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铁素体球墨铸铁
球墨铸铁是上世纪中叶发展起来的一种高强度材料,通过将生铁中的碳进行球化处理,得到了这种价格低廉而综合性能接近于钢的新型材料。其优异的性价比,已成功地用于铸造一些受力复杂,强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
铁素体球墨铸铁的基体为铁素体,可由铸态或经退火获得。它的机械性能,特别是塑性和韧性有了很大提高,强度甚至比碳钢还高。已迅速发展为仅次于灰铁的新铸造材料,所谓“以铁代钢”,主要指这种材料。
生铁内含的碳以石墨的形式存在,其形态和金属基体组织对其韧性有很大的影响。片状石墨严重割裂了金属基体,其尖角处应力集中,因此铸件呈脆性,冲击值很低,强度被大大削弱。
只要基体组织合格,球铁的球化率愈高则塑性愈好。铁素体球铁的基体组织以铁素体为主,含量愈高则塑性愈好。内含的珠光体如果能控制在10%以下时,因其为分散存在,这样对性能影响不大。
在孕育工艺适当的前提下,提高碳当量将增加铁素体的含量。但碳当量超过一定阈值后,易引发石墨球的漂浮。此外铸件的厚度与冷却的速度也会导致石墨球的漂浮,一般宜采取厚大件低碳,薄小件高碳的方法,采用强化孕育工艺也宜降低碳当量。
球墨铸铁中各元素的作用于影响:适当的碳当量有利于石墨化和球化,硅是强烈促进球化的元素,其孕育作用能细化共晶团和分散磷共晶。锰会阻碍渗碳体和珠光体的分解,故应设法控制锰的存在。
磷元素会会形成脆相,特别是三元磷共晶或复合磷共晶会使成品发脆,需要采取适当措施。硫过高会使球化不稳定,而且会产生过多的硫化物夹杂,严重影响韧性。
只有硅、锰、磷和杂质甚少的原生铁才能制造出高质量的球墨铸铁产品,许多国家采用高纯度生铁效果很好。但中国生铁的杂质含量较高,导致铸态的性能不易稳定,对性能要求较高的铸件可采用退火的方法来改善。
根据对铸件质量要求可分为高低温两阶段和低温两种退火方法。二者的常温冲击值比较接近且较稳定,低温冲击值略有差别,而两阶段热处理方式得到的产品低温冲击值较高而且波幅较小。因为两阶段退火使组织均匀化,减少了碳化物和晶界元素偏析。