TA的每日心情 | 开心
2017-4-3 00:03 |
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发表于 2017-4-3 15:05:07
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本帖最后由 呉老師 于 2017-4-3 15:06 编辑
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如何掌控 鑄鐵的機械性質? 台灣台中 里歐 吳老師 編寫 2000/9/20
機械性質: (抗拉)強度, 硬度 ; 韌性, 延伸率
鑄鐵以抗拉強度定其規範 例如 FC25中 25 代表其抗拉強度至少需 25 kg/mm2
新代號已改為FC 250 其單位為 N(牛頓)/ mm2 ,或 MPa M=mega 百万; Pa= Pascal 同為應力單位
鑄鐵的機械性質取決於金相組織. 金相組織 則取決於: 1, 成份 與 2, 冷卻速度(熱履歷)
(化學)成份:
成份由碳矽與合金含量決定, 碳矽促進產生石墨與肥粒鐵 亦即促進灰口傾向;
碳矽含量越高, 灰口傾向越強, 所得的鑄件材質偏軟, 但凝固收縮率較小. 矽促進灰口傾向的"影響力"只有碳的1/3, 碳矽的"綜合"影響力 稱為"碳當量"("當"為"相當"之意, 其公式為CE = C + 1/3* Si. 碳當量為鑄鐵灰口傾向強弱的重要指標
(錳, 鉻, 錫等)合金 促進產生波來鐵與碳化物 亦即促進白口傾向; 合金%越高, 則白口傾向越強, 所得的鑄件材質偏硬, 凝固收縮率較大.
冷卻速度:
冷卻速度 由 澆注溫度 與 鑄件肉厚 來決定. 澆注溫度高 或 鑄件厚重 其冷速當然會較慢 所獲得肥粒鐵的比例較高 波來鐵的比例較低 故所得的鑄件材質偏軟
*註: CE_Meter所顯示出FC 250 指的是該鐵水經接種後 倒成 直徑30mm圓棒 (或肉厚25mm的平板) 將會得到 "大約" 250 MPa 的抗拉強度. 以此鐵水倒肉厚15mm的鑄件 因冷卻速度較快的關係 強度可能會提高到 280 Kg 以此鐵水倒肉厚10mm的鑄件 其冷卻速度更快 可能會有白口產生而引起加工上的困擾 但其實際硬度會到多少 又要看接種劑好壞 澆鑄溫度 開箱時間早晚而定
品管/設計人員需知: 同一鑄件上, 肉厚差異不可太大. 因肉厚不同, 冷速就不同, 因而硬度,強度就不同. 在指定硬度時, 需註明檢驗硬度的部位, 否則會被笑外行.
鑄鐵內最常見的金相組織有: 1石墨 2碳化物 3肥粒鐵 4波來鐵 前兩者之形狀, 數量, 大小
在~11xx℃ 凝固時即已成定案. 後兩者則在 約750℃以下生成, 其數量不合要求時 尚可藉熱處理來調整, 但成本會增加
石墨: 無硬度可言, 其數量, 形狀, 大小 對強度硬度的影響如下:
數量: CE%高 → 石墨多 → 強度硬度低; 收縮率低
形狀:: 自然形成: 片狀→ FC 吸震能力佳
球化(Mg)處理: 球狀: → FCD 強度 延伸率高
大小: 由 接種處理 與 冷卻速度 主宰. 接種劑多或冷卻速度快
→ 共晶胞多 → 石墨片小→ 強度高, 但吸震能低 (對FC鑄鐵而言)
共晶碳化物(俗稱白口) : 共晶碳化物 是在共晶凝固( ~11xx℃)時所產生的"塊狀"碳化物, 它硬如陶瓷 很難切削. 除了耐磨鑄件外, 一般鑄件多不希望有此組織產生.
白口可分為 外部白口與內部白口, 產生的場合與原因 如下:
1外部白口(FC): 冷速太快所引起 (原因: 澆注溫度太低, 鑄件太薄,
鐵水流速太慢…. 等等) 此種白口常見於FC鑄件的薄肉處, 加上 澆注溫度太低 或進水速度太慢的場合.
2內部白口(FCD): 凝固冷速(1400~1100℃之間的)太慢所引起. 凝固冷速太
慢時, Mn, Cr, Sn, Mg…等合金元素, 有足夠時間聚集在一起(冶金名詞稱為"合金偏析"), 此類合金之濃度達某一程度時, 會在鑄件內部形成如島嶼散佈的"內部白口" (形成溫度11xx℃, 就是CE測定儀上顯示的共晶溫度), 內部白口常見於FCD的厚鑄件, 又加上 澆注溫度太高的場合
內部白口避免方法:1>提高接種劑"用量", 可降低內部白口發生的機率. 欲避免內部白口, 厚鑄件決不可與薄鑄件用同一盆鐵水澆鑄, 如果一定要如此, 可先倒薄件; 倒厚件時, 可先置入回爐材將鐵水降溫後才澆鑄. 內部白口對只加工表面的鑄件並無大礙, 但鑄件需鑽孔時, 則令人頭痛 (鑽不下, 鑽頭偏向, 折斷)
Ferrite
肥粒鐵: 為一極軟的組織 (延伸率>50%) (鐵絲金相組織 肥粒鐵 ~99%) CE%高, 或(750 ~ 600℃之間的)冷速慢 (鑄件肉厚太厚), 波來鐵有足夠的熱能與時間進行分解 會產生較多的肥粒鐵 因而鑄件硬度低. (延伸性)高; 鑄鐵內Si%越多 肥粒鐵%也就越多而硬度漸低 但在此同時 肥粒鐵內含矽(Si%)漸多 硬度會漸高 Si% >2.5 以上 則開始脆化 Si%~3.5 時 雖基地全為肥粒鐵 但此肥粒鐵內含3.5%Si 硬度可高達HB 200 而失去其延伸性(延伸率<1%)
Pearlite
波來鐵: 該組織有適當的強度與硬度(HB240~300), 耐磨耗但仍可切削. 鑄鐵金相組織內的波來鐵面積百分比 為硬度主要提供者 由0%~100% (FCD450~FCD700 ; FC100~FC350) 波來鐵係在750 ~730℃之間形成, 形成後又會逐漸分解而剩下肥粒鐵. 波來鐵的分解速度由
1>生成後(750~600℃)的冷卻速度 與
2>合金元素含量主宰
冷卻速度越快, 波來鐵分解越少. (分解需要"熱能"與"時間") 達室溫後波來鐵% 越多 強度與硬度越高 但延伸率則越低
合金含量多 或 冷卻速度快(薄鑄件) 波來鐵較不易分解, 鑄件得到的硬度會較高. 促進波來鐵組織的合金元素的"葯效": 錳,鉻1; 銅2倍; 錫,20倍.
通常促進波來鐵組織的合金過量時會生"白口" 但銅(Cu)則例外 不但不會生白口, 反而會壓抑白口的生成 此為銅較特別的地方
FC鑄件 收縮量 與 硬度 的調整
例 ) 如果一個FC鑄件以CE 3.8%澆注 所得硬度為HB180 剛好達硬度下限 但發現收縮量稍大或有微縮孔 遇此情況可提高CE到>4.0% 來克服收縮問題. 但提高CE% 雖降低了收縮率, 卻同時使硬度下降. (比如說 降至HB150) 此時 可多加一點"促進波來鐵"的合金元素(Cr, Mn, Cu….) 把硬度往上拉到合格範圍內.
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楼主: 呉老師
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发表于 2017-3-31 09:30:06
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