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由于铁液化学成分、冷却速度以及铁液处理方法不同,铸铁中的碳除了少量固溶于铁素体外,既可以形成石墨碳,也可以形成渗碳体。 从成分和结构方面来看,从铸铁液相或奥氏体中析出渗碳体比析出石墨较为容易。 但是,石墨是稳定相,而渗碳体是亚稳定相。当铁液中C、Si的含量较高,并且冷却非常缓慢时,可直接从铁液中析出石墨。已经形成渗碳体的铸铁在高温下长时间退火,可使渗碳体分解析出石墨碳。 C和Si时影响铸铁组织和性能的主要元素,为综合考虑它们的影响,引入碳当量(Ceq)和共晶度(Sc)的概念。 随着铸铁碳当量和共晶度的增加,石墨的数量增多且变得粗大,铁素体数量增加,石墨的数量增多且变得粗大,铁素体数量增加。右图为铸铁的共晶度和壁厚与铸铁组织的关系。 石墨十分松软而脆弱,抗拉强度在20MPa以下,伸长率趋近于零。因此,石墨就像基体组织中的孔洞和裂缝,可以把铸铁看成是含有大量孔洞和裂缝的钢。 石墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。 改善石墨形状是提高铸铁性能的一条最重要的途径。 只有当石墨为团絮状、蠕虫状或球状时,改变基体组织才能显示出其对性能的影响。 强化铸铁时,一方面要改变石墨的数量大小、形态和分布,尽量减少石墨的有害作用;另一方面又可通过合金化、热处理或表面处理方法调整基体组织,提高基体性能,以改变铸铁的强韧性。 一、灰铸铁 (一)灰铸铁的牌号、成分及组织 灰铸铁价格便宜、应用广泛,其产量约占铸铁总产量的80%以上。 灰铸铁牌号由“灰铁”二字拼音字首“HT”和其后的数字组成,数字表示最低抗拉强度σb,例如HT200。 灰铸铁的组织是由铁液缓慢冷却时通过石墨化过程形成的,由片状石墨和基体组织组成。 (二)灰铸铁的热处理 灰铸铁热处理只能改变基体组织,不能改变石墨的形态和分布,所以灰铸铁热处理不能显著改善其力学性能,主要用来消除铸件内应力、稳定尺寸、改善切削加工性能和提高铸件表面耐磨性。 可锻铸铁牌号中“KT”为“可铁”汉语拼音字首,其后面的H表示黑心可锻铸铁;Z表示珠光体可锻铸铁;B表示白心可锻铸铁。符号后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率值。例如KTH350-10。 三、球墨铸铁 球墨铸铁是石墨呈球状的灰铸铁,简称球铁。球墨铸铁是将经球化和孕育处理的铁液石墨化后得到的,具有比普通灰铸铁高得多的强度、塑性和韧性,同时保留普通灰铸铁耐磨、消振、易切削、铸造性能好、缺口不敏感等一系列优点。球墨铸铁也比可锻铸铁具有更高的力学性能。球墨铸铁是重要的铸造金属材料,产量仅次于普通灰铸铁。 将球化剂加入铁液的操作过程叫球化处理。我国常用的球化剂有镁、稀土或稀土-硅铁-镁合金三种。 我国球墨铸铁的牌号用“球铁”汉语拼音字母“QT”和其后两组数字表示。第一组数字表示最低抗拉强度,第二组数字表示最低伸长率。 球铁的基体组织常用的有珠光体、珠光体-铁素体和铁素体三种。右图为这三种基体组织球铁的显微组织。 同其他铸铁相比,球墨铸铁不仅抗拉强度高,而且屈服极限也很高。球墨铸铁的塑性和韧性虽低于钢,但高于其他各类铸铁。 在共析温度范围内存在一个由铁素体、奥氏体和石墨组成的三相平衡区,在此温度范围不同温度下,铁素体和奥氏体由不同的相对量,所以控制不同的加热温度和保温时间可以获得不同比例铁素体和珠光体基体,从而可大幅度调整球墨铸铁的力学性能。 球墨铸铁主要热处理工艺有退火、正火、调质和等温淬火。 蠕墨铸铁是近年来得到迅速发展的一种新型铸铁材料。它兼备灰铸铁和球墨铸铁的某些优点。 蠕墨铸铁的化学成分要求与球墨铸铁相似。蠕墨铸铁的生产是在铁液中加入一定量蠕化剂进行炉前处理得到的。 蠕墨铸铁的力学性能介于基体组织相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。 蠕墨铸铁的牌号(“蠕铁”即“RuT”)、组织、力学性能及用途示于表12.5 (P378)。 一、耐磨铸铁 耐磨铸铁分为减摩铸铁和抗磨铸铁。前者在有润滑、受粘着磨损条件下工作;后者在干摩擦的磨料磨损条件下工作。 (一)减摩铸铁 减摩铸铁的组织是在软基体上牢固地嵌有坚硬的强化相。控制铸铁的化学成分和冷却速度获得细片状珠光体基体能满足这种要求,铁素体是软基体,在磨损后形成沟槽能贮油,有利于润滑,可以降低磨损;石墨也起贮油和润滑作用;而渗碳体很硬,可承受摩擦。 二、耐热铸铁 铸铁的耐热性是指在高温下铸铁抵抗“氧化”和“生长”的能力 氧化是铸铁在高温下与周围气氛接触使表层发生化学腐蚀的现象,还会发生氧化性气体沿石墨片边界或裂纹渗入铸铁内部的内氧化现象。 生长使铸铁在反复加热冷却时产生的不可逆体积长大的现象。这是由于铸件中的渗碳体在高温下分解形成密度小而体积大的石墨以及在加热冷却过程中铸铁基体组织发生α≒γ相变引起体积变化。 三、耐蚀铸铁 耐蚀合金中加入Si、Al、Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素可在铸件表层形成牢固、致密的保护膜(Si、
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