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球墨铸铁

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1952年夏天。早早地,东山招待所走出一位年近半百的教授。他将要授课的地点距离招待,有往返1小时的步程,他带上了饭盒。餐后也不休息,继续伏案备课。

他就是后来被誉为“中国球墨铸铁的开拓者和播种者”、时任清华大学机械系教授的王遵明。这个假期,他应东北局之邀来开办“球墨铸铁研究班”。

研究班的安排是上午讲课,下午现场实践。每次下车间,每一道工序,王遵明都会详细向学员演示,并讲解如此操作的原因和潜在的危险。有时,要将铜镁合金用钟罩压入高温铁水包,即使白天也会发出耀眼的白光,常常铁水飞溅,围观者都不免惊心动魄,惟恐烫伤。王遵明演示完毕,汗水已湿透了工作服。


华东工业部大鑫机器厂,根据中国科学院工学实验馆试制球墨铸铁的成功经验进行大量生产(图片来源:人民画报)

理论与实践相结合,历来是王遵明努力的方向。早在1949年春,他便在清华大学的实验室里试验过各种各样的合金做球化剂:铜镁、镍镁、铅镁、锑镁、锌镁……结果,他试验出了多种有效的球化元素,还有在铁水中的处理工艺,以此获得球状石墨铸铁。

王遵明的研究并不仅仅是拘于象牙塔中的理想。他结合我国的国情,选用八二和七三铜镁合金作球化剂。可惜,当时对球墨铸铁研究成功的消息并未在报章、杂志上报导,也未向外界透露。有一年多的时间,外人不知晓这项研究。

球墨铸铁是一种具有优良机械性能的灰口铸铁。一般在浇注之前,在铁液中加入少量球化剂(通常为镁、稀土镁合金或含铈的稀土合金)和孕育剂(通常为硅铁),使铁水凝固后形成球状石墨。

和普通铸铁相比,由于球墨铸铁中的石墨呈球状,表面积与体积之比最小,应力集中现象不明显,所以铸铁的强度和韧性比其他铸铁高,有时可代替铸钢和可锻铸铁(malleablecastiron)。

较强的抗氧化生长性、耐蚀性以及切削加工性能,而线收缩率和热裂倾向又小……由于这一系列较高的综合机械性能,球墨铸铁被广泛应用,比如内燃机曲轴、汽车离合器和底盘零件、某些机床主轴、农业机具中的犁铧、通用机械中的阀体、液压元件……等等各种机械零件,

1947年,时任英国铸铁学会(BCIRA)研究主管的英国人H·莫罗(HentonMorrogh)发现,在过共晶灰口铸铁中附加铈,使其含量在0.02wt%以上时,石墨呈球状——这是人类首次研制成功球墨铸铁。

将混合稀土金属加入高硅、高碳和低硫的高温铁水中,然后再用硅铁或硅钙进行孕育处理,就会获得球墨铸铁。但碍于当时稀土金属的昂贵,对铁水成分的限制又太严,球墨铸铁未能在工业上得到应用。

直到1948年美国A.P.Ganganebin等人研究指出,在铸铁中添加镁,随后用硅铁孕育,当残余镁量大于0.04wt%时,就会得到球状石墨。从此,球墨铸铁开始了大规模工业生产。

时间倒流至10年前。1937年,王遵明还在美国麻省理工学院读博士,在撰写“铝硅合金球化”博士论文的时候,他便根据铁碳合金与铝硅合金的相似性,做出预言:加入碱金属或其化合物,可能使铸铁中的石墨球化。

1941年回国后,王遵明先后做过清华大学金属研究所及西南联合大学教授,兼任过滇北矿务局顾问工程师。1946年后,他始终是清华大学机械系教授。

在我国,球墨铸铁在生产上的应用始于1950年底。“科学通报”刊载了中国科学院工学实验馆(现冶金陶瓷研究所)周仁等研究球墨铸铁成功的报导后,引发了华东、华北等地区的工厂试制、生产和应用球墨铸铁的热潮。

1951年,王遵明利用假期到沈阳市在东北工业部主持下作了“球墨铸铁”报告,引起与会者的浓厚性趣。7月,抚顺矿务局请王遵明到抚顺机电厂(现抚顺挖掘机厂)指导生产球墨铸铁。一周内四次生产性试验成功后,球墨铸铁研制小组成立了。

经过短期训练后,工作人员开始了批量生产,两个月铸造了20余吨球墨铸铁铸件,包括机车的气缸套、活塞环、机床零件,最大的一块铸件达1200公斤。像抚顺机电厂这样大规模生产球墨铸铁,国内尚属少见。

此后,作为新型工程材料,球墨铸铁的发展速度令人惊异。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨,而1960年达到53.5万吨,1970年则是500万吨,1980年760万吨、1990年915万吨、2000年1500万吨……在图表上,几乎接近指数曲线。

再一年,王遵明开办了“球墨铸铁研究班”,学员有来自35个大厂的工程技术人员或铸造技术工人,还有部分大专院校的教师。讲课内容后来汇总成了一本内部发行的《球墨铸铁》——1953年,东北工业出版社。这是我国第一本球墨铸铁专著。

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