摘要:本文主要介紹球墨鑄鐵組成成份,牌號(hào),球墨鑄鐵的力學(xué)性能,機(jī)械性能,及應(yīng)用范圍。
球墨鑄鐵組成成份:
球墨鑄鐵是通過孕育和球化處理得到了球狀石墨,有效地增強(qiáng)了鑄鐵的力學(xué)性能及機(jī)械性能,尤其是提高了塑性和韌性,從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是本世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料,其綜合性能接近于鋼,正是基于其優(yōu)異的性能,已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜,強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零配件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。
生鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金,工業(yè)生鐵含碳量一般在2.5%--4%,并含C、SI、Mn、S、P等元素,是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同,又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。析出的石墨呈球形的鑄鐵。球狀石墨對(duì)金屬基體的割裂作用比片狀石墨小,使鑄鐵的強(qiáng)度達(dá)到基體組織強(qiáng)度的70~90%,抗拉強(qiáng)度可達(dá)120kgf/mm2,并且具有良好的韌性。球墨鑄鐵除鐵外的化學(xué)成分通常為:含碳量3.6~3.8%,含硅量2.0~3.0%,含錳、磷、硫總量不超過1.5%和適量的稀土、鎂等球化劑。
與灰鑄鐵比較,球墨鑄鐵的力學(xué)性能、機(jī)械性能有顯著增強(qiáng)。因?yàn)樗率是驙,?duì)基體的切割作用最小,可有效地利用基體強(qiáng)度的70%~80%(灰鑄鐵一般只能利用基體強(qiáng)度的30%。)。球磨鑄鐵還可以通過合金化合熱處理,進(jìn)一步增強(qiáng)強(qiáng)韌性、耐磨性、耐熱性和耐蝕性等各項(xiàng)性能指標(biāo)。球墨鑄鐵自問世以來,就獲得鑄造工作者的青睞,很快得投入了工業(yè)性生產(chǎn)。而且,各個(gè)時(shí)期否有代表性的產(chǎn)品或技術(shù)。20世紀(jì)50年代的代表產(chǎn)品是發(fā)動(dòng)機(jī)的球墨鑄鐵曲軸,20世紀(jì)60年代是球墨鑄鐵鑄管和鑄態(tài)球墨鑄鐵,20世紀(jì)70年代是奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵,20世紀(jì)80年代以來是厚大斷面球墨鑄鐵和薄小斷面(輕量化、近終型)球墨鑄鐵。如今,球墨鑄鐵已在汽車、鑄管、機(jī)床、礦山和核工業(yè)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),2000年世界的球墨鑄鐵產(chǎn)量已超過1500萬噸。
球墨鑄鐵一般為過共晶成分,因此球狀石墨的長(zhǎng)大,應(yīng)包括兩個(gè)階段;①先共晶結(jié)晶階段,球墨核心形成后,在鐵液及貧碳富鐵的奧氏體暈圈中長(zhǎng)大。②共晶結(jié)晶階段,球墨周圍形成奧氏體外殼外,即球墨-奧氏體共晶團(tuán)。此時(shí),球墨是在奧氏體殼包圍下長(zhǎng)大的。雖然球墨在共晶階段的長(zhǎng)大速度比在碳液階段遲緩,但球墨的大部分是在共晶階段長(zhǎng)大的。球墨鑄鐵的共晶團(tuán)逼灰鑄鐵的共晶團(tuán)細(xì)小,其數(shù)量約為灰鑄鐵的50~200倍。還應(yīng)說明,球墨鑄鐵的共晶結(jié)晶一種變態(tài)共晶,即球墨和奧氏體均可在單獨(dú)、互不依存的情況下長(zhǎng)大。
(球墨鑄鐵金相組織分析儀)球墨鑄鐵中常見的石墨形態(tài)有球狀、團(tuán)狀、開花、蠕蟲、枝晶等幾類。其中,最具代表性的形態(tài)是球狀。在光學(xué)顯微鏡下觀察球狀石墨,低倍時(shí)外形近似圓形;高倍時(shí),為多邊形,呈輻射狀,結(jié)構(gòu)清晰。經(jīng)深腐蝕的試樣在SEM中觀察,球墨表面不光滑,起伏不平,形成一個(gè)個(gè)泡狀物。經(jīng)熱氧腐蝕或離子轟擊后的試樣在SEM中觀察,球墨呈年輪狀紋理。且被輻射狀條紋劃分為多個(gè)扇形區(qū)域;經(jīng)應(yīng)力腐蝕(即向試樣加載應(yīng)力)后觀察,呈現(xiàn)年輪狀撕裂和輻射狀開裂。球磨是垂直(0001)面向各個(gè)方向成長(zhǎng)的,從而形成很多個(gè)從核心向外輻射的角錐體(二維為扇形區(qū)域),(0001)面即成年輪狀排列。在SEM中看到的年輪狀及輻射狀條紋(或裂紋),就是球墨晶體學(xué)特征的反映。
球墨鑄鐵牌號(hào):
球墨鑄鐵牌號(hào)及組織成分是按(力學(xué))性能指標(biāo)來劃分的,GB/T 1348-1988國(guó)標(biāo)《球墨鑄鐵件》中單鑄試塊球墨鑄鐵牌號(hào)見下表:
單鑄試塊的球墨鑄鐵牌號(hào)
牌 號(hào) 抗拉強(qiáng)度Rm/(N/mm2) 延伸率A(%) 布氏硬度HBW 主要金相組織
QT400-18 400 18 130~180 鐵素體
QT400-15 400 15 130~180 鐵素體
QT450-10 450 10 160~120 鐵素體
QT500-7 500 7 170~230 鐵素體+珠光體
QT600-3 600 3 190~270 鐵素體+珠光體
QT700-2 700 2 225~305 珠光體
QT800-2 800 2 245~335 珠光體或回火組織
QT900-2 900 2 280~360 貝氏體或回火組織