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铸铁过程中的孕育处理

日期:2021-11-11    浏览次数:    

     

       在铸铁铁液浇注前向铁液中加入特定的变质处理剂以改变铸铁凝固结晶过程,促进结晶形核,细化晶粒,改善金相组织结构,提高铸铁性能的变质处理工艺方法被称之为孕育处理工艺,孕育处理工艺技术在各类铸铁生产中被广泛应用。

       灰铸铁的力学性能主要取决于其基体组织,为了得到高强度,我们希望基体组织以珠光体为主、尽量减少铁素体含量。如果铁素体量过多,导致铸铁的强度低,且加工时会使刀具过热,显著降低刀具的寿命。与球墨铸铁不同,对灰铸铁而言没有延展性和韧性的要求,只有强度要求,所以一般都以高珠光体含量为好。

       灰铸铁中的石墨片的存在,有切割金属基体、破坏其连续性进而使其强度降低的作用。从强度考虑,应避免产生长而薄的石墨片和粗大的石墨片,具明显方向性的石墨片对灰铸铁力学性能的影响尤大。控制石器片的分布状况,是保证灰铸铁性能的关键

        A型石墨是在铸铁的石墨生核能力较强、冷却速率较低、在过冷度很小的条性下发生共品转变时形成的。在光学显微镜下观察时,石墨呈均匀分布的弯曲片,无方向性,其长度则因铸铁的生核条件和冷却速率差异而不同。高品质的结构铸件,都希望其具有中等长度的A型石墨。

      B型石墨在光学显微镜下呈菊花状,共晶团中心部位石墨片比较细小,外围的石墨片较粗大。实际上,中心部位是D型石墨,外围是A 型石墨。B型石墨的生核条件比A型石墨差,共晶转变时的过冷度也比形成A 型石墨时大,结晶时先在共晶团中心部位产生过冷石墨(D型),释放的结晶潜热使周边的过冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨含量不高,对铸铁的性能影响不大,一般情况下可允连其存在。

       C型石墨主要出现于碳当量很高(过共晶)、冷却缓慢的铸铁中,有粗大片状初生石墨,也有小片状石墨,有时部分石墨片上有带尖角的块状物。过共晶铁液玲却时,通过液相线后,在一定的过冷度下析出初生石墨,并在液相中逐渐长大。由于结晶温度较高,成长时间较长,形成分枝较少的粗大片状。温度降低到共晶温度时,发生正常的共晶转变,这时产生的石墨是正常的共晶石墨(A 型石墨),最终的结果是在粗大的石墨片之间分布有正常的共晶石墨。因此,C 型石墨是由粗大块状石墨和A型石墨构成的。C 型石墨可使铸铁的热导率提高,改善其抗热冲击的能力,但对铸铁的力学性能影响较大,一般的结构铸件不应含有这种石墨。

       亚共晶铸铁中,偶尔也能见到C型石墨。如用感应电炉熔炼而炉料中生铁块用量过多时,由于原生铁遗传的影响,就可能出现带尖角的块状石墨;孕育剂加入量过大造成局部硅元素富集时,也会产生这种石墨。

       D 型石墨是铸铁的碳当量较低、冷却速率较高,在过冷度较大、初生奥氏体枝状晶发达的条件下在奥氏体枝晶间形成的,石墨片细小而无方向性。D型石墨常见于碳当量较低的薄壁灰铸铁件中,也称为“过冷石墨”或“枝晶间石墨”。在不加合金元素时,D型石墨往往伴随有铁素体,导致铸铁强度低下。如使得基体组织为珠光体,则铸铁的耐磨性较好,且机械加工后能得到较好的表面粗糙度。

       E型石墨是在碳当量较低、冷却速率也较低的条件下形成的。由于初生奥氏体枝状晶较多、发生共晶转变时过冷度不大、石墨核心不太多、共晶团较大,形成的石墨片大于D型石墨。由于冷却比较缓慢,奥氏体枝状晶发达,发生共晶转变时液相主要在初生奥氏体枝状晶之间,形成的石墨片沿枝状晶方向生长,具有一定的方向性,对铸铁力学性能的影响较大,要力求避免产生这种石墨。

      可能出现E型石墨的铸铁,如冷却速率较高,也会形成D型石墨。因此,在高强度薄壁铸铁件中往往会同时见到D型石墨和E型石墨。

       生产优质灰铸铁件,应使其基体组织全部为珠光体,石墨为 A 型而且石墨片要均匀分布于金属基体中,珠光体也应细小而均匀。要尽可能的地使组织中的 B型石墨和 D 型石墨减至最少,不应该有C型石墨和E型石墨。为此,必须进行有 效的孕育处理并控制铸件的冷却速率。孕育材料基本都包括硅。对于薄壁铸件,还可添加铝、钡和其他氧化物促成元素。


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