铸铁知识-金相

铸铁的基本知识 铸铁的种类按照石墨形态可分为下列五种 灰口铸铁 片状石墨 球墨铸铁 球状石墨 蠕墨铸铁 蠕虫状石墨 白口铸铁 石墨以碳化物形式存在 可锻铸铁 团絮状石墨 球墨铸铁 灰口铸铁 1 1灰铁的组织灰铁代表性的显微镜组织如图2 4所示 正如这张照片所看到的 灰铁的显微镜组织由石墨组织和基地组织构成 而且 灰铁的各性质因这些组织的状态而变化 铸铁的化学成分及凝固时的冷却速度等会给这些组织很大影响 1 1 1石墨组织灰铁的石墨组织由于会对其各性质 特别是机械性质以很大影响 显微镜试料截面上观察到的石墨如右图 能看到各个片状 如果溶出基地立体地进行观察的话 就如右下图 意外地有连续性 1 灰铸铁 金相組織的構成要素和性質 灰鋳鉄金相組織 片状石墨大小的分类 ISO945 片状石墨的形状 分布的分类 A B B C D E A型 片状石墨分布均匀 无方向地排列 这样容易得到接近共晶组成的亚共晶组成 是灰铁最理想的石墨组织 B型 因为石墨呈玫瑰花瓣状分布 也称为玫瑰状石墨 细的石墨部分的基地被铁素体化 抗拉强度容易降低 C型 在片状石墨均匀分布里自由发达的粗大初晶石墨 结集石墨 也混在 出现过共晶组成的情况 由于这粗大初晶石墨抗拉强度显著降低 A B C D型 细小的共晶石墨分布在树枝状晶 枝蔓状晶 之间 这是因为如果冷却速度大的话就形成过冷石墨组织 石墨全体细微化 这种情况下 抗拉强度比较的高 由于基地容易铁素体化 所以耐磨耗性差 E型 由于小片状石墨沿着树枝状晶分布 排列有方向性 所以抗拉强度比D型高 比A型低 D E 灰铁的基地组织在没有特别的热处理或添加合金的情况下 形成珠光体或铁素体或此两者的混合组织 铁素体 Ferrite Fe中少量含有被称为 固溶体的碳 软软的 在灰铁上 多出现在石墨的周边 珠光体 Pearlite 如图2 8所示 组织呈白和黑的条纹状 是因为以铁素体和渗碳体的板状结晶相交成层状的截面作为观看的形状的 为此 有着极其强韧的性质 在硅量的低范围里布氏硬度约为230 抗拉强度约为880N mm2 1 1 2基地组织 为了改善铸铁的材质 在浇注之前的溶汤里添加粒状的纯硅素 Si 硅铁 Fe Si 硅化钙等 这一般被称为接种 接种的材质改善就是进行石墨组织变化 通过接种将D型或E型石墨变为A型石墨 接种能防止白口化 改善质量效果等 灰铁的溶解温度越高 石墨就越小 残留成为初晶奥氏体形状 这是由于高温溶解石墨的核消失 易过冷 通过适当的接种 能够改善该石墨组织 1 2 1物理的性质 灰铁的物理性质不仅取决于化学组成 其组织也会带来很大的影响 例如 会因铸铁中的碳以何种形式存在带来很大的差异 因此 灰铁的物理性质不是以点 很多是以范围来表示的 1 密度 灰铁的密度受其构成的组织要素的量的 影响 由于石墨特别轻 通过量的增减会对 密度产生差异 下图为各种类灰铁的密度 溶解温度 1 2灰铁的性质 1 1 3通过接种改善组织 2 融点 灰铁因为是Fe C Si系3元合金 从凝固开始到终了期间存在凝固范围 由于该范围会因化学组成而变化 所以融点不固定 凝固开始温度 初晶温度 根据化学组成即碳及硅量而变化 另一方面 如果增加灰铁中的磷 P 融点为1228K 955 的话会出现低斯氏体 磷化铁 Fe3P 和铁素体的疑似 2元共晶 由于溶解温度显著降低 高温下使用需要注意 因此 作为灰铁的融点 应在1390 1520K 1117 1247 的范围内 铁素体 Si O 珠光体渗碳体石墨斯氏体奥氏体 C 0 9 马氏体 C 0 9 灰铁组织构成要素各密度 如前所述 灰铁的组织是由石墨组织和基地组织构成的 石墨的强度和基地比较 小得可以忽视 石墨量越是增加铸铁的强度就越低 另外 即使是同样石墨组织的情况下 因基地组织 强度变化显著 灰铁的基地如果从珠光体变化为铁素体的话抗拉强度和硬度也会显著降低 如果成为贝氏体的话这些值就会显著上升 成熟度 对于由铸铁的碳素饱和度推定的标准的抗拉强度 实际的抗拉强度比如下公式所示 成熟度RG B 100 B B 100 102 82 5Sc 比较硬度 由铸铁的抗拉强度推定的标准的布氏硬度和实际的硬度公式如下 比较硬度RH HB HB HB 100 4 3 B 1 2 2机械的性质 无论哪一个都是为了评价铸铁品质而采用的 JISG5501 1989 灰铁品 上根据机械性能可分为FC100 150 200 250 300及350这6种 灰铁的抗拉强度受所占截面石墨部面积的影响 因此 认为抗拉强度与表示石墨量的碳素饱和度 Sc 和碳素当量 CE 值之间有关联 左图所示的是碳素饱和度及碳素当量和抗拉强度的关系 表2 7所示的是为制造JISG5501的灰铁品的各种类标准的C及Si量 碳素饱和度和抗拉强度 灰铁的抗拉强度大体在100 450N mm2 范围 Sc越小或肉厚越薄就越强 JIS规定的抗拉强度是关于 30mm的试验棒的 1 抗拉强度 图2 13所示的是灰铁的抗拉强度和压缩强度的关系 压缩强度的值为抗拉强度的3 4倍 压缩强度和抗拉强度 灰铁的情况下 抗拉及压缩试验上应力 歪曲的关系认为不是直线 是从应力负荷的初期阶段一点点塑性变形 而且该变形是抗拉方面比较大 弹性系数为方便起见 显示了在抗拉试验上负荷开始点上接线的倾斜 如图2 14所示 灰铁的弹性系数在75 140GPa的范围里 2 压缩强度 3 弹性系数 灰铁硬度考虑了其粗糙组织采用压痕面积宽的布氏硬度 其值在120 300的范围里 其变化与石墨量和基地组织相关连 灰铁由于内部的缺口和认为的片状石墨大量分散在组织中 其冲击值极小 一般夏氏冲击式样吸收的能量为2 8 104J m2程度 FC150 机性质没什么问题的壳 罩类 FC200 小型汽缸体及汽缸头 离合盘 齿轮箱 液压泵体 水泵 涡轮壳 排气管 刹车毂等 FC250 汽缸体及汽缸头 飞轮 汽缸套 活塞 传动箱 轴承盖 刹车毂 离合盘等 FC300 大型刹车毂 离合盘 汽缸体及汽缸头等 FC350 汽缸 阀座 压力板 齿轮箱等 4 硬度 5 冲击强度 1 耐磨耗性 2 耐食性 3 耐热性 4 减衰性 5 切削性 6 耐热冲击性 其他的特性 用于汽车零件的主要灰铁铸铁制品例 铁素体基地 FCD400A珠光体基地 FCD600 铁素体与珠光体混合基地 机械性能 抗拉强度 硬度 延伸率 石墨数 抗拉强度延伸率硬度HB基地400Mpa15 121 197F450Mpa12 143 217F500Mpa7 187 255F P550Mpa5 192 269P F600Mpa3 192 269P700Mpa2 245 295P 一般要求100个 mm2 基地组织 一般可允许5 碳化物 球化率 一般要求80 2 球墨铸铁 球墨铸铁的种类 1 按照牌号 材质 可分为以下几类 QT400 15 18 延伸性与冲击性能好 耐寒 如转向节 QT450 12 HUB类 QT500 7 10 QT550 5 SABS壳体 支架 QT600 3 TFSCD90CASE B QT700 2 JOHNDEEREYOKE SUPPOT FJW 球铁代号为FCD 中国GBQT日本JISFCD德国DINGGG 球墨铸铁的种类 2 富士和生产的大多数球铁为高硅高钼球铁 如 排气管 涡轮壳 ELBOW其主要特性为 耐高温 耐腐蚀 工作温度 550度以上 Mo0 5 1 1 Si3 75 4 5 球墨铸铁产生机理 1 原汤 球化剂 球墨铸铁 片状石墨 球化处理 球状石墨 元素 镁Mg钙Ca铈Ce镧La钇Y 载体 金属Mg合金NiMg镁硅铁MgFeSi混合稀土金属 大颗粒的MgO MgSandMg Si oxide 小颗粒的MgO MgSandMg Si oxide 形核质点 夹渣 球墨铸铁产生机理 2 FJW使用球化剂 MgFeSi球化剂 Mg S MgSCa S CaSRE S RE SMg Si 3O MgSiO32Mg Si 4O Mg2SiO4 Mg 吸收率 60 80 Mg残留量 0 025 球化剂的种类 金属Mg合金NiMg镁硅铁MgFeSi混合稀土金属 球化剂组成Mg 5 6 Si 40 50 Ca 1 8 3 Al 1 5 RE 1 5 3 球化不良的原因 铁水的化学成分 球化温度 球化剂的影响 球化衰退 球化桶与球化反应室的影响 球化不良的常见类型 蠕虫状石墨 爆炸型石墨 粗短形石墨 钉状形石墨 石墨漂浮 表面片状石墨 不规则石墨 队列形石墨 这是因为球墨铸铁的材质主要是由基地组织的状态决定的 即使用同样化学组成的溶汤 基地组织也不光因铸物的凝固 冷却状况而改变 也会因热处理而改变 所以也根据制造的最终制品采取不同的 多种的方法 如果要根据用途调整化学成分 如下图所示例 该铸铁的规格被规定在JISG5502上 种类的记号如下表所示 分成另外浇注供试材的情况和主体附带供试材的情况 再者 对于JIS规定的种类的制造基本的化学成分 没有特别规定 参考值如下表所示 球墨铸铁的JIS规格 备考付在种类记号上的文字L表示的是规定了低温冲击值的东西 付在种类记号上的文字A表示的是主体附带供应材的东西 球墨铸铁的种类记号 别体浇注供试材的情况 主体附带供试材的情况 奥氏体型 铁素体 铁素体 珠光体 牛眼组织 珠光体 贝氏体 马氏体 下图所示为球墨铸铁的各种基地组织的