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球墨鑄鐵性能
點擊次數:1600      更新時間:2015-07-04

                             球墨鑄鐵性能

                       上海申弘閥門有限公司

球墨鑄鐵是指鐵液經球化處理后,使石墨大部或全部呈球狀形態的鑄鐵。與灰鑄鐵比較,球墨鑄鐵的力學性能有顯著提高。因為它的石石墨呈球狀,對基體的切割作用zui小,可有效地利用基體強度的70%~80%灰鑄鐵—般只能利用基體強度的30%。球墨鑄鐵還可以通過合金化和熱處理,進一步提高強韌性、耐磨性、耐熱性和耐蝕性等各項性能。球墨鑄鐵自1947年問世以來,就獲得鑄造工作者的青睞,很快地投入了工業性生產。而且,各個時期都有代表性的產品或技術。20世紀50年代的代表產品是發動機的球墨鑄鐵曲軸,20世紀60年代是球墨鑄鐵鑄管和鑄態球墨鑄鐵,20世紀70年代是奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵,20世紀80年代以來是厚大斷面球墨鑄鐵和薄小斷面輕量化、近終型球墨鑄鐵。上海申弘閥門有限公司主營閥門有:截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節閥,氣動調節閥,減壓閥水力控制閥真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。如今,球墨鑄鐵已在汽車、鑄管、機床、礦山和核工業等領域獲得廣泛的應用。據統計,2000年世界的球墨鑄鐵產量已超過1500萬噸o

    球墨鑄鐵的牌號是按力學性能指標劃分的,國標GB/T 1348-1988《球墨鑄鐵件》中單鑄試塊球墨鑄鐵牌號,見表1。

表1    單鑄試塊球墨鑄鐵牌號

牌  號

抗拉強度Rm

 MPa

斷后伸長率A

布氏硬度

HBW

主要金相組織

QT400-18

400

18

130~180

鐵素體

QT400-15

400

15

130~180

鐵素體

QT450-10

450

10

160~210

鐵素體

QT500-7

500

7

170~230

鐵素體+珠光體

QT600-3

600

3

190~270

珠光體+鐵素體

QT700-2

700

2

225~305

珠光體

QT800-2

800

2

245~335

珠光體

或回火組織

QT900-2

900

2

280~360

貝氏體

或回火組織


球墨鑄鐵中常見的石墨形態有球狀、團狀、開花、蠕蟲、枝晶等幾類。其中,代表  性的形態是球狀。在光學顯微鏡下觀察球狀石墨,低倍時,外形近似圓形;高倍時,為多邊形,呈輻射狀,結構清晰。經深腐蝕的試樣在SEM中觀察,球墨表面不光滑,起伏不平,形成一個個泡狀物。經熱氧腐蝕或離子轟擊后的試樣在SEM中觀察,球墨呈年輪狀紋理,且被輻射狀條紋劃分成多個扇形區域;經應力腐蝕即向試樣加載應力后觀察,呈現年輪狀撕  裂和輻射狀開裂。球墨是垂直0001面向各個方向生長的,從而形成很多個從核心向外輻射的角錐體二維為扇形區域,0001面即呈年輪狀排列。在SEM中看到的年輪狀及輻射狀條紋或裂紋,就是球墨晶體學特征的反映。

    球墨鑄鐵一般為過共晶成分,因此球狀石墨的長大,應包括兩個階段:①先共晶結晶階段,球墨核心形成后,在鐵液及貧碳富鐵的奧氏體暈圈中長大。②共晶結晶階段,球墨周圍形成奧氏體外殼,即球墨-奧氏體共晶團。此時,球墨是在奧氏體殼包圍下長大的。雖然球墨在共晶階段的長大速度比在液態階段遲緩,但球墨的大部分是在共晶階段長大的。球墨鑄鐵的共晶團比灰鑄鐵的共晶團細小,其數量約為灰鑄鐵的50~200倍。還應說明,球墨鑄鐵的共晶結晶是一種變態共晶,即球墨和奧氏體均可在單獨、互不依存的情況下長大。為了評價石墨球化的好壞,國標GB/T 9441-1988《球墨鑄鐵金相檢驗》將球化等級分為6級,見表2。這是根據觀察視場內各種石墨的相對數量及球化率的高低劃分的。


表2  球化分級

球化級別

球化率%

說    明

1

≥95

石墨呈球狀,少量團狀,允許極少量團絮狀

2

90~< 95

石墨大部分呈球狀,余為團狀和極少量團絮狀

3

80~< 90

石墨大部分呈團狀和球狀,余為團絮狀,允許有極少量蠕蟲狀

4

7O~< 80

石墨大部分呈團絮狀和團狀,余為球狀和少量蠕蟲狀

5

60~< 70

石墨呈分散分布的蠕蟲狀和球狀、團狀、團絮狀

6

不規定

石暴呈聚集分布的蠕蟲狀和片狀及球狀、團狀、團絮狀


石墨球的數量是衡量球墨鑄鐵質量的一項重要指標。某些工廠在檢驗中,只注意球化率,忽視石墨球數,是不全面的。理由是:①石墨球數增加,球徑減小,球墨圓整度提高,分布也趨于均勻。②用石墨球數來評價球墨鑄鐵的孕育效果,是一種有效、直觀的方法。③球墨鑄鐵中的球數基本上反應了共晶團數。④在薄壁鑄件中,鑄態是否出現滲碳體,主要取決于石墨球數。美國鑄造師協會AFS把石墨球數分成7級,見表1-3-3。由表可見,石墨球徑和石墨球數之間的對應關系較好,而石墨大小和石墨球數之間的對應關系則較差。

表3  球墨鑄鐵石墨球數與大小

項  目

標  準

對應數值或級別

石墨球數個/mm2

AFS圖譜

25

50

100

150

200

250

300

石墨大小級

GB/T9441-1988

5

6

6~7

7

7~8

7~8

8

石墨球徑mm100×

AFS圖譜

8~12

3~6

2~4

2~3

1.5~3

1~2

<1.5


球化處理是球墨鑄鐵的關鍵工序。大致來說,球化處理的歷史經歷了兩個階段:①20世紀50年代,以純鎂和壓入法為主:②20世紀60年代中期開始,以稀土鎂合金球化劑和沖入法為主,還相繼采用了蓋包法、型內法和密流法,20世紀80年代又采用了喂絲法工藝。將純鎂與稀土鎂球化劑比較:純鎂的球化能力強,球墨圓整,白口化傾向小,缺點是反應激烈,鐵液沸騰,安全性差,還難以避免縮松、夾渣和皮下氣孔等鑄造缺陷;合金球化劑的稀土,有脫硫去氣的作用,能減少縮松、夾渣等鑄造缺陷,生產也較安全,但石墨的圓整度往往稍遜于純鎂處理的球墨鑄鐵,且白口化傾向較大。

孕育處理是球化處理后*的工序。它能促進石墨化,增加石墨球數,提高石墨圓整度。但加強孕育并不是一味提高孕育量和增加孕育次數。孕育過量,反而會造成孕育缺陷,如縮松、縮孔和石墨漂浮等:孕育劑顆粒大,未曾熔化,殘留于鑄件內,會成為“硬點"。孕育處理是受多種因素制約的,睹如孕育劑種類,孕育劑粒度、孕育劑數量、孕育方式、鐵液溫度和孕育位置等等,總之應使處于飽和孕育狀態的鐵液盡可能接近鐵液凝固的瞬間,這樣才能以zui小的孕育重達到zui大的孕育效果。

   表3中8個牌號的球墨鑄鐵,QT900-2一般用熱處理制取例如等溫淬火,其余7個牌號分別為珠光體、珠光體+鐵素體和鐵素體球墨鑄鐵。在球墨鑄鐵生產初期,這些牌號都是用正火或退火獲得基體組織的,如今都可以由鑄態制取了。

   生產鑄態鐵素體球墨鑄鐵必須注意:①采用低錳wMn<0.03%、低磷wP<0.07%、低硫wS<0.025%生鐵。還應考慮促進碳化物形成元素的影響:碳化物系數CS=Mn+15Cr+20V+30B+10S+7Mo+5Sn+1.5P,其值應取CS<0.8。②控制終硅量,在鐵素體達到要求的前提F,盡量降低終硅量。例如,美國某些工廠的終硅量為wSi2.2%~2.4%。③降低終硅量又要不出現白口,就應該加強孕育,采用澆口杯孕育、型內孕育等后期孕育工藝,增加石墨球數,這對薄壁鑄件尤為重要。④控制殘留稀土的wRE,薄壁鑄件為0.015%~0.03%,厚壁鑄件為0.02%~0.04%。

   生產鑄態珠光體球墨鑄鐵必須注意:①采用低磷低硫生鐵,嚴格控制有害微量元素的含量。②"Mn以0.25%~0.50%為宜。⑧為了增加珠光體含量,常用的合金化元素有銅、錫、銻等;若以銅對珠光體的作用為1,則錫、銻的作用分別為10倍和100倍。厚壁鑄件宜加入適量的銅。錫易形成晶間碳化物,加入量要控制。④加強孕育,防止出現碳化物。

   各種牌號鑄態球墨鑄鐵中珠光體與鐵素體的相對數量,與球墨鑄鐵生產的初期比較,珠光體球墨鑄鐵中的鐵素體量己上升。例如,QT700-2允許鐵素體為35%體積分數,這已趨向于混合基體了。

   球墨鑄鐵的鑄造缺陷如縮孔、縮松、夾渣、反白口等,是其他鑄鐵都有的,有些缺陷如球化不良、球化衰退等,則是球墨鑄鐵*的。與本文相關的論文有:礦山電動插板閥

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