特種鑄鐵一般是指具有特殊使用性能的鑄鐵。主要包括耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐腐蝕鑄鐵。為了使鑄鐵具有這些特殊的使用性能，就必須加入數(shù)量不等的各種合金元素。因此，就化學(xué)成分而言，它們又屬于合金鑄鐵的范疇。通常加入的合金元素有：硅、錳、磷、鋁、鉻、鉬、鎢、銻、硼、釩、鈦等，其中硅、錳、磷是鑄鐵中的常見元素，但在特種鑄鐵中它們的含量往往超出普通鑄鐵中的一般含量，只有這樣，才有明顯的合金化作用。在工程上有些零件是在高溫下工作的，如加熱爐的板和爐柵、熱風(fēng)管、熔化用鑄鐵坩堝、退火箱、鍋爐配件等。這些零件不但要有一定的高溫強(qiáng)度，而且應(yīng)有一定的抗氧化性和抗生長能力。在石油、化工、化肥等工業(yè)部門中，許多零件和設(shè)備要求有較好的抵抗腐蝕破壞的能力，以保證有較長的使用壽命。
耐磨鑄鐵根據(jù)其工作條件的不同可分為兩大類：在潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵，稱為減磨鑄鐵；在干摩擦條件下工作的耐磨鑄鐵，稱為抗磨鑄鐵。在潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵的基體組織必須是珠光體，并在基體上鑲嵌有很硬的組織顆粒。石墨應(yīng)是細(xì)小均勻分布的，并且不出現(xiàn)晶間石墨。僅就耐磨性來說，球狀石墨比片狀的好，因為它減少了對基體的消弱作用，而保留了有利潤滑的優(yōu)點(diǎn)。加入合金元素可以促進(jìn)形成珠光體基體，提高基體硬度和強(qiáng)度，保證硬顆粒牢固地鑲嵌在基體上。這種耐磨鑄鐵根據(jù)用途又分為機(jī)床用耐磨鑄鐵和動力機(jī)械用耐磨鑄鐵兩種。

隨著合金價格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進(jìn)行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗和硬度試驗,研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時,試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時,試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時,鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時,試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢,當(dāng)含鈦量為0.149%時,試樣的抗拉強(qiáng)度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時,試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

球墨鑄鐵是工業(yè)上應(yīng)用廣泛的金屬材料之球墨鑄鐵以其度、高塑韌性、良好的抗疲勞能力和鑄造性能以及較低的生產(chǎn)成本而應(yīng)用越來越廣泛,并逐步替代鑄鋼件。孕育處理是球鐵生產(chǎn)中不可缺少的一個環(huán)節(jié),其目的在于增加石墨球的數(shù)量、提高其圓整度、細(xì)化石墨球、防止球化衰退、降低白口傾向、防止在共晶團(tuán)間形成自由滲碳體等。 球墨鑄鐵在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的孕育劑是75硅鐵,但其孕育效果較差,為自由滲碳體,需要加入量較大,然而為了控制終硅量,則必須降低原鐵水的含硅量,這就給回爐料的利用帶來了一定難度。而孕育效果非常強(qiáng)的孕育劑,加入較少的量就能達(dá)到和普通孕育劑相同的孕育效果,而且增硅也少,這樣就可以適當(dāng)?shù)靥岣咴F水的含硅量,進(jìn)而提高了對回爐料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本。
本論文通過反復(fù)試驗研制出一種由Fe2OFeS、Bi2OCaSi四種物質(zhì)組成的新型復(fù)合孕育劑,為了確定孕育劑中各種物質(zhì)的佳成分配比,我們通過向牌號為QT500-7的球鐵鐵水中加入此種孕育劑進(jìn)行了三因素三水平的正交試驗。通過對正交試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析確定出孕育劑中各成分的佳配比。然后繼續(xù)探討了這種新型孕育劑對球墨鑄鐵觀組織和力學(xué)性能的影響。 研究結(jié)果表明,新型復(fù)合孕育劑的主要成分組成為：Bi%,余量為Ca,其加入量為鑄件重量的0.1wt%,在向牌號為QT450-10的球鐵鐵水中加入此種新型孕育劑后球鐵組織中的石墨球數(shù)明顯增多,由264個/mmm2增加至325個/mm石墨球數(shù)的增多有助于鐵素體含量的增加,另外球化級別也由添加前的4級提高到3級,從而使鑄件達(dá)到較好的綜合力學(xué)性能,尤其是伸長率得到了很大的提高