铸铁的分类和发展新方向

《铸造合金及其熔炼》课后论文铸铁的分类和主要铸铁的最新发展方向李凌锋材料物理081080207022铸铁的分类和主要铸铁的发展新方向1，铸铁的分类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（castiron）。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（whitecastiron）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（graycastiron）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(malleableiron)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(nodularcastiron)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、Cu、Al、B等，可得到耐蚀铸铁、耐热铸铁及耐磨铸铁等合金铸铁。2，主要铸铁的最新发展方向1）高强化、薄壁化是我国灰铸铁的发展方向铸铁薄壁化、轻量化、强韧化是为了满足工程界对工程材料节能性、回用性两方面的要求，适应“人类可持续发展战略”的需要。铸件的“薄壁高强化”正在工程界成为一种趋势，其技术应用也将日益成熟并迅速拓展，在可以预见的将来，3～5mm的高强度薄壁球墨铸铁件将会大量出现在一般机电产品中。与铝合金铸件相比，低成本和良好的铸造性能是灰铸铁件的一个主要优势。目前，制约灰铸铁件增长和发展的主要因素之一是轻量化，铸铁轻量化必将为铸铁工业注入新的活力。因此，高强度薄壁灰铸铁件的生产技术开发成为问题的关键。薄壁铸件生产技术涉及铸铁性能、充型过程。精密造型、机加工、模样、工艺设计和市场等方面。许多研究和实践表明，开发薄壁铸铁件的首要任务是开发高碳当量。高强度灰铸铁及其强化工艺。铸造出高强度、薄壁及复杂内腔铸件，必须从材质、工艺和装备等整体上采取综合措施加以解决。国外在柴油机、发动机缸体缸盖的铸造和薄壁高强度灰铸铁的孕育处理方面达到较高水平。我国高强度灰铸铁研究的重点是：①提高铁液温度，改善铸铁冶金质量，采用合成铸铁熔炼工艺。②加强孕育处理技术。尤其是强化孕育铸件的研究和推广。③研究和推广低合金化孕育铸铁。④调整化学成分、控制铸铁的Si/C比，以获得高强度低应力铸铁。实践证明，合使St/C比值在0.5～0.9，再加以适当的孕育和合金化，可获得综合力学性能良好的高强度灰铸铁。另外，调整Mn、Si含量，使锰含量比硅含量高0.2%～1.3%，可以得到高强度低应力铸铁。目前，我国的工厂大多无炉前快速测定C、Si含量的仪器，因而不能及时掌握碳、硅的波动及变化情况，致使铸件质量难以稳定，这是今后应急需解决的一个问题。（2）发展球墨铸铁新品种，采用新工艺①加强薄壁大断面铸态球墨铸铁技术的开发和应用。要保证铸件的强度和切削加工等性能不致因壁厚减小而降低，其基本途径就是使球墨铸铁的力学性能得到改良。最重要的有两个方面：一是白口化倾向的减低和抑制，二是石墨组织的改善。球化剂的合理选用和稀土（RE）元素的加入是实现高强度薄壁球墨铸铁铸造的关键。该技术的核心是在铸造（熔炼）工艺中要保证RE/Sk=2～2.5。球化剂要选用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料，其中稀土元素（Ce、La、Pr）的加入并使之与硫保持一定比例是球化技术的关键。试验证实，当RE/S＜2时，出现球化不良；RE/S＞2.5、Mg/S＞5时，易出现白口，同时严格控wp＜0.04%、wBi=0.003%～0.007%。②继续开发和应用奥-贝球墨铸铁，奥-贝球墨铸铁是近几十年来铸铁冶金研究的重大成就之一，它是迄今为止具有最好综合性能的一种球墨铸铁，尤其是高的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，因而获得广泛的注目和开发应用。③发展奥氏体球墨铸铁。这种球墨铸铁在石油、化工、海洋与船舶、仪器仪表以及核工程等许多领域都具有广阔的应用前景，因而成为近年来球墨铸铁领域中一个新的研究重点。④采用新的球墨铸铁生产工艺。在熔炼方面，最好采用感应电炉或冲天炉－－电炉双联熔炼，特别是冲天炉－－炉外脱硫－－电炉保温的工艺流程能提供优质的高温低硫原铁液。在球化处理方面，现在国内外已有的方法达8种以上，国外广泛采用GF转包法和包盖法，我国也正在推广使用。此外，近年来发展的铁液过滤净化技术也已得到广泛应用，成为提高球墨铸铁质量的一种很好的措施。（3）发展孕育技术孕育技术推动了高强度灰铸铁的发展，并使球墨铸铁、蠕墨铸铁的生产更趋完美。凡是经过孕育处理的铸铁，都具有石墨细化、组织均匀和壁厚敏感性小的特点。过去；对孕育技术的发展往往寄希望于开发新的孕育剂，这无疑是必要的。但近年来，孕育方法的改进，特别是迟后孕育，受到了人们的重视。因此，今后在发展孕育剂的同时，可能对孕育技术的研究将转向发展新的孕育方法。（4）发展合金铸铁合金化是提高铸铁性能的重要手段之一，随着技术的日益发展，铸铁合金或微合金化必将发挥重要的作用。必须结合当地资源不断开拓合金铸铁新品种，利用先进手段不断加深对现用合金铸铁的认识。（5）发展铸铁件表面强化技术对于特殊应用场合，对于希望铸件表层具有特殊的性能。铸铁件表面层激光强化处理和铸件表面合金化技术可以在普通铸件表面形成冶金结合的合金层，使铸件具有复合性能。上述技术已经逐步应用于耐磨零件的生产，并取得了明显的成效。