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鑄造合金材料及其熔煉(一)
  發(fā)布時(shí)間:2017年06月18日 點(diǎn)擊數(shù):

鑄造合金是高溫合金合金化程度較高,不易變形而采用精密鑄造成型的合金,屬于高溫合金中高溫強(qiáng)度最高的一種;也是適于熔融狀態(tài)下充填鑄型獲得一定形狀和尺寸鑄件毛坯的合金。在有色金屬合金中,銅合金、鋁合金、鎂合金、鋅合金等都可用于鑄造。有色金屬鑄件廣泛使用于機(jī)器制造、航空、汽車(chē)、建筑等工業(yè)中。鑄鋼件在鋼鐵材料的使用中所占份額甚少,鋼鐵廠大多以鋼材形式供貨,因之冶煉廠大多和加工廠設(shè)于一地。有色金屬鑄件在有色金屬材料的使用中所占份額很大(有時(shí)幾近半數(shù)),形成龐大復(fù)雜的鑄造合金系列。

1 灰鑄鐵

灰鑄鐵通常是指具有片狀石墨的灰口鑄鐵,這中鑄鐵具有一定的機(jī)械性能、良好的鑄造性能以及其它多方面的優(yōu)良性能,因而在機(jī)械制造中業(yè)獲得最廣泛的應(yīng)用。

表2為灰鑄鐵的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是以灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度作為分級(jí)依據(jù)的。由于灰鑄鐵對(duì)冷卻速率的敏感性(壁厚效應(yīng)),同一種牌號(hào)鑄鐵在不同鑄件壁厚條件下的實(shí)際強(qiáng)度有很大的差別(薄壁與厚壁之間在強(qiáng)度上的差別達(dá)50-80MPa)。

表2 灰鑄鐵分級(jí)

2 球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵

球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵一般是用稀土鎂合金對(duì)鐵液進(jìn)行處理,以改善石墨形態(tài),從而得到比灰鑄鐵有更高機(jī)械性能的鑄鐵。

球墨鑄鐵依照其基體和性能特點(diǎn)而分為六種:即鐵素體(高韌性)球墨鑄鐵,珠光體(高強(qiáng)度)球墨鑄鐵,貝氏體(耐磨)球墨鑄鐵,奧氏體一貝氏體(耐磨)球墨鑄鐵,馬氏體一奧氏體(抗磨)球墨鑄鐵及奧氏體(耐熱、耐蝕)球墨鑄鐵。

蠕墨鑄鐵具有不同比例的珠光體—鐵素體基體組織。鑄鐵性能與其石墨的蠕化程度(蠕化率)及基體有關(guān)。在石墨蠕化良好條件下,珠光體蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度和硬度較高,耐磨性強(qiáng)。適于制造耐磨零件,如汽車(chē)的剎車(chē)鼓等。而鐵素體蠕墨鑄鐵的導(dǎo)熱性較好,在高溫作用下,不存在珠光體分解問(wèn)題,組織較穩(wěn)定,適用于制造在高溫下工作、需要有良好的抗熱疲勞能力、導(dǎo)熱性的零件,如內(nèi)燃機(jī)汽缸蓋、進(jìn)排氣岐管等。

3 可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是將白口鑄鐵通過(guò)固態(tài)石墨化熱處理(包括有或無(wú)脫碳過(guò)程)得到的具有團(tuán)絮狀石墨的鐵碳合金。采用不同的熱處理方法,可以得到具有不同組織和性能的可鍛鑄鐵,即黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵。

當(dāng)將白口鑄鐵毛坯件在密封的退火爐中進(jìn)行熱處理,即在中性爐氣條件下退火時(shí),得到的鑄鐵組織中有呈團(tuán)絮狀的石墨(退火碳)存在。這種石墨雖不很圓整和緊密,但它對(duì)基體的割裂作用則比灰鑄鐵中的片狀石墨要小得多,因此它能使鑄鐵得到較高的強(qiáng)度及良好的韌性。鑄鐵的基體可以通過(guò)熱處理來(lái)加以控制。使之成為鐵素體或珠光體。用這種方法得到的鐵素體基體可鍛鑄鐵因組織中有石墨存在,因而鑄鐵的斷面呈暗灰色,而在表層經(jīng)常有薄的脫碳層呈淺灰色,故通稱(chēng)為黑心可鍛鑄鐵。而珠光體可鍛鑄鐵則是以其基體命名的。

當(dāng)將白口鑄鐵毛坯件在氧化性質(zhì)的爐氣條件下進(jìn)行退火時(shí),鑄件斷面上從外層到心部,發(fā)生強(qiáng)烈的氧化和脫碳。在完全脫碳層中無(wú)石墨存在,鑄鐵的組織為鑄素體。實(shí)際上,在小斷面尺寸條件下,鑄鐵的組織基本上為單一的鐵素體和退火碳。而在大斷面尺寸條件下,表層為鐵素體,中間區(qū)域?yàn)橹楣怏w和鐵素體及退火碳,而心部區(qū)域則為珠光體及退火碳(間或有少量鐵素體)。這種鑄鐵斷面由于其心部區(qū)域有發(fā)亮的光澤,而表層色澤較暗,故通稱(chēng)為白心可鍛鑄鐵。

4 特種鑄鐵

特種鑄鐵是指具有特殊使用性能的鑄鐵材料,主要包括抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐腐蝕鑄鐵。為了使鑄鐵具有這些特殊使用性能,需要使鑄鐵有一定的組織。特種鑄鐵中既有非合金鑄鐵(例如普通白口抗磨鑄鐵),也有低合金鑄鐵、中合金鑄鐵和高合金鑄鐵(如中錳抗磨用球墨鑄鐵及高鉻抗磨用白口鑄鐵等)。

對(duì)任何一種特種鑄鐵而言,首先是要求具備一定的使用性能,如抗磨、耐熱等。但由于是用來(lái)制造機(jī)器零件,就需要保證有一定的機(jī)械性能,主要是強(qiáng)度和塑性,為此需要在鑄鐵的化學(xué)成分設(shè)計(jì)上,考慮同時(shí)滿足特定的使用性能和一定的機(jī)械性能這兩方面的要求。

由于特種鑄鐵中含有大量合金元素,使得其在熔煉和鑄造性能方面,與非合金化的鑄鐵有顯著的差別。大多數(shù)合金元素降低鑄鐵的鑄造性能,而含有大量合金元素的特種鑄鐵的鑄造性能通常是很差的,在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生多種鑄造缺陷,因此需要針對(duì)各種鑄鐵在熔煉和鑄造方面的特性,采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧乐谷毕莸陌l(fā)生,以保證鑄件的質(zhì)量。

來(lái)源:公眾號(hào)材料科學(xué)與工程

 

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