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    鑄鐵知識簡介


    鑄鐵通常是指含碳量2%~4%的Fe-C-Si三元合金,且含有較多的Mn、S和P等元素。鑄鐵有良好的減振、減磨作用,良好的鑄造性能和切削加工性能,且價格低。接下來將從鑄鐵石墨化、常用鑄鐵和合金鑄鐵三個方面進行簡單介紹。

    一、鑄鐵的石墨化

    鑄鐵的石墨化就是鑄鐵中的碳原子析出和形成石墨的過程。一般認為石墨可以由液體鐵水中析出,或自奧氏體中析出,也可以由滲碳體分解得到。

    影響鑄鐵組織和性能的關鍵是碳在鑄鐵中存在的形態(tài)、大小及分布。鑄鐵的發(fā)展主要是圍繞如何改變石墨的數量、大小、形狀和分布進行的。

    實驗表明,滲碳體是一個亞穩(wěn)定相,石墨才是穩(wěn)定相。因此,描述鐵碳合金組織轉變的相圖實際有兩個,一個是Fe-Fe3C系相圖,按其結晶就得到白口鑄鐵;一個是Fe-C系相圖,按其進行結晶就析出和形成石墨。

    影響鑄鐵石墨化的因素主要有兩個:

    1、化學成分的影響:C、Si、P可促進石墨化,Mn和S會阻礙石墨化。

    2、冷卻速度的影響:鑄件冷卻速度越慢,越有利于石墨化過程的充分進行。

    二、常用鑄鐵

    根據碳在鑄鐵中存在的形式及石墨的形態(tài),可將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵。前三個中的石墨都是自液體鐵水在結晶過程中得到,可鍛鑄鐵中的石墨是由白口鑄鐵加熱過程中石墨化得到。

    1、灰鑄鐵

    國標規(guī)定,灰鑄鐵牌號由“HT”加一組數字(最低抗拉強度)組成。

    其組織是由片狀石墨和鋼的基體兩部分組成。鋼的基體包括鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體三種;片狀石墨對基體的割裂程度較嚴重,使基體強度的利用率僅有30%~50%。

    與普通碳鋼相比,灰鑄鐵力學性能低、耐磨性與減震性好、工藝性能好。熱處理只能改變基體組織,不能消除片狀石墨的有害作用。

    常用的牌號是HT150、HT200。

    2、球墨鑄鐵

    球鐵牌號由“QT”加兩組數字組成,前一組數字表示最低抗拉強度,后一組數字表示最低斷后伸長率。

    球墨鑄鐵中石墨呈球狀,其對基體組織的割裂程度較灰鑄鐵進一步減弱,基體的強度利用率可達70%~90%。

    球鐵的力學性能除與基體組織類型有關外,還決定于球狀石墨的形狀、大小和分布。石墨球越細、球的直徑越小、分布越均勻,則球鐵的力學性能越好。鐵素體為基體的球鐵強度較低,塑性、韌性較高;珠光體基體的球鐵強度高、耐磨性好,但塑性和韌性較差。

    球鐵兼有鋼的高強度和灰鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能,常用的牌號有QT400-15、QT600-3等。

    3、蠕墨鑄鐵

    蠕鐵牌號由“RuT”加一組數字組成,數字表示最低抗拉強度。

    蠕鐵中的碳主要以蠕蟲狀形態(tài)存在,其石墨形狀介于片狀和球狀之間,片短而厚、頭部較圓,似蠕蟲。

    蠕鐵保留了灰鐵的工藝性能優(yōu)良和球鐵的力學性能優(yōu)良的共同特點,同時克服了灰鐵力學性能低和球鐵工藝性能差的缺點。其主要不足是生產技術不成熟和成本偏高。

    4、可鍛鑄鐵

    其牌號由“KT”及其后的H(表示黑心可鍛鑄鐵)或Z(珠光體可鍛鑄鐵),再加分別表示其最低抗拉強度和伸長率的兩組數字組成。

    其石墨呈團絮狀,對基體的割裂程度較灰鐵輕,因此,其性能優(yōu)于灰鑄鐵;在鐵液處理和質量控制等方面優(yōu)于球鐵。

    三、合金鑄鐵

    與合金鋼相比,合金鑄鐵熔煉簡單、成本低,能滿足特殊性能的要求,但力學性能差、脆性較大。常用的有耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵。

    1、耐磨鑄鐵

    在干摩擦條件下工作的零件應具有均勻的高硬度組織。白口鑄鐵是較好的耐磨鑄鐵,但脆性大,不能承受沖擊載荷。因此,生產中常采用冷硬鑄鐵,即用金屬型鑄鐵作耐磨的表面,其他部位用砂型,同時適當調整鐵液化學成分(如減少含硅量),保證白口層的深度。心部為灰口組織,從而使整個鑄件有較高的強度和耐磨性,又能承受一定的沖擊。

    在潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵,其組織為軟基體上分布有硬的組織組成物,使軟基體磨損后形成溝槽,保持油膜。珠光體灰鑄鐵基本上能滿足這樣的要求,其中鐵素體為軟基體,滲碳體層片為硬的組織組成物。同時石墨片起儲油和潤滑作用。

    2、耐熱鑄鐵

    鑄鐵的耐熱性主要指在高溫下的抗氧化和抗熱生長能力。高溫下工作的鑄件,要求有良好的耐熱性。

    在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素,可以使表面形成一層致密的氧化保護膜,同時也可以提高鑄鐵的臨界點,使其基體組織為單相鐵素體,提高了耐熱性。

    耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系和鉻系,但鋁系脆性較大、鉻系價格較高,所以常用的是硅系和硅鋁系。

    3、耐蝕鑄鐵

    是指在腐蝕性介質中工作時具有耐蝕能力的鑄鐵。普通鑄鐵耐蝕性差,因為組織中的石墨或滲碳體促進鐵素體腐蝕。

    加入Si、Al、Cr、Mo后,可在鑄件表面形成保護膜或使基體電極電位升高,提高鑄鐵的耐蝕性能。應用較廣的是高硅耐蝕鑄鐵。

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