm2，HRC＝47～51。但应注意等温淬火后再加一道回火工序。
6.表面淬火
为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，可采用表面淬火。灰铸铁及球铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高(中) 频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。
7.化学热处理
对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。
[编辑本段]铸铁的焊接性
铸铁含碳量高，塑性差，组织不均匀，焊接性很差，在焊接时，一般容易出现以下问题：
1、焊后易产生白口组织
2、焊后易出现裂纹
3、焊后易产生气孔
因此,在生产中,铸铁是不作为焊接材料的.一般只用来焊补铸铁件的铸造缺陷以及局部破坏的铸铁件。铸铁的焊补一般采用气焊或焊条电弧焊。
铸件焊补常分为热焊法和冷焊法两种。
铸铁的焊接
第一节 铸铁的种类及性能
一、铸铁焊接的应用
1、 铸造缺陷的焊接修复
我国各种铸铁的年产量现约为800万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%~15%，即通常所说的废品率为10%~15%，若这些铸件工报废，以1997年铸铁平均价格计算 ，其损失每年高达10亿元以上。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务。
2、 已损坏的铸铁成品件的焊接修复。
由于各种原因，铸铁成品件在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使其报废。若要更换新的，用铸铁成品件都经过各种机械加工，价格往往较贵。特别是一些重型铸铁成品件，如锻造设备的铸铁机座一旦使用不当而出现裂纹，就得停止生产，若要更换新的锻造设备，不仅价格昂贵，且从订货、运货到安装调试往往需要很长时间，所要很长时间处于停产状态。这方面的损失是巨大的。若能用焊接方法及时修复出现的裂纹。
3、 零部件的生产
这是指用焊接的方法将铸铁（主要是球墨铸铁）件与铸铁件、各种钢件或有色金属焊接起来而生产出零件。我国目前在这方面比较落后，处于刚起步阶段。如我国山东某厂已用高效离心铸造的大直径球墨铸铁管与一般铸造方法生产的变直径球墨铸铁法兰用焊接方法连接而制成产品。制造中铸铁焊接已成为我国下一步发展铸铁焊接技术的方向。它往往具有巨大的经济效益。
二、铸铁分类
按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同，可将铸铁分为：
白口铸铁：碳绝大部分以在铁素体状态存在，断口亮白色，铁素体硬而脆，机制较少应用。
碳以石墨形式存在
灰铸铁：石墨片状存在
可锻铸铁：团絮状
球墨铸铁：圆球状
蠕墨铸铁：蠕虫状
在相同基体组织情况下，其中以球墨铸铁的力学性能（强度、塑性、韧性）为最高，可锻铸铁次之，蠕墨铸铁又次之，灰铸铁最差。但由于灰铸铁成本低廉，并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减震性均优良的特点，是工业中应用最广泛的一种铸铁。
常见灰铸铁化学成分：见P100.
灰铸铁抗拉强度及硬度的变化是由于机体组织及石墨大小、数量不同的结果。
纯铁素体为基体的灰铸铁：强度、硬度最低
纯珠光体为基体的灰铸铁：强度、硬度较高
改变基体中铁素体及珠光体相对含量，可得不同的抗拉强度及硬度的HT，石墨呈粗片状的灰铸铁，抗拉强度较低，石墨呈细片状的灰铸铁其抗拉强度较高。
灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度
P102 4-1 ①铁水以很快速度冷却时，第一阶段石墨化过程（共析温度以上）及第二阶段石墨化过程（共析温度下）完全被抑止将得到共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体组织，即白口铸铁组织。[铁碳相图：铁水当温度冷却到液相时，开始从液相析出（γ）。1147共析温度。L→γ+Fe3C（共晶渗碳体） 温度下降，A的饱和固溶碳量随温度下降而降低，因而析出二次渗碳体，此反应持续到共析温度。在共析反应中，A转变为珠光体。冷却到室温后，组织由共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体组成]。
②铁水以很慢的速度冷却时由于渗C体是不稳定相，而石墨是稳定相。第一阶段和第二阶段石墨化过程都进行得很充分，最后得纯铁素体的灰铸铁组织。
③若石墨化的第一阶段进行很完全，第二阶段石墨化过程进行得不完全，则得珠光体+铁素体、灰铸铁。
不同元素对铸铁石墨化及白口化的影响。P102
第二节 铸铁焊接性分析
一、灰铸铁焊接性分析
灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性。焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。这些因素导致焊接性不良。
主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织。
另一方面焊接接头易出现裂纹。
(一)焊接接头易出现白口及淬硬组织
见P103，以含碳为3%，含硅2.5%的常用灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。
1.焊缝区
当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。
防止措施：
焊缝为铸铁 ①采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度。如：增大线能量。②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。
异质焊缝：若采用低碳钢焊条进行焊接，常用铸铁含碳为3%左右，就是采用较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4，其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%,属于高碳钢（C＞0.6%）。这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。
采用异质金属材料焊接时，必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。思路是：改变C的存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，例如使焊缝分别成为奥氏体，铁素体及有色金属是一些有效的途径。
2.半熔化区
特点：该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围1150～1250℃。该区处于液固状态，一部分铸铁已熔化成为液体，其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。
1）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响
V冷很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。在共析转变温度区间，奥氏体转变为珠光体。由于该区冷速很快，在共析转变温度区间，可出现奥氏体→马氏体的过程，并产生少量残余奥氏体。
该区金相组织见P104 图4-5
其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。还可看到一些未熔化的片状石墨。
当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时，其共晶转变按稳定相图转变。最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。
当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时，随着冷却速度由快到慢，或为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。
影响半熔化区冷却速度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。
例：电渣焊时，渣池对灰铸铁焊接热影响区先进行预热，而且电渣焊熔池体积大，焊接速度较慢，使焊接热影响区冷却缓慢，为防止半熔化区出现白口铸铁焊件预热到650～700℃再进行焊接的过程称热焊。这种热焊工艺使焊接熔池与HAZ很缓慢地冷却，从而为防止焊接接头白口铸铁及高碳马氏体的产生提供了很好的条件。
研究灰铸铁试板焊件、热输入相同时，随板厚的增加，半熔化区冷却速度加快。白口淬硬倾向增大。
2）化学成分对半熔化区白口铸铁的影响
铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响。该区的化学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分，而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响。这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连，且同时处于熔融的高温状态，为该两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件。某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间的含量梯度（含量变化）。元素总是从高含量区域向低含量区域扩散，其含量梯度越大，越有利于扩散的进行。
提高熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。
用低碳钢焊条焊铸铁时，半熔化区的白口带往往较宽。这是因为半熔化区含C、Si量高于熔池，故半熔化区的C、Si反而向熔池扩散，使半熔化区C、Si有所下降，增大了该区形成较宽白口的倾向。
3.奥氏体区
该区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间。该区温度范围约为820～1150℃，此区无液相出现该区在共析温度区间以上，其基体已奥氏体化，加热温度较高的部分（靠近半熔化区），由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较高；加热较低的部分，由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较低，随后冷却时，如果冷速较快，会从奥氏体中析出一些二次渗碳体，其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系。在共析转变快时，奥氏体转变为珠光体类型组织。冷却更快时，会产生马氏体，与残余奥氏体。该区硬度比母材有一定提高。
熔焊时，采用适当工艺使该区缓冷，可使A直接析出石墨而避免二次渗碳体析出，同时防止马氏体形成。
4.重结晶区
很窄，加热温度范围780～820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。
（二）裂纹是易出现的缺陷
1. 冷裂纹 可发生在烛焊缝或热影响区上，
1）焊缝处冷裂纹
产生部位：铸铁型焊缝
当采用异质焊接材料焊接，使焊逢成为奥氏体、铁素体，铜基焊缝时，由于焊缝金属具有较好的塑性，焊接金属不易出现冷裂纹。
启裂温度：一般在400℃以下。原因：一方面是铸铁在400℃以上时有一定塑性；另一方面焊缝所承受的拉应力是随其温度下降而增大。在400℃以上时焊缝所承受的拉应力较小。
产生原因：焊接过程中由于工件局部不均匀受热，焊缝在冷却过程中会产生很大的拉应力，这种拉应力随焊缝温度的下降而增大。当焊缝全为灰铸铁时，石墨呈片状存在。当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直，且两个片状石墨的尖端又靠得很近，在外加应力增加时，石墨尖端形成较大的应力集中。铸铁强度低，400℃以下基本无塑性。当应力超过此时铸铁的强度极限时，即发生焊缝裂纹。
当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率比灰铸铁收缩率大，加以其中渗碳体性能更脆，故焊缝更易出现裂纹。
影响因素：
① 与焊缝基体组织有关，焊缝中渗碳体越多，焊缝中出现裂纹数量越多。当焊缝基体全为珠光体与铁素体组成，而石墨化过程又进行得较充分时，由于石墨化过程伴随有体积膨胀过程，可以松弛部分焊接应力，有利于改善焊缝的抗裂性。
② 与焊缝石墨形状有关
粗而长的片状石墨容易引起应力集中，会减小抗裂性。
石墨以细片状存在时，可改善抗裂性。
石墨以团絮状存在时，焊缝具有较好的抗裂性能。
③ 与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关
焊补处刚度大，焊补体积大，焊缝越长都将增大应力状态，促使裂纹产生。
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[编辑本段]铸铁的补焊
铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段，在实际生产中具有很大的经济意义。
（一）铸铁的焊接性
铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。
白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。
裂纹通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400℃以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有：采用纯镍或铜镍焊条、焊丝，以增加焊缝金属的塑性；加热减应区以减小焊缝上的拉应力；采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。
（二）铸铁补焊方法及工艺
铸铁补焊采用的焊接方法参见表3-9。补焊方法主要根据对焊后的要求（如焊缝的强度、颜色、致密性，焊后是否进行机加工等）、铸件的结构情况（大小、壁厚、复杂程度、刚度等）及缺陷情况来选择。手工电弧焊和气焊是最常用的铸铁补焊方法。
表3-9 铸铁的补焊方法
手工电弧焊补焊采用的铸铁焊条牌号见表3-10。补焊要求不高时，也可采用J422等普通低碳钢焊条。
表3-10常用铸铁焊条
手工电弧焊补焊的方法有：
（1）热焊及半热焊 焊前将焊件预热到一定温度（400℃以上），采用同质焊条，选择大电流连续补焊，焊后缓冷。其特点是焊接质量好，生产率低，成本高，劳动条件差。
（2）冷焊 采用非铸铁型焊条，焊前不预热，焊接时采用小电流、分散焊，减小焊件应力。焊缝的强度、颜色与母材不同，加工性能较差，但焊后变形小，劳动条件好，成本低。
