提高灰铸铁的质量的方法.docx

 一、如何提高灰铸铁的硬度

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
    C               Si           Mn           P           S          Ti  
    3~3.3    1.65~2.05    0.7~1.1    ≤0.12    ≤0.12     ≤0.05

（2）低合金化，加去一两种合金元素，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1500-1530℃，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时HB170-240之间。

二、如何通过铌提高灰铸铁材料的强度

      铌与碳极强的亲和力使其在铸铁及相似的高碳熔池中的回收变得复杂化。在铁合金或熔炼界面快速形成一层铌的碳化物，其溶解情况决定了铌在熔池中的回收率。通过对铌铁溶解过程的研究，进一步确定铌在铸铁中的行为。

      根据制动盘性能以及铸造工艺要求，实验用铌铁纯度为65%的标准铌铁，铌铁的熔点范围为1580～1630℃（固相线和液相线温度），远高于铸铁，略高于铸钢。铌与铁不发生放热反应。因此，铌铁在铁水中不是熔化过程，而是一个以界面扩散为基础的溶解过程。这个溶解过程需要一定时间，根据实验条件，将铌铁块加工为大小为Ф5mm×30mm的圆柱型。实验设备包括10kg中频感应电炉，每次试验熔炼量为7kg，Ф35mm×150mm砂铸型，实验前砂型预热到200℃，铁水过热到1500℃浇注。分析仪器包括4XB金相显微镜、扫描电镜、MCO120-MHV-2000型显微硬度计等。

最后得出结论

      1) 铌铁在铁水中不是熔化过程，而是一个以界面扩散为基础的溶解过程。在扩散前沿上，铌与石墨中的碳相互作用，使得石墨形态变得细小卷曲，在远离扩散方向上，由于铌含量较低，石墨形态受到的影响不大。

      2) 在垂直方向上，由于扩散温度较水平方向上高，其扩散层的宽度也较大，即垂直方向上更有利于铌铁的溶解扩散。

      3) 研究表明，铌对珠光体基体的影响在于使其细化，从而提高了材料的强度。

三、如何提高灰铸铁的切削性能

      一般来说，铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。金属切削性能与结构有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性，而球墨铸铁相当不好。

      加工铸铁时遇到的主要磨损类型为：磨蚀、粘结和扩散磨损。磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上，但这可用提高切削速度和温度来克服。

      在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为：高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关；要求切削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何发展：快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差过大的波纹度等。正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是一般需要努力做到的。

四、如何提高灰铸铁抗拉强度

      对于如何提高灰铸铁强度，国内外灰铸铁研究者进行了大量的研究工作，归纳起来有如下几种途径：

1、优化碳当量（CE）与硅碳比（Si/C）

      由于石墨的强度和硬度极低，相对于铁来说可以视为零，加之片状石墨对基体的严重割裂作用，故灰铸铁中的碳含量越高，一般来说，其强度和硬度越低，即灰铸铁的抗拉强度随着碳当量的提高而降低。

      在高强度灰铸铁的发展历程中，用降低碳当量，提高锰含量，从而提高灰铸铁中珠光体的比例，提高灰铸铁抗拉强度的方法曾经是重要的措施。但是，以降低碳当量来提高灰铸铁抗拉强度的方法也带来了许多不利影响，如铸造工艺性能变差；白口倾向增大，难以加工；应力大，容易产生裂纹；铁液收缩大，易产生缩松，造成渗漏；铸件断面敏感性高，容易产生废品等，因此，未能被广泛应用。

     一般认为，在相同碳当量条件下，Si/C比提高，抗拉强度可提高30~60MPa，这是因为，在相同碳当量的条件下，随着硅碳比的提高，灰铸铁的奥氏体枝晶数量增加。

2、优化锰、硫含量与锰硫比（Mn/S）

   （1）锰对灰铸铁抗拉强度的影响

      锰是扩大奥氏体区的元素，因此，提高铁水中的含锰量可有效地降低奥氏体共析转变温度，有利于形成珠光体和增加奥氏体枝晶的数量，并且奥氏体向珠光体的转变在较低温度下进行，因此，促使珠光体片细化，使珠光体片间距减小。锰是强碳化物形成和稳定碳化物元素，锰置换了Fe3C中的铁，形成（Fe，Mn）3C，构成更强更硬的珠光体，促进珠光体的形成。锰能无限固溶于奥氏体，又可固溶于基体组织，强化基体，提高灰铸铁强度。

    （2）硫对灰铸铁抗拉强度的影响

      硫在灰铸铁中起着双重作用。一般认为硫在孕育铸铁中是强烈稳定渗碳体，阻碍石碳化的元素，但从热力学方面分析，硫能降低碳在铁液中的溶解度，与锰、稀土形成MnS和ReS会成为石墨非自发形核的核心，故又能促进石墨化，所以硫是促使孕育反应进行不可或缺的元素。