PDF《应用说明》

应用说明 铸铁金相制备 铁是种类最丰富的金属之一, 可与碳 及其它元素一起熔成合金, 从而形成 各种各样的铸铁与合金钢.

中国早 在公元前600年即开始制造铸铁, 而 欧洲则直到14世纪才掌握该技术. 随着冲天炉技术的发展, 铁的性能 获得不断改进, 其更加良好的可铸 性拓展了日常生活中产品的应用范 围. 随着工业化的进程, 铸铁已成为 重要的建筑材料, 自19世纪以来, 许 多建筑物都使用了铸铁材料, 如: 火 车站、 室内市场、 以及植物园温室的 拱顶, 而钢铁桥梁与巴黎艾菲尔铁 塔的出现, 更表明铸铁在当时已得到 广泛使用. 铸铁 术语解释是指碳硅铁合金, 通常含有2.5% - 4%的碳及1-3%的硅. 铸铁是重要的工程材料, 具有许 多优点, 主要包括优良的可铸性与切 削加工性、 以及适中的机械性能. 因其经济优势, 铸铁广泛应用于汽 车及机械工业领域. 此外, 特种铸铁 切割: 白口铸铁非常坚硬, 因此, 很 难切割. 研磨及抛光: 石墨材质柔软, 要保持 还可选用作海水泵泵壳、 滚轧机轧 辊、 以及推土设备部件的材料. 由于 石墨形态对铸铁起着决定性的影响, 因此, 灰口铸铁的金相质量控制是加 工过程中不可或缺一部分. 使用标准 的参考比较

图表和/或图像分析技术, 可通过未腐蚀的抛光样品确定石墨的 形态、 尺寸及分布. 然后, 根据技术标 准, 腐蚀样品, 以检验基体的结构. 解决方案 金相制备的难点 - 立方氮化硼切割轮 - 较硬抛光布上的金刚石抛光与最终 的氧化抛光 其实际形状及尺寸较困难. 铁素体 和/或奥氏体铸铁的基体较易出现变 形与划痕. 图1: 带片状石墨的灰口铸铁: 抛光不足 200x 图2: 与图1相同的铸铁, 抛光正确 200x 奥氏体回火球墨铁, Beraha彩色蚀刻 DIC, 500x 制造 铸铁在化铁炉或感应炉 (通常装满生铁、 铸铁屑、 钢屑及其它添加剂) 中熔化. 合 金成分及冷却速率将影响铸铁是固化为 灰口铸铁还是白口铸铁. 冷却速率快, 将会导致白色结晶, 并形 成碳化铁(Fe3C或渗碳体). 在共析转 变时, 快速的冷却速率将加快形成珠光 体, 反之, 较慢的冷却速率则会形成石 墨及铁素体. 球, 或回火碳. 通过熔合与热处理作用, 可调节铸铁性能, 以适用于某些应用场 合, 如: 通过熔合钼与镍, 可提高其耐热 与耐蚀性能. 各种铸铁及其主要应用场 合简述如下. 铸铁制造 及应用 带片状石墨 (FG) 的灰口铸铁, 含有2.5- 4%的碳、 1-3%的硅及0.2-1%的锰. 碳和 硅可导致形成片状石墨及铁素体. 微量 的磷可提高灰口铸铁的流动性, 并形成 称为 斯氏体 的磷化物共晶体, 而 斯 氏体 可组成一种可提高耐磨性的类似 网状的结构. 片状石墨将在金属基体内 形成凹口, 从而降低其抗拉强度 (特别 是大片状时) . 在非合金的灰口铸铁内, 片状石墨精细均匀地分布在珠光体基体 上, 从而达到最佳的机械加工性能 (参 见图

3、 4) . 图3: 带细片状石墨的灰口铸铁, 未腐蚀 100x 灰口铸铁具有较高的减振性, 良好的滑 动性及导热性, 非常适合用作机座、 钢 琴阻尼片、 发动机组、 飞轮、 活塞环、 制 动盘及鼓桶等. 带球状石墨 (SG) 的球墨铁, 亦称作球 墨铸铁, 由相同原材料 (如灰口铸铁) 制 作而成, 但纯度要求更高. 熔化时应避免 含有铅、 砷、 锑、 钛及铝, 但应保持极微量 的磷及硫. 铸造前, 往熔液内增加微量的 镁, 石墨将形成球状, 而不是片状. 球墨铁的强度及柔韧性比类似混合物的 灰口铸铁更高. 球墨铁具备良好的机械 加工性能, 因此广泛应用于重载齿轮、 活塞、 滚轧机轧辊、 齿轮箱 (图10) 、 阀门、 管子及门铰链等. 珠光体球墨铁是 camand曲轴 (曲轴经表面硬化处理, 以 增强耐磨性) 的原材料 (图8) . 奥氏体回火球墨铁 (ADI) , 即在840- 950° C下对球墨铁进行奥氏体化, 再在 250-400° C下进行淬火处理, 直至基体 转化为奥铁体. 这是类似针状的铁素体 与渗碳残余奥氏体的混合物, 从而赋予 ADI铁较高的强度和柔韧性. 其微观结 构看似贝氏体, 却不含碳化物. 高强度的ADI铁主要用作重型卡车、 农场 设备及推土设备的耐磨部件. ADI球墨铁 还可用作承载动应力的部件, 如: 轴颈、 齿轮传动件、 曲轴、 拖钩及轮毂等. 制作致密石墨铸铁 (GG) 所使用的原材 料与制作球墨铁的材料相同. 通过小心 控制熔液中镁的添加量以进行球化处 理, 约80%的石墨形成致密石墨, 而余 下部分则形成石墨球. 因为石墨的形成非常关键, 所以致密铸铁 的质量控制非常重要. 加工过程中, 可接 受略高的石墨球百分比, 但应避免形成片 状, 因片状石墨将降低、 甚至消除致密铸 铁的优良性能. 致密石墨铸铁的强度、 柔韧性、 应力疲 劳强度改变性能及抗氧化性均比灰口铸 铁更好, 更适宜于浇铸、 机械加工, 并 具有更好的减震性能、 导热性能, 且在 温度改变条件下的形状保持性能比球 墨铁好. 图4:珠光体基体下带片状石墨的灰口铸铁 200x 图6:排气歧管、 致密石墨铸铁 图5: 塑料压力铸造机器液压系统的ADI铸 铁过滤器头 图7: 奥氏体回火球墨铁轮箱部件 应用: 高速旋转柴油发动机汽缸盖、 轮 轴及齿轮箱、 排气歧管 (图6) 、 涡轮增 压机机座. 白口铸 铁内含1.8 -3.6%的碳、 0.5 - 1.9%的硅及1-2%的锰. 较快的冷却速 率可防止碳如石墨那样降解. 相反, 碳 在熔液中形成碳化铁 (Fe3C, 又称渗碳 体) . 白口铸铁的结构由初生奥氏体转 变而得的大块状珠光体与共晶莱氏体 (室温为小粒状珠光体和白色渗碳体基 体组成) (图9) . 镍硬合金 (8-9%的铬、 5-6%的镍) 具有马氏体基体 (含铬 碳化物) . 图9: 白口铸铁、 带莱氏体的珠光体、 奥氏体铸铁 (3% Nital+改进的Beraha'

s试剂的蚀刻) 200X 白口铸铁具有较高的抗压强度, 形成合 金后将在高温下保持较高的强度及硬 度. 白口铸铁含有大量的碳化物, 特别 是在形成合金后, 具有极佳的耐磨性. 可 用作喷丸清理的喷嘴、 滚轧机轧辊、 轧碎 机、 粉碎机及球磨机缸套等. 冷却外部灰口或球墨铁, 等内部逐渐冷 却后, 即可以制成中心柔韧、 表面坚硬的 白口铸铁部件 (冷硬铸铁) . 回火石墨 (TG) 的可锻铸铁 对白口铸铁进行热处理, 即可制造出可 锻铸铁. 通过两个阶段的长时间热处理 (回火) , 白口铸铁即可转变为铁素体 或珠光体的可锻铸铁. 首先, 碳化铁中 的碳元素进入熔液, 然后通过逐渐冷却 作用, 降解为不规则的石墨球, 即所谓 的 回火碳 . 铁素体可锻铸铁 200x 珠光体可锻铸铁可经过硬化处理. 因为 经济原因, 特别是因为应用领域非常接 近, 可锻铸铁逐渐被球墨铸铁取代. 奥氏体铸铁 至少含有20%的镍及1-5.5%的铬的铸 铁, 具有奥氏体基体 (含有片状或球状石 墨) . 奥氏体铸铁可作为不锈钢的经济替 代物, 因其浇铸方便, 因此, 特别适合薄 壁、 复杂形状零部件的精密铸造. 奥氏体铸铁的主要特性包括: 对海水及 碱性介质的耐蚀性、 高强度、 及高温下 的水垢热阻性. 特别适合应用于海上环 境, 如: 大型泵壳及脱盐装置的其它部 件、 化工厂的零部件套管与内衬、 腐蚀 性气体的压缩机、 气涡轮及涡轮增压机 的机壳. 图8: 曲轴、 球墨铁 图10: 球墨铁差速齿轮箱 合金白口铸铁非常坚硬 (维氏硬度: 600) , 因此, 很难切割(特别是大截 面) . 必须指出的是, 无论其硬度如何, 金刚切割轮均不适合切割白口铸铁. 铸铁样品制备时主要困难是如何使石墨 保持最初的形状及尺寸. 尽管显微镜下观 察到的石墨图像为........