第三章 强韧铸铁 Microsoft PowerPoint 演示文稿.ppt

1、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,QT600-3 QT7000-2 QT800-2,（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、

2、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：QT400-18 QT400-15 QT450-10,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，b=9001400MaP,性能特点,（1）塑强性都较高；,（2）高的冲击韧性；,（3

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、Si,C、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=3.23.8,Si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=2.42.8%,b.Mn,铸态：F球铁 Mn=0.30.4

4、P球铁 Mn=0.40.8,热处理态：F球铁 Mn0.5。,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=0.040.06,d.S,消耗球化剂；,硫化夹杂物增多；,使球化衰退速度加快。,S0.02,（2）合金元素,a. Mo,提高淬透性；,降低韧性；,价格较贵,0.5,b. 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=0.0060.08,（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

5、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,. 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。,稀

6、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。,. 稀土镁合金,要求：Mg残=0.030.05；RE残=0.020.04,（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

7、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

8、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；,糊状凝固，补缩差；,铸型刚度小，膨胀量大；,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. SO；,c. Mg残RE残；,d. 浇注温度。,（3）皮下气孔,原因：Mg + H2O MgO +

9、 H2,Mg S+ 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 + S,c. 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

10、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50100（900950 ），保温24小时，全部A化。,（2）低温石墨化退火,工艺：a. 在,以上，全部A化，保温，缓冷F,b. 在Ac1,以下，保温，PF +G,3. 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

11、,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+4050%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）= 4A/L2,A单个石墨的实际面积 L单个石墨周长,K0.15 片状 K0.8 球状 K=0.150.8 蠕虫状,2. 蠕铁的牌号及力学性能,（1）牌号,（2）强度性能,a. 抗

12、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）P P对蠕化无影响,（4）S,a. 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

13、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.

14、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G,F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. C,b. Si,c. Mn,d. S,e. P,f.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,

15、（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820880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