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球墨铸铁件凝固时长原因以及热处理过程的特点

日期：2023-07-12 13:03点击：次
[一]、球墨铸铁件凝固时长原因 球墨铸铁件具有良好的力学性能和较好的铸造性能，在整个铸件生产选材中占有优势地位。虽然球墨铸铁凝固过程中石墨的析出将带来体积膨胀，但由于

 [一]、球墨铸铁件凝固时长原因

球墨铸铁件具有良好的力学性能和较好的铸造性能，在整个铸件生产选材中占有优势地位。虽然球墨铸铁凝固过程中石墨的析出将带来体积膨胀，但由于其糊状凝固方式，及石墨膨胀力导致的铸型型壁变形和位移，所以收缩缺陷、尤其是缩松是球墨铸铁件的缺陷，也是导致铸件报废的主要原因之一。
缩松缺陷分为宏观缩松和微观缩松。宏观缩松是铸件内部成片分散存在的细小孔洞群。肉眼不可见的晶间孔洞称作微观缩松。准确分析球墨铸铁件的缩松形成机理，依此进行工艺改进、铸件质量预测和降低废品率，可以产生明显的经济效益。
目前，关于球墨铸铁缩松形成机理的研究主要集中在球铁的凝固特点、凝固过程和生产工艺三个方面。旨在依此综述球墨铸铁的缩松缺陷形成机理研究的状况。
球墨铸铁呈“糊状”凝固。与灰铸铁相比，共晶凝固时间长，共晶团数多，凝固膨胀压力大。球墨铸铁这些特有的凝固特点是缩松形成的根本原因。球墨铸铁的成分在共晶点附近，凝固断面上液-固两相区宽，当包围石墨的奥氏体临近接触时，尚未凝固的液态金属被分割成一个个不连续的熔池，失去了补缩通道，呈现出糊状状态。糊状凝固是球墨铸铁的固有属性。
球墨铸铁共晶凝固时间长的原因是共晶凝固方式为非共生共长方式。当石墨长大进入共晶阶段后，奥氏体壳已经形成，碳原子由铁液通过固态的奥氏体壳扩散到石墨球上，同时铁原子从石墨-奥氏体界面处扩散出去，这一过程比碳原子在铁液中的扩散速度要慢得多。因此球墨铸铁的共晶凝固时间较长。球墨铸铁的导热系数比灰铸铁小20%~40%，散热慢，所以球墨铸铁的凝固时间要比灰铸铁长。
由于石墨比容大于铁的比容，石墨析出时会引起体积膨胀。石墨球在奥氏体壳包围下生长，奥氏体壳相互接触后，石墨长大引起的体积膨胀受到阻碍，产生膨胀压力。由于铁液的孕育处理，球墨铸铁的共晶团数量约为灰铸铁的100~200倍。所以球墨铸铁的凝固膨胀压力要比灰铸铁大得多。
球墨铸铁共晶结晶时，由于加镁处理的结果，石墨球核心在液相中长到尺寸时，即被奥氏体包围，由于奥氏体外壳阻碍碳原子自熔液向石墨球扩散而使石墨球生长速度减慢，共晶反应除了靠已有共晶团长大完成外，还靠新的晶核析出和长大完成，因而共晶转变在一个较宽的温度范围内进行，导致铸件在很宽断面上固、液两相共存，呈糊状凝固。由于球墨铸铁呈糊状凝固，使得球墨铸铁件在浇注后，外壳长时间内刚度不够，共晶团接触后产生的凝固膨胀力在使奥氏体枝晶间隙增大同时也使不很结实的铸件外壳向外胀大，从而使铸件凝固部分得不到足够液态金属的补缩，形成缩松。
[二]、球墨铸铁热处理过程的特点
球墨铸铁由于具有良好的强韧性，因而作为结构材料已广泛的应用。近十余年来，马氏体基体球墨铸铁、贝氏体基体球墨铸铁及马氏体一贝氏体基体球墨铸铁作为材料也已被广泛应用于磨球、衬板、锤头及过流部件等件。因此，球墨铸铁热处理已成为提高这些件寿命的重要途径。
球墨铸铁件热处理与钢的热处理基本相似，但由于有石墨相的存在，而且其含硅量较高，因此，又有它本身的特点。
(1)球墨铸铁是多元合金，主要是铁一碳一硅当、元素，因此，可以近似用Fe-C-Si三元合金相图来研究其固态相变过程。与钢不同，球墨铸铁共析转变是发生在一个相当宽的温度范围内，拦日之个温度范围内同时存在着铁素体、奥氏体和石墨(或渗碳体)三相的稳定(或介稳定)平衡。在马氏体转变的各个不同温度不铁素体和奥氏体有不同的含碳量，所以，控制不同的加热温度和保温时间，淬火(正火)后可以获得不同比例的铁素体和马氏体(珠光体)，从而可以大幅度调整球墨铸铁的力学性能。需要指出，在这个温度区间加热所的铁素体，其冷却后的形态多为条块状、破碎状和网状，与通常的牛眼状铁素体不同。这种形态的铁素体有利于塑性和韧性的提高。
(2)球墨铸铁化学成分对其临界温度有很大的影响。由于对球墨铸件性能要求不同，其含硅量的变化也较大，而硅对临界温度范围的影响是很大的。一般来讲，含硅量提高1%可提高共析转变的上临界点约40℃，可提高其下临界点约30℃。由此可见：在加热时，硅对上临界点的影响比下临界点的影响为大，同时硅也促使共析转变的临界温度范围变宽。而锰却降低共析转变稳定，锰含量增加100，加热时临界点降低15~18℃，冷却时临界点降低40~50℃。对于普通球墨铸铁与马氏体球墨铸铁，由于锰含量控制较低，故锰对共析转变临界温度的影响可忽略不计。但对以硅、锰为主要合金元素的贝氏体球墨铸铁，锰的影响不可忽略。
(3)在热处理过程中，球状石墨作为球铁中的一个相，也参与相变过程。石墨的存在相当于一个“贮碳库”，在加热时，球状石墨表面的碳会部分溶入奥氏体中，供应其平衡所的碳量，加热温度愈高，球状石墨溶入奥氏体的碳量愈高，故可以通过控制加热温度来控制奥氏体的含碳量。淬火冷却后可以含碳量不同的马氏体。而奥氏体化后的球墨铸铁在共析转变温度以下缓慢冷却时又会析出石墨，或沉积在原有石墨表面上，或形成退火石墨。如冷却速度较快时，其将沿奥氏体晶界析出网状渗碳体。
从上述球墨铸铁热处理相变特点来看，热处理时加热温度的选择是相当重要的。由于球墨铸铁含硅量较高，其共析转变临界温度较高，同时石墨的导热性较差，故石墨向奥氏体中的溶解较渗碳体困难。因此，球墨铸铁热处理时，加热温度较高，保温时间也较长。随着奥氏体化温度的提高，奥氏体含碳量增加，如图3所示。而随着奥氏体化温度奥氏体溶碳量增加，则淬火冷却后残余奥氏体数量也较多。球墨铸铁在不同加热温度下淬火，经过250℃回火后其硬度和冲击韧性，随着奥氏体化温度升高，其硬度趋向提高，冲击韧性趋向降低。不过奥氏体化温度进一步提高，其硬度与冲击韧性降低的趋势则趋向缓和。