熱處理淬火材料之灰鑄鐵

灰鑄鐵是價(jià)格最便宜、應(yīng)用最廣泛的一種熱處理淬火材料鑄鐵，在各類(lèi)鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰鑄鐵占80%以上。 成分與組織 灰鑄鐵的成分大致范圍為：2.5%-4.0% C、1.0%-3。0%Si、0.25%-1．0%Mn、0.02%-0.20%S、0.05%-0.05%P。具有上述成分范圍的液體鐵水在進(jìn)行緩慢冷卻凝固時(shí)，將發(fā)生石墨化，析出片狀石墨。其斷口的外貌呈淺煙灰色，所以稱(chēng)為灰鑄鐵。 普通灰鑄鐵的組織是由片狀石墨和鋼的基體兩部分組成的，其片狀石墨形態(tài)或直或彎且不連續(xù)，熱處理淬火材料灰鑄鐵的基體根據(jù)石墨化進(jìn)程不同可以是鐵素體，鐵素體十珠光體或珠光體三種。 性能 與普通鋼材相比，熱處理淬火材料灰鑄鐵具有如下性能特征： ①力學(xué)性能低：抗拉強(qiáng)度和塑性韌性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼，這是由灰鑄鐵的組織特征決定的。灰鑄鐵中片狀低性能石墨實(shí)際上就相當(dāng)于布滿(mǎn)于材料內(nèi)的孔洞或裂紋，在受載時(shí)其對(duì)鋼基體有很強(qiáng)的分割和應(yīng)力集中效應(yīng)，而且破壞了基體的連續(xù)性，這是熱處理淬火材料灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度很差，塑性和韌性幾乎為零的根本原因。但灰鑄鐵在受壓時(shí)石墨片破壞基體連續(xù)性的影響則大為減輕，其抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的2.5-4倍，并且大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感，所以常用灰鑄鐵制造機(jī)床床身、底座等耐壓零部件。 ②工藝性能好：由于灰鑄鐵的含碳量接近于共晶成分，故熔點(diǎn)比較低，流動(dòng)性良好，分散縮孔少，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜或薄壁鑄件。另外，石墨的潤(rùn)滑效應(yīng)有利于材料的切削加工。 ③優(yōu)異的耐磨性和消震性：鑄鐵中的石墨因其層狀結(jié)構(gòu)而有潤(rùn)滑作用，而當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度的石墨磨損后留下的空隙有利于儲(chǔ)油，從而使熱處理淬火材料灰鑄鐵的耐磨性好；石墨對(duì)震動(dòng)的傳遞起削弱作用，使灰鑄鐵有很好的消震性能。 牌號(hào) 牌號(hào)中“HT”表示“灰鐵”二字的漢語(yǔ)拼音大寫(xiě)字首，“HT"后的數(shù)字表示鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度值。如HT200表示最低抗拉強(qiáng)度為200MPa的灰鑄鐵。 孕育處理 HT250、HT300、HT350屬于較高強(qiáng)度的孕育鑄鐵（也稱(chēng)變質(zhì)鑄鐵），需經(jīng)孕育處理（即結(jié)晶時(shí)向鐵水中加入孕育形核劑）獲得。 鑄鐵變質(zhì)劑或孕育劑一般為硅鐵合金或硅鈣合金小顆粒或粉，當(dāng)加入鑄鐵液內(nèi)后立即形成S102的固體小質(zhì)點(diǎn)，熱處理淬火材料鑄鐵中的碳以這些小質(zhì)點(diǎn)為核心形成細(xì)小的片狀石墨。由于結(jié)晶時(shí)石墨晶核數(shù)目增多，石墨片尺寸變小，更為均勻地分布在基體中。鑄鐵經(jīng)孕育處理后其顯微組織是在細(xì)珠光體基體上分布著細(xì)片狀石墨，不僅強(qiáng)度有較大提高，而且塑性和韌性也有所改善，常用來(lái)制造力學(xué)性能要求較高、截面尺寸變化較大的鑄件。 熱處理 灰鑄鐵的熱處理只能改變其基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，即熱處理不能顯著改善熱處理淬火材料灰鑄鐵的力學(xué)性能。熱處理主要用來(lái)消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，消除白口組織和提高鑄鐵的表面性能。 ①去應(yīng)力退火：鑄件在鑄造冷卻過(guò)程中，由于各部位冷卻速度不同，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，可能導(dǎo)致鑄件翹曲和裂紋。為了保證尺寸穩(wěn)定性，防止變形，因此為保證尺寸穩(wěn)定和防止變形開(kāi)裂，對(duì)一些形狀復(fù)雜的鑄件如機(jī)床床身，柴油機(jī)汽缸等，常常要進(jìn)行去應(yīng)力退火（又稱(chēng)人工時(shí)效）。工藝規(guī)范一般為：隨爐緩慢加熱至500-550℃，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩冷至150-200℃出爐空冷。 ②消除鑄件白口、降低硬度退火：灰鑄鐵件表層及一些薄截面處，在冷凝過(guò)程中冷卻速度較快，容易產(chǎn)生白口組織，使鑄件的硬度和脆性增加，造成切削加工困難，需進(jìn)行退火處理。退火一般在共析溫度以上進(jìn)行（850-900℃保溫2-5h），使?jié)B碳體分解成石墨，然后隨爐緩冷至400-500℃，再出爐空冷，所以又稱(chēng)高溫退火。 ③表面淬火：為了提高某些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等的表面硬度，可進(jìn)行表面淬火。常用的方法有高（中）頻感應(yīng)加熱表面淬火介質(zhì)，還可采用火焰加熱，激光加熱，等離子加熱和電接觸加熱等新型表面淬火方法。 本文參考《金屬工藝基礎(chǔ)與實(shí)踐》一書(shū)。 相關(guān)鏈接 水性淬火液的綜合優(yōu)勢(shì)
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