一、影響灰鑄鐵力學(xué)性能的主要因素:
工藝、冶金因素:主要有冷卻速度,鐵液的過(guò)熱處理、孕育處理、爐料特性等
(1)關(guān)于冷卻速度的影響
鑄鐵是一種對冷卻速度敏感性很大的材料,同一鑄件的厚壁和薄壁部分,內部和外表都可能獲得相差懸殊的組織,俗稱(chēng)為組織的不均勻性。因為石墨化過(guò)程在很大程度上取決于冷卻速度。影響鑄件冷卻速度的因素較多:鑄件壁厚和重量、鑄型材料的種類(lèi)、澆冒口和重量等等。由于鑄件的壁厚、重量和結構取決于工作條件,不能隨意改變,故在選擇化學(xué)成分時(shí)應考慮到它們對組織的影響。
(2)關(guān)于鐵液孕育處理的影響
孕育處理就是在鐵液進(jìn)入鑄件型腔前,把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài),從而可改善鑄鐵的顯微組織和性能。對灰鑄鐵而言,進(jìn)行孕育處理是為了獲得A型石墨、珠光體基體、細小共晶團的組織,以及減少鑄件薄壁或邊角處的白口傾向和對鑄件壁厚的敏感性;對可鍛鑄鐵而言,是為了縮短短退火周期,增大鑄件的允許壁厚和改善組織的結構;對球墨鑄鐵而言,是為了減少鑄件白口傾向,提高球化率和改善石墨的圓整性。
(3)關(guān)于鐵液過(guò)熱處理的影響。
提高鐵液過(guò)熱溫度可以:
①增加化合碳含量和相應減少石墨碳含量
②細化石墨,并使枝晶石墨的形成
③消除鑄鐵的“遺傳性”
④提高鑄件斷面上組織的均勻性
⑤有利于鑄件的補縮。同樣,鐵液保溫也有鐵液過(guò)熱的類(lèi)似作用。
(4)關(guān)于爐料特性的影響
實(shí)際生產(chǎn)中往往發(fā)現改變金屬爐料(例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等)而化學(xué)成分似乎無(wú)變化的情況下鑄鐵具有不同的組織和性能,這說(shuō)明原材料的性質(zhì)直接影響著(zhù)用它熔煉出來(lái)的鑄鐵的性質(zhì),稱(chēng)為鑄鐵的:“遺傳性”為此,采用提高鐵液溫度和使用多種鐵料配料可消除這種“遺傳性”,并改善鑄鐵的組織和性能。
綜上所述,鑄鐵的工藝因素和冶金因素對鑄鐵的力學(xué)性能有著(zhù)很大的影響,因此,不應忽視對這些影響因素的控制。
二、灰鑄鐵不可用熱處理的方法來(lái)達到牌號要求
一般說(shuō)來(lái),熱處理能在很大程度上改善鑄造合金的組織和性能,但在灰鑄鐵條件下,熱處理所能發(fā)揮的作用相對較小。在灰鑄鐵中,石墨對鑄鐵性能的影響很大,而任何的熱處理方法都不能改變石墨的形態(tài)和分布,故不可通過(guò)熱處理來(lái)有效地提高灰鑄鐵的性能使之達到牌號要求。
但是,提高灰鑄鐵力學(xué)性能的方法很多,如合理選配化學(xué)成分、改變爐料組成、過(guò)熱處理鐵液、孕育處理、微量或低合金化等,都可取得很好效果。
三、生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)的注意事項
生產(chǎn)產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(一般指HT200以上)時(shí),為了獲得高的力學(xué)性能,必須盡可能地減少石墨的數量、減小石墨的長(cháng)度。傳統的方法就是降低鐵液的碳、硅含量、提高鐵液的冷凝速度,但幅度稍大時(shí)就會(huì )出現D型過(guò)冷石墨及白口,反而降低灰鑄鐵的力學(xué)性能。
在爐前或在澆注前往鐵液中添加適量的、以硅鐵為主的鐵合金碎粒被稱(chēng)作孕育處理。孕育處理在鐵液中提供大量的、石墨借以生核的生核質(zhì)點(diǎn)。有效的孕育將促進(jìn)石墨的析出,從而消除白口、細化片狀石墨并使過(guò)冷石墨轉變?yōu)闊o(wú)方向性均布石墨(A型石墨),不但可大幅度地提高綜合力學(xué)性能,同時(shí)還提高鑄態(tài)組織的均一性,減小鑄件由于壁厚不均、邊角與心部的冷速不同而造成的力學(xué)性能差別,因此對鐵液進(jìn)行孕育處理是一項生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)必不可少的技術(shù)。
為使孕育有效,需滿(mǎn)足孕育對原鐵液的要求,即,原鐵液應具有較低的碳、硅含量,或原鐵液應具有較低的碳當量,碳當量愈低,孕育效果愈好,灰鑄鐵件強度愈高;相反,碳當量高,孕育效果差。由于硅可以用加入孕育劑的方法來(lái)調整,故考慮原鐵液碳當量時(shí)總是把碳維持在2.8%~3.2%左右,把硅維持在稍低于能顯著(zhù)促進(jìn)石墨化的臨界值,然后加入孕育劑使硅量超過(guò)臨界值,獲得孕育處理的效果。此外,鑄件壁厚及冷卻速度也同樣影響到孕育鑄鐵件的組織,在選擇化學(xué)成分時(shí)也要加以考慮,一般厚件的碳、硅量取下限,薄件則取上限。
錳在高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)中的作用,除中和硫的影響外,尚有一個(gè)特殊的要求,即借助于它使灰鑄鐵能得到珠光體組織,故高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)的錳含量一般較高。硫能削弱孕育劑的石墨化作用,因此常將硫限制在0.12%以下。近幾年來(lái),也有人認為為了得到好的孕育效果,原鐵液的硫量不能太低。因此,在以后鐵液中的硫含量逐漸降低的情況下,對于孕育鑄鐵中的硫量究竟應如何確定,看來(lái)是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。
磷含量一般從力學(xué)性能的要求出發(fā),常限制在0.15%以下,但有些機床灰鑄鐵件(常由孕育鑄鐵制造)需要耐磨,磷含量則可提高至0.3%~0.5%左右或更高。
四、用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時(shí)禁止的四則
灰鑄鐵用的孕育劑可以按功能、主要元素、形狀等進(jìn)行分類(lèi),在使用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時(shí)應禁忌四則:
一則,孕育劑在使用前必須烘干。
二則,禁止使用純硅或純硅鐵作孕育劑
三則,孕育劑不可草率加入,要講究方法。
四則,孕育劑的粒度
五、灰鑄鐵件可能出現的缺陷
在灰鑄鐵件生產(chǎn)中,常見(jiàn)的鑄件缺陷有:氣孔、成分與性能不合格、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯輻、變形等。通常,產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問(wèn)題,有時(shí)還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問(wèn)題,因此必須具體分析,以便采取相應的合理措施加以解決。
一、影響灰鑄鐵力學(xué)性能的主要因素:
工藝、冶金因素:主要有冷卻速度,鐵液的過(guò)熱處理、孕育處理、爐料特性等
(1)關(guān)于冷卻速度的影響
鑄鐵是一種對冷卻速度敏感性很大的材料,同一鑄件的厚壁和薄壁部分,內部和外表都可能獲得相差懸殊的組織,俗稱(chēng)為組織的不均勻性。因為石墨化過(guò)程在很大程度上取決于冷卻速度。影響鑄件冷卻速度的因素較多:鑄件壁厚和重量、鑄型材料的種類(lèi)、澆冒口和重量等等。由于鑄件的壁厚、重量和結構取決于工作條件,不能隨意改變,故在選擇化學(xué)成分時(shí)應考慮到它們對組織的影響。
(2)關(guān)于鐵液孕育處理的影響
孕育處理就是在鐵液進(jìn)入鑄件型腔前,把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài),從而可改善鑄鐵的顯微組織和性能。對灰鑄鐵而言,進(jìn)行孕育處理是為了獲得A型石墨、珠光體基體、細小共晶團的組織,以及減少鑄件薄壁或邊角處的白口傾向和對鑄件壁厚的敏感性;對可鍛鑄鐵而言,是為了縮短短退火周期,增大鑄件的允許壁厚和改善組織的結構;對球墨鑄鐵而言,是為了減少鑄件白口傾向,提高球化率和改善石墨的圓整性。
(3)關(guān)于鐵液過(guò)熱處理的影響。
提高鐵液過(guò)熱溫度可以:
①增加化合碳含量和相應減少石墨碳含量
②細化石墨,并使枝晶石墨的形成
③消除鑄鐵的“遺傳性”
④提高鑄件斷面上組織的均勻性
⑤有利于鑄件的補縮。同樣,鐵液保溫也有鐵液過(guò)熱的類(lèi)似作用。
(4)關(guān)于爐料特性的影響
實(shí)際生產(chǎn)中往往發(fā)現改變金屬爐料(例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等)而化學(xué)成分似乎無(wú)變化的情況下鑄鐵具有不同的組織和性能,這說(shuō)明原材料的性質(zhì)直接影響著(zhù)用它熔煉出來(lái)的鑄鐵的性質(zhì),稱(chēng)為鑄鐵的:“遺傳性”為此,采用提高鐵液溫度和使用多種鐵料配料可消除這種“遺傳性”,并改善鑄鐵的組織和性能。
綜上所述,鑄鐵的工藝因素和冶金因素對鑄鐵的力學(xué)性能有著(zhù)很大的影響,因此,不應忽視對這些影響因素的控制。
二、灰鑄鐵不可用熱處理的方法來(lái)達到牌號要求
一般說(shuō)來(lái),熱處理能在很大程度上改善鑄造合金的組織和性能,但在灰鑄鐵條件下,熱處理所能發(fā)揮的作用相對較小。在灰鑄鐵中,石墨對鑄鐵性能的影響很大,而任何的熱處理方法都不能改變石墨的形態(tài)和分布,故不可通過(guò)熱處理來(lái)有效地提高灰鑄鐵的性能使之達到牌號要求。
但是,提高灰鑄鐵力學(xué)性能的方法很多,如合理選配化學(xué)成分、改變爐料組成、過(guò)熱處理鐵液、孕育處理、微量或低合金化等,都可取得很好效果。
三、生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)的注意事項
生產(chǎn)產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(一般指HT200以上)時(shí),為了獲得高的力學(xué)性能,必須盡可能地減少石墨的數量、減小石墨的長(cháng)度。傳統的方法就是降低鐵液的碳、硅含量、提高鐵液的冷凝速度,但幅度稍大時(shí)就會(huì )出現D型過(guò)冷石墨及白口,反而降低灰鑄鐵的力學(xué)性能。
在爐前或在澆注前往鐵液中添加適量的、以硅鐵為主的鐵合金碎粒被稱(chēng)作孕育處理。孕育處理在鐵液中提供大量的、石墨借以生核的生核質(zhì)點(diǎn)。有效的孕育將促進(jìn)石墨的析出,從而消除白口、細化片狀石墨并使過(guò)冷石墨轉變?yōu)闊o(wú)方向性均布石墨(A型石墨),不但可大幅度地提高綜合力學(xué)性能,同時(shí)還提高鑄態(tài)組織的均一性,減小鑄件由于壁厚不均、邊角與心部的冷速不同而造成的力學(xué)性能差別,因此對鐵液進(jìn)行孕育處理是一項生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)必不可少的技術(shù)。
為使孕育有效,需滿(mǎn)足孕育對原鐵液的要求,即,原鐵液應具有較低的碳、硅含量,或原鐵液應具有較低的碳當量,碳當量愈低,孕育效果愈好,灰鑄鐵件強度愈高;相反,碳當量高,孕育效果差。由于硅可以用加入孕育劑的方法來(lái)調整,故考慮原鐵液碳當量時(shí)總是把碳維持在2.8%~3.2%左右,把硅維持在稍低于能顯著(zhù)促進(jìn)石墨化的臨界值,然后加入孕育劑使硅量超過(guò)臨界值,獲得孕育處理的效果。此外,鑄件壁厚及冷卻速度也同樣影響到孕育鑄鐵件的組織,在選擇化學(xué)成分時(shí)也要加以考慮,一般厚件的碳、硅量取下限,薄件則取上限。
錳在高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)中的作用,除中和硫的影響外,尚有一個(gè)特殊的要求,即借助于它使灰鑄鐵能得到珠光體組織,故高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)的錳含量一般較高。硫能削弱孕育劑的石墨化作用,因此常將硫限制在0.12%以下。近幾年來(lái),也有人認為為了得到好的孕育效果,原鐵液的硫量不能太低。因此,在以后鐵液中的硫含量逐漸降低的情況下,對于孕育鑄鐵中的硫量究竟應如何確定,看來(lái)是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。
磷含量一般從力學(xué)性能的要求出發(fā),常限制在0.15%以下,但有些機床灰鑄鐵件(常由孕育鑄鐵制造)需要耐磨,磷含量則可提高至0.3%~0.5%左右或更高。
四、用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時(shí)禁止的四則
灰鑄鐵用的孕育劑可以按功能、主要元素、形狀等進(jìn)行分類(lèi),在使用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時(shí)應禁忌四則:
一則,孕育劑在使用前必須烘干。
二則,禁止使用純硅或純硅鐵作孕育劑
三則,孕育劑不可草率加入,要講究方法。
四則,孕育劑的粒度
五、灰鑄鐵件可能出現的缺陷
在灰鑄鐵件生產(chǎn)中,常見(jiàn)的鑄件缺陷有:氣孔、成分與性能不合格、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯輻、變形等。通常,產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問(wèn)題,有時(shí)還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問(wèn)題,因此必須具體分析,以便采取相應的合理措施加以解決。
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