TA的每日心情 | 开心 2025-12-3 13:55 |
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发表于 2011-11-23 14:15:10
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本帖最后由 djzhaomei 于 2011-11-24 11:31 编辑 : h3 R7 e. L; W
# l+ v% b6 f, n0 r# F8 ?3 P; F5楼――――正文―――――――― 《三 球墨铸铁之零度全解》/ Z5 T& i/ t, }
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引子:+ s7 }: v# H) @' ~7 i p
1947年英国H. Morrogh发现,在过共晶灰口铸铁中附加铈,使其含量在0.02wt%以上时,石墨呈球状。1948年美国A. P. Ganganebin等人研究指出,在铸铁中添加镁,随后用硅铁孕育,当残余镁量大于0.04wt%时,得到球状石墨。从此以后,球墨铸铁开始了大规模工业生产。
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" a' D. Y( ]+ C) q ~; Z/ z 球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨,1960年为53.5万吨,1970年增长到500万吨,1980年为760万吨,1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。0 e3 F8 d5 J3 e+ {& H
; k/ V7 F& F/ {* {* q# v) O
我国现代球墨铸铁生产起步很早,1950年就研制成功并投入生产,至今我国球墨铸铁年产量达230万吨,位于美国、日本之后,居世界第三位。适合我国国情的稀土镁球化剂的研制成功,铸态球墨铸铁以及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。
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) |4 z! P- ?5 l+ L(一) 球墨铸铁的牌号及性能
" D0 f" J- j' L4 t y! o1 d
! \( w/ G5 X& F% d9 w F: i牌号:QT×××-×× 如QT400-17、QT600-02等。
" P: c5 T. l9 z: W5 p& ^2 M4 k“QT”表示球墨铸铁,其后第一组数字代表最低抗拉强度值,第二组数字代表最低延伸率值' T# Q0 x) S0 h' z" N! R1 C9 t
中国――GB―――QT) f9 t! c; Z" l" ?5 O! k' R) y# i
日本――JIS―――FCD* d8 x5 e n3 }: V# L
德国――DIN―――GGG! M0 R8 o% q x% Z7 Q, H% T: t
& T7 W4 ?: a6 J( x+ g/ w+ x8 [
成分特点:: i7 _! H2 e0 d, A- w* n9 p* W0 V
C3~4%;Si2~2.8%;Mn0.6~0.8%
9 ?. z) t$ Z8 B/ Z* c) S: \P<0.1%;S≤0.04%;RE (稀土)< 0.03~0.05%。5 N& w- g/ F6 F
3 e! G! Y9 J& _0 L% I
用途:用于受力复杂、综合性能要求较高但无较大冲击的机械零件。已在一些机器上代钢使用,如汽车发动机的曲轴、凸轮轴、车床主轴等。
4 ?) f. E% y4 @8 O% e( [( q' k1 r6 ]QT400-18 铁素体* c; V8 D' I/ M
QT400-15 铁素体# l/ [0 U M+ s- B" G P" I. U
( y. j3 U! k# x: t2 f
QT450-10 铁素体3 e% h W; p! Z' z$ ^( Q/ m
QT500-7 铁素体+珠光体0 S+ t& w" Z- F8 u6 R7 H9 `9 E& S
QT600-3 铁素体+珠光体
! \' a' `7 p6 w. p$ Q9 {+ eQT700-2 珠光体% h% K( h; E' p3 S2 v6 a
QT800-2 珠光体或回火组织
: g( {5 d/ v3 ?* {1 r( `% G# ?2 uQT900-2 贝氏体或回火马氏体
7 g" y- U, W4 g* j" s: t9 X& u5 n5 y) `( G( I0 k- A/ j
' J+ [+ {( r* }( ~$ z5 J! W# ] @2 E4 d- T) u
球墨铸铁的化学成分对其组织、力学性能和铸造性能等有很大的影响,因此,必须合理地选择。
7 w& j9 M' K( X" z 1 碳和碳当量
# }' V) L! {1 u
+ i' S. B, Q7 G* B6 O+ z% x 碳对球墨铸铁性能的影响不仅与含量有关,还和碳当量的高低有关。" a- e' P" p# h" @4 E: _) b
碳能促进石墨化,减少白口倾向。碳能促进镁的吸收,改善球化。由于石墨呈球状,适当提高含碳量并不削弱力学性能。碳当量高能改善流动性,增加凝固时的体积膨胀,当铸型刚度大时能促使铸件减少缩松,刚度小时则增加缩松。但碳当量过高进会引起石墨漂浮。因此,碳当量就控制在合适的范围内,在不出现石墨飘浮的前提下,应尽量提高碳当量,一般碳当量的质量分数选择在共晶点附近(4.6%-4.7%),碳的质量分数尽量高一些,一般为3.5%-3.9%。$ X# |( L# U; B( j& ~* S
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2硅$ L% z' S$ |/ k' U5 P( c4 _
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硅能明显促进石墨化,以孕育剂方式添加的硅作用更显著。因此,球墨铸铁在选定碳当量后,原铁液应采用高碳低硅的原则,终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量可增加铁素体量,铁素体球墨铸铁的终硅量比珠光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲击韧度降低,脆性转变温度提高,因此,硅不宜过高,特别是在低温下工作的铸件,其含硅量应低一些为好。
+ v% R0 e, N& ~ G通常珠光体球墨铸铁的硅的质量分数为 1.7%-2.6%
% S7 \$ V% H/ E铁素体球墨铸铁的硅的质量分数为 2.5%-3.2%0 J4 `, x+ i& N/ l! E$ L& K
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3锰
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与灰铸铁不同的是,球墨铸铁中的含硫量很低,锰已较少起中和硫的作用。在球墨铸铁中,锰主要起合金化作用,即稳定及细化珠光体,但锰易产生边界偏析,使球墨铸铁的塑性及韧性降低。; H8 V' m/ m& [, K
通常即使是珠光体球墨铸铁,亦认为锰的质量分数以不超过0.4%-0.6%为宜,而推荐用铜或用热处理的工艺保证珠光体组织。
; m! w# H. t3 {( z铁素体球墨铸铁的的锰的质量分数要求控制在0.4%以下。
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0 H* u5 H1 m* s 4磷 6 T- a0 K! K$ S7 z
/ o! A5 M# q% I6 I3 A$ Z, L 磷是球墨铸铁中的有害元素,极易偏析,在晶界上产生磷共晶,严重降低球墨铸铁的塑性和韧性,不仅使常温冲击韧度降低同时使脆性转变温度急剧提高,造成低温脆性。# U# t9 t) E4 \' B4 L; k
所以球墨球墨铸铁中的含磷量要求越低越好。
/ g! s! `9 ?8 k& l- C一般质量分数应控制在0.1%以下
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5硫
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- e, Y( X- U4 Z5 f* } 球化剂中的镁、稀土等球化元素与硫有很强的亲和力,加入铁液后首先脱硫,然后才起球化作用。所以硫高必然会消耗较多的球化剂,严重影响球化。而且,产生的硫化物是球墨铸铁形成夹杂缺陷的主要原因之一。硫还会引起铸铁产生皮下气孔。因此,应尽力原铁液的含硫量。原铁液硫量的高低 对提高 球 墨铸铁质量十分关键,亦是我国与国外的主要差距之一。目前,许多工厂在生产高质量球铁时都进行脱硫处理,处理后硫的质量分数小于0.02%
; ~6 I- }4 B" r) {# d# ?; S0 _一般要求冲天炉熔炼时硫的质量分数0.06%-0.1%,电炉熔炼时硫的质量分数小于0.04%。% X2 s2 b- B7 e, m
. d6 S! u: u( K, j) C/ s; d |:) 6残余镁量及稀土量
* I; M1 q) A2 `( G! n' T& F3 e
$ M% c' \ E2 @: K1 ?: n 为了保证石墨球化,镁和稀土在中和了硫等反球化元素的作用后应有一定的残留量。采用纯镁作球化剂时,一般残余镁的质量分数约为0.03%-0.08%。但过高反而会降低球化率。在有稀土 情况下,残余镁量可以适当低一些。- C/ c7 q. v( ^0 }
稀土元素有脱硫、去气、净化铁液和球化等有利作用,但白口倾向增大,而且偏析严重,降低球墨铸铁的力学性能,特别是塑性和韧性。残余稀土的质量分数常控制在0.02%-0.04%左右。
2 e. J- A/ i' l+ X
6 N `5 T$ c6 i4 W0 M B:) 7其他合金元素5 B8 k0 H, R" ]5 B2 _6 `) X
' H: O4 g5 k; p' a; Z' J& b; S. G# ?常用的合金元素有:镍、铜、钼、钛、钒、钨、锑、锡、铋等。( c3 H' T4 }" a; [3 H# _1 I
球墨铸铁通过合金强化基体组织,可以更好地发挥基体的潜能,提高其综合力学性能。合金元素的作用体现在:一方面,对于需要热处理的球墨铸铁,合金元素对热处理工艺起辅助作用;另一方面,合金元素可以使球墨铸铁直接在铸态下得到所需的组织与性能,不用热处理就可生产出铸态球墨铸铁件,降低生产成本。" q& N/ o* ]1 {1 H' p5 F% b7 O
6 v6 F9 d7 h W+ q5 e:) (二) 球化处理技术:) " G6 A: c* @) w' D
:) 1熔炼要求
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由于球化处理一般要降温50-100度,因此为了保证浇注温度,铁液必须有较高的出炉温度。出炉温度至少在1400-1420度以上,最好在1450-1500度以上。其次,必须满足球墨对化学成分的严格要求,即较高的碳量,低和硅、锰、磷和硫量。) I B8 K0 t }) {5 Q# h
: k. R4 N. t* T( C. a" |7 ]:) 2球化剂及球化处理 8 F/ y* y2 V: r- `0 L: `
; y5 G# m- ?. B: R Q6 l- V( K8 O
球化剂就是含有球化元素,能使石墨成球状的添加剂。$ A6 X4 S4 f0 Z: J% w9 J c" p0 D
球化能力强的元素有镁、稀土(铈、镧、钇等)钙等,球化处理的工艺取决于球化剂的类型。
7 `; h, H6 q8 S4 V u' e/ f4 t2 p镁是一种良好的球化剂。镁的密度为1.74G/CM3,熔点为651度。沸点为1107度,球化处理时,采用压力加镁的方法。但这种方法工艺复杂,现已很少采用。; ], T- ~; j# M( d% b- K
稀土不仅能起球化作用,而且能抵抗干扰元素的反球化作用。稀土的球化能力较镁差些。单独使用时石墨球不太圆整,且稀土元素的沸点大都高于铁液的温度,单独采用稀土处理时,完全没有沸腾,无搅拌作用,球化元素不能均匀分布。一般稀土和镁同时使用,稀土镁硅铁合金是目前常用的球化剂,合金中镁的质量分数为7%-9%,稀土的质量分数为4%-6%。
. ?1 h! _ V N8 T( b4 Y 采用稀土镁硅铁合金作球化剂时,多采用冲入法球化处理工艺。球化剂的加入量视原铁液含硫量而定,一般原铁液硫的质量分数在0.08%左右时,加入量为1.4%-1.6%。处理时,先将球化剂放入浇包底部一侧专门设置的堤坝或凹坑内,并在球化剂上面覆盖铁屑、细硅铁粒等,并压紧,以延缓球化反应时间,防止球化剂上浮,提高其吸收率。出铁时,将铁液冲入浇包的另一侧,并同时进行炉前孕育,反应完毕后搅拌、扒渣,经炉前检查合格后即可浇注。: ~* l* ~( `+ k8 c+ A# ]
钙的球化能力较弱,很少单独使用,但有很好的脱硫、脱氧作用。由于钙的沸点较高(1487度),作用平稳,加入稀土镁硅铁合金中起平稳反应的作用,但钙高易产生夹渣缺陷。
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:) 4孕育剂及孕育处理
) M7 I. J" E7 w+ c8 U0 L" ~* ] $ @; D+ D, @$ x% ~, r: @$ h$ A* t
对球化处理后的铁液进行孕育处理,以目前的来看,有以下几个目的:
2 w0 ~: R, G/ S$ M5 S$ B消除球化元素造成的白口倾向,获得铸态无自由渗碳体的铸件。细化球状石墨,增加石墨球数,提高石墨球的圆整度,改善球化率。减少晶间偏析程度,改善力学性能,提高伸长率和冲击韧性。增加铁素体数量,获得铸态铁素体基体。
& y( n6 B1 U1 v/ f除炉前一次孕育处理外,质量要求较高的铸件,在浇注时还要采用瞬时孕育处理工艺。对于生产铸态铁素体球墨铸铁,还采用多次孕育。# \7 C( H+ {! z" |. t* T' I, Y
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:) 5炉前检验 & C1 g. E4 P% M; s. k
常用方法有三角试块法、火苗检查法、炉前快速金相检验法、表面膜观察法、热分析法、比电阻等。
; W- W- z' m! q/ ?+ `三角试块法
' m) d4 I- v3 H; N6 t- K' j项目 球化良好 球化不良2 e2 }3 a: g7 b( E/ A& A6 K
外形 试样边缘呈较大圆角 试样棱角清晰7 Y$ l1 R- G; n6 K
表面凹陷 浇注位置上表面及侧面明显凹陷 无凹陷
# r4 @) n: D4 q% n+ s# q2 Y断口形态 银白色细密断口 断面暗灰、晶粒粗大2 d1 S/ F8 Q% R3 m
缩松 断口中心有缩松 无缩松: D: z$ D& H7 K: p+ G
白口 断口尖角白口清晰 完全无白口
# _6 b w: `0 Q% t& X" m( o% ]敲击声 清脆金属声、音频较高 低哑" ]3 F3 K1 J m# z2 P5 @, w( E
气味 遇水有类似H2S气味 遇水无臭味% J1 N$ ^/ s1 w
2 Z& [. k1 h9 Z5 c+ e- V炉前快速金相检验法 M/ v& L! s5 e' t9 s
在炉前浇注20*20的圆柱试块,凝固激冷后,在砂轮上磨去表面,经粗磨和抛光后,用显微镜直接观察球化情况。这种方法可在2Min内完成。快速、科学、准确。; x) S. }! w0 F6 E
9 e- @3 J7 q* L4 L# C/ `:) (三)问题汇总:: @; R) D1 @* d! w# G
(这些问题来自热坛,偶搜集了下,在此感谢各位坛友的辛苦劳动!)7 d+ Y/ Z! L6 b! R4 k
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:) @1孕育剂为什么会衰退?机理是什么?还有球化剂,是因为在包中温度过高而衰退的吗?浇入砂型中之后就不会衰退了吗?5 \) g7 f& b" p" d: @. \
% x% m3 q: E' }
123446118 首先指出孕育剂不会衰退,孕育后的铁水会衰退,经过球化及孕育处理的铁水产生了大量的细小的石墨球,它们的比表面积很大,在热力学上是不稳定状态,在浇注过程中温度下降,小的石墨球会团聚,变成大的石墨球.由此石墨球数量减少,造成了石墨化减弱,形成了衰退. & H( B; p/ u {1 m" I( q
出铁温度太高了,球化剂中的元素也会烧损,导致白口.
- m* l: {3 f% C. T浇入砂型中的铁水也要在规定时间内浇注才行,铁水浇入型腔壁厚薄的凝固的快,壁厚厚的还要消耗球化元素,也会形成衰退.
) U) F1 n+ N( X/ w# N5 R; L$ E有时候很难用话来讲,毕竟不是搞研究的,. r k1 J( ^: ?5 W
范恋雪 孕育怎么理解?就是撒种子之后发芽,硅铁冲入铁水中造成了铁水的浓度 、结构、 温度上的起伏为石墨的生长做好了基础,随着时间的流逝这些微区起伏也就慢慢消弱将回到原来的情况(只不过就是硅浓度提高了)/ G# s# y/ `/ w! a) v
3 f* w+ n! k$ p4 N:) @2球化不良的原因有哪些?
% C, s! {9 P0 e0 a- ^; B8 k, B) a% C& a
铁水的化学成分;球化温度;球化剂的影响;球化衰退;球化浇包的影响
) P' [% _. _) r3 g- K铁水的化学成分:S含量超出0.02%。CE值/C成分过高,导致石墨爆炸。(CE>=4.5%). i* ^# y0 o4 i, y
球化温度过高,容易导致球化不良发生。
" u6 R5 v1 l9 u球化剂的影响:忘记放球化剂;球化剂中MG成分含量不足;球化剂颗粒太小;球化剂过早放入,造成MG烧损;球化剂潮湿。
* O/ L& e" T, ?/ Q" Q- O" ^球化衰退:铁水球化后未在规定时间内浇完。铁水球化后必须在最短的时间内浇注完成,如果设备发生故障,则浇注时间不可超过7分钟!!
5 D4 \: k4 s. F& X6 P球化浇包影响:浇包使用次数多或残留大量渣子,导致深度不够或开口太大,球化剂未能被有效覆盖,球化反应过于剧烈。或是深度太深,球化反应过于平淡,未充分球化。 |
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