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鑄鐵閘門分類與特點分析

來源:春雨閘門 發布時間:2019-06-20 14:11 瀏覽:

  一、鑄鐵閘門的特點與分類

  鐵閘門碳合金含碳量大于2.11% 的鐵閘門碳合金稱為鑄鐵閘門cast iron)。雖然鑄鐵閘門的強度、塑性和韌性較差,不能進行鍛造,但它卻具有優良的鑄造性、減摩性、切削加工性等一系列的性能特點,加上它的生產設備和工藝簡單、價格低,因此廣泛應用于機械制造、石油、化工、冶金、礦山、交通運輸、國防工業等部門。據統計,按重量百分比計算,在農業機械中鑄鐵閘門件約占(40~60)%;汽車、拖拉機中約占(50~70)%;機床中約占(60~90)%。特別是近年來由于稀土鎂球墨鑄鐵閘門的發展,更進一步打破了鋼與鑄鐵閘門的使用界限,不少過去使用碳鋼和合金鋼制造的重要零件,如曲軸、連桿、齒輪等,如今已可采用球墨鑄鐵閘門來制造“以鐵閘門代鋼”、“以鑄代鍛”。這不僅為節約了大量的優質鋼材,而且還大大減少了機械加工的工時,降低了產品的成本。
鑄鐵閘門特點分類
  
  鑄鐵閘門之所以具有這些特性,除了因為它具有接近共晶的成分,熔點低,流動性好,易于鑄造外,還因為它的C、Si含量較高, 使碳大部分不以化合(Fe3C)而是呈游離的石墨狀態存在,石墨有潤滑作用和吸油能力,因而鑄鐵閘門有良好的減摩性和切削加工性。根據碳在鑄鐵閘門組織中存在形式不同,可分為以下幾類:

  1.白口鑄鐵閘門(white cast iron)

  簡稱為白口鐵閘門,完全按照Fe-Fe3C 相圖進行結晶而得到的鑄鐵閘門。其中碳全部以滲碳體(Fe3C)形式存在,斷口呈銀白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C,硬度高,脆性大,很難切削加工。很少用來直接制造機器,主要用于煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵閘門的毛坯。
  

  2.灰口鑄鐵閘門(gray cast iron)

  碳主要結晶成游離狀態的石墨。其中碳大部分或全部以片狀石墨形狀存在,斷口為暗灰色,常見的鑄鐵閘門件多數是灰口鑄鐵閘門。
  

  3.可鍛鑄鐵閘門(malleable iron)

  由一定成分的白口鑄鐵閘門經石墨化退火處理而獲得,其中碳大部分或全部以團狀石墨形式存在,由于具有較灰口鑄鐵閘門高得多的塑性和韌***慣上稱為可鍛鑄鐵閘門,實際上不能鍛。
  

  4.球墨鑄鐵閘門(nodular cast iron)

  鐵閘門水在澆注前經球化處理,其中碳大部分或全部以球狀石墨形式存在,機械性能高,生產工藝比可鍛鑄鐵閘門簡單,近年來日益得到廣泛的應用。
  

  5.蠕墨鑄鐵閘門

  碳以蠕蟲狀石墨形式存在,介于片狀和球狀石墨之間,是近十幾年發展起來的新型鑄鐵閘門。
  
  此外,為了滿足一些特殊要求,向鑄鐵閘門中加入一些合金元素,如Cr、Al、B等,可得到耐蝕鑄鐵閘門、 耐熱鑄鐵閘門及耐磨鑄鐵閘門等合金鑄鐵閘門。
  

  二、鑄鐵閘門的石墨化及影響因素

  
  從以上各種鑄鐵閘門的組織可見, 鑄鐵閘門中的碳可能以化合狀態(Fe3C)或自由狀態(石墨)兩種形態存在。鑄鐵閘門在結晶過程中,碳以石墨形態析出的現象稱為石墨化。鑄鐵閘門中石墨化程度直接決定了鑄鐵閘門的組織和性能。影響鑄鐵閘門中石墨化的因素主要有化學成分和冷卻速度。
 
石墨化及影響因素

  1.化學成分

  (1)碳和硅

 
  碳和硅是強烈促進石墨化的元素。鑄鐵閘門中C、Si越高,石墨化越容易進行,越容易得到灰口組織。但過高,石墨多而粗大,組織中鐵閘門素體量增多,珠光體量減少,力學性能降低。因此,為了保證得到一定數量的石墨,避免形成白口鑄鐵閘門,灰口鑄鐵閘門中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。砂型鑄造時,碳硅含量與鑄鐵閘門組織的關系如圖21-2所示。
  

  (2)硫

  
  S是強烈阻礙石墨化的元素,S阻礙C原子的擴散,S還能增強Fe、C原子的結合力。強烈的阻礙石墨化,S能使鐵閘門水的流動性降低,收縮量增大,使鑄鐵閘門有較大的熱裂傾向,因此鑄鐵閘門中S 含量越低越好,一般要控制在0.15%以下。
  

  (3)錳

  
  Mn本身是阻礙石墨化的元素,但它能與S結合,形成MnS浮集到渣中,從而削弱了S阻礙石墨化作用,Mn一般為(0.5~1.4) %。
  

  4)磷

  
  P對石墨化稍起促進作用,改善鑄造性能。但P具有冷脆性,是有害元素,要控制使用。
  

  2.冷卻速度

  
  冷卻速度對鑄鐵閘門石墨化的影響很大。冷卻越慢,原子擴散越充分,越有利于石墨化進行。而快冷阻止石墨化越容易得到白口組織。
  
  冷卻速度的大小主要取決于澆注溫度、鑄件壁厚和鑄型導熱能力等多種因素。澆注溫度愈高,使得鐵閘門水凝固前鑄型吸收的熱量愈多,鑄件冷卻就愈慢;各種造型材料的導熱性不同,鑄件在金屬型中的冷卻比在砂型中快。同是砂型,濕型的冷卻速度大于干型和預熱的鑄型;鑄件壁厚是影響冷卻速度的一個重要因素,鑄件壁越厚,則冷卻速度越小,石墨化就越完全。所以,在實際生產中常常發現同一厚壁處為灰口,而薄壁處出現白口的現象。鑄鐵閘門的化學成分(C+Si)和冷卻速度對組織的影響如圖21-3所示。 生產中就是利用這一關系,對于不同壁厚的鑄件通過調整C和Si 的含量以保證得到所需要的灰口組織。

  三、球墨鑄鐵閘門的熱處理 

  由于球鐵閘門基體組織與鋼相同,球鐵閘門石墨又不易引起應力集中,因此它具有較好的熱處理工藝性能。凡是鋼可以采用的熱處理,在理論上對球鐵閘門都適用。常用的熱處理方法有以下幾種:
  
  1.閘門退火
  
  目的是為了獲得高塑性、韌性的鐵閘門素體球鐵閘門。如汽車、拖拉機的底盤鑄件需進行退火處理。
  
  2.閘門正火
  
  目的是增加基體組織中珠光體的含量,并使其細化,提高鑄鐵閘門的強度、硬度和耐磨性,如發動機的缸套、滑座和軸套等鑄件均要進行正火。
  
  此外,還能將鑄態珠光體球鐵閘門進行調質和等溫淬火,以獲得高的強度和硬度,但是都只適宜于小件。
球墨鑄鐵閘門的熱處理
  

  一、蠕墨鑄鐵閘門  

  蠕墨鑄鐵閘門是70年代發展起來的一種新型高強度鑄鐵閘門。生產蠕墨鑄鐵閘門的方法與球鐵閘門相似,即在出鐵閘門時往鐵閘門水中加入蠕化劑,進行蠕化處理,然后加入孕育劑作孕育處理而得到。目前所用的蠕化劑有鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。
  
  蠕墨鑄鐵閘門的石墨呈蠕蟲狀,短而厚,端部圓滑,分布均勻。其機械性能介于普通灰鑄鐵閘門和球鐵閘門之間,熱疲勞性能好。具有接近灰口鑄鐵閘門的優良的鑄造性能。它主要應用于一些經受熱循環載荷,要求組織致密、結構復雜、強度高的鑄件,如汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。它是一種有發展前程的結構材料。
  
  蠕墨鑄鐵閘門的牌號用"RuT"加一組數字表示。如RuT420, 表示抗拉強度不低于420MPa的蠕墨鑄鐵閘門。
  

  二、合金鑄鐵閘門

  隨著生產的發展,對鑄鐵閘門不僅要求有更高的機械性能,而且有時還要求具有某些特殊性能。如耐磨性、耐熱性和耐蝕性等。為此,可向鑄鐵閘門中加入一定量的合金元素制成合金鑄鐵閘門(alloy cast iron)。 

  (一)耐磨鑄鐵閘門(wear resistant cast iron)

  向鑄鐵閘門中加入一定的P、B、V或Ti等元素, 使鑄鐵閘門組織中形成大量均布的高硬度顯微夾雜物,大大提高了鑄鐵閘門的耐磨性。向鑄鐵閘門中加入Cr、Mo和Cu等元素使基體組織細化和強化,也能提高耐磨性。高P、Cu、Ti合金鑄鐵閘門是制造機床導軌的好材料。Cr、Mo、Cu 合金鑄鐵閘門主要用在汽車、拖拉機、精密機床方面以及要求較高的大型柴油機汽缸套及活塞環等零件。此外,還有中錳球墨鑄鐵閘門用于農機上的耙片、犁鏵、球磨機的襯板、磨球、拖拉機上的履帶板等。

  (二)耐熱鑄鐵閘門(heat-resistant cast iron)

  耐熱鑄鐵閘門是指在高溫下具有較好的抗氧化和抗生長的能力。所謂“生長”是指由于氧化性氣體沿著石墨片的邊界和裂紋滲入鑄鐵閘門內部所造成的氧化以及由于Fe3C分解而發生的石墨化引起鑄鐵閘門件體積膨脹。向鑄鐵閘門中加入一定量的Al、Si或Cr等元素,一方面使鑄鐵閘門表面形成致密的氧化膜(Al2O3、SiO2、Cr2O3),使這類鑄鐵閘門在高溫下具有抗氧化、不起皮的能力;另一方面,這些元素提高了鑄鐵閘門組織的相變溫度,阻止了Fe3C的分解,增強了鑄鐵閘門在高溫下的抗生長性,使鑄件的性能與尺寸穩定,即提高了耐熱性。耐熱鑄鐵閘門可用于制造爐門、爐柵等耐熱件。
  

  (三)耐蝕鑄鐵閘門(corrosion resistant cast iron)

 

  耐蝕鑄鐵閘門是指在腐蝕性介質中工作時具有耐蝕能力的鑄鐵閘門。它們主要應用于化工部門,如閥門、管道、泵、容器等。提高鑄鐵閘門耐蝕性主要靠加入大量的Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素。在鑄件表面形成保護膜,可以提高鑄鐵閘門的耐蝕性能。

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