热处理淬火材料之铸铁

发布时间:2012-9-5 20:54:41
同钢一样,铸铁也是以Fe、C元素为主的铁基材料,但是含碳量很高(>2.11%),还含有较多的硫、磷等杂质元素。为了进一步提高铸铁的力学性能或特殊性能,还可以加入铬、钼、钒、铜、铝等合金元素,或提高硅、锰、磷等元素的含量,这种热处理淬火材料之铸铁称为合金铸铁。 铸铁是历史上使用得较早的材料,也是最便宜的金属材料之一。铸铁成本低廉生产工艺简单并具有优良的铸造性能和切削加工性能,还有很高的耐磨减摩性和消震性以及低的缺口敏感性等,目前仍然是机械制造业中最重要的材料之一,因此成为热处理淬火常见的材料。例如,机床的床身、床头箱、尾架、内燃机的气缸体、缸套、活塞环以及凸轮轴、曲轴等都是铸铁制造的。在农用机械、汽车、机床等行业中,铸铁件约占总重量的40%~90%。 铸铁的石墨化:
  (1)石墨化过程:在铁碳合金中,碳可以以三种形式存在:一是固溶在铁素体(F)和奥氏体(A)中,二是化合物态的渗碳体(Fe3 C),三是游离态石墨(G)。渗碳体为亚稳相,具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨(Fe3C-3Fe+C)。石墨为稳定相,具有特殊的简单六方晶格,底面上的原子间距小,原子结合力很强;底面与底面之间的间距较大,原子结合力较弱,所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。
铸铁中的碳有大部分或全部是以石墨的形式存在,其组织都是由基体和石墨两部分组成的。石墨的形态、大小、数量和分布对铸铁的性能有着非常重要的影响,而石墨的特点和基体的类别都与铸铁的石墨化过程有关。碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化,铸铁在加热或铁水结晶过程中当条件合适就会发生石墨化。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出,也可以通过渗碳体分解来获得。研究表明:灰铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出;可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火,由渗碳体分解而得到。 (2)影响石墨化的因素:由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大,而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些,所以普通热处理淬火材料铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁,而不易获得灰铸铁。因此,必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等手段来促进铸铁石墨化,形成灰铸铁。 影响石墨化的主要因素是:①温度和冷却速度,在生产过程中,铸铁的缓慢冷却,过冷度比较小,有利于石墨化过程的充分进行。在高温下长时间保温,也有利于石墨化。②化学成分:促进石墨化的元素:C、Si、Al、Cu、Ni、Co等非碳化物形成元素促进石墨化,其中以碳和硅最强烈。阻碍石墨化的元素:Cr、W、Mo、V、Mn、S等碳化物形成元素阻碍石墨化。 生产中,调整碳、硅含量,是控制热处理淬火材料之铸铁组织和性能的基本措施。铸铁中碳、硅含量过低,易出现白口,其力学性能和铸造性能都较差;反之则使铸铁中的石墨数量多且粗大,力学性能下降。因此碳、硅的含量一般在下列范围内:碳为2.5%-4.0%,硅为1.0%-3.0%。 石墨化程度不同,所得到的热处理淬火材料之铸铁类型和组织也不同。常用各类热处理淬火材料铸铁的组织是由两部分组成的,一部分是石墨,另一部分是基体。基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体,相当于铁或钢的组织。所以,铸铁的组织可以看成是铁或钢的基体上分布着石墨夹杂。 不同类型热处理淬火材料铸铁组织中的石墨形态是不同的:灰铸铁和变质铸铁中的石墨呈片状;可缎铸铁中石墨呈团絮状;球墨铸铁中的石墨呈球状;蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。针对以上不同的铸铁组织,所使用的热处理淬火液也不形同,应根据不同铸铁的组织性能选择。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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