第6章 铸铁焊接优质PPT.ppt

第6章 铸铁焊接优质PPT.ppt

《第6章 铸铁焊接优质PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章 铸铁焊接优质PPT.ppt（96页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

由白口铸铁经长时间石墨化退火获得团絮状塑性比灰铸铁高退火处理时间长，成本高，应用受限制,蠕墨铸铁：

石墨呈蠕虫状，头部较圆比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好,在工业中属于初期推广应用阶段,铸铁基体组织：

铁素体F、珠光体P或二者的混合物是在钢的基体上加上石墨石墨强度很低，相当于空洞钢有效承载面积石墨端部尖锐严重应力集中，易断裂铸铁比相同组织钢：

强度低、塑性差,Q235钢：

b=375460MPa，伸长率2126%,灰铸铁：

b=100350MPa，伸长率0.5%,球状铸铁：

铁素体基体：

b=400MPa，伸长率18%,珠光体基体：

b=700MPa，伸长率2%,奥氏体+贝氏体基体：

b=8601035MPa，伸长率710%,1、灰铸铁,特点：

断面呈灰色、石墨呈片状组织：

碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合基体中,石墨：

含量高且呈粗片状抗拉强度低含量低呈细片状抗拉强度高,基体：

纯铁素体抗拉强度和硬度低纯珠光体抗拉强度和硬度均较高,用途：

机床床身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮等受力不大、耐磨、减震零件,表6-1灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途,2、球墨铸铁,液态铸铁浇铸前进行球化处理可以得到我国常用的球化剂：

稀土镁合金细小圆整的石墨球对基体的割裂作用较小，其力学性能是所有铸铁中最高的,经球化剂处理后的铁液结晶：

具有较大的白口倾向还需进行孕育处理（添加孕育剂）促进石墨化过程的进行，避免出现莱氏体组织,通过球化和孕育处理得到球状石墨,2、球墨铸铁,应用：

用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件,具有高强度与高耐磨性的珠光体球墨铸铁，常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大型水压机的工作缸、缸套、活塞等；

具有高韧性和塑性的铁素体球墨铸铁，常用来制造受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。

表6-2球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织,3、可锻铸铁,石墨呈团絮状,由一定成分白口铸铁经长时间石墨化退火获得,与灰铸铁相比：

具有较好强度和塑性耐磨性和减振性优于碳钢,应用：

管类零件和农机具等,4、蠕墨铸铁,石墨呈蠕虫状,生产方式：

与球墨铸铁相似,特点：

具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点；

应用：

制造大功率柴油机气缸盖、电动机外壳等,6.1.2铸铁的凝固特点与石墨化,铸铁的成分、组织及性能特点关键在于碳的存在形式,碳含量超过在铁中溶解度：

铸铁中便有高碳相析出或是渗碳体，或是自由状态的碳-石墨,熔融状态的铁液在冷却过程中（化学成分和冷却条件不同）：

既可从液相中或高温奥氏体中直接析出渗碳体（介稳状态）也可直接析出石墨（稳定状态）同时，渗碳体加热至高温还可以分解出石墨,图6-1铁碳合金双重相图,虚线：

Fe-C稳定系相图实线：

Fe-Fe3C介稳定系相图,wC%=4.26%：

共晶铸铁,共晶反应：

LA+Fe3C或LA+G,共析反应：

AF+Fe3C或AF+G,过共晶：

LFe3C（）或LG（）,石墨化过程：

1）石墨化第一阶段,特点：

由于温度较高，碳原子扩散能力强，石墨化比较容易实现,从过共晶铁液中直接析出的初生（一次）石墨：

共晶转变过程中形成的共晶石墨：

奥氏体冷却析出二次石墨；

一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体高温下分解析出的石墨,LG（）,LA+G,AF+G,Fe3CG+F,2）石墨化第二阶段,专门石墨化退火使珠光体中共析渗碳体分解获得基体完全为铁素体的铸铁,共析转变过程中形成的共析石墨；

共析渗碳体分解析出的石墨,若第二阶段石墨化能充分进行，铸铁基体将完全为铁素体但是由于温度较低，一般难以实现因此铸铁在铸态下多为铁素体+珠光体混合组织,珠光体P的显微组织,AF+G,Fe3C（共析）G+F,影响铸铁石墨化的主要因素：

铸铁的化学成分和结晶及冷却过程中的冷却速度,1）化学成分促进石墨化元素、阻碍石墨化（促进白口化）元素,图6-2合金元素对铸铁石墨化的影响,G,碳化物,2）冷却速度,缓慢冷却有利于石墨化,冷却速度：

与铸模类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等因素有关如，同一铸件，厚壁处为灰铸铁而薄壁处可能出现白口铸铁,图6-3铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅总量）对铸铁组织的影响,6.1.3铸铁焊接方法,焊条电弧焊、气焊、CO2气保电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等,近年来，直接将焊接用于零部件的生产在实际工作中的比例越来越大，主要是将球墨铸铁件之间、球墨铸铁与各种钢件或有色金属件之间，采用细丝CO2焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等方法连接起来,铸铁焊接应用：

铸造缺陷的焊补;

已损坏的铸铁成品件的焊补;

零部件的生产（把铸件与钢件焊接起来作成零部件）,对铸铁焊接的要求：

1）焊后焊接接头是否进行机械加工2）焊缝颜色是否与母材一致3）焊后接头是否承受很大工作应力4）焊缝金属及接头力学性能是否要求与母材一致5）焊接成本,根据被修复件的结构刚度以及对焊补后机械加工要求的不同，采用焊条电弧焊或气焊方法：

热焊：

焊前将被修复铸件整体加热到600700并在此温度下焊接半热焊：

焊前预热到400冷焊：

焊前不预热焊补后缓冷防止焊接裂纹并改善焊补区域的机械加工性能,图6-4铸铁电弧焊的焊缝金属分类,6.2铸铁的焊接性分析_6.2.1焊接接头白口及淬硬组织_1、焊缝区2、半熔化区3、奥氏体区4、部分重结晶区6.2.2焊接裂纹_1、冷裂纹2、热裂纹6.2.3球墨铸铁的焊接性特点_,6.2铸铁的焊接性分析,铸铁化学成分特点：

C、Si含量高，S、P杂质含量高灰铸铁力学性能特点：

强度低，塑性差,铸铁焊接性：

较差表现：

焊接接头容易出现白口及淬硬组织容易产生裂纹原因：

焊接加工具有冷却速度快，焊件受热不均匀造成较大焊接应力等,6.2.1焊接接头白口及淬硬组织,灰铸铁：

wC%=3.0%，wSi%=2.5%焊条电弧焊Fe-C-Si三元合金：

共晶转变和共析转变是在某一温度区间进行的,共晶转变温度区间：

LA+Fe3C（介稳态）或LA+G（稳态）,共析转变温度区间：

AF+Fe3C（介稳态）或AF+G（稳态）,冷却速度快时：

AM,图6-5灰铸铁焊条电弧焊焊接接头各区域组织变化,wSi%=2.5%,半熔合区,焊缝区,热影响区,母材,半熔合区,1、焊缝区,焊缝金属冷却速度铸件在砂型中的冷却速度,焊缝成分为铸铁，即同质焊缝时：

焊缝主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体，即具有莱氏体组织的白口组织,白口组织：

硬而脆，硬度高达500800HB将影响整个焊接接头的机械加工性能，同时促进产生裂纹,不预热条件下，即使增大焊接热输入，仍然不能完全消除白口,同质铸铁焊缝，要求：

选择合适的焊接材料，调整焊缝化学成分、增强焊缝金属的石墨化能力，并配合适当的工艺措施使焊缝金属缓冷，促进碳以石墨形式析出,采用：

热焊或半热焊同质焊条：

碳、硅含量高,防止白口,灰铸铁焊接,异质焊缝：

低碳钢焊条焊接灰铸铁，尽量采用小电流，减少母材熔化量，并配合预热等措施减缓冷却速度，防止马氏体相变，以获得珠光体类型组织为主的钢焊缝或采用镍基奥氏体焊条,灰铸铁焊接,2、半熔化区,高温下：

L+高碳冷却时：

共晶温度区间LA+共晶Fe3C继续冷却：

A析出Fe3C（）共析温度区间：

AF+Fe3C（AP）,最终得到：

共晶Fe3C+Fe3C（）+P的白口铸铁快冷：

出现AM（固态相变）,温度范围：

11501250，固相线和液相线之间焊接时处于半熔化状态,3、奥氏体区,温度范围：

8201150固相线与共析温度上限之间只有固态相变,距离熔合线远近不同，即热循环最高温度不同，奥氏体化的温度不同，使得碳在奥氏体中的含量产生差别,奥氏体区温度较高地方：

碳较多地向周围奥氏体扩散使含碳量增高，同时奥氏体晶粒长大奥氏体区温度较低地方：

碳向周围奥氏体扩散数量较少使含碳量较低，且奥氏体晶粒较小,随后冷却过程中：

首先A析出Fe3C（）而后共析转变：

AF+Fe3C,冷却速度较慢：

AP冷却速度较快：

AM使焊接接头加工性变差,4、部分重结晶区,温度范围：

780820奥氏体与铁素体双相区,加热时：

母材中PA铁素体晶粒长大冷却过程：

再次发生固态相变，AP快冷：

出现M,最终得到：

马氏体铁素体混合组织,铸铁焊接特点：

焊缝金属的多样化而与母材成分有较大差异,“熔合区”白口：

未完全混合区白口（石墨化元素较焊缝少，冷却时易生成白口）和半熔化区连在一起形成较宽的白口带,异质焊缝的熔合区物理化学反应更为复杂,6.2.2焊接裂纹,1、冷裂纹（热应力裂纹）,铸铁焊接的常见缺陷,铸铁焊接接头出现裂纹：

承载能力大大下降整体结构也不能满足致密性要求导致焊接失败,温度：

500以下出现位置：

焊缝及热影响区均有较大冷裂纹敏感性不焊接仅局部加热至高温，冷却后就可能产生裂纹,1）冷裂纹产生的原因,铸铁型同质焊缝：

出现：

焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现即使焊缝没有白口或马氏体组织也可能产生温度：

500以下伴随：

脆性断裂的声音,冷裂纹很少在500以上产生的原因：

一方面是由于铸铁在较高温度下有一定塑性另一方面是此时焊缝承受的焊接应力也较小,式中：

0平均拉伸应力；

t裂纹尖端的曲率半径；

a代表内部裂纹长度的一半；

m裂纹尖端处的最大应力,1）冷裂纹产生的原因,铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源：

片状石墨的尖端位置原因：

片状石墨减小了焊缝金属的有效承载面积且尖端会造成严重的应力集中,灰铸铁500以下：

强度低、塑性差焊接应力作用下片状石墨尖端裂纹源将穿过F与P的基体窄桥向前扩展焊缝止裂能力差形成尺寸较大贯穿焊缝金属脆性宏观裂纹,1）冷裂纹产生的原因,不同石墨形态铸铁，裂纹敏感性不同：

原因：

石墨边缘形状不同应力集中程度不同，对基体组织割裂程度不同造成力学性能的差异止裂能力也有较大差别,灰铸铁：

片状石墨边缘非常尖锐，应力集中系数大，抗拉强度低，塑性差，止裂能力也差冷裂纹倾向大球墨铸铁：

冷裂倾向比相同组织的灰铸铁低蠕墨铸铁：

冷裂倾向处于灰铸铁和球墨铸铁之间,焊缝冷裂纹倾向,低碳钢焊条焊接灰铸铁：

得到钢焊缝，容易出现马氏体或二次渗碳体，焊缝仍具有较大冷裂纹倾向,异质焊条焊接灰铸铁：

连续长焊缝产生横向裂纹并发出金属断裂声其中：

Ni-Cu焊缝：

收缩率高、热应力大、裂纹倾向较大高钒钢焊缝：

横向冷裂纹铜钢焊缝：

抗冷裂纹能力最强实质：

热应力超过其塑性变形能力时发生突然断裂行为,焊缝冷裂纹倾向,异质焊缝的剥离性裂纹：

钢焊缝、镍基焊