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1、金属材料与热处理金属材料与热处理2015Apr Apr 20th20th Heat Treatment大连理工大学出版社金属材料与热处理编写组 模块九模块九 铸铸 铁铁 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金,实际生产中使用的铸铁不是简单的铁碳二元合金,而是以Fe、C、Si为主的多元合金。铸铁的化学成分大致为:2.4%4.0%C、0.6%3.0%Si、0.2%1.2%Mn、0.04%0.2%S、0.04%1.2%P。有时加入各种合金元素如Si、Al、Cr、Mn、Cu等,以得到各种特殊性能的铸铁。铸铁中碳的主要存在形式有渗碳体和石墨两种,当碳主要以石墨形式存在时,铸铁具有很优良的性能。如何控制碳的
2、存在形式,是控制铸铁性能的关键。模块九模块九 铸铸 铁铁 碳在铸铁中存在的形式有三种:间隙固溶体、游离的石墨和化合态的Fe3C。根据碳存在的形式,铸铁可分为以下几种:(1)白口铸铁:碳全部或大部分以化合态渗碳体的形式存在,断口呈亮白色。(2)灰口铸铁:碳全部或大部分以石墨形式存在,断口呈暗灰色。(3)麻口铸铁:碳一部分以石墨形式存在,一部分以渗碳体形式存在,断口呈灰白相间的点状。模块九模块九 铸铸 铁铁 根据石墨的形态,铸铁可分为以下几种:(1)灰铸铁:碳全部或大部分以片状石墨析出,凝固后断口呈暗灰色;(2)球墨铸铁:碳全部或大部分以球状石墨存在,通过球化剂与铁水反应后凝固而得;(3)蠕墨铸铁
3、:碳全部或大部分以蠕虫状石墨存在,通过蠕化剂与铁水反应后凝固而得;(4)可锻铸铁:碳全部或大部分以团絮状石墨存在,与灰铸铁相比,它有较好的韧性和塑性,因此得名,实际上可锻铸铁并不可锻。模块九模块九 铸铸 铁铁 除白口铸铁外,铸铁的组织可以看作是由钢的基体和石墨(G)组成的。石墨的形态、大小、数量和分布状态对铸铁的性能有着重要的影响。石墨化,是指铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中的石墨都是由高温液态铁水通过冷却、凝固、结晶过程得到的可锻铸铁中的石墨则是由高温液态铁水通过冷却、凝固、结晶过程得到白口组织(渗碳体),然后经高温分解为石墨而得到的。模块九模块九 铸铸 铁铁一
4、、铸铁的石墨化过程研究表明,铸铁在冷凝过程中,因冷却条件不同,可按Fe-Fe3C系结晶形成白口铸铁,也可按Fe-G(石墨)系结晶形成灰口铸铁。因此,在研究铸铁的结晶过程和组织转变过程时,应同时采用Fe-Fe3C相图和Fe-G相图。为研究方便起见,通常将这两种相图叠合在一起,称为铁-碳双合金(Fe-C)双重相图,如图所示。图中实线表示Fe-Fe3C系,虚线表示Fe-G系,虚线与实线重合的线条(如BC、JE、GS、GP、PQ等)都用实线表示。由图可知,虚线均位于实线的上方或左上方。根据Fe-C双重相图可知,铸铁的结晶过程和组织转变根据化学成分和铸造工艺条件不同,可以按Fe-G系进行,也可按Fe-F
5、e3C系进行。铁-碳双合金双重相图模块九模块九 铸铸 铁铁亚共晶3.5%C的灰口铸铁结晶过程碳含量为3.5%的液态合金在缓慢冷却条件下,当冷至液相线的温度时,首先结晶出奥氏体(A),由于碳含量较低的奥氏体不断析出,促使液相成分不断沿碳含量增加的 BC线变化,到共晶温度(1154)时,达到共晶成分的剩余液相发生共晶转变,形成奥氏体和共晶石墨(G),即:铁-碳双合金双重相图模块九模块九 铸铸 铁铁共晶转变后,随着温度下降,奥氏体的成分沿 ES线逐渐变化,同时析出二次石墨 (G),这些石墨通常沉积于共晶石墨表面,使共晶石墨不断长大。继续冷却至共析温度(738)时,剩余奥 氏 体 成 分 达 到 共
6、析 成 分,相 当 于 S点(0.68%C),于是便发生共析转变,形成铁素体(FP)和共析石墨(G),即共析石墨也沉积于共晶石墨的表面上而生长,最后得到的组织是在铁素体基体上分布着片状石墨。铁-碳双合金双重相图模块九模块九 铸铸 铁铁渗碳体是介稳定相,在一定的加热和冷却条件下,能分解为固溶体(或固溶体)和石墨,特别是C和Si等促进石墨化元素含量较高的铁水,在缓慢冷却过程中,常按Fe-G系状态图进行结晶。模块九模块九 铸铸 铁铁可将铸铁的石墨化过程分为两个阶段:1.石墨化第一阶段石墨化第一阶段即高于 PSK线温度的石墨化过程,包括:(1)从过共晶溶液中直接析出初生(一次)石墨;(2)在共晶转变过
7、程中形成共晶石墨;(3)奥氏体冷却时析出二次石墨;(4)一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体在高温下分解析出石墨。模块九模块九 铸铸 铁铁2.石墨化第二阶段石墨化第二阶段即 PSK线及以下温度的石墨化过程,包括:(1)共析转变过程中形成共析石墨;(2)共析渗碳体分解析出石墨。石墨化过程是一个扩散过程。一般说来,在石墨化第一阶段,由于温度较高,扩散条件较好,石墨化过程进行得比较充分。而石墨化第二阶段由于温度较低,扩散条件差,往往进行不充分。随着石墨化的程度不同,获得的铸铁组织也不同模块九模块九 铸铸 铁铁二、影响铸铁石墨化的因素化学成分和冷却速度是影响石墨化进行程度的主要因素。1.化学成分:根据合
8、金元素对铸铁石墨化的影响程度,可将铸铁中常见的合金元素分为两类,即促进石墨化的元素和阻止石墨化的元素。(1)C和Si:C和Si是强烈促进石墨化的元素。在生产中,调整C、Si含量是控制铸铁组织最基本的措施之一。(2)S:S是阻碍石墨化的元素,降低铁水的流动性,并使铸铁内产生气泡。一般将S含量限制在0.15%以下。模块九模块九 铸铸 铁铁(3)Mn:Mn是一种阻碍石墨化的元素。但Mn与S结合成MnS,削弱了S的有害作用。铸铁中Mn含量一般在0.5%1.4%范围内。(4)P:P是一种促进石墨化的元素,但当P含量大于0.2%后,就会出现Fe3P,它常以硬而脆的磷共晶形态存在。通常灰口铸铁中P的含量应控
9、制在0.2%以下。模块九模块九 铸铸 铁铁2.冷却速度化学成分选定后,改变铸铁共晶阶段的冷却速度,可以在很大范围内改变铸铁的铸态组织,改变共析转变时的冷却速度,其产物也会有很大的变化。一般说来,铸件的冷却速度越缓慢,越有利于石墨化过程的充分进行;反之,当铸件冷却速度较快时,不利于石墨化的进行。尤其是在共析阶段的石墨化,由于温度低,冷却速度增大,原子扩散更加困难。所以在通常情况下,共析阶段的石墨化难以完全进行。模块九模块九 铸铸 铁铁在铸造生产实践中,铸件的冷却速度与铸模类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等因素有关。一般说来,金属模铸件冷却速度较快,易得到白口组织,砂模铸件易得到灰口组织;薄壁铸
10、件易得到白口组织,厚壁铸件易得到灰口组织。即使是同一铸件,因厚薄不均、冷却速度不一,薄壁尖角处易得到白口组织,壁厚处易得到灰口组织。模块九模块九 铸铸 铁铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁通常是指断面呈灰色,其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。灰铸铁件占铸铁的总产量的80%以上。一、灰铸铁的组织特点灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成。金属基体主要有铁素体、珠光体及珠光体与铁素体混合组织三种。石墨片以不同数量、大小、形状分布于基体中。石墨是一种软而脆、强度极低、密度极低而且在铸铁中形成较大的体积份额的组织。因此常把灰铸铁看作是有大量微小裂纹或空洞的碳钢,致使金属基体强度得不到充分发挥。模块九模块九 铸
11、铸 铁铁二、灰铸铁的性能二、灰铸铁的性能 1.抗拉强度较低,塑性、韧性很差2.良好的减振性和减摩性3.良好的铸造性和可切削性模块九模块九 铸铸 铁铁三三、灰铸铁的牌号和应用、灰铸铁的牌号和应用灰铸铁的牌号是用“灰铁”二字的汉语拼音首位字母“HT”与一组数字表示,数字表示其最小抗拉强度 Rm值。灰铸铁牌号有:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。灰铸铁的强度与铸件壁厚大小有关,在同一牌号中,随着铸件壁厚的增加,其抗拉强度和硬度下降。因此,在根据零件的性能要求选择铸铁牌号时,必须注意铸件的壁厚,如果铸件的壁厚过大或过小,应根据具体情况选择性能适当提高或降低的铸铁的
12、牌号。模块九模块九 铸铸 铁铁四、灰铸铁的孕育处理石墨片越少、越细、分布越均匀,铸铁的力学性能越高。可通过孕育处理来做到,即在浇注前,向C、Si含量较低的铁水中加入一定量的孕育剂(硅铁、硅钙),以促进石墨晶核的形成。孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁五、灰铸铁的热处理热处理可以改变灰铸铁的基体组织,但不能改变石墨的形态和分布。1.低温退火:形状较复杂的铸件在浇注后的冷却过程中,因各部位冷却速度不同,往往形成很大的内应力,使铸件产生变形与开裂,故需通过低温退火来消除内应力,减小变形、开裂等。通常是将铸件加热到500550,保温一段时间然后随炉冷却至150200出炉。2.石墨化
13、退火及正火:铸件在冷却时,表层及薄壁处冷却速度较快,有时会产生白口组织,使铸件硬度和脆性增大,难以切削加工,在使用中也易剥落。一般可采用石墨化退火及正火来消除这种缺陷。退火是把铸铁加热到850950,保温13 h,随炉冷却。若出炉空冷(正火),由于冷却速度快,共析渗碳体来不及分解,最终将形成珠光体基体的灰铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁是铁水经过球化处理,将片状石墨转化为球状石墨而获得的一种铸铁。浇注前,在铁水中加入一定量的镁、稀土镁合金或稀土元素作为球化剂,使石墨结晶呈球状。这种方法称为球化处理。目前,球墨铸铁在汽车、冶金、农机、船舶、化工等部门被广泛使用。模块九模块九
14、 铸铸 铁铁一、球墨铸铁的组织和性能一、球墨铸铁的组织和性能 球墨铸铁金相组织是由细小、圆整的球状石墨和金属基体组成的。球状石墨对基体的割裂作用以及引起的应力集中比片状石墨小很多,因此,球墨铸铁的力学性能主要取决于基体的性能。通过相应的热处理,可得到铁素体、珠光 体、贝氏体和回火索氏体等组织,以获得不同的性能。不同基体组织的球墨铸铁模块九模块九 铸铸 铁铁1.铁素体基体球墨铸铁:塑性、韧性较高,用来代替低碳钢或可锻铸铁制造受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。2.珠光体基体球墨铸铁:有较高的强度、耐磨性及一定的塑性和韧性,多用来代替中碳钢制造曲轴、连杆等。3.珠光体-铁素体基体球墨铸铁:具有中等强
15、度和韧性,多用于制造受力不大的齿轮及机车车辆的轴瓦等。4.贝氏体基体球墨铸铁:较高的强度和一定的韧性,可用于制造汽车、拖拉机的螺旋伞齿轮、减速齿轮等。球墨铸铁的力学性能除了与基体组织有关外,还与球墨铸铁中石墨的形态、大小和分布有关。石墨的圆整度越好,球越小,分布越均匀,力学性能越好。模块九模块九 铸铸 铁铁 二、球墨铸铁的牌号及应用二、球墨铸铁的牌号及应用球墨铸铁的牌号以“球铁”二字的汉语拼音首位字母“QT”与两组数字表示,两组数字分别表示球墨铸铁的抗拉强度 Rm与断后伸长率A的最小值。球墨铸铁的牌号有QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT7
16、00-2、QT800-2、QT900-2。球墨铸铁热处理后可应用于载荷较大、受力复杂的零件,如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套,机床主轴,机床蜗杆、蜗轮,轧钢机轧辊、大齿轮,小型水轮机主轴、气缸体,桥式起重机大、小滚轮、高强度齿轮,汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速齿轮,内燃机曲轴、凸轮轴等 模块九模块九 铸铸 铁铁 三、球墨铸铁的热处理三、球墨铸铁的热处理球墨铸铁的力学性能在很大程度上取决于金属基体组织,而金属基体组织可以通过热处理改变。球墨铸铁的热处理原理与钢大致相同,但由于球墨铸铁中石墨的存在,且化学成分中的碳、硅含量较高,因此球墨铸铁的热处理应注意以下几点:热处理只能改变金属基体组织,
17、而不能改变石墨的形态和分布。由于球墨铸铁是以铁、碳、硅为主的多元合金,共析转变是在一个温度范围内进行的。在共析温度范围内,铁素体、奥氏体和石墨三相共存,并且在此区间的不同温度,铁素体 和奥氏体的相对量不同。因此,通过改变加热温度可以得到不同的基体组织和性能。模块九模块九 铸铸 铁铁 加热时部分石墨溶入奥氏体,因此能通过改变加热温度来控制石墨溶入奥氏体的数 量,在冷却后获得不同碳含量的基体组织和性能。石墨的导热性较差且溶入奥氏体较困难,因此球墨铸铁热处理时加热温度比碳钢高,保温时间比碳钢长。模块九模块九 铸铸 铁铁球墨铸铁的热处理方法有退火、正火、淬火和回火及化学热处理等。1.1.球墨铸铁的退火
18、球墨铸铁的退火消除应力退火:球墨铸铁的弹性模量较高,因此,铸造后产生的残余内应力一般比灰铸铁大12倍。对于不再进行其他热处理的铸件,特别是形状复杂、壁厚相差悬殊的铸件,必须进行消除应力退火。消除应力退火的方法是,将铸件缓慢加热(75100/h)到500600,保温28 h后随炉冷却到150200,出炉空冷,经退火后可消除铸件中90%95%的内应力。模块九模块九 铸铸 铁铁高温石墨化退火:由于球墨铸铁形成白口组织的倾向比较大,因而在铸态组织中常会出现一定数量的自由渗碳体。为了改善切削加工性能,获得铁素体基体,需要采用高温石墨化退火。高温石墨化退火的工艺是把铸件加热至共析温度范围以上,即90095
19、0,保温24 h,使铸件发生第一阶段石墨化,然后随炉缓慢冷却至600,使铸件发生第一和第二阶段石墨化,再出炉空冷。低温退火:当球墨铸铁在铸态下时,其基体为珠光体和铁素体,而没有自由渗碳体存在时,为了获 得铁素体基体,则只需要进行低温退火。低温退火工艺是把铸件加热至共析温度范围附近,即700760,保温28 h,使铸件 发生第二阶段石墨化,然后随炉缓冷到600,再出炉空冷。模块九模块九 铸铸 铁铁2.2.球墨铸铁的正火球墨铸铁的正火球墨铸铁进行正火的目的是使铸态下基体的混合组织变为珠光体基体,从而提高其强度和耐磨性。球墨铸铁正火也分为高温正火和低温正火两种。高温正火:高温正火工艺是把铸件加热至共
20、析温度范围以上,一般为880920,保温 13 h,使基体组织全部奥氏体化,然后出炉空冷,使其在共析温度范围内由于快冷而获得珠光体基体。对硅含量高的厚壁铸件,则应采用风冷,甚至喷雾冷却,确保正火后能获得珠光体基体 的球墨铸铁。若铸态组织有自由渗碳体存在,则应把正火温度提高到950980,使自由渗碳体在高温下全部溶入奥氏体,并且随后冷却获得珠光体基体。模块九模块九 铸铸 铁铁低温正火:低温正火工艺是把铸件加热至共析温度范围内,即840860,保温14 h,使基体组织部分奥氏体化,然后出炉空冷。低温正火后获得珠光体+铁素体基体球墨铸铁,虽提高了铸件的韧性与塑性,但强度较低。模块九模块九 铸铸 铁铁
21、3.3.球墨铸铁的调质处理球墨铸铁的调质处理对于受力复杂、要求综合力学性能高的铸件采用调质处理。在保证完全奥氏体化的前提下,调质处理的淬火加热温度应取较低值,常常为820840。为的是获得碳含量略低的针状马氏体。淬火通常用油冷,经550600回火,得到回火索氏体与石墨组织。模块九模块九 铸铸 铁铁4 4.球墨铸铁的等温淬火球墨铸铁的等温淬火等温淬火是获得高强度和超高强度球墨铸铁的重要热处理方法。通过这种热处理后的 基体组织是下贝氏体,具有较高的综合力学性能。形状复杂的铸件等温淬火,还可防止普通淬火所造成的裂纹和变形。等温淬火加热温度为860920,保温后立即投入250350的硝盐炉中等温冷却(
22、3090 min),然后取出空冷。等温淬火后的组织为下贝氏体+少量残余奥氏体+少量马氏体+球状石墨。等温淬火后,由于内应力不大,一般不再经回火处理。但当组织中马氏体含量较多时,可进行一次低温回火,使淬火马氏体转变为回火马氏体、残余奥氏体转变为下贝氏体,从而提高其韧性与塑性。等温淬火常用来处理一些综合性能要求较高,具有良好的耐磨性,且外形又较复杂,热处理易变形或开裂的零件。例如,齿轮、滚动轴承套圈、凸轮轴等截面尺寸不大的零件。模块九模块九 铸铸 铁铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是指铁水经过蠕化处理所获得的一种具有蠕虫状组织的铸铁。蠕虫状石墨实际上是球化不充分的缺陷形式。直到近20年来,人们才认识到蠕
23、墨铸铁在性能上有一定的优越性,从而引起重视。蠕虫状石墨的显微组织 400X模块九模块九 铸铸 铁铁1.1.蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的组组织织:蠕墨铸铁的金相组织是由蠕虫状石墨和基体所组成的。蠕虫状石墨是介于片状石墨与球状石墨之间的中间状态类型的石墨。它既具有片状石墨的组织特征,又具有球状石墨的特征,片短而厚,头部较圆,形似蠕虫。蠕虫状石墨的显微组织 400X模块九模块九 铸铸 铁铁2 2、蠕墨铸铁的牌号、蠕墨铸铁的牌号蠕墨铸铁的牌号用“蠕铁”两字的汉语拼音前两位和首位字母“RuT”及后面的一组数字表示,数字表示其最小抗拉强度Rm值。例如,RuT340表示最小抗拉强度Rm为340 MPa的蠕 墨铸铁。
24、蠕墨铸铁根据强度性能可分为5个等级(GB/T 266552011),其牌号分别为RuT300、RuT350、RuT400、RuT450和RuT500。模块九模块九 铸铸 铁铁3.3.蠕墨铸铁的性能特点及应用蠕墨铸铁的性能特点及应用蠕墨铸铁的力学性能与石墨蠕化率(在具有代表性的显微视场内蠕虫状石墨数与全部石墨数的百分比)、形状和分布及基体组织密切相关蠕墨铸铁基体可分为铁素体、珠光体、铁素体+珠光体等 模块九模块九 铸铸 铁铁对于同一基体的铸件,蠕墨铸铁的强度要高于灰铸铁,但要比球墨铸铁低。蠕化率越高,其性能特点越接近于灰铸铁;蠕化率越低,其性能特点越接近于球墨铸铁。蠕墨铸铁的韧性、伸长率也均低于
25、球墨铸铁而高于灰铸铁。蠕化率低或基体组织中铁素体含量高,则韧性、伸长率相对提高。总之,蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,抗拉强度及屈服强度高于高强度灰铸铁而低于球墨铸铁;导热性、耐热疲劳性等近似于灰铸铁;它的疲劳极限和冲击韧性虽然不如球墨铸铁,但明显优于灰铸铁。同时蠕墨铸铁的铸造性接近于灰铸铁,因而铸造工艺简单、成品率高。模块九模块九 铸铸 铁铁由于蠕墨铸铁具有较高的强度及良好的导热性、热疲劳性,因而特别适合制造在热交换以及有较大温度梯度下工作的零件 例如汽车制动盘、排气管、发动机缸体、钢锭模、金属型 等。汽车发动机的排气管,工作温度经常在常温至700之间变化,承受较大的热循环载荷,原设
26、计材料为HT150,使用寿命短且极易开裂。改用蠕墨铸铁生产后,其使用寿命提高了35倍,并从根本上解决了开裂问题,且自身质量也减轻了10%,获得了良好的效益。由于蠕墨铸铁具有较高的致密性,同时具有较好的强度,特别适用于受力较高的液压件的生产。模块九模块九 铸铸 铁铁可锻铸铁 可锻铸铁是指将一定成分的铁水浇注成白口铸件,然后经石墨化退火处理,使白口铸铁的游离渗碳体分解成为团絮状石墨,从而得到由团絮状石墨和不同基体组织组成的铸铁。退火状态下可锻铸铁的显微组织 100X模块九模块九 铸铸 铁铁由于石墨呈团絮状,对基体的割裂作用比灰铸铁小很多,使这种铸铁具有较高的强度,同时还兼有良好的塑性和韧性,因此被
27、称为“可锻”铸铁,但实际上并不可锻1.可锻铸铁的分类及应用可锻铸铁根据化学成分、热处理工艺以及由此导致的性能和金相组织的不同,可分为两类,第一类:黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁;第二类:白心可锻铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁(1)黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁黑心可锻铸铁的金相组织是铁素体基体+团絮状石墨,而珠光体可锻铸铁的金相组织是珠光体基体+团絮状石墨。这类可锻铸铁是将白口铸铁在密闭的退火炉中进行热处理,即在中性炉气氛条件下退火,共晶渗碳体在高温下分解为团絮状石墨,然后通过不同的热处理工艺使基体成为铁素体或珠光体组织。采用这种方法得到的铁素体基体可锻铸铁,因其组织中有石墨存在,所以断面呈暗灰色
28、,而在表层因常有薄的脱碳层而呈亮白色,故称为黑心可锻铸铁。而珠光体可锻铸铁则以基体命名,又称为石墨化退火可锻铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁(2)白心可锻铸铁将白口铸铁在氧化性气氛条件下退火时,铸件断面从外层到心部发生强烈的氧化和脱碳,在完全脱碳层中无石墨存在,基体组织为铁素体。这种铸铁断面上由于其心部区域有发亮的光泽,故称为白心可锻铸铁,又称为脱碳退火可锻铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁(3)可锻铸铁的应用目前我国生产的可锻铸铁绝大部分为黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁生产较少,而白心可锻铸铁国内基本不生产。铁素体可锻铸铁有一定的强度和较高的塑性、韧性,故常用于制造承受冲击、振动及扭转负荷的零件,例
29、如汽车、拖拉机中的后桥、转向机构、弹簧钢板支座,电力输电线安装工具,各种阀门、管线或农具等。珠光体可锻铸铁由于强度高,硬度也较高,常用于制造一些耐磨零件,如曲轴、连杆、齿轮、凸轮等。近年来,由于球墨铸铁制造技术的发展,可锻铸铁部分地被球墨铸铁所取代,但由于可锻铸铁的生产过程较易控制,有较好的生产稳定性、生产成本低等优点,故仍然在某些领域中使用。特别是对于一些大批量的复杂薄壁小件,可锻铸铁的优点更加突出,其应用仍有一定的优势。模块九模块九 铸铸 铁铁2.可锻铸铁的石墨化退火黑心可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后得到的。当把白口铸铁加热到高温(9001000),长时间保温,莱氏体中的渗碳体分解成奥
30、氏体+石墨,而进行第一阶段的石墨化,此时的组织由原来的奥氏体+渗碳体转变为奥氏体+团絮状石墨。然后使温度缓慢下降,这时奥氏体不断析出二次石墨,进行第一阶段的石墨化,二次石墨将依附于原有的石墨上。当冷却到共析转变温度区间时,以极其缓慢的速度冷却或冷却到略低于共析温度做长时间的保温,进行第二阶段的石墨化。然后随炉冷至600700出炉空冷。结果获得在铁素体基体上分布着团絮状石墨的组织,称为铁素体可锻铸铁。模块九模块九 铸铸 铁铁退火时,如果在第一阶段石墨化后,随炉冷至820880,然后出炉空冷,这时得到珠光体基体上分布着团絮状石墨的组织,称为珠光体可锻铸铁。在配制成分时,要适当增加一些阻止第一阶段石
31、墨化的元素(如锰、锡、铬、钼、钒等),并减少碳、硅含量,以稳定珠光体。模块九模块九 铸铸 铁铁3.可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号用“可铁”的汉语拼音首位字母“KT”和后面两组数字表示。两组数字分别表示其抗拉强度Rm和断后伸长率 A的最低值。黑心可锻铸铁为“KTH”,白心可锻铸铁为“KTB”,而珠光体可锻铸铁用“KTZ”表示。国家标准(GB/T 94402010)规定的黑心可锻铸铁及珠光体可锻铸铁的牌号有KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12、KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02。模块九模块九 铸铸 铁铁 三、特种性
32、能铸铁三、特种性能铸铁1.耐热铸铁铸铁在高温条件下工作时,主要的损坏形式是由于氧化和生长而导致的零件失效。氧化是指铸铁在高温下受氧化性气氛的侵蚀,在铸件表面形成氧化皮,减小了铸件的有效截面,从而降低了铸件的承载能力。生长是指铸件在高温下反复加热冷却时发生的不可逆的 体积长大,造成零件尺寸增大,并使力学性能降低。铸件在高温和负荷作用下,由于氧化和生长最终导致零件变形、翘曲、产生裂纹,甚至破坏。所以铸铁在高温下抵抗破坏的能力通常指铸铁的抗氧化性和抗生长能力。模块九模块九 铸铸 铁铁在铸铁中加入Al、Si、Cr等元素,在高温氧化性气氛下,这些合金元素可在铸铁表面形成一层致密的、稳定的、与基体结合牢固
33、的、均匀的氧化膜(Al2O3、SiO2、Cr2O3),阻止氧化性气氛进一步渗入铸铁内部产生内氧化,从而抑制铸铁的生长。对于普通灰铸铁,由于石墨呈片状,外部氧化性气氛容易沿石墨边界渗入铸铁内部,产生内氧化,因此灰铸铁仅能在400左右温度下工作。经过球化处理或变质处理的铸铁,石墨呈球状或蠕虫状,提高了金属基体的连续性,减少了外部氧化性气氛深入内部,有利于防止铸铁产生内氧化,因此球墨铸铁与蠕墨铸铁的耐热性比灰铸铁好。我国的耐热铸铁主要可以分三个系列:硅系、铝系、铬系。典型牌号如RTCr、RTSi5、RQTSi5、RQTAl5Si5等模块九模块九 铸铸 铁铁 2.2.耐磨铸铁耐磨铸铁根据工作条件不同,
34、耐磨铸铁可分为两类:一类是像机床导轨、气缸套、活塞环等铸件,希望摩擦系数要小,这类铸铁称为减摩铸铁;另一类是像轧辊、抛丸机叶片、磨球等铸件,用于抵抗磨料磨损,这类铸铁称为抗磨铸铁。减摩铸铁常见的有含磷铸铁、钒钛铸铁、硼铸铁等三类及在它们的基础上发展起来的其他减摩铸铁,它们大多数是通过改善铸铁的组织来提高铸铁的耐磨性。在减摩铸铁基体中,珠光体是一种较理想的基体组织。抗磨铸铁是指用于抵抗磨粒磨损的铸铁,由于硬颗粒或凸出物的作用而造成的材料迁移所导致的损伤称为磨粒磨损。要求硬度高且组织均匀,金相组织通常为莱氏体、贝氏体或马氏体。抗磨铸铁包括普通白口铸铁、镍硬白口铸铁、铬系白口铸铁等。模块九模块九 铸
35、铸 铁铁3.3.耐蚀铸铁耐蚀铸铁普通铸铁耐蚀性很差。提高铸铁耐蚀性的办法有三种:加入Si、Cr、Al等元素在铸件表面形成致密牢固氧化膜提高基体的电极电位,加入Cr、Mo、Ni、Cu等元素。改善铸铁组织,使基体组织、石墨大小、形状及分布得到改善,进而减少石墨数量;进行将石墨转变为球状的球化处理;加入合金元素获得单相金属基体。模块九模块九 铸铸 铁铁应用较多的有耐蚀铸铁有高硅铸铁、高铬铸铁、含铝铸铁和高镍铸铁。高硅铸铁主要用于制造除还原性以外的酸类介质的零件,如离心泵、阀容器等。高铬铸铁多用于氧化性酸,如硝酸和盐液等介质。含铝铸铁用于制造碱类溶液介质零件,也能耐热。高镍铸铁多用于还原性介质,如烧碱、海水等。模块九模块九 铸铸 铁铁 实实 训训 1.实训名称:铸铁金相组织观察。2.实训目的:通过对灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁的显微组织的观察和分析,熟悉几种铸铁的典型金相组织特征,了解铸铁组织中不同组织组成物和组成相形态、分布对铸铁性能的影响,进一步掌握金相试样的制备和金相显微镜的使用方法和操作要点。3.实训地点:金相实训基地或有相关设备的工矿企业。4.实训材料:各种金相试样和金相图谱。5.实训设备:金相显微镜设备。6.实训内容:各小组领取各种不同类型的铸铁试样后,在显微镜下进行观察,并分析其组织形态和特征。
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