在球墨铸铁中,由于石墨呈球状,表面积最小,与片状石墨相比,大大减少了对基体的割裂作用,应力集中现象也大大降低,提高了基体的承载能力。因此,球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高得多,特别是强度与钢接近,屈强比达到0.7~0.8,比碳钢高;塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善,仍比钢差。此外,还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。
球墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷,故对原材料、熔炼和铸造工艺的要求也高些。
(2)球墨铸铁的牌号、性能及用途
球墨铸铁的牌号用“QT+A组数字-B组数字”表示,QT是“球铁”两字的汉语拼音字首;A组数字表示最低的抗拉强度值(MPa);B组数字表示最低伸长率。例如QT600-3,代表抗拉强度σb≥600Mpa、δ≥3%的球墨铸铁。
球墨铸铁在机械制造、造船 、冶金、化工等行业中,广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件,如代替铸钢、锻钢,制作柴油机曲轴、连杆、齿轮等。球墨铸铁的牌号、性能及用途见下表所示。
在球墨铸铁中,由于石墨呈球状,表面积最小,与片状石墨相比,大大减少了对基体的割裂作用,应力集中现象也大大降低,提高了基体的承载能力。因此,球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高得多,特别是强度与钢接近,屈强比达到0.7~0.8,比碳钢高;塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善,仍比钢差。此外,还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。
球墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷,故对原材料、熔炼和铸造工艺的要求也高些。
(3)球墨铸铁的热处理
球墨铸铁的热处理与钢相似,但因含碳、硅量较高,有石墨存在,因此热处理的加热温度略高些、保温时间长些、加热速度和冷却速度要慢些。
1、退火
球墨铸铁的退火是为了获得铁素体基体,提高塑性和韧性。根据铸铁的铸造组织不同,采用的退火方法有以下三种:
1)去应力退火
对不再进行其他热处理的铸铁件,常进行去应力退火,以消除铸件的应力。其工艺是将其加热至500~600℃,保温2~8h,然后缓冷。
2)低温退火
对铸态组织是铁素体-珠光体和石墨,而没有自由渗碳体时,可进行低温退火,使珠光体中的渗碳体分解为铁素体和石墨,最后得到铁素体基体的球墨铸铁。其退火工艺是加热至700~760℃,保温3~6h,然后随炉缓冷至600℃出炉空冷。
3)高温退火
对铸态组织不仅有石墨还有自由渗碳体时,可进行高温退火,使渗碳体分解为铁素体和石墨,最后得到铁素体基体的球墨铸铁。其退火工艺是加热至920~980℃,保温2~5h,然后随炉缓冷至600℃出炉空冷。
2、正火
球墨铸铁的正火是为了增加基体组织中的珠光体的数量,细化组织,提高球墨铸铁的强度和耐磨性。正火后,常采用消除应力的回火。
1)低温正火
低温正火又称不完全奥氏体化正火,其工艺是将铸件加热至820~860℃,保温1~3h(使基体组织大部分奥氏体化,保留少量铁素体)然后出炉空冷,以得到珠光体和少量铁素体基体的球墨铸铁,既提高强度又具有较好的塑性和韧性。
2)高温正火
高温正火又称完全奥氏体化正火,其工艺是将铸件加热至880~950℃,保温1~3h(使基体组织全奥氏体化)然后出炉空冷,以得到珠光体基体的球墨铸铁,提高强度、硬度和耐磨性。
3、调质处理
球墨铸铁的调质处理是为了得到回火索氏体基体,以获得较高的综合力学性能。其工艺为,淬火加热温度860~900℃、油冷,550~600℃回火。
4、等温淬火
球墨铸铁的等温淬火是为了得到下贝氏体基体,使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。其工艺为,淬火加热温度850~900℃、保温后迅速放入250~350℃的盐浴中等温1~1.5h,然后取出空冷。
四、其他铸铁
(1)可锻铸铁
可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁,然后再经高温经长时间石墨化退火。
1、可锻铸铁的成分、组织与性能
可锻铸铁的化学成分具有较低的碳、硅含量(亚共晶成分),以保证在浇注冷却后得到白口组织。
按石墨化退火的方法不同,可锻铸铁分为以下两种类型。一类是黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁,这类铸铁是在中性介质中经石墨化退火制得,黑心可锻铸铁又称铁素体可锻铸铁,基体组织是铁素体,见下左图。珠光体可锻铸铁的基体组织是珠光体,见下右图。另一类是白心可锻铸铁,这类铸铁是在氧化性介质中经石墨化退火制得,在我国很少使用。
在可锻铸铁中,由于石墨呈团絮状,与片状石墨相比,对基体的割裂作用和应力集中大为减轻,故强度和韧性比灰铸铁提高很多。但必须指出,可锻铸铁并不可锻。
2、可锻铸铁的牌号、性能及用途
可锻铸铁的牌号用“KT+表示类别的字母+A组数字-B组数字”表示,KT是“可铁”两字的汉语拼音字首;表示类别的字母有H、B、Z,分别代表“黑心”、“白心”、“珠光体基体”;A组数字表示最低的抗拉强度值(MPa),B组数字表示最低伸长率。例如KTH370-12,代表σb≥370MPa、δ≥12%的黑心可锻铸铁。
可锻铸铁用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件。可锻铸铁的常用牌号、性能及用途见下表。
(2)蠕墨铸铁
蠕墨铸铁的生产方法与球墨铸铁相似,是通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。蠕化剂有镁钛合金、稀土镁钛合金、稀土镁钙合金等。
1、蠕墨铸铁的成分、组织与性能
蠕墨铸铁的化学成分一般为:WC=3.5%~3.9%,WSi=2.2%~2.8%,WMn=0.4%~0.8%,WP<0.1%,WS<0.1%。
由于蠕虫状石墨的形态介于球状和片状之间,比片状短、粗、端部呈球状,见右图。所以,蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。减震性、铸造性能、导热性优于球墨铸铁,切削加工性比灰铸铁差。
蠕墨铸铁的基体组织有铁素体、铁素体-珠光体和珠光体三种,一般为铁素体蠕墨铸铁。
2、蠕墨铸铁的牌号、性能及用途
蠕墨铸铁的牌号用“RuT+ 一组数字”表示,RuT是“蠕铁”两字的汉语拼音字首, 一组数字表示最低的抗拉强度值(MPa)。例如RuT420,代表σb≥420MPa的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁的牌号、性能及用途见下表。
(3)合金铸铁
合金铸铁是指在普通铸铁基础上加入一种或多种元素、提高常规元素硅、锰的含量,获得的具有较高力学性能或某些特殊性能的铸铁。
1、耐磨铸铁
耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。加入的主要合金元素有锰、磷、铬、钼、钨、铜、钛、钒、硼等元素,其作用是形成硬化相,提高耐磨性。耐磨铸铁广泛用于机床导轨、汽缸套、活塞环、轴承、犁铧、轧辊和球磨机磨球等。
2、耐热铸铁
耐热铸铁是指在高温下使用,具有抗氧化性或抗生长性能符合使用要求的铸铁。加入的主要合金元素有硅、铝、铬等,其作用是在铸件表面形成一层致密的SiO2、Al2O3、Cr2O3等氧化膜,保护内层不被氧化。耐热铸铁主要用于制作炉底板、烟道挡板、炉条、渗碳坩埚等。
3、耐蚀铸铁
耐蚀铸铁是指具有一定耐腐蚀能力的铸铁。加入的合金元素主要有硅、铝、铬、镍、铜等,其作用是在铸件表面形成一层致密的氧化膜、提高基体组织的电极电位、形成单相基体加球状石墨,从而提高耐蚀性。耐蚀铸铁主要用于化工管道、泵、阀门、容器等。