黑龙江球墨铸铁件加工-艺兴铸造-加工生产球铁铸件

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球铁铸件是通过球化和孕育处理得到球状石墨,有效地提高了铸铁的机械性能,特别是提高了塑性和韧性,从而得到比碳钢还高的强度。
球铁铸件除铁外的化学成分通常为:含碳量3.0~4.0%,含硅量1.8~3.2%,含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。
球铁铸件是20世纪五十年代发展起来的一种度铸铁材料,其综合性能接近于钢,正是基于其优异的性能,已成功地用于铸造一些受力复杂,强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”,主要指球墨铸铁。
球墨铸铁件微观凝固过程及热处理过程的特点
  <一>、球墨铸铁的微观凝固过程
  从20世纪80年代开始,很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识,包括:①亚共晶球墨铸铁,先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁,在非平衡凝固条件下,首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。②共晶结晶时,发生离异共晶。共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。③初生枝晶和晕圈枝晶交替生长,促成石墨球周围奥氏体壳形成。奥氏体以石墨生长面为衬底形核、生长,在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔体对流等原因,石墨球与奥氏体发生碰撞,形成共晶晶粒。基于这些新的认识,可以将球墨铸铁的微观凝固过程近似表述为,当温度下降到液相线温度以下某一温度时,亚共晶球墨铸铁有初生奥氏体枝晶、共晶和过共晶球墨铸铁有初生石墨球在液相中析出。共晶结晶时,共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。
  石墨球在液体中长大到一定尺寸后,在石墨球形成奥氏体晕圈。同时奥氏体按枝晶状方式生长,并逐渐在枝晶旁析出石墨球。石墨球与奥氏体枝晶的碰撞与接触形成共晶晶粒,石墨球被奥氏体包围。碳原子通过奥氏体壳向石墨球扩散,石墨球得到显著长大。随着温度降低,石墨-奥氏体共晶晶粒不断长大,游离奥氏体也会生长。当所有液相变成固相后,凝固结束。对球墨铸固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上,强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。采用着色腐蚀技术,金相显示了球墨铸铁缩松区中奥氏体枝晶的组织形貌,了球铁缩松的形成机制。研究表明,奥氏体枝晶对缩松缺陷的类型及形成机制具有显著影响。可见,缩松形成于上述形成过程的第二阶段,枝晶形成骨架后,凝固较早的区域对热中心的异地抽吸液体流动是球铁缩松形成的主要原因。并且,随冷却速度增大,枝晶析出量增大,而石墨析出量减小,共晶前期凝固收缩增大,缩松倾向也增大。指出宏观缩松常常出现在枝晶晶簇间隙,产生于共晶凝固前期树枝晶骨架形成后,是异地凝固收缩造成对热节中心(厚壁处)铁液抽吸流动的结果;微观缩松是于凝固末期,晶簇间隙中的凝固收缩得不到补偿而产生的微小孔洞;枝晶数量增多,形态趋于发达,液态金属异地抽吸作用增强,易于形成宏观缩松;反之,枝晶数量减少,形态粗壮,倾向于形成显微缩松。
  <二>、球墨铸铁热处理过程的特点
  球墨铸铁由于具有良好的强韧性,因而作为结构材料已得到广泛的应用。近十余年来,马氏体基体球墨铸铁、贝氏体基体球墨铸铁及马氏体一贝氏体基体球墨铸铁作为耐磨材料也已被广泛应用于磨球、衬板、锤头及过流部件等耐磨件。因此,球墨铸铁热处理已成为提高这些耐磨件寿命的重要途径。
  球墨铸铁件热处理与钢的热处理基本相似,但由于有石墨相的存在,而且其含硅量较高,因此,又有它本身的特点。
  (1)球墨铸铁是多元合金,主要是铁一碳一硅当、元素,因此,可以近似用Fe-C-Si三元合金相图来研究其固态相变过程。与钢不同,球墨铸铁共析转变是发生在一个相当宽的温度范围内,拦日之个温度范围内同时存在着铁素体、奥氏体和石墨(或渗碳体)三相的稳定(或介稳定)平衡。在马氏体转变的各个不同温度不铁素体和奥氏体有不同的含碳量,所以,控制不同的加热温度和保温时间,淬火(正火)后可以获得不同比例的铁素体和马氏体(珠光体),从而可以大幅度调整球墨铸铁的力学性能。需要指出,在这个温度区间加热所得到的铁素体,其冷却后的形态多为条块状、破碎状和网状,与通常的牛眼状铁素体不同。这种形态的铁素体有利于塑性和韧性的提高。
  (2)球墨铸铁化学成分对其临界温度有很大的影响。由于对球墨铸件性能要求不同,其含硅量的变化也较大,而硅对临界温度范围的影响是很大的。一般来讲,含硅量提高1%可提高共析转变的上临界点约40℃,可提高其下临界点约30℃。由此可见:在加热时,硅对上临界点的影响比下临界点的影响为大,同时硅也促使共析转变的临界温度范围变宽。而锰却降低共析转变稳定,锰含量增加100,加热时临界点降低15~18℃,冷却时临界点降低40~50℃。对于普通球墨铸铁与马氏体球墨铸铁,由于锰含量控制较低,故锰对共析转变临界温度的影响可忽略不计。但对以硅、锰为主要合金元素的贝氏体球墨铸铁,锰的影响不可忽略。
  (3)在热处理过程中,球状石墨作为球铁中的一个相,也参与相变过程。石墨的存在相当于一个“贮碳库”,在加热时,球状石墨表面的碳会部分溶入奥氏体中,供应其平衡所必需的碳量,加热温度愈高,球状石墨溶入奥氏体的碳量愈高,故可以通过控制加热温度来控制奥氏体的含碳量。淬火冷却后可以得到含碳量不同的马氏体。而奥氏体化后的球墨铸铁在共析转变温度以下缓慢冷却时又会析出石墨,或沉积在原有石墨表面上,或形成退火石墨。如冷却速度较快时,其将沿奥氏体晶界析出网状渗碳体。
  从上述球墨铸铁热处理相变特点来看,热处理时加热温度的选择是相当重要的。由于球墨铸铁含硅量较高,其共析转变临界温度较高,同时石墨的导热性较差,故石墨向奥氏体中的溶解较渗碳体困难。因此,球墨铸铁热处理时,加热温度较高,保温时间也较长。随着奥氏体化温度的提高,奥氏体含碳量增加,如图3所示。而随着奥氏体化温度增高奥氏体溶碳量增加,则淬火冷却后残余奥氏体数量也较多。球墨铸铁在不同加热温度下淬火,经过250℃回火后其硬度和冲击韧性,随着奥氏体化温度升高,其硬度趋向提高,冲击韧性趋向降低。不过奥氏体化温度进一步提高,其硬度增高与冲击韧性降低的趋势则趋向缓和。
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