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铸铁知识简介


铸铁通常是指含碳量2%~4%的Fe-C-Si三元合金,且含有较多的Mn、S和P等元素。铸铁有良好的减振、减磨作用,良好的铸造性能和切削加工性能,且价格低。接下来将从铸铁石墨化、常用铸铁和合金铸铁三个方面进行简单介绍。

一、铸铁的石墨化

铸铁的石墨化就是铸铁中的碳原子析出和形成石墨的过程。一般认为石墨可以由液体铁水中析出,或自奥氏体中析出,也可以由渗碳体分解得到。

影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形态、大小及分布。铸铁的发展主要是围绕如何改变石墨的数量、大小、形状和分布进行的。

实验表明,渗碳体是一个亚稳定相,石墨才是稳定相。因此,描述铁碳合金组织转变的相图实际有两个,一个是Fe-Fe3C系相图,按其结晶就得到白口铸铁;一个是Fe-C系相图,按其进行结晶就析出和形成石墨。

影响铸铁石墨化的因素主要有两个:

1、化学成分的影响:C、Si、P可促进石墨化,Mn和S会阻碍石墨化。

2、冷却速度的影响:铸件冷却速度越慢,越有利于石墨化过程的充分进行。

二、常用铸铁

根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态,可将铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。前三个中的石墨都是自液体铁水在结晶过程中得到,可锻铸铁中的石墨是由白口铸铁加热过程中石墨化得到。

1、灰铸铁

国标规定,灰铸铁牌号由“HT”加一组数字(最低抗拉强度)组成。

其组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成。钢的基体包括铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种;片状石墨对基体的割裂程度较严重,使基体强度的利用率仅有30%~50%。

与普通碳钢相比,灰铸铁力学性能低、耐磨性与减震性好、工艺性能好。热处理只能改变基体组织,不能消除片状石墨的有害作用。

常用的牌号是HT150、HT200。

2、球墨铸铁

球铁牌号由“QT”加两组数字组成,前一组数字表示最低抗拉强度,后一组数字表示最低断后伸长率。

球墨铸铁中石墨呈球状,其对基体组织的割裂程度较灰铸铁进一步减弱,基体的强度利用率可达70%~90%。

球铁的力学性能除与基体组织类型有关外,还决定于球状石墨的形状、大小和分布。石墨球越细、球的直径越小、分布越均匀,则球铁的力学性能越好。铁素体为基体的球铁强度较低,塑性、韧性较高;珠光体基体的球铁强度高、耐磨性好,但塑性和韧性较差。

球铁兼有钢的高强度和灰铸铁的优良铸造性能,常用的牌号有QT400-15、QT600-3等。

3、蠕墨铸铁

蠕铁牌号由“RuT”加一组数字组成,数字表示最低抗拉强度。

蠕铁中的碳主要以蠕虫状形态存在,其石墨形状介于片状和球状之间,片短而厚、头部较圆,似蠕虫。

蠕铁保留了灰铁的工艺性能优良和球铁的力学性能优良的共同特点,同时克服了灰铁力学性能低和球铁工艺性能差的缺点。其主要不足是生产技术不成熟和成本偏高。

4、可锻铸铁

其牌号由“KT”及其后的H(表示黑心可锻铸铁)或Z(珠光体可锻铸铁),再加分别表示其最低抗拉强度和伸长率的两组数字组成。

其石墨呈团絮状,对基体的割裂程度较灰铁轻,因此,其性能优于灰铸铁;在铁液处理和质量控制等方面优于球铁。

三、合金铸铁

与合金钢相比,合金铸铁熔炼简单、成本低,能满足特殊性能的要求,但力学性能差、脆性较大。常用的有耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁。

1、耐磨铸铁

在干摩擦条件下工作的零件应具有均匀的高硬度组织。白口铸铁是较好的耐磨铸铁,但脆性大,不能承受冲击载荷。因此,生产中常采用冷硬铸铁,即用金属型铸铁作耐磨的表面,其他部位用砂型,同时适当调整铁液化学成分(如减少含硅量),保证白口层的深度。心部为灰口组织,从而使整个铸件有较高的强度和耐磨性,又能承受一定的冲击。

在润滑条件下工作的耐磨铸铁,其组织为软基体上分布有硬的组织组成物,使软基体磨损后形成沟槽,保持油膜。珠光体灰铸铁基本上能满足这样的要求,其中铁素体为软基体,渗碳体层片为硬的组织组成物。同时石墨片起储油和润滑作用。

2、耐热铸铁

铸铁的耐热性主要指在高温下的抗氧化和抗热生长能力。高温下工作的铸件,要求有良好的耐热性。

在铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素,可以使表面形成一层致密的氧化保护膜,同时也可以提高铸铁的临界点,使其基体组织为单相铁素体,提高了耐热性。

耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系和铬系,但铝系脆性较大、铬系价格较高,所以常用的是硅系和硅铝系。

3、耐蚀铸铁

是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁。普通铸铁耐蚀性差,因为组织中的石墨或渗碳体促进铁素体腐蚀。

加入Si、Al、Cr、Mo后,可在铸件表面形成保护膜或使基体电极电位升高,提高铸铁的耐蚀性能。应用较广的是高硅耐蚀铸铁。

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