球墨铸铁件耐磨性能以及原料组分选择
{一}、球墨铸铁件的耐磨性能
球墨铸铁件淬火首先要进行奥氏体化。奥氏体化温度一般为860~880℃,保温时间和正火、退火处理一样,都是每25毫米厚铸件保温1小时。保温结束后,在流动空气中快速冷却。淬火后铸件需要及时回火,消减淬火应力,提高工件塑韧性。
铸件淬火前须有合适的原始基体组织。最主要的是基体中不能存在过多碳化物、磷共晶。如果碳化物在淬火温度下未能完全溶解,碳化物与奥氏体界面常是裂纹萌生处。存在这些碳化物使淬火裂纹发生的概率显著提高。含有碳化物的铸件在淬火前必须加热到高温石墨化退火或正火温度,并进行保温将碳化物消除。淬火铸件最适宜的基体是共晶团比较细密均匀,以珠光体为主的组织。这样的组织易于奥氏体化,获得均匀的淬火组织。
球墨铸铁的淬硬度与奥氏体含碳量有关。提高奥氏体化温度会增加奥氏体含碳量,淬火后出现较多残余奥氏体,使马氏体粗化,降低淬火硬度。如果铸件选用较低的淬火温度,可使奥氏体含碳量处于较低水平,淬火后虽能获得细小的针状马氏体,但因奥氏体化不完全,达不到应有的淬火硬度。由于高碳马氏体与残余奥氏体的综合影响,在不同加热温度下,淬火硬度会出现大值。
另外,为消除大部分可能存在铁素体,并使奥氏体获得合适含碳量。淬火温度选在共析转变上限温度以上25—40℃较好。
硅显著改变球墨铸铁共析温度范围。因此,球墨铸铁件淬火温度受铸件含硅量的影响。硅含量在常规含量上限时,共析转变上限温度为835—845℃。历此,淬火温度可选在860—880摄氏度、含硅量低于2%时,誉火温度可降低到840—860℃。球墨铸铁淬火硬度可达到60—62(HRC)。
球墨铸铁耐磨性比较好,它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。生铁是含碳量2.31%-6.97%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。生铁的杂质元素主要是硅、硫、锰、磷等。生铁质硬而脆,缺乏韧性,几乎没有塑性变形能力,因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形。
但含硅高的生铁(灰口铁)的铸造及切削性能良好,按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁两大类。习惯上把炼钢生铁叫做生铁,把铸造生铁简称为铸铁。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构,改善并提高其性能,因此,铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。
球墨铸铁是指石墨以球状形式存在的铸造形态,由于石墨呈球状分布在基体上对基体的割裂作用降到最小,可以充分发挥基体的性能,所以球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁都高,其抗拉强度塑性韧性与相应基体组织的铸钢相近,一般用于柴油机曲轴减速箱齿轮以及轧钢机轧辊等。
可锻铸铁石墨呈团絮状大大减轻了对基体的割裂作用,与灰铸铁相比其不仅有较高的强度而且有较好的塑性和韧性,广泛用于汽车拖拉机前后轮壳管道的弯头三通等形状,复杂尺寸不大的零件。
HT(灰铁)、MT(麻口铁)、另外还有白口铁、都是从试片的断口上看的,HT较软,易加工,MT次之,白口铁是不可加工的,且脆,如加工,要进行热处理,KT(可锻铸铁)是可以延伸些,但不像钢的延伸率那样好。
{二}、球墨铸铁原料组分选择
和灰铸铁相比,球墨铸铁具有高强度、高伸长率、高冲击值的优点;和碳素钢及合金钢相比,球墨铸铁具有较好的铸造、加工性能。因此,球墨铸铁件在各领域得到广泛应用。近年来,很多场合需要使用低温下具有高强度、高冲击值的耐低温球墨铸铁件。随着风力发电装置的需求量不断增加,耐低温性能球铁的需求量也大幅度提高。与普通球墨铸件相比,耐低温球墨铸铁件的生产,在成分的选择和生产工艺上具有其独特的要求。
1、采用质量好的原材料
(1)采用高纯球生铁。Si低于0.8%,Mn低于0.2%,P、S均低于0.03%。其余微量元素(包括Ti、As、Cr、Cu、Sn、Al、Zn、Pb等)总和不大于0.03%。而且各项成分合格稳定。
(2)采用炭素结构钢的边角余料,配以适当的增碳手段,运用电炉熔炼。要求使用的材料种类单一,杂质含量低。材料表面无锈蚀,如果有条件,废钢在使用前要除锈、烘干,熔炼中不可以加入潮湿的废钢等材料,防止铁液中H、O等气体含量超标。加入的废钢要考虑微量元素和合金元素的含量,其优点在于:①易于获得合格成分铁液;②减少杂质元素的晶间偏析;③减少微量元素含量,干扰球化,防止生成碳化物;④提高塑性-韧性性能。
2、化学成分的选择
控制关键元素的含量。尤其是Si,Mn、P、S的含量,每一种都不能超标。
C含量一般控制在3.1%~3.5%。虽有出现缩松、裂纹倾向,但可以通过低温浇注、依靠凝固中的自膨胀以及良好的孕育给以解决。同时,较低的C含量可以减少与之匹配的球化剂的加入量(球状石墨的晶核存在较多的球化元素反应产物),从而降低产品中的RE含量,使产品的珠光体含量减少,脆性降低。
Si的含量一般控制在1.9%~2.5%。Si如果控制不当,将使塑性脆性转变温度显著提高,Si含量的控制是生产低温球铁的关键。超过2.5%时,Si的含量每增加0.1%,产品开始变脆温度提高10~15℃。如果主加原材料含Si量较低,在能够保证充分孕育情况下,适当降低Si的含量也是可行的。
P、S均属于杂质元素。它们以化合物的形式存在于晶界周围,使材料的强度值和冲击性能大为下降。S又与Mg发生化学反应,生成MgS熔点杂质。一方面使球化剂的加入量增加;另一方面,使球化效果减弱。实践证明,原铁液中二者的含量都控制在0.025%以下,产品的力学性能和球化效果均比较理想。
Mg和RE二者在产品中含量均不得超过0.03%,而且在保证良好的球化效果下越低越好。
泊头市艺兴铸造厂(http://www.btyxzz.com)主要产品有搅拌机配件、灰铁铸件、减速机壳、机械加工、端面铣床加工等业务。
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