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热处理淬火材料之特殊性能铸铁

发布时间: 2012-9-19 15:51:06
工业上有时还要求铸铁具有较高的耐磨性以及耐热性、耐蚀性。为此,在普通铸铁的基础上加入一定量的合金元素,制成特殊性能铸铁(合金铸铁)。与特殊性能钢相比,熔炼简便,成本较低,但缺点是脆性较大,综合力学性能不如钢。 耐热铸铁 普通灰铸铁的耐热性较差,只能在小于400℃左右的温度下工作。研究表明,热处理淬火材料铸铁在高温下的相变和氧化引起铸铁的生长和微裂纹的形成、扩展以致失效。所谓铸铁的“热生长”是指其在反复加热冷却时产生的不可逆体积长大现象,其主要原因是由于氧化性气体沿石墨边界或裂纹渗入内部产生内氧化,以及因渗碳体分解成石墨而引起体积的不可逆膨胀,其结果将使热处理淬火材料铸件失去精度和产生显微裂纹。 耐热铸铁是指在高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁,提高铸铁耐热性的途径可似采取如下几方面措施: ①合金化:在铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素,使之在高温下形成一层致密的稳定性很高的氧化膜,阻止氧化气氛渗入铸铁内部产生内氧化。此外,这些元素还会提高铸铁的临界点,获得单相铁素体或奥氏体基体,使其在工作温度范围内不发生相变,从而减少因相变而引起的铸铁生长和微裂纹。 ②球化处理或变质处理:经过球化处理或变质处理,使石墨转变成球状和蠕虫状,提高热处理淬火材料铸铁金属基体的连续性,减少氧化气氛渗入铸铁内部的可能性,有利于防止铸铁内氧化和生长。 耐蚀铸铁 提高铸铁耐蚀性的主要途径是合金化。在铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素,能在铸铁表面形成一层连续致密的保护膜,可有效地提高铸铁的抗蚀性。在铸铁中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素,可提高铁素体的电极电位,以提高抗蚀性。另外,通过合金化,还可获得单相金属基体组织,减少铸铁中的微电池,从而提高其抗蚀性。 目前应用较多的耐蚀铸铁有高硅铸铁常用作耐酸泵及蒸馏塔等。高硅铸铁有优良的耐酸性(但不耐热的盐酸),高铬铸铁具有耐酸、耐热、耐磨的特点,用于化工机械零件(如离心泵、冷凝器等)的制造。 耐磨铸铁 有些零件要求更高的耐磨性,一般热处理淬火材料铸铁满足不了工作条件的要求,应当选用耐磨铸铁.耐磨铸铁根据组织可分为下面几类:
  ①冷硬铸铁(激冷铸铁):白口铸铁具有高而均匀的硬度,但白口铸铁脆性较大,不能承受冲击载荷,因此在生产中常采用激冷处理(工艺中用金属型铸造铸件的耐磨表面,其他部位采用砂型成型即可)获得的,其表面有一定深度的白口层,而心部为灰铸铁组织,有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁,已广泛应用于要求表面应具有高硬度和耐磨性且心部应具有一定的韧性的零件如轧辊、发动机凸轮、气门摇臂及挺杆等的铸造生产。
  ②耐磨灰铸铁:在灰铸铁中加入少量合金元素(如磷、钒、铬、钼、锑、稀土等)可以增加金属基体中珠光体数量,且使珠光体细化,同时也细化了石墨。由于铸铁的显微组织得到改善,强度和硬度升高,具有良好酌润滑性和抗咬合、抗擦伤的能力,大大提高了铸铁的耐磨性。
  ③中锰球墨铸铁:在稀土-镁球铁中加入5.0%-9.5% Mn,控制3.3%-5.0%Si,其组织为马氏体十奥氏体十渗碳体十贝氏体十球状石墨,所以中锰抗磨球铁具有较高的强度,良好的抗冲击性和抗磨性,因此在使用热处理淬火液进行淬火时需要慎重选择热处理淬火材料。中锰抗磨球墨铁可代替部分高锰钢和锻钢,适用于同时承受冲击和磨损的零件,如农机具耙片、球墨机磨球等零件。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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