第三章 强韧铸铁 Microsoft PowerPoint 演示文稿

第三章强韧铸铁第一节球墨铸铁一.球铁的性能特点及应用球铁细小圆整的石墨球基体铁素体——铁素体球铁珠光体——珠光体球铁未侵蚀(50)F+G(50)F+G(100)P+G(100)P+G(400)F+P+G(100)F+P+G(200)1.珠光体球墨铸铁的性能及应用珠光体球墨铸铁——以珠光体基体为主余量为铁素体的球铁QT600-3QT7000-2QT800-2（1）强度高、硬度高，有一定韧性；（2）屈/强比高钢；（3）缺口敏感性低；（4）耐磨性优良★应用：重载荷及摩檫磨损的零件。典型应用：中小功率内燃机曲轴、齿轮等。2.铁素体球铁的性能及应用铁素铁球铁——指基体以铁素体为主其余为珠光体的球铁。典型牌号：QT400-18QT400-15QT450-10★性能特点：塑韧性高，强度低。★应用：受力较大而又承受震动和冲击的零件。典型应用：汽车、农机部件，铸管等。3.混合基体型球墨铸铁的性能及应用混合基体型球墨铸铁——基体以F+P的球铁典型牌号：QT500-7★性能特点：具有较好的综合性能。★应用：汽车、农机、冶金设备。4.奥氏体-贝氏体球铁的性能及应用奥-贝球铁——以A+B为基体的球铁发展：70年代后期兴起，σb=900~1400MaP★性能特点（1）塑强性都较高；（2）高的冲击韧性；（3）高的抗点蚀疲劳能力；（4）高弯曲疲劳性能及耐磨性。★应用：适用于承受高载荷的齿轮、曲轴、连杆等。二.球铁的生产球铁的生产过程：a.熔炼合格的铁水；b.球化处理；c.孕育处理；d.炉前检验；e.浇注铸件；f.清理及热处理；g.质量检验。1.化学成分的选定（1）五大元素a.C、SiC、Si含量尽量在共晶成分左右，但由于球化剂Mg使共晶点右移，共晶点C量为4.6-4.7%C↓易出现白口、缩松、缩孔C↑易出现G漂浮＊C=3.2~3.8Si促进G化，孕育作用强，G球数多、圆整度好；Si↑↑，脆性转变温度提高＊Si=2.4~2.8%b.Mn铸态：F球铁Mn=0.3~0.4P球铁Mn=0.4~0.8热处理态：F球铁Mn﹤0.5。c.P形成P共晶，引起冷裂，增大缩松倾向，因此，严格限制P含量，一般P=0.04~0.06d.S☆消耗球化剂；☆硫化夹杂物增多；☆使球化衰退速度加快。＊S﹤0.02（2）合金元素a.Mo☆提高淬透性；☆降低韧性；☆价格较贵﹤0.5b.Cu促进P生成，生产P球铁时加Cu。c.Ni提高淬透性，稳定A，不产生副作用，价格高。d.Cr不利于C石墨化，提高淬透性，改善基体。e.Sb稳定P作用↑↑，Sb=0.006~0.08（3）微量元素Ti、As、Pb、Al、Sn等干扰球化，形成晶间脆性化合物，严格控制2.熔炼及炉前处理球铁力学性能球化率石墨球径石墨球圆整度球化率——在铸铁微观组织的有代表性的视场中，在单位面积上，球状石墨数目与全部石墨数目的比值。石墨球径——在放大100倍条件下测量的有代表性的球状石墨的直径。圆整度——对石墨球圆整情况的一种定量的概念。（1）对熔炼的要求a.高温；b.原铁水低硅；c.低S；d.低氧化程度。★生产中常用双联法，冲天炉—感应电炉调整成分提高温度（2）球化剂及特点Ⅰ.纯镁a.脱S去O能力强；b.球化作用好；c.白口倾向大；d.密度小；e.形成的硫化物、氧化物浮在铁水表面；f.抗干扰元素能力低。g.反应剧烈，操作困难。Ⅱ稀土a.脱S去O能力高，产物比重大，不易上浮；b.球化作用比镁差，过量恶化球形；c.白口倾向大；d.抗干扰元素能力高e.反应平稳。Ⅲ.稀土—镁合金要求：Mg残=0.03~0.05；RE残=0.02~0.04（3）球化处理方法a.自建压力加压法优点：不产生沸腾，吸收率高，球化质量稳定。缺点：对设备要求高，不太安全。镁的沸腾温度与压力关系压力加镁装置b.转包法c.冲入法d.型内球化法＊球化元素吸收率高；＊避免孕育衰退和球化衰退；＊难度大。（4）孕育处理目的：a.消除白口倾向；b.促进球化；c.细化共晶团；d.减少P、Mn晶间偏析。孕育剂：a.75%Si-Fe，价格便宜，有效时间短；b.以Si为基加入Sr、Ba、Ca、Zr等延长有效期。方法：a.炉前一次或多次孕育；b.瞬时孕育法；c.型内孕育。3.炉前检验（1）三角试样法；（2）热分析法；（3）炉前快速金相法；（4）火苗法。三.球铁铸造性能及常见缺陷球铁的铸造性能与球铁铁液的凝固特点密切相关1.球铁的凝固特点（1）凝固范围宽（2）糊状凝固（3）共晶膨胀大a.碳当量高b.糊状凝固引起坚硬外壳形成时间晚2.铸造性能(1)流动性净化铁水→流动性↑处理降温→流动性↓生产中,流动性↓∴要求出铁温度高(2)收缩性a.线收缩收缩前膨胀↑→线收缩↓b.体收缩体收缩↑→缩松、缩孔倾向↑原因：糊状凝固，补缩差；Ⅰ糊状凝固，补缩差；Ⅱ铸型刚度小，膨胀量大；Ⅲ共晶团间隙小，补缩难；★必须加冒口（3）内应力导热能力↓弹性摸量↑内应力↑3.常见缺陷及防止（1）缩孔、缩松原因：a.液—固界面宽；b.糊状凝固；c.白口倾向大；d.铸型刚度小。措施：a.加大铸型刚度；b.增加石墨膨胀的体积；c.降低温度：d.加冒口、冷铁。（2）夹渣原因：硫化物、氧化物、杂质。措施：a.加强覆盖；b.S↓O↓；c.Mg残↓RE残↓；d.浇注温度↑。（3）皮下气孔原因：Mg+H2O→MgO+H2↑MgS+H2O→MgO+H2S↑措施：Mg残↓，S↓，H2O↓（4）石墨漂浮原因：C↑↑，Si↑↑。措施：a.严格控制CE；b.降低原铁水含Si量。（5）球化衰退原因：a.球化剂烧损严重；b.回硫；MgS+O2→MgO+Sc.孕育衰退。措施：a.Mg残↑，RE残↑；b.原铁水S↓；c.加强覆盖，防止氧化；d.加强孕育，减少停留时间；e.及时扒渣，防止回硫。四.球铁的热处理1.铸铁热处理特点(1)有三相区不同温度对应不同的相平衡含量T↑,A↑;T↓,F↑★可控制温度和保温时间来调节F、P相对含量。（2）具有高碳相（G）★随T↑，石墨溶解，A中C↑，不同温度可得到不同含C量的A，高碳A稳定性高，淬透性高，有助于获得不同基体组织。（3）Si、Mn、P比钢高，偏析程度高2.球铁的退火处理目的获得F基体；消除自由Fe3C；（1）高温石墨化退火（消除自由Fe3C）工艺：加热到Ac3以上50~100℃（900~950℃），保温2~4小时，全部A化。（2）低温石墨化退火工艺：a.在zcA1以上，全部A化，保温，缓冷→Fb.在Ac1以下，保温，P→F+G3.正火处理目的：获得分散度高的P，增加P含量（1）高温完全A化正火（2）部分A化正火4.淬火+回火（调质）目的：获得高强度加一定韧性的索氏体5.等温淬火目的：获得下贝氏体或奥氏体-贝氏体基体五.球铁生产中的几个特殊问题第二节蠕墨铸铁蠕墨铸铁(未侵蚀X50)蠕墨铸铁(未侵蚀X50)一.蠕墨铸铁的组织及性能1.石墨的结构及金相组织特点(1)石墨结构石墨形状介于片状与球状之间,头似球状身似片状.(2)金相组织特点组织基体（P+40~50%F）蠕虫状石墨（主要）蠕化率=蠕虫状石墨数量蠕虫状石墨数量+球状石墨数量×100%形状系数（K）=4πA/L2A——单个石墨的实际面积L——单个石墨周长K﹤0.15片状K﹥0.8球状K=0.15~0.8蠕虫状2.蠕铁的牌号及力学性能（1）牌号（2）强度性能a.抗拉强度对CE变化的敏感性低；b.断面敏感性低；c.屈强比高。（3）韧性与伸长率冲击韧性与伸长率介于QT与HT之间（4）导热性介于QT与HT之间二.蠕铁的生产及控制生产过程：熔炼合格铁水→炉前处理→炉前检验→浇注1.成分的选择及对熔炼的要求（1）C、Si低C、低Si（2）Mn影响不大（3）PP对蠕化无影响（4）Sa.硫与蠕化元素反应，消耗蠕化剂；b.硫在一定范围内可扩大蠕化剂合适加入量范围；★S↓，稳定的含S量。（5）合金元素珠光体蠕铁生产中加入一定量合金元素（稳定P）提高P含量。2.炉前处理及其控制（1）蠕化剂及蠕化处理球化元素+反球化元素复合蠕化剂☆复合蠕化剂优点：允许有较宽的蠕化元素残留量，便于生产控制☆复合蠕化剂缺点：回炉料中含有反球化元素，不能用于其它铸铁。a.蠕化剂b.蠕化处理（2）孕育处理作用：a.消除过冷倾向；b.提供足够的石墨晶核；c.延缓蠕化衰退。3.蠕铁的铸造性能及常见缺陷（1）铸造性能a.流动性CE接近共晶点，铁液净化，因此，流动性好b.收缩介于QT与HT之间（2）常见缺陷a.蠕化不足或蠕化过量；b.孕育不足，白口倾向大；c.夹渣。措施：a.严格控制蠕化元素残留量；b.加强孕育；c.严格控制S量；d.提高浇注温度。4.蠕铁生产的质量控制5.蠕铁的应用第三节可锻铸铁未侵蚀50未侵蚀10白口毛坯→高温退火→团絮状GF基体（黑心可铁）P基体（P可铁）脱C（无G）→P（白心可铁）一.可铁的分类、牌号及用途1.分类及用途（1）分类：F可铁、P可铁（2）用途2.牌号二.可铁制造方法1.白口毛坯的获得（全白口）（1）化学成分原则：＊保证全白口；＊保证G化过程要快；＊有利于提高力学性能；＊具有较好的铸造性能。a.Cb.Sic.Mnd.Se.Pf.强碳化物元素Cr、Ti、W等要严格控制。2.熔炼要求（低C、高温）（1）炉缸浅（2）大风量3.工艺特点（1）浇注系统（2）收缩大（3）流动性差（4）皮下气孔三.石墨化退火1.KTH退火（1）升温阶段（0-1）（2）第一阶段退火（1-2）（3）中间冷却阶段（2-3）（4）第二阶段退火（3-4）（5）冷却（4-室温）2.KTZ退火第一阶段G化后，随炉冷却至820~880℃后出炉空冷。3.白心可铁退火4.退火炉四.固态石墨化原理1.石墨核心的形成及长大（1）形核（2）长大2.石墨析出的形状碳原子在石墨晶核各个方向上扩散速度相同→石墨晶核在各个方向上长大速度相等→团絮状3.影响石墨化过程的主要因素五.加速可铁石墨化措施1.一般措施（1）正确选定铁液成分；（2）提高退火温度；（3）提高铸件凝固时的冷却速度；（4）合适的退火炉。2.孕育处理目的：希望铁液在一次结晶时促进渗碳体的形成，在随后G化退火过程中对石墨的形成没有影响或促进G形成。六.常见缺陷及防止缺陷产生铸坯凝固过程中产生热处理过程中产生1.铸件毛坯中固有的缺陷（1）灰点（2）缩松（3）裂纹2.热处理缺陷（1）表面氧化脱碳（2）石墨松散、分叉（3）组织过烧（晶粒合并长大）（4）片状石墨（5）回火脆性1.珠光体球墨铸铁的性能及应用