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    对于铸铁闸门材料的分类选择

    发布时间:2019-08-13 浏览:840次 作者:瑞鑫 字号:  
    引言 
          我们一直在用铸铁闸门或铸铁产品,那么您了解铸铁闸门材料么?只有懂得铸铁闸门材料才能更好的选取合适的铸铁闸门。今天咱们分析铸铁闸门对于铸铁闸门材料的分类选择吧。
    一、铸铁闸门材料
           闸门材料为什么选择铸铁材料呢?且看分析,从铁碳合金相图知道,含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁cast iron。虽然铸铁的强度、塑性和韧性较差,不能进行锻造,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性等一系列的性能特点,加上它的生产设备和工艺简单、价格低,因此广泛应用于机械制造、石油、化工、冶金、矿山、交通运输、国防工业等部门。据统计,按重量百分比计算,在农业机械中铸铁件约占(40~60)%;汽车、拖拉机中约占(50~70)%;机床中约占(60~90)%。特别是近年来由于稀土镁球墨铸铁的发展,更进一步打破了钢与铸铁的使用界限,不少过去使用碳钢和合金钢制造的重要零件,如曲轴、连杆、齿轮等,如今已可采用球墨铸铁来制造“以铁代钢”、“以铸代锻”。这不仅为国家节约了大量的优质钢材,而且还大大减少了机械加工的工时,降低了产品的成本。
           铸铁之所以具有这些特性,除了因为它具有接近共晶的成分,熔点低,流动性好,易于铸造外,还因为它的C、Si含量较高, 使碳大部分不以化合(Fe3C)而是呈游离的石墨状态存在,石墨有润滑作用和吸油能力,因而铸铁有良好的减摩性和切削加工性。根据碳在铸铁组织中存在形式不同,可分为以下几类:
    1.白口铸铁(white cast iron)
            简称为白口铁,完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存在,断口呈银白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C,硬度高,脆性大,很难切削加工。很少用来直接制造机器,主要用于炼钢原料或制造可锻铸铁的毛坯。
    2.灰口铸铁(gray cast iron)
           碳主要结晶成游离状态的石墨。其中碳大部分或全部以片状石墨形状存在,断口为暗灰色,常见的铸铁件多数是灰口铸铁。
    3.可锻铸铁(malleable iron)
           由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理而获得,其中碳大部分或全部以团状石墨形式存在,由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和韧性,习惯上称为可锻铸铁,实际上不能锻。
    4.球墨铸铁(nodular cast iron)
           铁水在浇注前经球化处理,其中碳大部分或全部以球状石墨形式存在,机械性能高,生产工艺比可锻铸铁简单,近年来日益得到广泛的应用。
    5.蠕墨铸铁
           碳以蠕虫状石墨形式存在,介于片状和球状石墨之间,是近十几年发展起来的新型铸铁。
    此外,为了满足一些特殊要求,向铸铁中加入一些合金元素,如Cr、Al、B等,可得到耐蚀铸铁、 耐热铸铁及耐磨铸铁等合金铸铁。
            以上种种都是我们为什么选择铸铁材料来用于铸造铸铁闸门的原因。
    二、铸铁闸门材料的石墨化及影响因素
           从以上各种铸铁的组织可见, 铸铁中的碳可能以化合状态(Fe3C)或自由状态(石墨)两种形态存在。铸铁在结晶过程中,碳以石墨形态析出的现象称为石墨化。铸铁中石墨化程度直接决定了铸铁的组织和性能。影响铸铁中石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。
    1.化学成分
    (1)碳和硅
           碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中C、Si越高,石墨化越容易进行,越容易得到灰口组织。但过高,石墨多而粗大,组织中铁素体量增多,珠光体量减少,力学性能降低。因此,为了保证得到一定数量的石墨,避免形成白口铸铁,灰口铸铁中C 一般控制在(2.5~4.0) %,Si控制在(1.0~3.0) %,厚壁件取下限,薄壁件取上限。砂型铸造时,碳硅含量与铸铁组织的关系如图21-2所示。
    (2)硫
           S是强烈阻碍石墨化的元素,S阻碍C原子的扩散,S还能增强Fe、C原子的结合力。强烈的阻碍石墨化,S能使铁水的流动性降低,收缩量增大,使铸铁有较大的热裂倾向,因此铸铁中S 含量越低越好,一般要控制在0.15%以下。
    (3)锰
    Mn本身是阻碍石墨化的元素,但它能与S结合,形成MnS浮集到渣中,从而削弱了S阻碍石墨化作用,Mn一般为(0.5~1.4) %。
    4)磷
    P对石墨化稍起促进作用,改善铸造性能。但P具有冷脆性,是有害元素,要控制使用。
    2.冷却速度
           冷却速度对铸铁石墨化的影响很大。冷却越慢,原子扩散越充分,越有利于石墨化进行。而快冷阻止石墨化越容易得到白口组织。冷却速度的大小主要取决于浇注温度、铸件壁厚和铸型导热能力等多种因素。浇注温度愈高,使得铁水凝固前铸型吸收的热量愈多,铸件冷却就愈慢;各种造型材料的导热性不同,铸件在金属型中的冷却比在砂型中快。同是砂型,湿型的冷却速度大于干型和预热的铸型;铸件壁厚是影响冷却速度的一个重要因素,铸件壁越厚,则冷却速度越小,石墨化就越完全。所以,在实际生产中常常发现同一厚壁处为灰口,而薄壁处出现白口的现象。铸铁的化学成分(C+Si)和冷却速度对组织的影响。 生产中就是利用这一关系,对于不同壁厚的铸件通过调整C和Si 的含量以保证得到所需要的灰口组织。
    三、铸铁闸门材料特性
            灰口铸铁(简称为灰铁)是价格便宜,应用广的一种铸铁,占各种铸铁总含量的80%以上。
    (一)灰口铸铁的成分与组织
           灰口铸铁的化学成分大致为:(2.6~3.6) %C,(1.2~3.0) %Si,(0.4~1.2)%Mn,≤0.15%S,≤0.3%P。灰口铸铁组织特点是石墨呈片状分布在金属的基体组织上。按金属基体组织的不同,灰口铸铁分为三种类型:铁素体灰口铸铁;铁素体-珠光体灰口铸铁;珠光体灰口铸铁。
    1.铁素体灰口铸铁
           它是在铁素体的金属基体上分布着粗大的片状石墨。此铸铁的强度、硬度低,很少用来制造机器零件,但质软,易加工,铸造性能好,可用来制造少数要求不高的铸件或薄件。
    2.铁素体--珠光体灰口铸铁
          它是在珠光体和铁素体组成的金属基体上分布着片状石墨,其石墨片稍粗大,数量也较多,因此,其强度、硬度较差,此种铸造时易控制,切削性能较好,用途广。
    3.珠光体灰口铸铁
          它是在珠光体的基体上分布着细小而均匀的片状石墨。强度、硬度高,主要用于制造重要机件。
    (二)灰口铸铁的性能
    1.机械性能
           灰口铸铁组织是钢的基体上分布有片状石墨,石墨的密度为铸铁的1/3,其体积约占铸铁的(7~10)%,石墨的抗拉强度小于20MPa,塑性近于零,硬度3HBS,石墨的这种特性是改变灰口铸铁机械性能的主要因素。
           由于片状石墨象刀口一样对金属基体的严重割裂作用,减少了基体受力的有效面积,使铸件金属基体的作用不能充分发挥,据统计灰口铸铁金属基体强度的利用率一般不超过(30~50)%,这表现为铸铁抗拉强度比碳钢低得多,σb为(120~250)MPa,塑性、韧性较差,并且几乎没有延伸率(δ≈0),使普通灰口铸铁成为脆性材料, 故常把灰口铸铁看成具有大量微小裂纹或孔洞的碳钢。但石墨对基体的割裂作用和造成的应力集中对压应力的有害影响较小,所以灰口铸铁的抗压强度较高。石墨数量愈多,愈粗大,分布愈不均匀,对基体的割裂就愈严重,其机械性能愈差。由上可知,普通灰铁性能好坏的关键是组织中的石墨,即其性能取决于铸铁的石墨化程度。
    2.工艺性能
           由于铸铁很脆,因此不能进行锻造和冲压,焊接时易于产生裂纹,并出现白口组织,使切削加工增加困难,所以说焊接性能差。
          灰口铸铁接近共晶成分,铸造时流动性好,又由于石墨膨胀可使收缩减小,铸造性能好。由于石墨具有割裂基体连续性的作用,从而使铸件的切削屑易脆断成碎片,具有良好的切削加工性。
    3.减振性
           铸铁中的石墨对振动能起缓冲作用,阻止晶粒间振动能的传递,并将振动能量转变为热能。所以,灰口铸铁具有很好的减振性。并且,粗大片状石墨的减振能力大于球状石墨,因此对于承受振动较大的零件,在强度允许时应先采用具有片状石墨的普通灰口铸。
           综上所述,铸铁闸门材料选择都是因铸铁拥有更适合的特性所决定的。对于铸铁闸门种类选择咱们了解多少呢?
           
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