铸铁基础知识ppt课件

焊工技师、高级技师培训,8-2铸铁基础知识（二）,1,铸铁基础知识,铸铁的石墨化,铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。,铸铁基础知识,铸铁的石墨化,按照FeG相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在1154通过共晶反应形成共晶石墨。第二阶段石墨化：在1154738温度范围内奥氏体沿ES线析出二次石墨。第三阶段石墨化：在738通过共析反应析出共析石墨。,铸铁基础知识,影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。,影响石墨化的因素,铸铁基础知识,内因-化学成分,分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、C、Si为强烈促进石墨化的元素。石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多；硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化；在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，所以有：碳当量CE=C%+1/3Si%,铸铁基础知识,2、S是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成低熔点(约980)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量在0.15%以下。3、锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5%1.4%。,铸铁基础知识,4、磷是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。,铸铁基础知识,外因-冷却速度,在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。,铸铁基础知识,影响石墨化的因素,铸件壁厚/mm,铸件壁厚(冷却速度）和化学成分对铸铁组织的影响,碳硅当量,10,20,30,40,50,60,70,4.0,6.0,5.0,7.0,F+G,P+G,P+F+G,Fe3C,Fe3C+P,铸铁基础知识,铁碳相图,由于铸铁中的碳能以石墨（G）或渗碳体（Fe3C）两种独立的形式存在，因而铁、碳合金系统存在着Fe-C（石墨）、Fe-Fe3C双重相图。图中虚线表示Fe-C（石墨）温度系相图，实线表示Fe-Fe3C介稳定系相图。,铸铁基础知识,金属的晶体结构与结晶,金属（纯铁、铜、铝等）都是晶体,铸铁基础知识,金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规则排列有规则的排列,形核长大晶粒,铸铁基础知识,金属和合金多为多晶体构。晶粒间的接触面（边界）称为晶界。,细化晶粒的方法：1）快速冷却，增加晶核数；2）添加高熔点弥散质点（孕育或变质处理）。,晶粒粗细对力学性能影响很大。一般规律：晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。,铸铁基础知识,灰铸铁的牌号及应用,铸铁基础知识,球墨铸铁的化学成分,铸铁基础知识,球墨铸铁,1)定义：在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。,灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。,2)球墨铸铁的组织对基体割裂作用进一步减轻,铸铁基础知识,球墨铸铁的生产,（1）铁液的化学成分:C(3.6-4.0%)，Si（2-2.6%），S、P,球化剂（稀土镁合金)的作用：使石墨呈球状析出；加入量1-1.6%铁液质量。,球化处理常用冲入法,（2）球化剂和孕育剂,孕育剂(硅铁75%Si)的作用：促使石墨化，防白口。加入量0.4-1%铁液质量。,铸铁基础知识,球墨铸铁的铸造工艺特点,1铁液高温出炉：经球化及孕育处理温度要降低40,2采用顺序凝固：球铁收缩大，易形成缩孔缩松；收缩会随铸型的刚度而改变。,3严格控制S含量及型砂中的水分：易产生皮下气孔。,铸件的外壳强度很低，球状石墨析出引起的膨胀力很大。若铸型的刚度不足，铸件外壳将向外胀大，造成铸件内部的铁水不足，在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。,铸铁基础知识,（二）碳对球墨铸铁力学性能的影响含碳量高，则石墨球数增加；对于铸态球墨铸铁来说，增加含碳量可以减少游离渗碳体,碳接近3.0%时,渗碳体消失;超过3.0%时,开始出现铁素体.在球墨铸铁生产中,需要加入较多的硅,因而引起碳当量发生变化,因此球墨铸铁力学性能还必须考虑碳当量的影响.总之,选择含碳量应从保证球墨铸铁具有良好的力学性能和铸造性能两方面考虑,对于退火铸件来说,含碳量对于力学性能影响不是太明显;而对于铸态球墨铸铁来说,则应采取高碳量.,铸铁基础知识,硅:硅是促进石墨化的元素,能促进渗碳体的分解.增加硅的含量可使球铁铁素体含量增多,白口倾向减少,细化石墨,提高圆整度,但强度、硬度下降，塑性和韧性提高。珠光体球铁的硅含量为2.02.6%；铁素体球铁的硅含量为2.53.2%，薄件取上限，厚件取下限。锰：锰具有中和硫的有害作用和细化珠光体的作用。实际上硫在球化过程中已被镁去除，少量的锰可以作为合金元素而发挥作用。锰高时有促成碳化物的倾向，使球铁的塑性、韧性降低。为此，要把球墨铸铁的含锰量保持在最低水平，特别是制作薄壁铸件时尤为重要。例如制作6mm以下的铸件要求锰量低于.，只有这样才能得到没有渗碳体的基体组织。磷：有害元素，最好低于.。,铸铁基础知识,硫：硫是反石墨化元素，属于有害杂质，要求越低越好。加入铁水中的镁和稀土其中有相当部分与硫化合，其余所剩的镁和稀土才起球化作用。生成的硫化物根据它们的密度、熔点和铁液温度的不同。可以上升至铁液表面进入浮渣中，或者浮到铸件上表面，有的则留在铸件内部。稀土硫化物和硫化镁都有很高的熔点，范围在不等，超过铁液温度，稀土硫化物的密度要比硫化镁大的多，几乎接近于铁液密度。因此，稀土硫化物进入浮渣中要比硫化镁困难的多，它们将被留在铸件中，破坏基体强度或形成渣孔。,结论：球铁原铁水的化学成分应具有高碳、高硅、中锰、低硫,铸铁基础知识,球墨铸铁生产要点,1.球铁包的高度/直径比要足够(1.51.8)为宜;2.采用冲入法,镁的吸收率为3040%;采用盖包法吸收率约50%,残镁量稳定,无镁光和烟尘,合金加入量减少.3.铁水中的残镁量:目标是浇注末期铁液中的镁量不小于含硫量的1.5倍,方可保证球化良好.4.稀土残余量:建议在0.01%以内.5.球化剂和孕育剂上加盖板.6.出炉温度在14801500,因为球化反应要降温4050.7.出铁后检测铁水:1)火苗判断法:铁水表面冒出白亮色火苗(似蜡烛火苗),这是镁蒸汽发生氧化燃烧现象.火苗长说明铁水残留镁足,球化良好.2)三角试块法:两侧有凹陷,断口组织细密呈白色金属光泽,中间有明显缩松,敲击时如钢的声音,断面有电石臭味.,铸铁基础知识,球墨铸铁金相,球化率单位面积上球状石墨数目占全部石墨数目的百分数,铸铁基础知识,灰铸铁的孕育处理（变质处理：变质铸铁、高强度铸铁）,孕育处理：为了提高灰口铁的强度，尽量使石墨片细化，对其进行孕育处理。即在铸造之前向铁液中加入孕育剂（或称变质剂）Si75-Fe，结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。,孕育铸铁的性能及应用：,孕育铸铁适合于动载荷较小、静载荷较大、要求耐磨和减震的重要铸件，尤其是厚大截面的铸件。,铸铁基础知识,孕育铸铁,把某些物质少量地加入到铁水中,通过影响其生核过程以改变凝固特性的处理工艺成为孕育,加入的物质称为孕育剂.孕育的目的:1.促进石墨化,抑制白口;2增加共晶团数;3.减小断面敏感性;4.改善石墨形态,提高机械性能.,铸铁基础知识,孕育铸铁,HT250以上的牌号均为高强度铸铁,也称孕育铸铁.因为单依靠对铁水合金化及降低碳当量等措施远远不能达到所需要的机械性能和铸造性能的要求,所以必须对铁水进行孕育处理,因此称为孕育铸铁.孕育铸铁的化学成分:组织中出现少量自由渗碳体情况下进行孕育才能得到预期效果.如果原铁水碳、硅较高，不经孕育就成为灰口组织，那么一经孕育石墨会粗大化，反而使强度降低。,铸铁基础知识,孕育剂加入量,孕育剂加入量和许多因素有关，例如原铁水化学成分，铁水的温度和氧化程度铸件壁厚及孕育方法等。如果铁水成分和处理方法一定的前提下，加入量主要取决于铸件壁厚，孕育处理以后保证铸件最薄壁处的组织满意。1.碳当量低的铁水比碳当量高的铁水需要更多的孕育剂铸铁的牌号越高,孕育剂加入量越大.孕育处理受含硫量影响很大.如含S为0.050.12%,硅铁加入量为0.250.30%;S含量0.020.03%,硅铁加入量为0.350.40%,才能避免过冷和渗碳体出现.,铸铁基础知识,2.薄壁铸件比厚壁铸件需要更多的孕育剂要根据薄面选择,保证薄面不出现白口而呈珠光体组织.3.铁水温度越高,需要的孕育量也越大感应炉铁水要比冲天炉需要更多的孕育剂,一般要多用0.05%.4.炉料构成生铁比例大,孕育剂用量大;生锈的废钢孕育剂用量也大.,铸铁基础知识,碳当量和共晶度,碳当量:为了分析某一具体成分铸铁的结晶过程、组织和性能，首先需要知道该铸铁属于亚共晶还是过共晶，偏离共晶的程度有多大。一般都以各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称为“碳当量”（CE）。共晶度：铸铁偏离共晶点的方向和程度还可以用铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值来表示，这个比值称“共晶度”,铸铁基础知识,感应炉熔炼铸铁,一、感应炉铸铁生产用的感应炉一般分为无芯感应炉、有芯感应炉和浇注感应炉。有芯感应炉主要用于自动线浇注和有色金属熔炼，无芯感应炉多用于铁水熔炼和铁水的保温。.感应炉加热的基本概念感应电炉中有一个感应线圈，当它通上交流电时即建立交变磁场，要加热的金属炉料放至交变磁场中，由于电磁感应作用，金属炉料内产生频率相同、方向相反的感应电流，电流通过金属炉料电阻时使金属炉料发热。可见，感应炉是应用电磁感应原理将电能传给金属炉料，而电能变换为热能的加热方式，属于电阻加热。,铸铁基础知识,.分类工频无芯感应炉：或赫兹中频无芯感应炉：-赫兹，常用-赫兹变频无芯感应炉：频率也是中频-赫兹，但频率随坩埚内炉料状况而变化。,铸铁基础知识,二、感应炉铁水的特点1.可获得高温过热铁水；2.化学成分均匀；3.氧化夹杂物少；（电磁搅拌作用，纯净）4.合金元素烧损少；5.环境污染小；6.可以生产合成铸铁。,铸铁基础知识,三、感应炉熔炼方式连续熔炼和间歇熔炼连续熔炼：工作日内炉子昼夜连续不断地熔炼。间歇熔炼：每天工作一班或两班，或者是每周工作几天，停产后倒空铁水。双联作业：化铁炉提供铁水，感应炉调整成分及过热处理。,铸铁基础知识,发展趋势：中频炉熔炼特点：功率密度大，起熔方便，易于倒空铁水，变换铸铁品种方便，可实现自动化管理，对熔化、保温、炉衬预热烧结可编程自动化作业。,铸铁基础知识,四、感应炉的炉料1.可以用冷料，也可用热料；2.板状、条状、屑料、切边、废铸件等；3.炉料要脱油、预热；4.含砂多的回炉料引起熔炼过程大的渣量；5.潮湿的炉料(淋雨、冰、雪)不能加入；6.锈蚀的炉料会严重侵蚀炉衬；7.杜绝密闭容器的加入。,铸铁基础知识,五、熔炼过程加料用冷料熔炼时，装料的次序如下：在启熔块上放浇冒口-铁屑-增碳剂，然后再放入轻型炉料或其它废料，一直加满到坩埚上口启动炉子送电开始从变压器的低电压开始，经过一段时间加热后可直接接到电压最高一级,铸铁基础知识,熔化在熔化过程中要时刻观察炉料下沉情况.炉料不许搭桥，如遇搭桥要用捣棒把料推入铁水中，炉料潮湿时尽量放在炉口，待烘干后再加入炉内用餐时把功率调至最小一级保温炉料化清后，炉渣多半是呈半固态堆积在铁水表面，扒开渣可以看到在翻腾的铁水表面产生氧化膜，当铁水开始发白刺眼时，不再有氧化膜，铁水温度已超过，此时就可以扒渣取样操作根据分析结果合理调整炉内化学成分至工艺要求,铸铁基础知识,脱硫、增碳,脱硫剂：CaC2、Na2CO3、CaCO3增碳剂：电极块、石油焦碳、合成石墨、烟煤焦、褐煤焦、干冶金焦。,铸铁基础知识,六、出铁出铁前要做三角试块，观察白口的宽度和深度，以决定孕育量的多少。关于孕育及孕育量的问题将在后面提到。出铁的条件是：温度符合要求，化学成分符合要求，铁水过热小于分钟，浇注包正常，浇注工段工作准备就绪。如果三角试块白口过小，说明铁水碳当量过高，适当补加锰铁，反之碳当量过低，需要补加硅铁，硅铁增加.白口就减少1.5mm.,铸铁基础