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铸铁闸门分类与特点分析

来源:http://www.subiqibiji.cc 发布时间:2019-06-20 14:11 浏览:

  一、铸铁闸门的特点与分类

  铁闸门碳合金含碳量大于2.11% 的铁闸门碳合金称为铸铁闸门cast iron)。虽然铸铁闸门的强度、塑性和韧性较差,不能进行锻造,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性等一系列的性能特点,加上它的生产设备和工艺简单、价格低,因此广泛应用于机械制造、石油、化工、冶金、矿山、交通运输、国防工业等部门。据统计,按重量百分比计算,在农业机械中铸铁闸门件约占(40~60)%;汽车、拖拉机中约占(50~70)%;机床中约占(60~90)%。特别是近年来由于稀土镁球墨铸铁闸门的发展,更进一步打破了钢与铸铁闸门的使用界限,不少过去使用碳钢和合金钢制造的重要零件,如曲轴、连杆、齿轮等,如今已可采用球墨铸铁闸门来制造“以铁闸门代钢”、“以铸代锻”。这不仅为节约了大量的优质钢材,而且还大大减少了机械加工的工时,降低了澳门永利真人游戏的成本。
铸铁闸门特点分类
  
  铸铁闸门之所以具有这些特性,除了因为它具有接近共晶的成分,熔点低,流动性好,易于铸造外,还因为它的C、Si含量较高, 使碳大部分不以化合(Fe3C)而是呈游离的石墨状态存在,石墨有润滑作用和吸油能力,因而铸铁闸门有良好的减摩性和切削加工性。根据碳在铸铁闸门组织中存在形式不同,可分为以下几类:

  1.白口铸铁闸门(white cast iron)

  简称为白口铁闸门,完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁闸门。其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存在,断口呈银白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C,硬度高,脆性大,很难切削加工。很少用来直接制造机器,主要用于炼钢原料或制造可锻铸铁闸门的毛坯。
  

  2.灰口铸铁闸门(gray cast iron)

  碳主要结晶成游离状态的石墨。其中碳大部分或全部以片状石墨形状存在,断口为暗灰色,常见的铸铁闸门件多数是灰口铸铁闸门。
  

  3.可锻铸铁闸门(malleable iron)

  由一定成分的白口铸铁闸门经石墨化退火处理而获得,其中碳大部分或全部以团状石墨形式存在,由于具有较灰口铸铁闸门高得多的塑性和韧***惯上称为可锻铸铁闸门,实际上不能锻。
  

  4.球墨铸铁闸门(nodular cast iron)

  铁闸门水在浇注前经球化处理,其中碳大部分或全部以球状石墨形式存在,机械性能高,生产工艺比可锻铸铁闸门简单,近年来日益得到广泛的应用。
  

  5.蠕墨铸铁闸门

  碳以蠕虫状石墨形式存在,介于片状和球状石墨之间,是近十几年发展起来的新型铸铁闸门。
  
  此外,为了满足一些特殊要求,向铸铁闸门中加入一些合金元素,如Cr、Al、B等,可得到耐蚀铸铁闸门、 耐热铸铁闸门及耐磨铸铁闸门等合金铸铁闸门。
  

  二、铸铁闸门的石墨化及影响因素

  
  从以上各种铸铁闸门的组织可见, 铸铁闸门中的碳可能以化合状态(Fe3C)或自由状态(石墨)两种形态存在。铸铁闸门在结晶过程中,碳以石墨形态析出的现象称为石墨化。铸铁闸门中石墨化程度直接决定了铸铁闸门的组织和性能。影响铸铁闸门中石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。
 
石墨化及影响因素

  1.化学成分

  (1)碳和硅

 
  碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁闸门中C、Si越高,石墨化越容易进行,越容易得到灰口组织。但过高,石墨多而粗大,组织中铁闸门素体量增多,珠光体量减少,力学性能降低。因此,为了保证得到一定数量的石墨,避免形成白口铸铁闸门,灰口铸铁闸门中C 一般控制在(2.5~4.0) %,Si控制在(1.0~3.0) %,厚壁件取下限,薄壁件取上限。砂型铸造时,碳硅含量与铸铁闸门组织的关系如图21-2所示。
  

  (2)硫

  
  S是强烈阻碍石墨化的元素,S阻碍C原子的扩散,S还能增强Fe、C原子的结合力。强烈的阻碍石墨化,S能使铁闸门水的流动性降低,收缩量增大,使铸铁闸门有较大的热裂倾向,因此铸铁闸门中S 含量越低越好,一般要控制在0.15%以下。
  

  (3)锰

  
  Mn本身是阻碍石墨化的元素,但它能与S结合,形成MnS浮集到渣中,从而削弱了S阻碍石墨化作用,Mn一般为(0.5~1.4) %。
  

  4)磷

  
  P对石墨化稍起促进作用,改善铸造性能。但P具有冷脆性,是有害元素,要控制使用。
  

  2.冷却速度

  
  冷却速度对铸铁闸门石墨化的影响很大。冷却越慢,原子扩散越充分,越有利于石墨化进行。而快冷阻止石墨化越容易得到白口组织。
  
  冷却速度的大小主要取决于浇注温度、铸件壁厚和铸型导热能力等多种因素。浇注温度愈高,使得铁闸门水凝固前铸型吸收的热量愈多,铸件冷却就愈慢;各种造型材料的导热性不同,铸件在金属型中的冷却比在砂型中快。同是砂型,湿型的冷却速度大于干型和预热的铸型;铸件壁厚是影响冷却速度的一个重要因素,铸件壁越厚,则冷却速度越小,石墨化就越完全。所以,在实际生产中常常发现同一厚壁处为灰口,而薄壁处出现白口的现象。铸铁闸门的化学成分(C+Si)和冷却速度对组织的影响如图21-3所示。 生产中就是利用这一关系,对于不同壁厚的铸件通过调整C和Si 的含量以保证得到所需要的灰口组织。

  三、球墨铸铁闸门的热处理 

  由于球铁闸门基体组织与钢相同,球铁闸门石墨又不易引起应力集中,因此它具有较好的热处理工艺性能。凡是钢可以采用的热处理,在理论上对球铁闸门都适用。常用的热处理方法有以下几种:
  
  1.闸门退火
  
  目的是为了获得高塑性、韧性的铁闸门素体球铁闸门。如汽车、拖拉机的底盘铸件需进行退火处理。
  
  2.闸门正火
  
  目的是增加基体组织中珠光体的含量,并使其细化,提高铸铁闸门的强度、硬度和耐磨性,如发动机的缸套、滑座和轴套等铸件均要进行正火。
  
  此外,还能将铸态珠光体球铁闸门进行调质和等温淬火,以获得高的强度和硬度,但是都只适宜于小件。
球墨铸铁闸门的热处理
  

  一、蠕墨铸铁闸门  

  蠕墨铸铁闸门是70年代发展起来的一种新型高强度铸铁闸门。生产蠕墨铸铁闸门的方法与球铁闸门相似,即在出铁闸门时往铁闸门水中加入蠕化剂,进行蠕化处理,然后加入孕育剂作孕育处理而得到。目前所用的蠕化剂有镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。
  
  蠕墨铸铁闸门的石墨呈蠕虫状,短而厚,端部圆滑,分布均匀。其机械性能介于普通灰铸铁闸门和球铁闸门之间,热疲劳性能好。具有接近灰口铸铁闸门的优良的铸造性能。它主要应用于一些经受热循环载荷,要求组织致密、结构复杂、强度高的铸件,如汽缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。它是一种有发展前程的结构材料。
  
  蠕墨铸铁闸门的牌号用"RuT"加一组数字表示。如RuT420, 表示抗拉强度不低于420MPa的蠕墨铸铁闸门。
  

  二、合金铸铁闸门

  随着生产的发展,对铸铁闸门不仅要求有更高的机械性能,而且有时还要求具有某些特殊性能。如耐磨性、耐热性和耐蚀性等。为此,可向铸铁闸门中加入一定量的合金元素制成合金铸铁闸门(alloy cast iron)。 

  (一)耐磨铸铁闸门(wear resistant cast iron)

  向铸铁闸门中加入一定的P、B、V或Ti等元素, 使铸铁闸门组织中形成大量均布的高硬度显微夹杂物,大大提高了铸铁闸门的耐磨性。向铸铁闸门中加入Cr、Mo和Cu等元素使基体组织细化和强化,也能提高耐磨性。高P、Cu、Ti合金铸铁闸门是制造机床导轨的好材料。Cr、Mo、Cu 合金铸铁闸门主要用在汽车、拖拉机、精密机床方面以及要求较高的大型柴油机汽缸套及活塞环等零件。此外,还有中锰球墨铸铁闸门用于农机上的耙片、犁铧、球磨机的衬板、磨球、拖拉机上的履带板等。

  (二)耐热铸铁闸门(heat-resistant cast iron)

  耐热铸铁闸门是指在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的能力。所谓“生长”是指由于氧化性气体沿着石墨片的边界和裂纹渗入铸铁闸门内部所造成的氧化以及由于Fe3C分解而发生的石墨化引起铸铁闸门件体积膨胀。向铸铁闸门中加入一定量的Al、Si或Cr等元素,一方面使铸铁闸门表面形成致密的氧化膜(Al2O3、SiO2、Cr2O3),使这类铸铁闸门在高温下具有抗氧化、不起皮的能力;另一方面,这些元素提高了铸铁闸门组织的相变温度,阻止了Fe3C的分解,增强了铸铁闸门在高温下的抗生长性,使铸件的性能与尺寸稳定,即提高了耐热性。耐热铸铁闸门可用于制造炉门、炉栅等耐热件。
  

  (三)耐蚀铸铁闸门(corrosion resistant cast iron)

 

  耐蚀铸铁闸门是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁闸门。它们主要应用于化工部门,如阀门、管道、泵、容器等。提高铸铁闸门耐蚀性主要靠加入大量的Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素。在铸件表面形成保护膜,可以提高铸铁闸门的耐蚀性能。

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