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片狀石墨形態的分類、特征、形成條件與其對灰鐵性能影響
發布時間:
2015-11-09 00:00
來源:
熱加工論壇
根據GB/T7216-2009標準,灰鐵中石墨形態分為六類,分別為A、B、C、D、E、F。該標準對其形態做了具體的說明,是各自相互區分的特征:A-片狀石墨呈無方向性均勻分布;B-片狀及細小卷曲的片狀石墨聚集成菊花狀分布;C-初生的粗大直片狀石墨;D-細小卷曲的片狀石墨在枝晶間呈無方向性分布;E-片狀石墨在枝晶二次分枝間呈方向性分布;F-初生的星狀(或蜘蛛狀)石墨。而要生產優質灰鑄鐵件,就應使其基體組織不僅全部為珠光體,珠光體也應細小而均勻;而且石墨為A型,石墨片需均勻分布于金屬基體中;同時盡可能地使組織中的B型石墨和D型石墨減至最少,不應該有C型石墨和E型石墨,也不應該存在F型石墨。為此,必須了解各種石墨形態的形成條件。
那么,上述六種石墨形態在灰鑄鐵件中是如何形成的呢?通過查閱資料并結合工作經驗認為,如果具備了下面描述的條件,那么其形成對應石墨形態的概率就相當地高,具體條件如下。
A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強、冷卻速率較低、在過冷度很小的條件下發生共晶轉變時形成的。它要求原鐵液要有足夠的碳當量、硫含量以及適宜的孕育量,在沒有激冷或者壁厚太小,同時孕育后在盡量短的時間內完成澆注的條件下,鑄件最容易形成A型石墨。此時,如果成品的碳當量與4.26%的比值等于或者近似等于0.9,那么將得到最好的石墨形態。
B型石墨的生核條件比A型石墨差,共晶轉變時的過冷度也比形成A型石墨時大,結晶時先在共晶團中心部位產生過冷石墨(D型),釋放的結晶潛熱使周邊的過冷度降低形成A型石墨,結果出現菊花狀片狀石墨。
C型石墨主要出現于碳當量很高(過共晶成分)、冷卻緩慢的鑄鐵中。過共晶鐵液冷卻時,通過液相線后,在一定的過冷度下析出初生石墨,并在液相中逐漸長大。由于結晶溫度較高,石墨片的長大時間較長,從而形成分枝較少的粗大片狀石墨。溫度降低到共晶溫度時,發生正常的共晶轉變,這時產生的石墨是正常的共晶石墨(也就是A型石墨),最終的結果是在粗大的石墨片之間分布有正常的共晶石墨。因此,C型石墨是由粗大、塊狀石墨和A型石墨構成的。另外,碳當量雖然不是太高,但是澆注溫度高,冷卻速度慢且孕育過量時也會產生這種石墨。
D型石墨是鑄鐵的碳當量較低、冷卻速率較高,在過冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發達的條件下在奧氏體枝晶間形成的,石墨片細小且無方向性。D型石墨常見于碳當量較低的薄壁灰鑄鐵件中,也稱為“過冷石墨”或“枝晶間石墨”。
E型石墨是在碳當量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由于初生奧氏體枝狀晶較多、發生共晶轉變時過冷度不大、石墨核心不太多、共晶團較大,形成的石墨片大于D型石墨。因冷卻比較緩慢,奧氏體枝狀晶發達,發生共晶轉變時液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間,形成的石墨片沿枝狀晶方向生長,具有一定的方向性。出現E型石墨的鑄鐵,如果冷卻速率較高,也會形成D型石墨。
F型石墨實質上也是過共晶石墨,是高碳鐵水,較大過冷條件下形成的。與C型石墨在成分條件上有相近的地方,其特點是在大塊石墨(也叫星形石墨)上分布著許多小的石墨片。大塊石墨可以認為是相當于C型石墨中的初生石墨,而小片狀石墨在其上生長。
這種各異的片狀石墨形態對灰鐵性能有什么樣的影響呢?對于A型石墨,像汽車用缸體缸蓋、剎車轂以及壓縮機等包括國外產品在內的高品質的結構鑄件,都希望其具有多數的中等長度的A型石墨,這個幾乎成了共識。而B型石墨為量不多時,其對鑄鐵的性能影響不大,一般情況下可允許其存在。C型石墨因其自身特點,可使鑄鐵的熱導率提高,改善其抗熱沖擊的能力,但對鑄鐵的力學性能影響較大,一般結構的鑄件都不希望有這種石墨。D型石墨,若基體組織為珠光體,則鑄鐵的耐磨性較好,且機械加工后能得到較細的表面粗糙度,因此在普通耐磨鑄件中是希望得到的。E型石墨的形態過于排列規則,對鑄鐵力學性能的影響較大,所以力求避免其產生。F型星狀石墨對機體的割裂同樣比較明顯,也是不希望的,這種石墨因其形成條件的原因較為少見。
然而上述形式的片狀石墨無一是孤立存在的,往往有兩種或兩種以上的形態交互存在,為獲得滿意的形狀,需要每一位工作者在生產中不斷地摸索與總結。
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