提高灰铸铁硬度和强度的有效措施.docx

提高灰铸铁硬度和强度的有效措施LL一、如何掌握砂型铸造灰铁的硬度 砂型铸造灰铸铁的硬度主要是由化学成分、冷却速度和孕育处理决定的 同样的成分冷却的快，硬度就高，冷却的慢，硬度就低如果为了提高硬度， 用风冷或者水冷的方法往往容易裂纹，所以要谨慎使用快冷的方法用化学成分调整硬度是最常用的方法通常主要是通过调整 C 的含量调整 硬度，调整范围通常是2.9—3.5%其次是Si,通常的范围是1.5 2.4%这两种元素含量越高，硬度越低，含量越低，硬度越高第三是Mn，通常范围是0.6- --1.3% 含量越高，硬度越高，含量越低，硬度越低硫和磷是有害元素，一般不 用来调整硬度这是灰铸铁的五大元素之外的，还有Cr、Mo，作用和Mn相 似Cu对硬度影响比较小，主要是促进石墨化，稳定珠光体，增加灰铸铁的强 度和韧性，还有很多的元素，不过常用的成分就是这些了第三种调整硬度的方法就是灰铸铁的孕育处理了，这是最常用的方法，通常 在出炉后的铁水中缓缓加入孕育剂（最常用的75Si-Fe）,孕育处理之后的灰铸铁, 硬度会趋于均匀，改善了机械加工的性能，也增加了灰铸铁的强度提高灰铸铁 250 硬度的几种方法如下：1、 炉料配比炉料配比用生铁+废钢+回炉料+增碳剂的方法，利用增碳剂里的氮改变石墨的形态和 长度来提高灰铁铸件的硬度。

2、 控制化学成分(1) 许多熔炼公司认为硫元素有害，硫在铁液中的含量越低越好，其实也不是这样，在灰铁铸件中应考虑“硅碳化”和“锰硫比”即 Mn=1.71S+(0.2~0.5)HT250 化学成分表：碳磷硅锰钛硫3~3.3%W0.121.65〜2.050.7~1.1W0.05W0.12(2) 低合金化，加一两种合金元素，加入时，应考虑碳元素的含量,不要盲目 追求硬度3、铁液过热对于灰铁铸件，在一定范围内提高铁液温度能使石墨细化，基体组织致密，铸铁的抗拉强度和布氏硬度有所提高铁液过热温度控制在1500-1530C过热时间控制在 10min 之内为好4、孕育剂和孕育方式灰铸铁的孕育处理是通常在出炉后的铁水中缓缓加入孕育剂(最常用的75Si-Fe),孕育处理之后的灰铸铁，硬度会趋于均匀，改善了机械加工的性能， 也增加了灰铸铁的强度灰铁铸件的硬度的标准HB170-240之间二、加入锡以提高灰铸铁的硬度锡可以提高灰铸铁的硬度，含量不要超过 0.1%，我厂机床件含量为 0.08%锡易于聚集在石墨-奥氏体界面上，阻止碳向石墨扩散，使碳固溶于奥氏体， 从而促进形成珠光体铸铁中加入锡元素，有促成珠光体的作用，而在细化珠光 体方面实际上没有作用。

铬、铜和镍的作用不强，需加入较大的量才能明显地细 化珠光体锰促成珠光体的作用中等，但其用量往往因为要保持合适的Mn/S比 而受到制约钒和钼的促硬能力最强，加入较小的量就有可观的增强作用三、用热处理方式灰铸铁250 提高硬度为了提高灰口铸铁的表面硬度和耐磨性，可对其进行表面处理，即火焰表面 淬火，高、中频表面淬火其加热温度在850~950C考虑到其导热性差，因 此加热速度不宜太快，否则会产生熔化和淬火裂纹缺陷，高频淬火要求铸铁正火 后基体组织主要为珠光体，冷却采用喷水或喷聚乙烯醇水溶液，回火温度在 200~400C范围内，硬度在40~50HRC,可确保表面的硬度和耐磨性热处理操作要点如下：灰口铸铁的淬火与回火，其组织的变化与钢基本上相同，但因铸件的原始组 织和铸件中的石墨分布状况和粗细的不同，这些因素对热处理有明显的影响，故 它的加热、保温与冷却不同于钢的热处理1) 加热铸铁的淬火加热温度应在830〜900C当其基体组织为铁素体时， 应取上限，而基体组织为珠光体时，应取下限2) 保温保温时间亦应根据基体组织而定，当原始组织为珠光体时，其保 温时间需要充分保证工件各部分加热到指定温度即可如果原始组织是珠光体+ 铁素体或为铁素体时，保温时间就必须保证石墨溶解到奥氏体中去，使其达到饱 和程度。

故应根据基体的不同，其保温时间应为0.5~3ho但保温时间再长不会增 加奥氏体中的溶碳量，也不能改善淬火的效果，故没有必要再延长保温时间3) 冷却为了使铸件在淬火时能够获得马氏体组织，而又保证工件不至淬 裂或产生过大的变形，应该选择适合的淬火介质由于铸铁中的石墨存在(特别 是粗片状石墨)，容易造成应力集中而造成淬火裂纹，故铸铁一般都采用油作淬 火介质，这里应当说明的是：铸件淬火后的绝对硬度值一般不超过HB500,只有 在极少数的情况下，即在良好的原始组织与含有适当的合金元素时才可能达到HB600淬火件的回火应在淬火后立即进行，而回火温度应根据工件的具体要求 而定一般的低温（250C以下）回火，其主要目的是消除淬火应力，减低脆性； 高温回火（500〜600C是为了得到以索氏体为基体的组织大约从200C开始， 提高回火温度，会逐渐降低硬度、强度，而提高塑性灰口铸铁的等温淬火，现 在也获得了广泛应用，其操作方法与钢的等温淬火相似•四、稳定灰铸铁的硬度（HT250）的措施1、 灰铸铁硬度随着日常生产，上下偏差肯定有的，有时可能偏差是两位数，这 根生铁和回炉料的遗传性有关，一般偏差出现在换一批生铁后或者长时间做同一 型号铸件后换做其他型号时，这就需要经验积累，在下一次换生铁或不同型号铸 件时对碳当量进行调整，以防止硬度有明显偏差2、 日常保持硬度稳定主要控制好炉前成分、孕育剂的加入量、浇注温度主要影响抗拉强度的是组成组织，珠光体含量越多，抗拉强度越高，硬度随 着珠光体、碳化物、磷共晶、马氏体、贝氏体的数量增加而增加。

正常铸件可以 通过提高珠光体数量和珠光体片层厚度来提高强度和硬度，如果允许也可采用热 处理 的方法• 五、提高灰铁铸件抗拉强度的措施 为了提高灰铸铁的抗拉强度,应采用较低的碳当量,灰铸铁中的碳含量大多为2.6% - 3.6%，硅的含量为1.2% - 33.0%,根据铸件壁厚情况尽量取下限，适当的提高 锰的含量,一般灰铸铁锰含量为0.4% - 1.2%,在铸件不出现白口的情况下尽量取上 限. 另外还可以采取合金化办法提高铸件的抗拉强度,适当的加入微量合金如：铬 钼、锡等元素也可明显的提高灰铸铁的抗拉强度, 同时要配合做好铁水的孕育处 理.为了提高灰铸铁的抗拉强度,应采用较低的碳当量,灰铸铁中的碳含量大多为 2.6% ~ 3.6%,硅的含量为1.2% ~ 33.0%，根据铸件壁厚情况尽量取下限,适当的提高锰 的含量,一般灰铸铁锰含量为0.4% - 1.2%,在铸件不出现白口的情况下尽量取上限. 另外还可以采取合金化办法提高铸件的抗拉强度,适当的加入微量合金如：铬、 钼、锡等元素也可明显的提高灰铸铁的抗拉强度,同时要配合做好铁水的孕育处 理六、稳定灰铸铁中的珠光体组织的措施在铸件生产中 ,加入到灰铸铁中的合金元素根据其功能可分为四大类 :石墨 化元素、碳化物形成元素、稳定珠光体元素及细化珠光体元素。

元素碳（C）、硅 （Si）、铝（AI）、钛（Ti）、铜（Cu）、和镍（Ni）在铸铁凝固时能促使石墨的形成 被认 为是石墨化元素但这些元素的作用大小并不相同,Cu的石墨化能力只有Si的 0 .0 5 % ,Ni和Cu具有石墨化及细化珠光体的双重功能，而细化珠光体的功能是 主要的 因此被认为是稳定珠光体的兀素由于锡（Sn）、锑（Sb）、锰（Mn）、钼（Mo）、 铬（Cr）、钒（V）、和铌（Nb）能延缓石墨的析出和增加形成渗碳体倾向，而被划分 为碳化物形成元素其中一些元素如钼 （Mo） ,也具有双重作用 ,因为它还能细化 珠光体 :当钼含量 <0 .8%时 ,是细化珠光体元素 ;当其含量 >0 .8%时 ,是碳化物 形成元素人们在熔融灰铸铁中 ,有意识地加入一些合金元素 ,来促进珠光体的 形成、细化珠光体组织和提高它的稳定性由铁素体和碳化物薄片交替排列的细 珠光体层状组织能增加铸铁的硬度和强度•七、控制灰铸铁渗碳体的措施渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物它的 含碳量为6.69% ；熔点为1227C左右；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它 在230C以下具有弱铁磁性，而在230C。

以上则失去铁磁性；其硬度很高（相当 于HB800）,而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大渗碳体不易受硝酸酒精 溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑 色渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、 网状或板状渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大 的影响同时 Fe3C 又是一种介（亚）稳定相，在一定条件下会发生分解： Fe3C—3Fe+C,所分解出的单质碳为石墨• 八、灰铸铁铺石墨冷铁加工面出现气泡防治措施 在使用石墨冷铁前，对石墨冷铁进行保温处理可防止气孔 石墨冷铁块，其主要使用原理为石墨冷铁材料具有比重轻，耐火度高，导热 系数大等优点因此用石墨冷铁作激冷剂代替金属材料冷铁，能较好地解决铸钢、 铸铜、铸铝等铸件的疏松、缩孔问题并能有效地解决铸件因使用金属冷铁产生 的白口、气孔等铸造缺陷 在铸件需要激冷的热节部位安放成型的石墨冷铁， 能使铸件金相组织为细片状珠光体达95%以上，共晶团数可达450—550cm，铸 件硬度可提高20—50HB,可提高铸件表面的光洁度和耐磨性使用石墨冷铁时 可以在冷铁上涂刷石墨涂料或滑石粉涂料，使用次数比金属冷铁长5——10倍。

• 九、硼合金铸铁的优缺点硼铸铁一般是指往灰铸铁中加入 0.03-0.08%的硼,可在金相组织中得到不同数量的含硼渗碳体或莱氏体组织的铸铁含硼渗碳体显微硬度在 HV960-1280 之 间，随硼含量的增加，显微硬度增加用硼铸铁制成的气缸套比高磷铸铁的使用 寿命提高 50-70%近年来，已扩大应用到机床床身等耐磨零件上硼铸铁所以有较好的耐磨性,就是因为它有着和普通铸铁不同的特殊的金相 组织.特别是硼的加入,在组织中出现了新的硬质相 --含硼碳化物.这种含硼碳化 物的结构如何一般认为是Fe23(CB)6,Fe3(CB)也有人认为是Fe-Fe2B-Fe3(CB)的 三元共晶组织 ,还有的人认为当含有一定量的钒、钨、钼等元素时，还有形成 (FeX)3(CB)6 和(FeX)23(CB)6 等结构硼铸铁在全相组织上的明显特点是在珠光体基体上分布着断续网状的含硼 碳化物和磷共晶的复合组织•其量约6-12%•基体是细片状珠光体，石墨呈A型均 匀分布含硼碳化物的显微硬度(HV1000以上)比磷共晶的(HV700-800)更高•这种含 硼碳化物在铸铁中常以小块状或条状均匀分布于基体上 ,而基体是硬度比它低得 很多的珠光体.经过初步磨损后,硬度较低的珠光体基体由于磨损而略微凹陷 ,而 成为第二摩擦面.硬度很高的硼碳化物硬质相就突出在基体上形成第一摩擦面.基 体上凹陷的部分储满着润滑油,再加上石墨的自润和储油作用,就形成了硼铸铁所 特有的耐磨结构,极大地提高了它的耐磨性.硼铸铁的耐磨性是随着含硼碳化物的 增加而提高,而含硼碳化物又随含硼量的增多而增加.十、灰铸铁件冷裂现象的原因及预防措施它的原因薄壳零件落砂时被震裂，并违反操作规程； 采用水爆清砂时，热应力较大，当应力超过铸铁件某部分的抗拉强度时，应生冷裂。

防止方法：对易 裂的薄壳零件，清理时应挑出，另行清理，并认真执行合理的操作规程； 根据 沧州同和（灰口）铸铁件结构和性能特点，选用合理的清理方式和清理工具； 严 格执行水爆工艺； 在运输和清理过程中，尽量减轻碰撞•十一、影响灰铸铁流动性的元素合金的流动性 ：是指熔融金属的流动能力。