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铸铁的铸态组织不单取决于铸铁的化学成分,还取决于什么因素?

发布时间:2018-06-22
       铸铁的铸态组织主要取决于铸铁的化学成分。但是,应该看到:除铸铁化学成分中的常存五元素和合金元素对铸铁的铸态组织有决定性的影响外,铁液的冷却速度、铁液的过热和高温静置、铁液的孕育、铁液中的气体、炉料特性等工艺因素和冶金因素都对铸铁的铸态组织有着很大的影响。
       (1)关于冷却速度的影响      当化学成分选定以后,如果改变铸铁共晶阶段的冷却速度,可使其成为灰铸铁或白口铸铁;如果改变铸铁共析转变时的冷却速度,则共析转化的产物亦会有很大的变化,可以从很细的片状珠光体到粗片珠光体、珠光体加铁素体一直到全部为铁素体的基体。因此,铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料,同一铸件的厚壁和薄壁部分,内部和外表都可能获得相差悬殊的铸态组织,俗称组织的不均匀性。在生产实践中,冷却速度的影响往往可通过铸型条件(即具有不同导热能力的铸型材料)和浇注温度等进行控制。
       (2)关于铁液的过热和高温静置的影响      在临界温度范围(普通灰铸铁的临界温度约为1500-1550℃左右)内,提高铁液的过热温度,延长高温静置的时间,都会导致铸铁的石墨及基体组织的细化,铸铁的“遗传性”,提高铸件断面上组织的均匀性,使铸铁强度提高。但是,应该指出:进一步提高过热温度(即超过临界温度),铸铁的形核能力下降,因而会使石墨形态变差,甚至出现自由渗碳体,使铸铁强度性能反而下降。
       (3)关于铁液孕育的影响      铁液在进入铸型型腔前,把孕育剂加到铁液中可以改变铁液的冶金状态,从而铸铁的显微组织和性能,这也被称为铁液的孕育处理。铁液进行孕育处理,对灰铸铁而言,可以获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织,以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性等;对球墨铸铁和蠕墨铸铁而言,主要在于降低过冷程度,增加石墨形核能力,改变石墨的形态及细化程度等;对可锻铸铁而言,是为了提高硅的含量,促使退火时的石墨核心数增加,从而缩短退火时间,增大铸件的允许壁厚和组织的结构;对白口抗磨铸铁而言,目的在于碳化物的形态及分布,从而其韧性。但是,应该指出:铁液的孕育会随着时间的推移。其孕育效果会逐渐消失,即出现“孕育衰退现象。
       (4)关于铁液中气体的影响      氮、氢和氧三种气体元素是溶解于铁液中并对铸铁组织和性能有重要影响的主要气体。铁液中的氧和氮主要来源于熔炼过程,而氢则主要来源于浇注过程中铁液与铸型所含水分之间的化学应。“氧”是通过铁液凝固过程对石墨的形核来影响铸铁的铸态组织和性能;“氢”的综合影响表现为减少硫对石墨的吸附作用,并促使铁液凝固为白口组织;“氮”在铁液中碳化物形成,珠光体形成,而作为奥氏体转变产物的珠光体在提高灰铸铁的强度方面起着重要作用。
       (5)关于炉料特性的影响      实际生产中往往发现改变金属炉料(例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能,这说明原材料的性质(或”遗传因子”)直接影响着用它熔炼出来的铸铁性质。人们有时把这种现象称为铸铁的“遗传性”或“遗传效应”。为此,生产中常采用提高铁液温度和使用多种铁料配料以减少或这种“遗传性”,并铸铁的铸态组织和性能。
综上所述,铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的铸态组织都有着很大的影响,因此,不应忽视对这些影响因素的控制。
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