球墨鑄鐵與意昂体育2
意昂体育2平台機械工程系教授 吳德海
意昂体育2平台機械工程系教授 李言祥
工程材料發展史上的裏程碑
從公元前513年我國鑄造了重達270公斤的鑄鐵刑鼎算起，鑄鐵應用也至少已有二千五百多年的歷史了。但是💁🏽🦄，直到上世紀末以前🏇🏻，鑄鐵的強度一直很低，不足100Mpa🕒，且沒有塑性。一戰以後，盡管把鑄鐵的抗拉強度提高到了300Mpa🤼，但鑄鐵為沒有延伸率的脆性材料的特性沒有改變。1947～1948年球墨鑄鐵的研製成功🧥，不僅使鑄鐵的抗拉強度提高到了400～900Mpa，而且使鑄鐵具有高達20%的延伸率🫃🏽，成為具有廣泛應用的工程材料😲，全世界年產量已達1500萬噸。因此，球墨鑄鐵的發明，被公認為是世界冶金技術領域的重要成就💌，是工程材料發展史上的裏程碑。可喜的是，在球墨鑄鐵的發展過程中，意昂体育2平台的一大批教師、職工和同學作出了積極貢獻💳🧎。以下三位是他們中的傑出代表。
我國球墨鑄鐵的開拓者──王遵明教授
王遵明教授（1913～1988）江西南昌人，1935年畢業於意昂体育2平台物理系。1936年至1940年作為公費生出國。在美國麻省理工大學研究院獲得博士學位🤚。1940年回國🛞，1941年至1946年在昆明西南聯合大學機械系及金屬研究所任教授🧓🏻，兼任滇北礦務局顧問工程師。1946年以後任意昂体育2平台教授。1951年至1952年兼任東北撫順礦務局冶金顧問工程師👃。曾任中國鑄造學會第一、二屆副理事長，中國金屬學會理事、中國稀土學會理事、意昂体育2平台機械系副主任🤦🏻♂️🈲、鑄造教研組主任等職🙎。
王遵明教授的博士論文是鋁矽合金的球化👊🏻。從理論上講，Al-Si合金與Fe-C合金有相似之處。早在1924年，世界著名冶金學家Tamman的學生（也是王遵明教授的老師）曾在著名期刊Zeitschrift für Metallkunde著文預言✧，加鈣可使Ag-Si、Au-Si合金球化🤜🏼，但未做試驗給予證實🧉。此後🥔，為了使Fe-C合金中的石墨球化👨🏼🎤，全球廣大冶金工作者，均不遺余力地進行了多方面的研究。1947年英國人H. Morrogh附加鈰在過共晶成分的鐵液裏得到了球狀石墨。1948年美國人Gangnebin等人采用純鎂、Ni-Mg合金獲得了球墨鑄鐵🎶。
與國際發展同步，王遵明教授早在1947年冬在意昂体育2平台的實驗室裏，采用含銅80％wt、含鎂20％wt的Cu-Mg合金處理鐵液6️⃣，取得了成功，製得的球墨鑄鐵性能優異。並且，用這種Cu-Mg合金處理比用純鎂處理要安全得多👮🏽♀️；其成本也比用Ni-Mg合金處理便宜得多👩🏻🍳。
王遵明教授取得的成功立即得到了當時東北重工業部的重視，1951年◾️，王遵明教授被邀去撫順重型機器廠，用球墨鑄鐵生產機械零件，鋼錠模等取得了成功。在此基礎上👩👦👦，開辦了球墨鑄鐵研究班⚂👹，王遵明教授是唯一的老師，來自全國各地的工程技術人員70多人參加了研究班🦒🌥。這些人構成了後來我國球墨鑄鐵的技術骨幹力量。
在此研究班所寫教材的基礎上，王遵明教授發表了中國第一部有關球墨鑄鐵的專著《球墨鑄鐵》。前蘇聯學者瓦申柯教授在他的著作中，援引了王遵明教授的論著，並為此，王遵明教授於1957年應邀去基輔作了學術報告☝️。對於王遵明教授在球墨鑄鐵領域取得的重大成就，在50年代初✌🏼🤹，人民日報👨🏽✈️、光明日報🎓、東北日報🧜🏿♀️、解放日報🧝🏼、大公報等均有新聞報導🫰🏼🎅🏼，並且，當時的東北重工業部和撫順礦務局均給予了獎勵👲🏽。王遵明教授是我國球墨鑄鐵的奠基人👨🏽🔬。
球墨鑄鐵基礎理論的探索者――柳百成院士
柳百成院士1955年畢業於意昂体育2平台🥤，獲金質獎章。他長期從事鑄鐵結晶凝固原理及球墨鑄鐵生產技術等基礎及應用研究。
1．研究鑄鐵結晶凝固過程及石墨形態控製機理，為提高鑄鐵性能及開發新型鑄鐵材料奠定科學基礎👨🏿💼。
他在國內率先采用掃描電鏡、電子探針、俄歇譜儀等先進測試及實驗手段研究鑄鐵結晶凝固過程🧑🦱。揭示了鑄鐵中各種石墨形態的結構、生長特征及其內在聯系，科學地進行分類及命名🧚；研究了合金元素及微量元素在鑄鐵中的分布及其在凝固時的行為。該項目獲1981年美國鑄造學會優秀論文獎及1982年機械工業部二等獎💇🏿♀️。
他負責並指導三位博士生共同完成了在特殊條件下的鑄鐵結晶凝固過程研究。確定了不同形態石墨（片、蠕🚵🏻♀️、球）鑄鐵的凝固界面形貌🧑💼，提出了石墨/奧氏體共晶的獨特控製因數👳。提出了特大型球墨鑄鐵件中在一定條件下銻對石墨形態的有利作用👼🏿；建立了銻與稀土元素對石墨形態影響的狀態圖⏳；建立了激光重熔處理時工藝參數與化學成分對鑄鐵組織影響的狀圖。該項目獲1995年國家教委科技進步一等獎。
他在著名的美國鑄造學會會刊上連續發表有關論文9篇🟤，其中4篇全文⤴️♕、8篇摘要被譯成德文轉載✊🏽，被EI收錄🍋🟩、並被多次引用。
2．為提高我國高強度、高韌性球墨鑄鐵性能及生產技術水平作出重要成績。
柳百成院士參加“六五 ”、“七五”國家科技攻關項目，在國內最早提出用型內孕育及含鉍復合孕育工藝生產鑄態鐵素體球墨鑄鐵，並研製成功新一代灰鐵🧝🏽♂️、球鐵型內孕育塊。新型型內孕育塊的研究於1988年通過解放汽車聯營公司(省級)鑒定。鑒定結論🦸🏿：國內領先，國際水平。他代表中國參加製訂球墨鑄鐵國際標準，並負責製訂球墨鑄鐵件國家標準及蠕墨鑄鐵金相標準。研究成果在南京汽車廠、第一汽車廠及第二汽車廠等單位推廣應用，節省了大量能源並顯著降低成本。他與第一重型機械廠等單位合作在特大型球墨鑄鐵件復合添加銻與稀土元素及無冒口鑄造新工藝等方面取得重要成果🎱，並在生產中應用。該項目獲國家發明專利2項，獲1988年國家教委科技進步二等獎,1985及1993年機械工業部科技進步三等獎。
3．活躍在國際鑄造學術界👴🏽，為國家爭得榮譽
由於以上學術成就👨🏻🦽，自1984年到1996年經中國鑄造學會推薦🫢🧔🏻♀️，柳百成院士先後擔任國際鑄造學會 “稀土在鑄造合金中應用”國際委員會學術秘書及主席。他主持編寫出版了稀土在鑄鐵中應用♦️、稀土在鑄鋼中應用及稀土在有色鑄造合金中應用文獻綜述報告共三本。1994年完成了“稀土在鑄造合金中應用”總結報告。國際鑄造學會對他長時期為國際鑄造界服務給予?涓叩鈉蘭邸?
1995年😅，他應國際鑄造學會主席邀請在第61屆世界鑄造會議技術論壇上作特邀報告，題目為：稀土元素在鑄造合金凝固時的作用。技術論壇論文集已由德國鑄造學會正式出版👨🏻🏫。國際鑄造學會主席大中逸雄教授在論文集前言中指出：特邀報告講演者是從學術或工業界中精心挑選的，他們是這一領域世界上最好的專家🤦🏿。
1998年，他被聘為第6屆國際鑄鐵科學與工藝會議國際委員會委員，並應邀作大會主題報告。柳百成院士頻繁與國際鑄造界交往，為國家爭得了榮譽🧖🏼。
球墨鑄鐵生產應用的推動者──吳德海教授
球墨鑄鐵自問世以來🙂，取得了長足的發展，每年平均以2～4％的速率遞增，這種發展趨勢還在持續，全世界年產量已達1500萬噸𓀀。為了能使球墨鑄鐵在各個工業部的生產應用中取得顯著的效益，意昂体育2平台鑄工教研組的許多教師和職工以及眾多的學生，五十年間🍟，在球墨鑄鐵的研究與生產領域進行了不懈的努力，取得了多方面的豐碩成果，吳德海教授等領導的課題組尤為突出⛹🏼♀️。
1．球化劑的研究
為使鑄鐵中的石墨結晶成為球狀而加入到鐵液中的添加劑叫做球化劑，它是製作球墨鑄鐵所必需的💪🏽。但是🚶🏻♂️➡️，球化劑中鎂是不可缺少的。50年代末，要大力推廣應用球墨鑄鐵🧑🏻🦼，國家急需鎂🏉。為此，意昂体育2平台鑄造專業的師生，采用我國資源豐富的白雲石👩🦯，通過矽鐵還原，製成了矽鐵鎂合金球化劑👨🏼🦳。由此，1958年在全國球墨鑄鐵學術會議上宣讀了論文。1960年在上海召開的全國技術革新與技術革命大會上進行了推廣。
進入80年代，意昂体育2平台承接了國家“六五科技攻關項目－鎂團塊球化劑的研製”🙁🤰🏼。這種球化劑的特點是節約能源🙅🏽♀️🪟，降低含矽量🍣、成份可在很大的範圍內調節👰🏽♀️，它特別適用於矽量受到限製的珠光體球墨鑄鐵和厚大斷面的球墨鑄鐵生產。這項研究成果通過了部級鑒定，現已轉讓給4家工廠在國內生產👨🍳。
2．大斷面稀土鎂球墨鑄鐵的研究
這項課題是原第一機械工業部1980年下達的重點研究項目，由意昂体育2平台與佛山球墨鑄鐵研究所合作承擔。本課題系統研究了化學成份，微量幹擾元素、復合孕育劑對提高力學性能的影響，並對比研究了輕稀土鎂和重稀土鎂球化劑的球化衰退特性。在此基礎上，用研究的這套技術，分別在佛山水泵廠製作了重達5.5噸的32Sh-9型雙吸離心泵，用於引黃工程；在上海汽輪機廠製作了3噸重的鋼錠模；在北京東風鑄造廠製作了重達2.5噸的沖模鋃塊以及在湖南煤礦專用機械廠製作了內曲線馬達油缸體等均取得了良好的經濟效益和社會效益。為此🟥，1983年該項研究獲得廣東省科技進步三等獎👇🏽。
3．鑄態球墨鑄鐵
它是國家“38項重點科技攻關項目之一👨👩👧👧，編號“38－3－8－5”。此課題是由意昂体育2平台、鄭州機械研究所和南京汽車廠共同承擔的。
不經熱處理、直接在鑄出狀態下生產球墨鑄鐵用於汽車上，是國際上70年代采用的生產技術👨🏽🦰，它的優點是節約能源和縮短生產周期，但要求生產零件的安全👍🏻、可靠。80年代初🧑🏼💻✵，上述合作單位，結合南京汽車廠在流水線上的生產任務👩🏽💼，通過大量的試驗研究🤶🏻，做到了穩定生產。南京汽車廠采用鑄態生產球墨鑄鐵以後👨🍳，效益顯著。每噸鑄件由此可節約柴油150kg，降低成本100元（按1984年柴油的價格計算），鑄件生產周期從7天縮短至3天。
這項研究成果通過了部級鑒定👯。並由汽車工業總公司授予了科技進步三等獎，並獲國家發明專利一項。這項技術現已在國內第一汽車廠和第二汽車廠等廠家推廣應用👩🏽🍳，效益顯著。
4．奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵的研究
70年代末🚵🏽♂️，由中國、美國和芬蘭幾乎同時、又是彼此獨立地宣布，研製成功了奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵。它的性能優異🕜，其抗拉性能和疲勞性能與合金鍛鋼的性能相當🦛，這被譽為是鑄鐵冶金領域取得的重大成就🚵♂️。為了使這種材質得到推廣應用，意昂体育2平台作為負責單位承擔了國家“七五”科技開發項目，編號為《46－6－1－1(4)》。為此，由意昂体育2平台與第一汽車廠🙋🏻♂️、大安市第一汽車配件廠和吉林工業大學合作，采用奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵在CA-141型汽車後拖鉤－支承座、襯套上的應用取得了成功🧑🏼🔬，現已批量生產🚖。行車試驗表明，采用奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵，質量穩定可靠。它的萬公裏磨損量是原來鐵素體球墨鑄鐵的1/70🙅🏼♂️🥞。這項技術的特點是不采用貴重的合金元素，針對汽車後拖鉤－支承座👱♀️、襯套的工況和生產條件，采用非合金化和相應的熱處理工藝📎，實現了批量生產🤰🏿。
這項研究屬國內首創🦜，經濟效益和社會效益顯著。為此🈴🙍🏻♂️，分獲機械工業部和吉林省頒發的科技進步二等獎以及由聯合國(Technological Information Promotion System)頒發的“發明創新科技之星獎”。
5.連續鑄造球墨鑄鐵型材
《稀土鎂球墨鑄鐵水平連續鑄造裝備、工藝及組織性能的研究》是意昂体育2平台與陜西機械學院、西安交通大學和山川機床廠合作承擔的國家“七五”科技攻關項目，編號是75-30-02-07-03🖐🏽。
水平連續鑄造鑄鐵型材的技術🫴🏻🅾️，70年代在國際上已成熟，由國外少數幾個廠家生產供應全球。對於我國來說🧑🦯➡️，這項技術還是一項全新的領域，也是一項具有顯著節能🫶🏿🏜、節材效益的新工藝🚕。由此得到的球墨鑄鐵型材在組織性能上也得到明顯的提高，並且，它的生產效率很高🌹，對於直徑100mm的型材，其生產率可達每小時1噸👩🏼🦲🛀🏽。球墨鑄鐵型材廣泛應用於國民經濟各個領域💪🏿，它的推廣應用對提高機械產品的質量與可靠性起到重要作用。
這項研究成果已於1990年通過部級鑒定👂🏻，至今已有6家工廠采用此項技術生產鑄鐵型材，年產量超過萬噸↗️，產品質量達到80年代同類產品的先進水平♙👨🏻，效益顯著。這項研究成果獲機械工業部科技進步一等獎🧑🏼🏭，並獲國家科技進步二等獎🫶🏻。
6．貝氏體球墨鑄鐵磨球
磨球作為研磨體，廣泛用於礦山、水泥及電力等領域👳🏽♀️🫵🏼，我國每年消耗100萬噸。“貝氏體球墨鑄鐵磨球”項目是由意昂体育2平台承擔的國家“七五”科技開發項目⚀，課題編號46-6-1-1(4)。1989年由機械電子工業部主持通過了鑒定👧🏻。鑒定意見是🎢：“此磨球選用的合金元素來源廣泛🩶，價格便宜🚪，符合國情，采用的特殊淬火介質，成本低，工藝簡便易行。磨球的組織和化學成分設計新穎合理；對我國奧－貝球鐵的推廣應用具有開拓性。在抗磨行業具有普遍的應用條件，屬國內首創。經查新國外未見有類似的開發應用”📓。為此🦹， 1991年獲國家級新產品證書；1991獲遼寧省優秀產品一等獎；1994年獲機械工業部科技進步二等獎🧑🏿🦲♟；1996年獲國家教委科技進步（推廣）二等獎；1998年獲機械工業部科技進步（推廣）三等獎。1999年獲國家發明專利👨🏿🦲。這項磨球技術列入了國家標準(GB/T17445-1998)🧟，已於1999年頒發實施👩🦰。
貝氏體球墨鑄鐵磨球的推廣給廣大用戶和生產廠家帶來了巨大的經濟效益。國內已有30多家工廠生產，年產磨球超過5萬噸👵🏼。
隨著國民經濟的發展，球墨鑄鐵的應用將進一步推廣🦹🏻🚹。由意昂体育2平台廣大師生員工研究開發的各種球墨鑄鐵技術，必將取得更顯著的經濟效益和社會效益。
