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平遥县金日通机械制造有限公司
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灰铸铁中常见的六种石墨类型,D型石墨铸铁件有什么优点?

2023-11-16

东锜特钢,机械学霸,铸造工业网


灰铸铁中石墨的数量、形态、长度和分布对铸铁的力学性能有着明显的影响。在GB7216《灰铸铁金相》标准中载有其典型分级图谱。按石墨形态共有六种类型。1、A型(直片状)石墨   这是亚共晶灰铁在较高共晶度(碳饱和度或碳当量)且过冷度不大时的正常、均匀分布也是最常见的石墨组织,它对金属的割裂作用较低同时具有这种石墨的铸铁珠光体含量高故强度和耐磨性好。通常,A型石墨应占石墨总量的90%以上。

灰铸铁中石墨的数量、形态、长度和分布对铸铁的力学性能有着明显的影响。在GB7216《灰铸铁金相》标准中载有其典型分级图谱。按石墨形态共有六种类型。1、A型(直片状)石墨   这是亚共晶灰铁在较高共晶度(碳饱和度或碳当量)且过冷度不大时的正常、均匀分布也是最常见的石墨组织,它对金属的割裂作用较低同时具有这种石墨的铸铁珠光体含量高故强度和耐磨性好。通常,A型石墨应占石墨总量的90%以上。

2、B型(玫瑰花状)石墨常出现在高共晶度(接近共晶点)同时过冷度大的灰铁中,因过冷度大使开始形成的细小石墨共晶生长较快且呈辐射状,随即因结晶潜热的释放生长变慢而呈条状,最终长成的石墨的立体形状近似玫瑰花,其心部石墨细小且密集因此导致铁素体的产生,故对铸铁性能不利。通常允许有少量B型石墨存在。

3、C型(粗大厚片或块状)石墨   是过共晶灰铁的典型石墨。因为是在液态下生成的初析厚大石墨且往往相互连接或相距极近,加以周围常为铁索体(因碳硅量高共析转变按稳定平衡模式进行),故铸铁的性能大幅度下降。因为灰铸铁大都是亚共晶的,故任何级别的灰铁中都不允许有c型石墨出现(活塞环和某些制动鼓盘除外)。但要注意的是有的冲天炉铁液熔炼温度不高又用低牌号生铁时,也会出现类似于C型的粗大石墨。

4、D型(枝晶点状)石墨 大都出现在共晶度低和(或)过冷度大的铸铁组织中,例如铸件薄断面或高强度(级别)铸件较薄的组织中。因为产生的原因是铁液过冷度大,故又称为过冷石墨,过冷石墨常伴生过冷铁素体加以其分布不均(呈枝晶点状)故对铸铁性能不利。在铸件较薄的部位一般允许有不超过5%的过冷石墨存在。

5、E型(枝晶片状)石墨也是一种过冷石墨,是在过冷度比产生D型石墨更大时形成的,因此其分布更不均,方向性也更明显,对铸铁的性能也更加不利。有必要在此说明的是,在生产高强度灰铁件时,在薄断面处一例如5ram以下,是很难避免过冷组织的,这是灰铁金属特性所决定的。同时还应考虑到,一方面因过冷组织导致性能下降,但另一方面又因其冷却快,使共晶团细化,从而提高材质的硬度和强度。可见,对于不要求耐磨性的部位,如缸体曲轴箱,是可以允许有过冷组织存在的,因为就硬度和强度而言实际上薄断面处的强度并不一定下降。

6、F型(星形)石墨 它是过共晶铸铁在极大的过冷度(快冷)下的产物,例如在活塞环等特殊铸件中出现,其减磨性好(同时还伴有高弥散度的全珠光体基体)。

 

 

灰铸铁中常见的六种石墨类型,D型石墨铸铁件有什么优点?

今天我们主要了解D型石墨

D型石墨属于片状石墨一种,它是在奥氏体树枝晶间生长,奥氏体的连续性割裂了石墨片的连续性,且D型石墨与基体间的间隙比其它片状石墨与基体间的间隙小。D型石墨细小、卷曲、端部较钝的形态,决定了它对基体的切割作用小,不易引起较大的应力集中,所以D 型石墨铸铁具有较高的强度目前D型石墨铸铁用作玻璃模具材料已成热点,国内外已有许多研究,从国外进口的模具分析表明,大都采用D型石墨铸铁材质。通常采取加入元素钛、采用金属型等来获得D型石墨。

目前,国内外大多采用金属型重力铸造方法生产小型、薄壁、复杂的D型石墨铸铁件。采用这种工艺生产的铸件,除具有良好的表面粗糙度和尺寸精度外,还具有无缩孔和气孔的致密组织,耐油气渗漏,以及良好的加工性能等特点。根据相关研究,在特定领域,D型石墨的综合力学性能要优于A型石墨铸铁件。D型石墨铸铁和等温淬火球墨铸铁(ADI)、蠕墨铸铁等是目前大火的特种铸铁研究方向。其工业化控制还需要继续深入研究。用重力金属型铸造的小型薄壁灰铸铁件由于铸型冷却速度快,铁液过冷度大,容易获得以D型石墨为主的金相组织。目前已应用于大批量生产空调和冰箱旋转压缩机的气缸和曲轴铸件,年产量达数千万件之多。此外,还广泛应用于汽车制动鼓,液压和气动部件,机床主轴和齿轮,运输机械轴瓦,带轮以及玻璃模具等,铸件的重量250g-15kg。有报道称,D型石墨铸铁件已经应用于钢锭模,玻璃模具,机床床身,甚至缸体。对于采用重力金属型铸造的小型薄壁灰铸铁件,为获得D型石墨,通常采用过共晶成分,碳当量CE为4.45-4.5%。在灰铸铁中加入一定量的钛,由于其影响奥氏体形核能力和增加共晶过冷度,从而使灰铸铁凝固时促进D型石墨的形成。加入过量的钛,会使灰铸铁的组织产生变化,抗拉强度也会有较大的变动。对于CE为4.45%的铸铁,钛的质量分数从0.05%提高到0.075%;CE为4.5%的铸铁,钛的质量分数增加到0.085%,均会使抗拉强度相当快的提高。如果继续提高钛含量,则抗拉强度的提高会相对减缓。灰铸铁中加入钛后,大部分的钛化合物存在于金属基体中,但仍有一部分的钛的氮化物或碳氮化物存在于铁素体/石墨界面层内。

硬度为3200HV或更高的钛化合物的存在,将大大降低铸件的切削加工性能,影响刀具的使用寿命。另外,过高的钛含量会使车削铸件时产生热裂纹。在含磷量较高的灰铸铁中,钛的化合物会与磷共晶融合在一起,增加钛对切削性能的不良影响。为获得所需的显微组织,以及抗拉强度与良好切削性能的最佳组合,在重力金属型铸造的灰铸铁中,钛的质量分数不要超过0.1%。

 

 

灰铸铁中常见的六种石墨类型,D型石墨铸铁件有什么优点?

空调和冰箱压缩机气缸和曲轴铸件的金相组织应以D型石墨为主,在铸件心部允许有少量的A型、B型石墨。由于孕育处理会促进不希望产生的A型石墨出现,原则上冲天炉铁水时不需要经过孕育处理的,而无芯感应电炉熔炼的铁水仍需要进行孕育处理,以恢复形核条件,控制铸件的收缩和白口。

在铸铁的重力金属型铸造中,通常获得的是混合金属基体,所有的铸件都应该进行热处理:正火或者退火。其工艺规范为在843-927℃奥氏体化1h,然后炉冷或者空冷。退火后的基体全部为铁素体,正火后的基体有30%的珠光体。如果希望获得更多的珠光体,则可以加入微量的锑。在欧洲,采用重力金属型铸造工艺生产的铸件已占铸铁件总量的6-8%。美国、加拿大、日本、印度、比利时、中国等国家也在逐步推广此工艺专业化大批量生产压缩机气缸和曲轴等铸件。D型石墨铸铁件的应用也会越来越广。国内也在试验采用D型石墨铸铁件生产制瓶机玻璃模具。其化学成分为:C3.28%,Si1.95%,Mn0.56%,Cr0.5%,Ti0.2%,Al1.2,B0.3%,Sb0.4%,RE0.5%,S、P<0.1%。铁液在1320-1340℃浇注成型后经高温石墨化退火,获得铁素体基体,硬度为158-200HBW。研究表明,在模具频繁与1100℃以上的熔融玻璃接触,模腔温度达500-700℃的工况下,由于D型石墨铸铁具有良好的抗氧化性,抗生长和抗热疲劳性能,与常用的铬钼铜铸铁相比使用寿命提高了3倍以上。

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