灰鑄鐵簡介

tags:    時間:2014-03-07 13:33:28
灰鑄鐵簡介簡介
灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅組成的共晶型合金,其中,碳主要以石墨的形態存在。生產優質鑄件,控制鑄鐵凝固時形成的石墨的形態和基體金屬組織是至關重要的。孕育處理是生產工藝中最重要的環節之一。良好……
灰鑄鐵簡介正文

灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅組成的共晶型合金,其中,碳主要以石墨的形態存在。生產優質鑄件,控制鑄鐵凝固時形成的石墨的形態和基體金屬組織是至關重要的。孕育處理是生產工藝中最重要的環節之一。良好的孕育處理可使灰鑄鐵具有符合要求的顯微組織,從而保證鑄件的力學性能和加工性能。

在液態鑄鐵中加入孕育劑,可以形成大量亞顯微核心,促使共晶團在液相中生成。接近共晶凝固溫度時,生核處首先形成細小的石墨片,並由此成長為共晶團。每一個共晶團的形成,都會向周圍的液相釋放少量的熱,形成的共晶團越多,鑄鐵的凝固速率就越低。凝固速率的降低,就有助於按鐵-石墨穩定系統凝固,而且能得到A型石墨組織。

一 孕育處理的作用

灰鑄鐵的力學性能在很大程度上取決於其顯微組織。未經孕育處理的灰鑄鐵,顯微組織不穩定、力學性能低下、鑄件的薄壁處易出現白口。為保證鑄件品質的一致性,孕育處理是必不可少的。

鑄鐵孕育處理所用的孕育劑,加入量很少,對鑄鐵的化學成分影響甚小,對其顯微組織的影響卻很大,因而能改善灰鑄鐵的力學性能,對其物理性能也有明顯的影響。良好的孕育處理有以下作用:

◆消除或減輕白口傾向;

◆ 避免出現過冷組織;

◆減輕鑄鐵件的壁厚敏感性,使鑄件薄、厚截面處顯微組織的差別小,硬度差別也小;

◆有利於共晶團生核,使共晶團數增多;

◆使鑄鐵中石墨的形態主要是細小而且均勻分佈的A型石墨,從而改善鑄鐵的力學性能。孕育良好的鑄鐵流動性較好,鑄件的收縮減少、加工性能改善、殘留應力減少。

二.灰鑄鐵的顯微組織

灰鑄鐵的力學性能決定於其基體組織和片狀石墨的分佈狀況。灰鑄鐵的力學性能主要取決於其基體組織,為了得到高強度,希望基體組織以珠光體為主、盡量減少鐵素體含量。如果鐵素體量過多,不僅導致鑄鐵的強度低,而且加工時會使刀具過熱,顯著降低刀具的壽命。與球墨鑄鐵不同,對灰鑄鐵不可能有延性和韌性的要求,只要求其強度,所以一般都以珠光體含量高為好。

灰鑄鐵中的石墨片,有切割金屬基體、破壞其連續性、使其強度降低的作用。從強度考慮,應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片,具明顯方向性的石墨片影響尤大。控制石墨片的分佈狀況,是保證灰鑄鐵性能的關鍵。

A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強、冷卻速率較低、在過冷度很小的條件下發生共晶轉變時形成的。在光學顯微鏡下觀察時,石墨呈均勻分佈的彎曲片狀,無方向性,其長度則因鑄鐵的生核條件和冷卻速率而不同。高品質的結構鑄件,都希望其具有中等長度的A型石墨。

B型石墨在光學顯微鏡下呈菊花狀,共晶團中心部位石墨片比較細小,外圍的石墨片較粗大。實際上,中心部位是D型石墨,外圍是A型石墨。B型石墨的生核條件比A型石墨差,共晶轉變時的過冷度也比形成A型石墨時大,結晶時先在共晶團中心部位產生過冷石墨(D型),釋放的結晶潛熱使周邊的過冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨為量不多,對鑄鐵的性能影響不大,一般情況下可允許其存在。

C型石墨主要出現於碳當量很高(過共晶)、冷卻緩慢的鑄鐵中,有粗大片狀初生石墨,也有小片狀石墨,有時部分石墨片上有帶尖角的塊狀。過共晶鐵液冷卻時,通過液相線后,在一定的過冷度下析出初生石墨,並在液相中逐漸長大。由於結晶溫度較高,成長時間較長,形成分枝較少的粗大片狀。溫度降低到共晶溫度時,發生正常的共晶轉變,這時產生的石墨是正常的共晶石墨(A型石墨),最終的結果是在粗大的石墨片之間分佈有正常的共晶石墨。因此,C型石墨是由粗大、塊狀石墨和A型石墨構成的。C型石墨可使鑄鐵的熱導率提高,改善其抗熱衝擊的能力,但對鑄鐵的力學性能影響較大,一般的結構鑄件不應有這種石墨。

亞共晶鑄鐵中,偶爾也能見到這種石墨。如:用感應電爐熔煉而爐料中生鐵塊用量過多時,由於原生鐵遺傳的影響,就可能出現帶尖角的塊狀石墨;孕育劑加入量過大,造成局部硅元素富集,也會產生這種石墨。

D型石墨是鑄鐵的碳當量較低、冷卻速率較高,在過冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發達的條件下在奧氏體枝晶間形成的,石墨片細小而無方向性。D型石墨常見於碳當量較低的薄壁灰鑄鐵件中,也稱為‘過冷石墨’或‘枝晶間石墨’。在不加合金元素時,D型石墨往往伴隨有鐵索體。如基體組織為珠光體,則鑄鐵的耐磨性較好,且機械加工后能得到較細的表面粗糙度。

E型石墨是在碳當量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由於初生奧氏體枝狀晶較多、發生共晶轉變時過冷度不大、石墨核心不太多、共晶團較大,形成的石墨片大於D型石墨。由於冷卻比較緩慢,奧氏體枝狀晶發達,發生共晶轉變時液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間,形成的石墨片沿枝狀晶方向生長,具有一定的方向性,對鑄鐵力學性能的影響較大,要力求避免其產生。

可能出現E型石墨的鑄鐵,如冷卻速率較高,也會形成D型石墨。因此,在高強度薄壁鑄鐵件中往往會同時見到D型石墨和E型石墨。

生產優質灰鑄鐵件,應使其基體組織全部為珠光體,石墨為A型,而且石墨片要均勻分佈於金屬基體中,珠光體也應細小而均勻。要儘可能的地使組織中的B型石墨和D型石墨減至最少,不應該有C型石墨和E型石墨。為此,必須進行有效的孕育處理並控制鑄件的冷卻速率。

 

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “灰鑄鐵簡介