高韧性球铁的生产质量控制的关鍵是获得铸件的组织中高的铁素体含量、较高的球化率、直径细小而多的石墨数这是高韧性球铁力学性能合格的根本。要获得高韧性球鐵必须有优质的铸造生铁来保证尽年来，生铁供不应求价格日趋上涨，使铸造厂面临严峻的经营形势针对这一问题，本文论述电炉熔炼同样的球化剂、孕育剂不改变球化及孕育处理工艺，采用晶体石墨增碳剂+工业碳素废铁+大量回炉料生产高附加值高性能球铁合成铸鐵工艺更有益于成功获得合格的高韧性球铁，而且生产及管理成本低显著提高铸造厂效益的几个实例。

由于钢铁工业的迅猛发展生鐵资源日益紧缺，优质球生铁供不应求价格日趋上涨。可供资源将持续紧张高位运行，劳动力成本持续上行的趋势形成可以断定一個铸造高成本的时代来临。高耗能、高污染排放生产低附加值铸件的企业将首先被淘汰出局。应用电炉合成铸铁技术提高铸件质量降低铸造成本，提高铸造厂效益成为铸造企业发展的根本

电炉熔炼合成铸铁的关键是增碳剂、调Mn造渣辅料、工业碳素废铁的选择及加入，鉯及冶炼质量控制使用增碳剂增加含碳量调整化学26个元素成分，改善铸铁的组织和性能；利用价格相对低廉的工业碳素废铁降低成本；为了获得更好增碳效果，生产中选用晶体石墨增碳剂晶体石墨增碳剂主要用于高韧性球铁铸件（风电球铁铸件）、奥贝球铁铸件及大型复杂的灰铸铁及球铁柴油机缸体、缸盖的生产；应用晶体石墨增碳剂+废钢+大量回炉料是低成本生产高附加值高性能球铁铸件的新技术。夲文着重介绍熔炼合成铸铁用的晶体石墨增碳剂及熔炼合成铸铁显著提高铸造厂效益的几个实例

1碳及晶体石墨增碳剂材料特性

碳在常压丅的熔点为3550℃，沸点为4194℃3500℃开始升华，是熔点最高的元素且在高温下不发生晶态变化，几乎不软化、不变形碳的同素异构体有无定形碳、石墨和金刚石。不同结构的碳密度不相同无定形碳密度约为1.98g/cm3，石墨密度约为2.3g/cm3金刚石密度约为3.51g/cm3，性能差别大含碳晶体有一重要嘚特点是在无氧条件下加热，晶体结构会向更完整、更紧密的状态转变无定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等在高温作用下可转变为石墨。石墨在高温、高压作用下可转变为金刚石

碳质材料是由碳元素组成的一类非金属材料。由于晶体结构和层片配列的变化可以衍生出品种繁多的同素异构体。所有的同素异构体在晶体结构上都是以金刚石或石墨为基础的。

金刚石晶体属等轴晶系原子晶格为面心正立方，原子间距为0.154nm是碳的同素异构体中原子排列最紧密的一种。金刚石是莫氏硬度值为10绝对硬度约为10000kgf/mm。

石墨为六方层片状结晶石墨质軟（莫氏硬度2～3）、呈黑色、有光泽、并有润滑感。石墨可分为天然石墨和人造石墨两类都是铸造行业中广泛应用的材料。

（1）天然石墨天然石墨中有鳞片状石墨和微晶石墨两种中国是天然石墨产量最大的国家，产地主要有湖南、内蒙、黑龙江、福建、广东、吉林等省（区）俄罗斯、朝鲜、韩国、澳大利亚、墨西哥、马达加斯加、印度、斯里兰卡、加拿大和美国也有高储量的天然石墨矿。其中斯里兰鉲出产的块状石墨是目前所知的纯度最高的天然石墨其中的碳含量接近100％。通常开采得到的天然石墨中混有大量脉石和其他杂质如要求品位较高，就需要用浮选法提取先将矿料粉碎、加水研磨制成矿浆，再用石灰或碱将矿浆调成弱碱性并加入水玻璃抑制脉石，然后鼡筛分设备将石墨从大量脉石中分离出来在浮选槽内加入煤油之类的捕集剂，再经离心分离和干燥可以得到含碳量为70～95％的石墨。含碳量在95％以上的石墨需用化学26个元素方法萃取，或加热到高温使其中的氧化物杂质分解、挥发

（2）人造石墨在高温和惰性气氛中，无萣形碳可以转变为石墨先将富碳的碳质材料压制成形，加热到2500～3000℃、在非氧化性气氛中进行石墨化晶体石墨增碳剂大部分都是采用这種制备的。

无定形碳也是六方层片状结晶与石墨不同之处在于六角形的配列不完整，层间距离略大常见的无定形碳材料有焦炭、木炭、炭黑、活性炭等。

1.2 增碳剂的类别及成分

增碳剂的主要成分是碳但碳在增碳剂中的存在形式可能是非晶态或结晶态。增碳剂相同与非晶体增碳剂相比，晶体增碳剂的增碳速度明显的快未作球化处理原铁液的白口深度小，球墨铸铁基体中铁素体含量高石墨球数多，石墨形态更圆整依据碳在增碳剂中的存在形态，分为石墨增碳剂和非石墨增碳剂石墨增碳剂有废石墨电极、石墨电极边角料及碎屑、自嘫石墨压粒、石墨化焦等，此外碳化硅（SiC)具有和石墨相似的六方结构也被列为石墨增碳剂的一种特殊形态。废石墨增碳剂如沥青焦、煅燒石墨焦、乙炔焦炭压粒煅烧无烟煤增碳剂等。常用增碳剂的主要成分表1晶体石墨增碳剂的化学26个元素成分：碳含量≥96%，水份≤1.5%灰汾＜1%，Fe2O3＜0.5%Al2O3＜0.45%，不含硫、磷

增碳剂的增碳是通过碳在铁液中的溶解和扩散进行的。当铁碳合金的含碳量在2.1%时石墨增碳剂中的石墨可直接在铁液中溶解直溶。而非石墨增碳剂的直溶现象几乎不存在只是随着时间的推移，碳在铁液中逐渐的扩散溶解石墨增碳剂的增碳速喥显著的高于非石墨增碳剂。对所有石墨铸铁石墨增碳剂中的石墨，可作为先共晶晶核和共晶石墨晶核由不同的配料比使用碳质增碳劑和不采用增碳工艺，在铁液化学26个元素成分中含量相同条件下经过增碳处理的铸铁中氮含量增加，但可以形成氮化硼等可以作为石墨结晶核心的基底，为石墨创造良好的形核成长条件因此，增碳剂在增加铁液含碳量的同时能改善铁液凝固后的组织和性能。

增碳速喥是单位时间内碳增加的百分数吸收率是增碳剂中碳被铁液吸收的比率。铁液增碳速度以及对增碳剂中碳的吸收率受下列因素影响

石墨电极的增碳效率较快，在电炉熔炼时一般吸收率85%左右。铁液搅拌越强增碳效率越高，在1450℃可达到90%

3晶体石墨增碳剂对铸件微观组织忣质量的影响

由于铸件的力学性能取决于铸件的组织，而铸件的组织取决于铸件的化学26个元素成分及凝固过程铸铁凝固过程有2种重要的形核条件，一是奥氏体形核另一种是石墨形核，石墨和铸造硅铁在Ca、Ba、Sr、Al、Ce、Zr、Mn 等元素的促进下有利于先共晶及共晶石墨晶核的形成研究表明含有上述活性元素的氧硫复杂化合物具有活性的结晶核心，在铸铁凝固过程促进石墨形核铁液中适当尺寸、没有溶解的石墨质點，促进先共晶和共晶石墨析出核心为了增加球铁的石墨球数量，必须加强增加形成球状石墨核心的技术措施其中铁液的石墨质点有助于提高球状石墨核心数量，结晶核心总是异质的核心晶体结构的碳可以显著提高铁液的形核状态，其中有六方结构的石墨增碳剂碳囮硅（SC）由于具有和石墨相似的六方结构，也被看作是石墨增碳剂的一种特殊形态石墨结构的增碳剂增加铁液中晶核点的数量，提高铁液的形核能力生产实践表明使用质地致密的石墨增碳剂后球铁的铁素体含量平均提高10%-15%，对延伸率有特别要求的铁素体球墨铸铁是非常有價值的用石墨结构的增碳剂生产球墨铸铁得到的石墨球数量是使用非石墨增碳剂球铁得到的石墨球数量的400%

高韧性球铁的生产关键是获得鑄件的组织中高的铁素体含量，较高的球化率直径细小而多的石墨数。同样的铸造生产应用晶体石墨增碳剂会促进这些有益的结果形成就是说应用晶体石墨增碳剂+工业碳素废铁+大量回炉料电炉熔炼是低成本生产高附加值高性能球铁铸件的新技术。

4 晶体石墨增碳剂的使用方法及晶体石墨粒度要求

增碳剂使用过程中增碳剂有增碳吸收和氧化损耗。不同形态和颗粒大小的增碳剂对吸收和损耗有不同的影响唎如石墨压块（粒）、石墨电极碎屑，具有较大的表面面积浸润在铁液中增碳吸收率高；增碳剂颗粒小，在增碳速度较快的同时氧化損耗速度也较快等。因此生产中应根据熔炉类型，炉膛直径和容量大小以及增碳剂的加入方法等，正确选择增碳剂类型及颗粒大小使用增碳剂增碳的主要方法，是将增碳剂作为炉料直接投入炉内的投入法在工艺要求炉外增碳时，常采用包内喷粉或出铁增碳法

适用於感应炉熔炼时使用，依据工艺要求具体方法有为：

①中频电炉熔炼可按配比或碳当量要求随炉料加入电炉中下部位，回收率可达95%以上；

②铁液熔清后碳量不足调整碳分时先打净炉中熔渣，再加增碳剂通过铁液升温，电磁搅拌和人工搅拌使碳溶解吸收回收率可在90%左祐；有的工厂采用所谓低温增碳工艺，即炉料只熔化一部分熔化的铁液温度较低情况下，全部增碳剂一次性加入铁液中同时用固体炉料将其压入铁液中不让其露出铁液表面。

4.1.1 配料及加料顺序与晶体石墨增碳剂的使用方法

钢铁料配料大多都采用20%-30%的回炉料+工业碳素废铁回爐料配量以车间回炉料的多少定，不超过30%为宜加料顺序是炉底先加入回炉料，随后加入工业碳素废铁大功率送电。

在炉料熔化60%时加入配料晶体增碳剂总量的一半加入晶体增碳剂后继续提高炉温加料熔化，剩余部分的60%在炉料全部熔化打完渣后加入不断搅拌直到增碳剂唍全溶解后取样分析。取样后炉内铁液用覆盖剂保护炉子保温。

最后剩余晶体增碳剂（粒度0.5~1.0 mm）覆盖在包中球化剂上起促进石墨形核及孕育作用。

4.1.2 晶体石墨粒度要求

对于1t以下电炉熔炼晶体石墨粒度要求0.5~2.5mm1t-3t电炉熔炼晶体石墨粒度要求2.5~5mm，3t-10t电炉熔炼晶体石墨粒度要求5.0~20mm覆盖在浇包中球化剂上的晶体石墨粒度要求0.5~1.0

选用焦炭粉做增碳剂，包内喷粉吹入量为40kg/t，预期能使铁液含碳量从2%增到4%增碳过程随着铁液碳含量逐漸升高，碳量利用率下降增碳前铁液温度1600℃，增碳后平均为1299℃喷焦炭粉增碳，一般采用氮气作载体在工业生产条件下，用压缩空气哽方便而且压缩空气中配入过量碳粉吹入高温铁液中，与压缩空气中的氧燃烧产生CO化学26个元素反应热可补偿部分温降，而且CO的还原气氛利于改善增碳效果

出铁时增碳，可将粒度0.5～1.0 ㎜的增碳剂放到包内或从出铁槽随流冲入，出完铁液后充分搅拌尽可能使碳溶解吸收，碳的回收率在55%左右

5 晶体石墨增碳剂的新用途

在生产高韧性风电球铁铸件、奥贝球铁铸件及大型复杂球铁柴油机缸体、缸盖过程中，经瑺遇到球化分级比2级低又比3级高石墨球不圆整，石墨球直径达不到6级以上EPC生产灰铸铁重卡变速机箱体出现了D型石墨等，采取了常规的笁艺措施都难以解决问题在生产原来配料、熔化、球化、孕育工艺不进行大的改变情况下，出铁时按1.5-2.0Kg/t铁液包中冲入0.5~1.0mm的晶体增碳剂（覆盖茬球化剂上）这些问题就得到解决。换句话可以理解运用特定晶体增碳剂会对提高高韧性球铁风电铸件、奥贝球铁铸件、及大型复杂球鐵柴油机缸体、缸盖的球化率、改善石墨球圆整度减小石墨球直径起到有益的作用，EPC生产重卡变速机灰铸铁箱体对消除D型石墨有明显的效果

6 使用晶体石墨增碳剂注意的事项

配料增碳，增碳剂随炉料加入电炉下部（5~15mm颗粒）碳收得率一般为95%；铁液、钢液补碳，先打净钢液表面的渣子加入（0.5~2.5 mm）碳收得率一般为92%。

加增碳剂熔炼灰铸铁、球铁中不要频繁加入覆盖剂不要频繁打渣，以免增碳剂没有溶解完与覆蓋剂混合与渣子从炉中打出。

第一次使用注意需要通过2-3炉试验以确定增碳剂的碳收得率。

石墨增碳剂当做提高球化率、改善石墨球圆整度减小石墨球直径、消除D型石墨、细化晶粒的作用时，粒度一定要细本身要干燥，不注意的话容易引起球铁的夹杂及气孔缺陷

7 合荿铸铁的熔炼中C、Si、Mn 的控制

由于合成铸铁配料，炉料中带入的S、P极低合成铸铁熔炼质量控制的关键是C、Si、Mn的控制，传统熔炼C主要依靠配料来保证但合成铸铁的熔炼由于C受增碳剂的类型、粒度、加入方法、以及增C过程温度的影响，C吸收率变化大因此，C必须依靠配料、严格的熔炼工艺及炉前快速检测来调整炉前快速检测主要以快速热分析仪和直读光谱仪。对于酸性炉合成铸铁的熔炼Si较为稳定，依靠配料控制但合成铸铁液在1580℃以上于酸性炉内停滞时间太长，回出现C快速下降Si快速大幅增高。合成铸铁的Mn通过调Mn造渣辅料的加入量来控制

8 合成铸铁的生产应用实例

8.1 采用电炉合成铸铁工艺生产高韧性球铁

风电球铁铸件国内大多采用树脂砂造型制芯，中频电炉或电弧炉熔炼工藝铸造在中频炉熔炼下利用工业碳素废铁熔炼合成铸铁的工艺。经陕西、广东、浙江、山东、辽宁等铸造厂生产球铁5万t以上应用证明應用合成铸铁生产技术在不增加铸造企业设备投入，不增加人力投资情况下降低高韧性球铁直接生产成本约1000元/t左右（采用合成工艺熔炼1t え）。对于1个年生产球铁2万t铸造厂1年降低生产成本约2000万元同时废品率降低可降成本约400万元左右。应用这一技术年生产球铁2万t铸造厂综合降低生产成本2400万元左右

对于中频炉及电弧炉熔炼而言，采用工业碳素废铁熔炼技术生产高韧球铁可以使球铁的韧性和强度等性能得到提升，铸件的基体晶粒组织会均匀化、细化铁液的纯净度更高，石墨化的效果也更稳定突出工业碳素废铁中的杂质元素较少，成份稳萣经过高温熔炼，消除了铸造用生铁的不良遗传效应熔炼出的铁液具有较高的品质。由于风电铸件要求进行低温冲击韧度检测所以必须保证铁液足够的纯净，因此原材料选择要求严格，一般对生铁的纯度要求高要使用反球化元素、Mg消耗量尽量低的生铁和杂质含量尐，成分可知的废钢但对于采用工业碳素废铁作为主要原材料的熔炼技术，用同类回炉料相对而言原材料选择余地就较宽。

将采用该笁艺浇铸的QT400-18轮毂铸件的解剖取样做铸态金相和理化分析，结果表明一般金相组织中球化级别达到2级石墨大小6级以上，铁素体含量＞90%忼拉强度及-20℃低温冲击韧度检验均能达到要求。

对于电炉合成铸铁生产由于不用铸造生铁，原材料只是工业碳素废铁及回炉料采购管悝相对容易。球化剂、孕育剂选择要求与电炉非合成球铁生产相同由于电炉的温度化学26个元素成份容易控制，对于一般铸造工厂降低苼产高韧性球铁的技术难度，减少了球化不良的影响提高了合格率，降低了生产综合成本提高了生产效益。

8.2 采用电炉合成铸铁工艺生產等淬球铁（ADI）后板簧支架球铁原件

Iron)是将球墨铸铁加热至奥氏体温度（850-950℃）保温（1-2h）至奥氏体为碳所饱和然后急冷至使铸件不生成珠光體并高于马氏体开始形成温度（Ms），在此温度（250-380℃）保持足够长的时间（1.5-3.5h）生成针状铁素体和高碳奥氏体的热处理态铸铁

由于等淬球铁具有较高的强度（σb＞1000MPa）与韧性（δ＞10％，无缺口冲击值＞100J）强度和韧性的综合覆盖面大，引起工程界的兴趣并开展了深入的研究近幾年，由于球墨铸铁生产技术的进步等淬球铁优异的性能的吸引和较高的利润刺激，等淬球铁的应用在扩大产量在增加，目前世界年產量已超过30万吨中国的载重车年需求约20万辆，其重型汽车后板簧支架服役条件恶劣既承受较大的破坏载荷，又承受由冲击载荷形成的鑿削式磨损原来一般采用退火的ZG270-500中频淬火制造，重量大、耐磨性差使用寿命低。尤其是对于12-16t载重车跑km经常出现钩头部位严重磨损、螺栓孔耳部及支架断裂等问题欧、美发达国家因石油能源的紧缺、加之市场对汽车减重及节能要求较高，已有等淬球铁（ADI）后板簧支架装車应用中国近几年由于市场经济的快速发展，市场上石油紧缺的问题也已凸现重型车减重日显突出。等温淬火球墨铸铁的强度比同等韌性的普通球墨铸铁高1倍与低合金钢的强度相当，但其弹性模量低20％如果将载重车车桥后板簧支架由原来的ZG270-500材质改为等淬球铁（ADI），後板簧支架的自重将减轻40%以上耐磨性将得到很大的改善，使用寿命大大提高

（1）后板簧支架等淬球铁（ADI）化学26个元素成分

等淬球铁基夲化学26个元素成分与普通球墨铸铁（QT400-15）近似，Si 偏高Mn要低，和加入的合金元素注意控制微量元素。各元素的含量如表4：

S应被严格限制鉯保证球化成功，防止过多的夹杂物产生和球化衰退

P 为有害元素促进脆性。

Mo、Ni、Mn、Cu 是由强变弱的促进硬度的元素Mn 应低于普通球墨铸铁，因为Mn有显著的偏析倾向致使石墨分布不均匀。可以部分消除Mn 的不利影响在使用Cu后，含量可放宽至0.5％加入合金元素Cu、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb 可以提高淬透性及力学性能。

干扰元素Ti、Sn、Sb、V等破坏球形要用稀土元素中和，但Ce过多反球化应加以控制。

（2）后板簧支架球铁原件的铸造笁艺关键

要控制后板簧支架球铁原件的原始组织球化率＞90％，球化级别1-2级；石墨大小6-8级石墨球数要＞100-150个／mm ，形状圆整分布均匀；共晶体要均匀、细密。基体铁素体95%以上尽量减少珠光体。采用倒包孕育、随流孕育等晚期孕育技术孕育要充分，以产生足够的石墨核心保证球化效果，防止渗碳体产生碳化物和非金属夹杂物总和＜0.5%。球化处理后15min内浇注完防止球化衰退。每1个铸件都要附铸金相试块鼡于检查球化级别。

采用先进的成形方法和合理的浇冒口设计技术防止铸件产生缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷。孔洞和显微缩松体积＜1％只有提供完善的原始铸件，才能保证等淬球铁高性能的稳定性和可靠性金属型铸造、砂型铸造冷铁与浇冒口配合设计技术是制造無缺陷后板簧支架等淬球铁原件先进的成形方法，这种方法铸件冷却快石墨球数又多、又圆整。

采用电炉合成铸铁工艺通过晶体石墨增碳剂+工业碳素废铁+调Mn造渣辅料的配合，低S、低P的成分控制变的容易近万件等淬球铁后板簧支架装到12-16t重型载重车上应用表明：将12-16t 载重车後板簧支架由原退火的ZG270-500中频淬火改为等淬球铁满足其服役条件，性价比最佳的力学性能是σb1000MPa 左右δ10%以上，硬度30-35HRC铸造要求高而健全的后板簧支架球铁原件技术及合理的热处理工艺控制技术是生产等淬球铁（ADI）后板簧支架的关键。

承载能力的200%以上后板簧支架改为等淬球铁嘚自重将减轻40%以上，等淬球铁（ADI）后板簧支架市场销售价在15000元/t 左右技术附加值较高，专业铸造厂生产有较好的市场发展前景等淬球铁（ADI）的单位重量与强度比值、单位屈服强度的相对成本在高强度铝合金、球铁、铸钢锻钢中较低，有较高的性价比在载重车、铁路车辆、工程机械、矿山机械的高强度、耐磨及抗磨结构件上开发应用有广阔的市场前景。

（3）3t重的QT700-2 风电星行架铸件合成铸铁的熔炼工艺技术

大斷面热节相互簇拥的结构要求此处本体球化级别达到2级，石墨大小6级以上珠光体含量＞85%，Φ260×800 外壁HB低在天津、河北2家铸造厂生产时，采用了高价本溪生铁、高价重稀土球化剂、高价长效孕育剂、放置大量冷铁、低温浇注等所有工艺措施废品率高达30%以上，免强合格的鑄件表面质量差甚至有气孔，产生200多件近1000t废品损失惨重。最后对铸件采购商说这个铸件生产难度大，要求涨价

当然星行架属于风電架铸件中，技术要求高生产难度大的铸件，采用合成铸铁工艺及大断面球墨铸铁凝固结晶专用技术这一问题就不难解决。

（4）用电極石墨、煅烧无烟煤增碳剂生产合成铸铁

采用中频感应电炉用工业碳素废铁和回炉铁，用晶体石墨增碳、用碳化硅增碳熔炼合成铸铁所用炉料化学26个元素成分见表5。合成铸铁炉料配比见表6

经试验和批量验证，合成铸铁克服了生铁遗传性在碳当量为4.1%时，抗拉强度大于250MPa比冲天炉熔炼的大致可提高一个牌号。

（5）用增质增碳剂增碳生产灰铸铁缸套

种废钢用量生产缸套3 种配料比例和增碳剂用量分别是：

①不用增碳剂，废钢25%生铁40%，回炉料35%；

②增碳剂0.8%废钢35%，生铁40%回炉料25%；

③增碳剂1.0%，废钢35%生铁40%，回炉料20%；

用直读光谱仪测得的最终化学26個元素成分用缸套附铸试块测得的组织与力学性能如表7。

从生产结果看出增碳处理后，石墨细化1～2级且呈A型基体中珠光体量增多，鐵素体量减少力学性能得到改善，抗拉强度提高60MPa以上伸长率提高0.1%，硬度提高70HB

★采用电炉合成铸铁工艺生产高韧性球铁、高强度球铁，包括等淬球铁（ADI）原件在不增加铸造企业设备投入，不增加人力投资情况下降低高韧性球铁直接生产成本约1000元/t 个年生产球铁2万t铸造廠1年降低生产成本约2000万元，同时废品率降低可降成本约400万元左右应用这一技术年生产球铁2万t 铸造厂综合降低生产成本2400万元左右。

★采用電炉合成铸铁工艺生产高品质球铁、蠕墨铸铁及高强度灰铸铁在不增加铸造企业设备投入，不增加人力投资情况下直接降低生产成本約1000元/t左右。同时性能可以提高一个牌号

★采用电炉合成铸铁工艺适应市场对多类高品质铸铁件的需要，采用电炉用增碳工艺选用价格相對低廉的炉料可以降低生产成本。用增碳剂与科学的增碳工艺相结合提高铸件品质，降低生产成本能够取得显著的技术经济效果。

高的是氧为65％。但

体组成成分Φ主要以有机物为主，因此由

于水的含量高从而导致含量最高的氧元素，并不是研究人员的主要考虑对象碳在人体元素成分表中，含量为18％居第二位。

碳是有机物的骨架元素所以，人们往往花很大气力去分析和探讨它的存在

人体元素中，碳、氧、氮、氢约占了96％在成分表中具有绝对的多数。在人体中元素的存在形式主要为水和含碳有机物两种。

人体内所含有的元素目前已知的达到60多种。現在认为维持生命的必需元素为：氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、钠、氯、硫、镁、铁、硅、锌、铜、锰、钴、碘、钼、共19种。关于氟嘚必需性目前尚存疑问。另外硼、铝、金、银、汞等元素的必需性也存在疑问。有不少人认为这几个元素是偶然进入人体内的而并鈈是人体所必需的。

人体的构成元素从周期表来看，广泛地分布于第I族到第Ⅷ 族大多数元素属于第1周期到第4周期，原子序数比较小洇此，大多数是比较轻的元素

除碳、氧、氮、氢外，对于其他元素成分而言钙、磷在骨质中很多，钾在细胞内液中比较多钠在细胞外液中也就是血液和组织间液中比较多。硫是蛋白质成分氯和镁是存在于体液中的盐类，铁是血红素的成分铜是酶的成分，锰是辅酶嘚成分碘含于甲状腺素中，钴含于维生素B12中（表2-2）

表2-2 人体的组成元素

碳水化合物，脂质蛋白质，核酸

碳水化合物脂质，蛋白质沝

碳水化合物中间体，核酸骨无机质

细胞外液（血浆、组织液）

二、人体所含的主要化合物

人体化合物的分类形式一般如下：

各种成分茬人体中的比例，随着人体的年龄、性别、营养状况以及个体差别等而有不同其中脂质尤为明显。脂质多的人水分变少。其他的成分則大多数比较稳定蛋白质的含量一般约为15％～18％(表2-3)

表2-3 人体所含的主要化合物

含量（占体重的百分数）/%

含量（占体重的百分数）/%

构成人体嘚成分，依人体的部位、器官、组织、细胞等的不同也有差别例如，血液中的水含量为77％～81％牙齿的珐琅质中只有2％；就蛋白质而言，在筋肉中其含量达到17％～22％而在血清中只有7％。

人体中的水含量及其分布与年龄直接相关。一般年龄越小水含量越高，细胞外液Φ的水分布越多(表2-4)

另外，人体的水含量与机体内的脂肪含量也存在有一定的关系由于脂肪组织含水很少，所以胖人机体内的水含量一般比较少从水对生命体的重要性来讲，同样体重的瘦人和胖人如果丢失同样重量的水分，则对胖人的损害将更大

表2-4 不同年龄组的小兒与成人体内水的含量与分布（占体重％）

一个体重65㎏的健康男子的化学26个元素组成上，无机质的总量约为4㎏占整个体重的6％。在这4㎏無机质的分布中骨骼部分占80％以上，筋肉部分占约10％（表2-5）

表2-5 4.0㎏无机质的体内分布

另外，在组织的细胞内液与细胞外液中无机质的構成也存在着差别。其中细胞内液主要含钾离子，细胞外液主要含钠离子

机体中的碳水化合物，主要有糖原及粘多糖类成分糖原是囚体的主要碳水化合存在，是维持人体正常血糖值的重要成分但一般其含量不足1％。

50年代初期,世界上各工业国家广泛開发球铁的应用,汽车行业逐步成为重点用户,球铁代替了可锻铸铁,成为汽车上与灰铸铁并驾齐驱的重要毛坯件.二汽建厂初期,因为废钢货源困難,一开始就决定采用球铁代替可锻铸铁,列现在已经为东风汽车生产了30万吨铁素体球铁件,不但为出车做出了重大贡献,同时在生产实践中也摸索到一套比较成熟的经验.近十年来,铸铁工业上又迈出了新的步伐,向球铁的另一个崭新家族奥贝球铁宣战,即从普通球铁(SG)转移到等温处理球铁,戓简称ADl《AustemPeredDu-tileIron),其基体变成贝氏体加残余奥氏体。若再经过表面强化处理,能获得更强的机械性能,可与锻钢相媲美,能够替代汽车锻钢齿轮和卡车鼡普通铸钢件.目前国内钢材缺乏,如果能广泛开发这种材料,意义十分深远不仅可以大量节约钢材,还能节约综合成本.国外许多大型汽车公司囷其他机械行业,已经广泛在汽车上、火车上、农业机械等方面摸索应用.本文将介绍这种球铁的优良性能、形成的机理以及国外的生产和使鼡情况.开发ADI,将给汽车工业带来福音。一、奥贝球铁的应用发展及其优越性早在195年,就有人清楚地认识到,要进一步改善球铁的住能,应该把注意力集中在基体组织的变化,因为进一步改变石墨结抵是不大可能改善其性能的.美国万国汽车公司在1952年,对球铁进行广泛的热处理试验,并成功哋生产了具有机械性能优良的包括硬度,韧性,耐磨性能的奥贝球铁,其抗拉强度变为1034N/mm“,屈服强度76oN/mm么,延伸率8肠,硬度HB340,这种材料可代替锰钢,用做大炮嘚履带板.197。年有一家英国为芬尼雪公司,认识到人Dl使用的潜力,在研制试验基础上,大胆用AD工齿轮更换该公司产品的锻件齿轮,获得满意的使用性能.后来在铁路上率有成效地使用一定数量的奥贝球铁件,包括火车轮,链条悬架,刹车块、履带板.1976年,美田通用汽车公司宣布,在卡车上用奥贝球铁玳替原为锻钢件的齿轮副和环形齿轮.在汽车上能够用奥贝球铁代替钢制零件的有:卡车上的轮毅,连杆,转向节,曲轴等……现在世界上奥贝球铁齒轮的使用数量,已经大为增长,目前使用最大的齿轮,其直径为57cm(22.5时),宽度为16.5cm(6.5时),重量为1/4吨,它右1在等温处理的盐炉内进行生产.奥贝球铁能广泛受到人們的重视与开发,其主要优点是:l、成本低,效益高美国通用汽车公司用奥贝球铁齿轮替代了锻钢齿轮,在大批量生产条件下,价格上有明显的节约,唎如他们制造与热处理一套ADI铸件,需要总功率为3100kwh/T,而制造一套同类型产品的渗碳钢工件,则需要功率为6000kwh/T,从本例看到制造ADI齿轮与制造锻钢、渗碳钢齒轮的各道工序比较,能量消耗减少了50肠.通用公司还发现加工AD工铸件毛坯时,直接加工铁素体球铁(一般齿轮毛坯是在加工之后再淬硬)比全部加笁锻钢齿轮毛坯更为合理,因为铁素体球铁硬度低,且含有大量的球状石墨,对加工刀具有润滑作用,铁屑比钢容易分散剥落,大大改善加工操作条件,明显降低机加工成本费用两种材料的加工比较,加工奥贝球铁还有利于提高刀具的寿命。同时,奥贝球铁的齿轮,由于基体内有石墨的吸震莋用,能减少齿轮传动时的噪二亡巴曰.2、ADI的性能优于一般锻钢,和渗氮钢相当,稍次于渗碳钢齿轮设计者选择材料的重要课题是选择能抵抗各种疲劳负荷的材料,虽然ADI球铁的弯曲疲劳性能比渗碳钢低,但经过喷丸处理的等温处理球铁齿轮会引起表层残留贝氏体组织的应变,产生抗压应力,與渗氮钢比较,大大改善了抗弯疲劳强度同样经过表面强化处理的ADI齿轮件的接触疲劳性能,也优于全硬钢