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鑄鐵過程中的孕育處理

日期:2021-11-11    瀏覽次數:    

     

       在鑄鐵鐵液澆注前向鐵液中加入特定的變質處理劑以改變鑄鐵凝固結晶過程,促進結晶形核,細化晶粒,改善金相組織結構,提高鑄鐵性能的變質處理工藝方法被稱之為孕育處理工藝,孕育處理工藝技術在各類鑄鐵生產中被廣泛應用。

       灰鑄鐵的力學性能主要取決于其基體組織,為了得到高強度,我們希望基體組織以珠光體為主、盡量減少鐵素體含量。如果鐵素體量過多,導致鑄鐵的強度低,且加工時會使刀具過熱,顯著降低刀具的壽命。與球墨鑄鐵不同,對灰鑄鐵而言沒有延展性和韌性的要求,只有強度要求,所以一般都以高珠光體含量為好。

       灰鑄鐵中的石墨片的存在,有切割金屬基體、破壞其連續性進而使其強度降低的作用。從強度考慮,應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片,具明顯方向性的石墨片對灰鑄鐵力學性能的影響尤大??刂剖髌姆植紶顩r,是保證灰鑄鐵性能的關鍵

        A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強、冷卻速率較低、在過冷度很小的條性下發生共品轉變時形成的。在光學顯微鏡下觀察時,石墨呈均勻分布的彎曲片,無方向性,其長度則因鑄鐵的生核條件和冷卻速率差異而不同。高品質的結構鑄件,都希望其具有中等長度的A型石墨。

      B型石墨在光學顯微鏡下呈菊花狀,共晶團中心部位石墨片比較細小,外圍的石墨片較粗大。實際上,中心部位是D型石墨,外圍是A 型石墨。B型石墨的生核條件比A型石墨差,共晶轉變時的過冷度也比形成A 型石墨時大,結晶時先在共晶團中心部位產生過冷石墨(D型),釋放的結晶潛熱使周邊的過冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨含量不高,對鑄鐵的性能影響不大,一般情況下可允連其存在。

       C型石墨主要出現于碳當量很高(過共晶)、冷卻緩慢的鑄鐵中,有粗大片狀初生石墨,也有小片狀石墨,有時部分石墨片上有帶尖角的塊狀物。過共晶鐵液玲卻時,通過液相線后,在一定的過冷度下析出初生石墨,并在液相中逐漸長大。由于結晶溫度較高,成長時間較長,形成分枝較少的粗大片狀。溫度降低到共晶溫度時,發生正常的共晶轉變,這時產生的石墨是正常的共晶石墨(A 型石墨),最終的結果是在粗大的石墨片之間分布有正常的共晶石墨。因此,C 型石墨是由粗大塊狀石墨和A型石墨構成的。C 型石墨可使鑄鐵的熱導率提高,改善其抗熱沖擊的能力,但對鑄鐵的力學性能影響較大,一般的結構鑄件不應含有這種石墨。

       亞共晶鑄鐵中,偶爾也能見到C型石墨。如用感應電爐熔煉而爐料中生鐵塊用量過多時,由于原生鐵遺傳的影響,就可能出現帶尖角的塊狀石墨;孕育劑加入量過大造成局部硅元素富集時,也會產生這種石墨。

       D 型石墨是鑄鐵的碳當量較低、冷卻速率較高,在過冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發達的條件下在奧氏體枝晶間形成的,石墨片細小而無方向性。D型石墨常見于碳當量較低的薄壁灰鑄鐵件中,也稱為“過冷石墨”或“枝晶間石墨”。在不加合金元素時,D型石墨往往伴隨有鐵素體,導致鑄鐵強度低下。如使得基體組織為珠光體,則鑄鐵的耐磨性較好,且機械加工后能得到較好的表面粗糙度。

       E型石墨是在碳當量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由于初生奧氏體枝狀晶較多、發生共晶轉變時過冷度不大、石墨核心不太多、共晶團較大,形成的石墨片大于D型石墨。由于冷卻比較緩慢,奧氏體枝狀晶發達,發生共晶轉變時液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間,形成的石墨片沿枝狀晶方向生長,具有一定的方向性,對鑄鐵力學性能的影響較大,要力求避免產生這種石墨。

      可能出現E型石墨的鑄鐵,如冷卻速率較高,也會形成D型石墨。因此,在高強度薄壁鑄鐵件中往往會同時見到D型石墨和E型石墨。

       生產優質灰鑄鐵件,應使其基體組織全部為珠光體,石墨為 A 型而且石墨片要均勻分布于金屬基體中,珠光體也應細小而均勻。要盡可能的地使組織中的 B型石墨和 D 型石墨減至最少,不應該有C型石墨和E型石墨。為此,必須進行有 效的孕育處理并控制鑄件的冷卻速率。孕育材料基本都包括硅。對于薄壁鑄件,還可添加鋁、鋇和其他氧化物促成元素。


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