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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