FC20灰鑄鐵

• 規(guī)格：齊全
• 產(chǎn)地：

鑄鐵

英文名：cast iron

　　含碳量在2％以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2％～4％。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有1％～3％的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為：①灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7％～4.0％），碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡(jiǎn)稱灰鐵。熔點(diǎn)低（1145～1250℃），凝固時(shí)收縮量小，抗壓強(qiáng)度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用于制造機(jī)床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)件。②白口鑄鐵。碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。凝固時(shí)收縮大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。③可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡(jiǎn)稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強(qiáng)動(dòng)載荷的零件。④球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡(jiǎn)稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強(qiáng)度、較好韌性和塑性。用于制造內(nèi)燃機(jī)、汽車零部件及農(nóng)機(jī)具等。⑤蠕墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用于制造汽車的零部件。⑥合金鑄鐵。普通鑄鐵加入適量合金元素（如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等）獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發(fā)生變化，從而具有相應(yīng)的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機(jī)械和儀器、儀表等的零部件。

鑄鐵的分類

　　分類方法 分類名稱 說明

　　1.按斷口顏色分 (1)灰鑄鐵 這種鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的片狀石墨形式存在，其斷口呈暗灰色，有一定的力學(xué)性能和良好的被切削性能，普遍應(yīng)用于工業(yè)中

　　(2)白口鑄鐵 白口鑄鐵是組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金，其斷口呈白亮色，硬而脆，不能進(jìn)行切削加工，很少在工業(yè)上直接用來制作機(jī)械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又稱激冷鑄鐵或冷硬鑄鐵

　　(3)麻口鑄鐵麻口鑄鐵是介于白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵，其斷口呈灰白相間的麻點(diǎn)狀，性能不好，極少應(yīng)用

　　2.按化學(xué)成分分 (1)普通鑄鐵 是指不含任何合金元素的鑄鐵，如灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵等

　　(2)合金鑄鐵 是在普通鑄鐵內(nèi)加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一種高級(jí)鑄鐵。如各種耐蝕、耐熱、耐磨的特殊性能鑄鐵

　　3.按生產(chǎn)方法和組織性能分 (1)普通灰鑄鐵 參見“灰鑄鐵”

　　(2)孕育鑄鐵 這是在灰鑄鐵基礎(chǔ)上，采用“變質(zhì)處理”而成，又稱變質(zhì)鑄鐵。其強(qiáng)度、塑性和韌性均比一般灰鑄鐵好得多，組織也較均勻。主要用于制造力學(xué)性能要求較高，而截面尺寸變化較大的大型鑄件

　　(3)可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而成，比灰鑄鐵具有較高的韌性，又稱韌性鑄鐵。它并不可以鍛造，常用來制造承受沖擊載荷的鑄件

　　(4)球墨鑄鐵 簡(jiǎn)稱球鐵。它是通過在澆鑄前往鐵液中加入一定量的球化劑和墨化劑，以促進(jìn)呈球狀石墨結(jié)晶而獲得的。它和鋼相比，除塑性、韌性稍低外，其他性能均接近，是兼有鋼和鑄鐵優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)良材料，在機(jī)械工程上應(yīng)用廣泛

　　(5)特殊性能鑄鐵 這是一種有某些特性的鑄鐵，根據(jù)用途的不同，可分為耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。大都屬于合金鑄鐵，在機(jī)械制造上應(yīng)用較廣泛

鑄鐵-熱處理工藝

1.消除應(yīng)力退火

　　由于鑄件壁厚不均勻，在加熱，冷卻及相變過程中，會(huì)產(chǎn)生效應(yīng)力和組織應(yīng)力。另外大型零件在機(jī)加工之后其內(nèi)部也易殘存應(yīng)力，所有這些內(nèi)應(yīng)力都必須消除。去應(yīng)力退火通常的加熱溫度為500～550℃保溫時(shí)間為2～8h，然后爐冷(灰口鐵)或空冷(球鐵)。采用這種工藝可消除 鑄件內(nèi)應(yīng)力的90～95％，但鑄鐵組織不發(fā)生變化。若溫度超過550℃或保溫時(shí)間過長(zhǎng)，反而會(huì)引起石墨化，使鑄件強(qiáng)度和硬度降低。

2.消除鑄件白口的高溫石墨化退火

　　鑄件冷卻時(shí)，表層及薄截面處，往往產(chǎn)生白口。白口組織硬而脆、加工性能差、易剝落。因此必須采用退火(或正火)的方法消除白口組織。退火工藝為：加熱到550－950℃保溫2～5 h，隨后爐冷到500-550℃再出爐空冷。在高溫保溫期間 ，游高滲碳體和共晶滲碳體分解為石墨和A，在隨后護(hù)冷過程中二次滲碳體和共析滲碳體也分解，發(fā)生石墨化過程。由于滲碳體的分解，導(dǎo)致硬度下降，從而提高了切削加工性。

鑄鐵雕塑

3.球鐵的正火

　　球鐵正火的目的是為了獲得珠光體基體組織，并細(xì)化晶粒，均勻組織，以提高鑄件的機(jī)械性能。有時(shí)正火也是球鐵表面淬火在組織上的準(zhǔn)備、正 火分高溫正火和低溫正火。高溫正火溫度一般不超過950～980℃，低溫正火一般加熱到共折溫度區(qū)間820～860℃。正火之后一般還需進(jìn)行四人處理，以消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

4.球鐵的淬火及回火

　　為了提高球鐵的機(jī)械性能，一般鑄件加熱到Afc1以上30～50℃(Afc1代表加熱時(shí)A形成終了溫度)，保溫后淬入油中，得到馬氏體組織。為了適當(dāng)降低淬火后的殘余應(yīng)力，一般淬火后應(yīng)進(jìn)行回火，低溫回火組織為回火馬氏作加殘留貝氏體再加球狀石墨。這種組織耐磨性好，用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度的零件。中溫回火溫度為350-500℃回火后組織為回火屈氏體加球狀石墨，適用于要求耐磨性好、具有一定效穩(wěn)定性和彈性的厚件。相關(guān)人才較多集中在鋼鐵英才網(wǎng)。高溫回火溫度為500-60D℃，回火后組織為回火索氏作加球狀石墨，具有韌性和強(qiáng)度結(jié)合良好的綜合性能，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

5.球鐵的多溫淬火

　　球鐵經(jīng)等溫淬火后可以獲得高強(qiáng)度，同時(shí)兼有較好的塑性和韌性。多溫淬火加熱溫度的選擇主要考慮使原始組織全部A化、不殘留F，同時(shí)也避免A晶粒長(zhǎng)大。加熱溫度一般采用Afc1以上30～50℃，等溫處理溫度為0～350℃以保證獲得具有綜合機(jī)械性能的下貝氏體組織。稀土鎂鋁球鐵等 溫淬火后σb=1200～1400MPa，αk=3～3.6J／cm2，HRC＝47～51。但應(yīng)注意等溫淬火后再加一道回火工序。

6.表面淬火

　　為了提高某些鑄件的表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，可采用表面淬火?；诣T鐵及球鐵鑄件均可進(jìn)行表面淬火。一般采用高(中) 頻感應(yīng)加熱表面淬火和電接觸表面淬火。

7.化學(xué)熱處理

　　對(duì)于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蝕的鑄件，可以采用類似于鋼的化學(xué)熱處理工藝，如氣體軟氯化、氯化、滲硼、滲硫等處理。

鑄鐵的焊接性

　　鑄鐵含碳量高，塑性差，組織不均勻，焊接性很差，在焊接時(shí)，一般容易出現(xiàn)以下問題：

　　1、焊后易產(chǎn)生白口組織

　　2、焊后易出現(xiàn)裂紋

　　3、焊后易產(chǎn)生氣孔

　　因此,在生產(chǎn)中,鑄鐵是不作為焊接材料的.一般只用來焊補(bǔ)鑄鐵件的鑄造缺陷以及局部破壞的鑄鐵件。鑄鐵的焊補(bǔ)一般采用氣焊或焊條電弧焊。

　　鑄件焊補(bǔ)常分為熱焊法和冷焊法兩種。

　?、阼F水以很慢的速度冷卻時(shí)由于滲C體是不穩(wěn)定相，而石墨是穩(wěn)定相。階段和第二階段石墨化過程都進(jìn)行得很充分，后得純鐵素體的灰鑄鐵組織。

　　③若石墨化的階段進(jìn)行很完全，第二階段石墨化過程進(jìn)行得不完全，則得珠光體+鐵素體、灰鑄鐵。

　　不同元素對(duì)鑄鐵石墨化及白口化的影響。

　　第二節(jié) 鑄鐵焊接性分析

　　一、灰鑄鐵焊接性分析

　　灰鑄鐵在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導(dǎo)致焊接性不良。

　　主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。

　　另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。

　　(一)焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織

　　見P103，以含碳為3％，含硅2.5％的常用灰鑄鐵為例，分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規(guī)律。

　　1.焊縫區(qū)

　　當(dāng)焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時(shí)，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。

　　防止措施：

　　焊縫為鑄鐵 ①采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度。如：增大線能量。②調(diào)整焊縫化學(xué)成分來增強(qiáng)焊縫的石墨化能力。

　　異質(zhì)焊縫：若采用低碳鋼焊條進(jìn)行焊接，常用鑄鐵含碳為3％左右，就是采用較小焊接電流，母材在層焊縫中所占百分比也將為1／3～1／4，其焊縫平均含碳量將為0.7％～1.0％,屬于高碳鋼（C＞0.6％）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。

　　采用異質(zhì)金屬材料焊接時(shí)，必須要設(shè)法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。思路是：改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。

　　2.半熔化區(qū)

　　特點(diǎn)：該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間，溫度范圍1150～1250℃。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。

　　1）冷卻速度對(duì)半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響

　　V冷很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為C所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體→馬氏體的過程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。

　　該區(qū)金相組織見P104 圖4-5

　　其左側(cè)為亞共晶白口鑄鐵，其中白色條狀物為滲碳體，黑色點(diǎn)、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的珠光體。右側(cè)為奧氏體快冷轉(zhuǎn)變成的竹葉狀高碳馬氏體，白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。

　　當(dāng)半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時(shí)，其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。

　　當(dāng)該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時(shí)，隨著冷卻速度由快到慢，或?yàn)槁榭阼T鐵，或?yàn)橹楣怏w鑄鐵，或?yàn)橹楣怏w加鐵素體鑄鐵。

　　影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預(yù)熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。

　　例：電渣焊時(shí)，渣池對(duì)灰鑄鐵焊接熱影響區(qū)先進(jìn)行預(yù)熱，而且電渣焊熔池體積大，焊接速度較慢，使焊接熱影響區(qū)冷卻緩慢，為防止半熔化區(qū)出現(xiàn)白口鑄鐵焊件預(yù)熱到650～700℃再進(jìn)行焊接的過程稱熱焊。這種熱焊工藝使焊接熔池與HAZ很緩慢地冷卻，從而為防止焊接接頭白口鑄鐵及高碳馬氏體的產(chǎn)生提供了很好的條件。

　　研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時(shí)，隨板厚的增加，半熔化區(qū)冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。

　　2）化學(xué)成分對(duì)半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響

　　鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學(xué)成分對(duì)其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學(xué)成分不僅取決于鑄鐵本身的化學(xué)成分，而且焊逢的化學(xué)成分對(duì)該區(qū)也有重大影響。這是因?yàn)楹阜陞^(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時(shí)處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散提供了有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個(gè)方向擴(kuò)散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴(kuò)散，其含量梯度越大，越有利于擴(kuò)散的進(jìn)行。

　　提高熔池金屬中促進(jìn)石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對(duì)消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。

　　用低碳鋼焊條焊鑄鐵時(shí)，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因?yàn)榘肴刍瘏^(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池?cái)U(kuò)散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。

　　3.奧氏體區(qū)

　　該區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為820～1150℃，此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時(shí)，如果冷速較快，會(huì)從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在共析轉(zhuǎn)變快時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬氏體，與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。

　　熔焊時(shí)，采用適當(dāng)工藝使該區(qū)緩冷，可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時(shí)防止馬氏體形成。

　　4.重結(jié)晶區(qū)

　　很窄，加熱溫度范圍780～820℃。由于電弧焊時(shí)該區(qū)加熱速度很快，只有母材中的部分原始組織可轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織。冷卻很快時(shí)也可能出現(xiàn)一些馬氏體。

　?。ǘ┝鸭y是易出現(xiàn)的缺陷

　　1. 冷裂紋 可發(fā)生在燭焊縫或熱影響區(qū)上，

　　1）焊縫處冷裂紋

　　產(chǎn)生部位：鑄鐵型焊縫

　　當(dāng)采用異質(zhì)焊接材料焊接，使焊逢成為奧氏體、鐵素體，銅基焊縫時(shí)，由于焊縫金屬具有較好的塑性，焊接金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。

　　啟裂溫度：一般在400℃以下。原因：一方面是鑄鐵在400℃以上時(shí)有一定塑性；另一方面焊縫所承受的拉應(yīng)力是隨其溫度下降而增大。在400℃以上時(shí)焊縫所承受的拉應(yīng)力較小。

　　產(chǎn)生原因：焊接過程中由于工件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力隨焊縫溫度的下降而增大。當(dāng)焊縫全為灰鑄鐵時(shí)，石墨呈片狀存在。當(dāng)片狀石墨方向與外加應(yīng)力方向基本垂直，且兩個(gè)片狀石墨的尖端又靠得很近，在外加應(yīng)力增加時(shí)，石墨尖端形成較大的應(yīng)力集中。鑄鐵強(qiáng)度低，400℃以下基本無塑性。當(dāng)應(yīng)力超過此時(shí)鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，即發(fā)生焊縫裂紋。

　　當(dāng)焊縫中存在白口鑄鐵時(shí)，由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率大，加以其中滲碳體性能更脆，故焊縫更易出現(xiàn)裂紋。

　　影響因素：

　?、?與焊縫基體組織有關(guān)，焊縫中滲碳體越多，焊縫中出現(xiàn)裂紋數(shù)量越多。當(dāng)焊縫基體全為珠光體與鐵素體組成，而石墨化過程又進(jìn)行得較充分時(shí)，由于石墨化過程伴隨有體積膨脹過程，可以松弛部分焊接應(yīng)力，有利于改善焊縫的抗裂性。

　?、?與焊縫石墨形狀有關(guān)

　　粗而長(zhǎng)的片狀石墨容易引起應(yīng)力集中，會(huì)減小抗裂性。

　　石墨以細(xì)片狀存在時(shí)，可改善抗裂性。

　　石墨以團(tuán)絮狀存在時(shí)，焊縫具有較好的抗裂性能。

　?、?與焊補(bǔ)處剛度與焊補(bǔ)體積的大小及焊縫長(zhǎng)短有關(guān)

　　焊補(bǔ)處剛度大，焊補(bǔ)體積大，焊縫越長(zhǎng)都將增大應(yīng)力狀態(tài)，促使裂紋產(chǎn)生。

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