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              鑄鐵名片大全

              2018-03-07
              來源: 原創
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              第一節  鑄鐵的分類、石墨化及影響因素

               

              一、鑄鐵的特點與分類

               

              從鐵碳合金相圖知道,含碳量大于2.11% 的鐵碳合金稱為鑄鐵(cast iron)。雖然鑄鐵的強度、塑性和韌性較差,不能進行鍛造,但它卻具有優良的鑄造性、減摩性、切削加工性等一系列的性能特點,加上它的生產設備和工藝簡單、價格低,因此廣泛應用于機械制造、石油、化工、冶金、礦山、交通運輸、國防工業等部門。據統計,按重量百分比計算,在農業機械中鑄鐵件約占(4060)%;汽車、拖拉機中約占(5070)%;機床中約占(6090)%。特別是近年來由于稀土鎂球墨鑄鐵的發展,更進一步打破了鋼與鑄鐵的使用界限,不少過去使用碳鋼和合金鋼制造的重要零件,如曲軸、連桿、齒輪等,如今已可采用球墨鑄鐵來制造“以鐵代鋼”、“以鑄代鍛”。這不僅為國家節約了大量的優質鋼材,而且還大大減少了機械加工的工時,降低了產品的成本。

               

              鑄鐵之所以具有這些特性,除了因為它具有接近共晶的成分,熔點低,流動性好,易于鑄造外,還因為它的C、Si含量較高,使碳大部分不以化合(Fe3C)而是呈游離的石墨狀態存在,石墨有潤滑作用和吸油能力,因而鑄鐵有良好的減摩性和切削加工性。根據碳在鑄鐵組織中存在形式不同,可分為以下幾類:

               

              1.白口鑄鐵(white cast iron

               

              簡稱為白口鐵,完全按照Fe-Fe3C 相圖進行結晶而得到的鑄鐵。其中碳全部以滲碳體(Fe3C)形式存在,斷口呈銀白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C,硬度高,脆性大,很難切削加工。很少用來直接制造機器,主要用于煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵的毛坯。

                 

              2.灰口鑄鐵(gray cast iron

               

              碳主要結晶成游離狀態的石墨。其中碳大部分或全部以片狀石墨形狀存在,斷口為暗灰色,常見的鑄鐵件多數是灰口鑄鐵。

                 

              3.可鍛鑄鐵(malleable iron)

               

              由一定成分的白口鑄鐵經石墨化退火處理而獲得,其中碳大部分或全部以團狀石墨形式存在,由于具有較灰口鑄鐵高得多的塑性和韌性,習慣上稱為可鍛鑄鐵,實際上不能鍛。

                 

              4.球墨鑄鐵(nodular cast iron)

               

              鐵水在澆注前經球化處理,其中碳大部分或全部以球狀石墨形式存在,機械性能高,生產工藝比可鍛鑄鐵簡單,近年來日益得到廣泛的應用。

               

              5.蠕墨鑄鐵

               

              碳以蠕蟲狀石墨形式存在,介于片狀和球狀石墨之間,是近十幾年發展起來的新型鑄鐵。

               

              此外,為了滿足一些特殊要求,向鑄鐵中加入一些合金元素,如Cr、Cu、Al、B等,可得到耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵及耐磨鑄鐵等合金鑄鐵。

                

              二、鑄鐵的石墨化及影響因素

               

              從以上各種鑄鐵的組織可見,鑄鐵中的碳可能以化合狀態(Fe3C)或自由狀態(石墨)兩種形態存在。鑄鐵在結晶過程中,碳以石墨形態析出的現象稱為石墨化。鑄鐵中石墨化程度直接決定了鑄鐵的組織和性能。影響鑄鐵中石墨化的因素主要有化學成分和冷卻速度。

                 

              1.化學成分

               

              (1)碳和硅 碳和硅是強烈促進石墨化的元素。鑄鐵中C、Si越高,石墨化越容易進行,越容易得到灰口組織。但過高,石墨多而粗大,組織中鐵素體量增多,珠光體量減少,力學性能降低。因此,為了保證得到一定數量的石墨,避免形成白口鑄鐵,灰口鑄鐵中一般控制在(2.54.0) %,Si控制在(1.03.0) %,厚壁件取下限,薄壁件取上限。砂型鑄造時,碳硅含量與鑄鐵組織的關系如圖21-2所示。

               

              (2)硫 S是強烈阻礙石墨化的元素,S阻礙C原子的擴散,S還能增強Fe、C原子的結合力。強烈的阻礙石墨化,S能使鐵水的流動性降低,收縮量增大,使鑄鐵有較大的熱裂傾向,因此鑄鐵中含量越低越好,一般要控制在0.15%以下。

               

              (3)錳 Mn本身是阻礙石墨化的元素,但它能與S結合,形成MnS浮集到渣中,從而削弱了S阻礙石墨化作用,Mn一般為(0.51.4) %。

               

              (4)磷 P對石墨化稍起促進作用,改善鑄造性能。但P具有冷脆性,是有害元素,要控制使用。

                 

              2.冷卻速度

               

              冷卻速度對鑄鐵石墨化的影響很大。冷卻越慢,原子擴散越充分,越有利于石墨化進行。而快冷阻止石墨化越容易得到白口組織。

               

              冷卻速度的大小主要取決于澆注溫度、鑄件壁厚和鑄型導熱能力等多種因素。澆注溫度愈高,使得鐵水凝固前鑄型吸收的熱量愈多,鑄件冷卻就愈慢;各種造型材料的導熱性不同,鑄件在金屬型中的冷卻比在砂型中快。同是砂型,濕型的冷卻速度大于干型和預熱的鑄型;鑄件壁厚是影響冷卻速度的一個重要因素,鑄件壁越厚,則冷卻速度越小,石墨化就越完全。所以,在實際生產中常常發現同一厚壁處為灰口,而薄壁處出現白口的現象。鑄鐵的化學成分(C+Si)和冷卻速度對組織的影響如圖21-3所示。生產中就是利用這一關系,對于不同壁厚的鑄件通過調整CSi 的含量以保證得到所需要的灰口組織。

               

              第二節  灰口鑄鐵

                 

              灰口鑄鐵(簡稱為灰鐵)是價格便宜,應用最廣的一種鑄鐵,占各種鑄鐵總含量的80%以上。

                

              一、灰口鑄鐵的成分、組織與性能

               

              ()灰口鑄鐵的成分與組織

               

              灰口鑄鐵的化學成分大致為:(2.63.6) %C,(1.23.0) %Si,(0.41.2) %Mn,≤0.15%S,≤0.3%P。

               

              灰口鑄鐵組織特點是石墨呈片狀分布在金屬的基體組織上。按金屬基體組織的不同,灰口鑄鐵分為三種類型:鐵素體灰口鑄鐵;鐵素體-珠光體灰口鑄鐵;珠光體灰口鑄鐵。

               

              1.鐵素體灰口鑄鐵

               

              它是在鐵素體的金屬基體上分布著粗大的片狀石墨。此鑄鐵的強度、硬度最低,很少用來制造機器零件,但質軟,易加工,鑄造性能好,可用來制造少數要求不高的鑄件或薄件。

               

              2.鐵素體--珠光體灰口鑄鐵

               

              它是在珠光體和鐵素體組成的金屬基體上分布著片狀石墨,其石墨片稍粗大,數量也較多,因此,其強度、硬度較差,此種鑄造時易控制,切削性能較好,用途廣。

               

              3.珠光體灰口鑄鐵

               

              它是在珠光體的基體上分布著細小而均勻的片狀石墨。強度、硬度最高,主要用于制造重要機件。

               

               ()灰口鑄鐵的性能

               

              1.機械性能

               

              灰口鑄鐵組織是鋼的基體上分布有片狀石墨,石墨的密度為鑄鐵的1/3,其體積約占鑄鐵的(710%,石墨的抗拉強度小于20MPa,塑性近于零,硬度3HBS,石墨的這種特性是改變灰口鑄鐵機械性能的主要因素。

               

              由于片狀石墨象刀口一樣對金屬基體的嚴重割裂作用,減少了基體受力的有效面積,使鑄件金屬基體的作用不能充分發揮,據統計灰口鑄鐵金屬基體強度的利用率一般不超過(3050%,這表現為鑄鐵抗拉強度

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