提高機床鑄件性能的幾種措施之一:選擇合理的化學成分
為提高機床鑄件的性能,常采取下列幾種措施:選擇合理的化學成分;改變爐料組成,過熱處理鐵液;孕育處理;微量或低合金化。采取何種措施取決于所要求的性能及生產條件,往往同時采取兩種以上措施。
1、化學成分的合理選配
灰鑄鐵的含碳量大多在2.6%~3.6%,含硅量在1.2%~3.0%,碳硅都是強烈地促進石墨化的元素,可用碳當量CE來說明它們對灰鑄鐵金相組織和力學性能的影響.提高碳當量促使石墨化變粗,數量增多,強度和硬度下降.降低碳當量可減少石墨數量,細化石墨,增加初析奧氏體枝晶,從而是提高灰鑄鐵力學性能時常采取的措施.但降低碳當量會導致鑄造性能降低,鑄件斷面敏感性增大,鑄件內應力增加,硬度上升加工困難等問題,因此必須輔以其它的措施.推薦關注密鑄件
在碳當量保持不變的條件下,適當提高Si/C比(一般由0.5左右提高至0.7左右),在凝固特性,組織結構與材質性能方面有以下變化:
a 組織中初析奧氏體數量增多,有加固基體的作用;
b 由于總碳量的降低,石墨量相應減少,減輕了石墨片對基體的切割作用; c 固溶于鐵素體中的硅量增多,強化了鐵素體(包括珠光體中的鐵素體); d 提高了共析轉變溫度,珠光體在較高溫度下生成,易粗化,會降低強度; e 降低了奧氏體的含碳量,使奧氏體在共析轉變時易生成鐵素體;
f 硅高碳低情況下,易使鑄件表層產生過冷石墨并伴隨有大量鐵素體,有利于切削加工,但不加工面的性能有所削弱;
g 提高了液相線凝固溫度,降低了共晶溫度,擴大了凝固范圍,降低了鐵液流動性,增大了縮松滲漏傾向.
綜合以上各種固素的利弊,在碳當量較低時,適當提高Si/C,強度性能會有所提高,切削性能有較大改善,但要注意縮松滲漏傾向的增加和珠光體數量的減少。在較高碳當量時(具體取決于生產條件)提高Si/C反而使抗拉強度下降。此時提高硅碳比仍能有減少白口傾向的優點,適用于性能要求不高的薄壁鑄件的鑄造。
(2)錳和硫
錳和硫本身都是穩定碳化物、阻礙石墨化的元素。但兩者共同存在時,會結合成MnS及(Fe、Mn)S化合物,以顆粒狀分布于基體中。這些化合物的熔點在1600℃以上,不僅無阻礙石墨化的作用,而且還可作為石墨化的非自發性晶核。為中和硫所必需的錳大約為:
Mn=1.73S S≤0.2% Mn=3.3S S≥0.2%
普通灰鑄鐵中,硫量一般在0.02%~0.15%,錳量在0.4%~1.2%。故中和以后過高的錳或硫才能單獨起作用。
實踐表明,只要防止鐵液氧化、正確使用孕育防白口的能力,錳量增加不僅能增加并細化珠光體,且適當放寬對含硫量的控制并無害處。歐洲許多廠家經常用S0.12%~0.15%的鐵液來鑄造汽車、拖拉機上HT250以上處牌號的零件。
錳在1.5%以上,甚至超過硅量時,灰鑄鐵已屬合金化鑄鐵,此時具有強度高、硬度高、密度高、致密性高、耐磨的優點,已在機床鑄件上得到了應用,但此時Si量也需作相應的提高。
為確保常用孕育劑的孕育效果,灰鑄鐵鐵液中的含硫量一般不低于0.05%~0.06%。 (3)磷
磷使鑄鐵的共晶點左移,且作用程度和硅相似,故計算碳當量時,應計入磷的含量。 磷在鑄鐵中以低熔點二元或三元磷共晶存在于晶界,其硬度分別在750~800HV和
900~950HV之間,故磷可以提高灰鑄鐵耐磨性,應用于機床、缸套和閘瓦。但必須避免三元磷共晶的出現;同時,隨著磷量的提高,力學性能尤其是韌性和致密性降低。磷量高往往是鑄件冷裂的原因。推薦關注消失模鑄件
灰鑄鐵件的含磷量一般小于0.20%,有耐磨和高流動性要求的,可至0.3%~1.5%,有致密性要求的,含磷量需低于0.06%。
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