整理FC和FCD组织及性能特点.docx

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整理FC和FCD组织及性能特点

灰铁和球铁的相关知识

灰铸的组织及性能特点

铸铁中的碳经渗碳体或自由状态的石墨两种形态存在。

铸铁析出碳原子形成石墨的过程称为石墨化，石墨可以从液体中析出,也可以从奥氏体中析出。

在一定条件下还可以从渗碳体分解得到（热处理温度到900度左右），依据石墨化程度不同,可以获得不同的铸铁组织。

灰铁的组织是由片状石墨和金属基体（铁素体.珠光体和白口）

国内叫铁素体~~~~台湾叫肥粒铁~~~~F

国内叫珠光体~~~~台湾叫波来铁~~~~P

白口也叫雪明碳体~~~~C

灰铁的抗拉强度为100-350MPa，塑性和韧性都比较低，延伸率和冲击韧性几乎为零，属于脆性材料。

灰铁的机械性能取决于金属材料基体和石墨的数量，大小，形状和分布。

灰铁的强度和塑性主要取决于石墨，而金属基体的影响较小。

灰铁的机械性能实际上是被石墨削弱了金属基体的性能。

灰铁的硬度主工取决于金属的基体。

石墨的密度为铸铁的1/3，石墨的抗拉强度小，塑性和硬度几乎为零。

石墨的这些特性，是影响灰铁性能的主要因素。

由于石墨强度很低，所以基体中的石墨像切口一样，将基体割裂，大大的削弱了铸铁的强度，这就是灰铁抗拉强度较低，塑性较差的内在原因。

一般是石墨数量愈多，石墨片愈粗大，分布愈不均匀，对金属基体割裂的作用就愈严重，其强度和塑性也就愈低。

石墨对铸铁有较小的收缩性和良好的切削加工性。

影响灰铁的组织的因素

影响灰铁组织的主工因素是化学成份和冷却速度。

化学成份对灰铁的组织的影响

灰铁是一种复杂的多元铁碳合金。

除主要含碳，硅，锰，磷，硫五大元素外，还有其他微量元素。

化学成份对铸铁组织的影响，其实就是研究化学元素对石墨化的影响。

按其对石墨化影响的不同，可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。

促进石墨化元素：

Al铝>Si硅>Ti钛>C碳>Cu铜>Ni镍>Co钴>P磷

阻碍石墨化元素：

S硫>V钒>Sn锡>Cr铬>Mo钼>Mn锰>W钨

1．碳和硅的影响：

碳和硅是普通灰铁中主要的化学成分，它们都是强烈促进石墨化的元素，对铸铁组织和性能起着决定性的影响，在熔炼中通过调整碳和硅的含量来控制灰铁的组织和性能。

碳之所以促进石墨化，是因为碳本身是构成石墨的元素，含碳量增加，铁水中碳的浓度提高。

硅促进石墨化主要表现在含硅量提高时,当硅的含理很低时,即便是碳量很高,铸铁往往是白口组织.当硅的含量在1.0%-2.0%范围内增加时,硅促进石墨化的作用特别强烈.当硅的含量超过3.0%-3.5%时,由于产生石墨漂浮,铸铁中的总碳量下降,石墨数量随之减少.

缩合考虑碳和硅的影响,一般将硅量折合成相当的碳量,它与实际硅量之和称为碳当量.共晶成份附近,硅促进石墨化的能力与碳比较为硅含量的三分之一.

CE=C+1/3Si碳当量（%）

CE＜4.26%亚共晶铸铁

CE＝4.26%共晶铸铁

CE＞4.26%过共晶铸铁

共晶度：

灰铸铁的含碳量与共晶点实际碳量的比值称为共晶度，

用Sc表示。

Sc＝C/（4.3－1/3（Si＋  P））

Sc＜1为亚共晶铸铁        增加C；Si可提高流动性

Sc＝1为共晶铸铁          流动性最好

Sc＞1为过共晶铸铁        降低C；Si可提高流动性

高碳和高硅的铸铁,石墨数量相对多一些,石墨片粗大,,基体中铁素体相对多,机械性能下降.相对说随着碳硅含量的降低,石墨变的细小,基体主要为珠光体.当碳和硅的含量过低时,铸铁易出现麻口或白口组织,铸造性能均差,

一般碳含量为3.0-3.6%.（FLM）FC150为3.5-3.8%，FC200为3.4-3.7%;FC250为3.25-3.6%.硅含量为1.8-2.4%.（FLM）为2.1%左右

碳当量与灰铁抗拉强度的关系:

碳当量越高,抗拉强度越低.反之,越高。

强度越低。

碳和硅每加一格（0.1）,抗拉强度降低5-7Mpa左右.硬度降低5-7度左右。

3．锰的影响：

锰可以抑制铁素体析出，促进珠光体生产。

锰是阻碍石墨化的元素，但它能与硫结合生成硫化锰（MnS）,并上浮聚集到渣中除掉，从而削弱硫的有害作用。

锰也是调整控制铸铁组织及性能的重要元素之一。

灰铁中锰量为1.2%以下，FLM控制在0.5/0.9.

锰与灰铁抗拉强度的关系:

锰越高,抗增强度越高.反之,越低.强度越低.

锰每加一格（0.1）,抗拉强度提高7Mpa左右;硬度提高7度左右

4、磷的影响:

磷能溶于铁水中,当磷含量大于0.3%时,则生成磷共晶.磷共晶硬而脆，且熔点低，一般以网状分布在晶界上，使铸铁脆性增加，磷共晶还能提高铸件的耐磨性，而且还会影响加工性。

灰铁中磷的含量主要来自生铁和废钢.FLM控制在0.05以下.

5、硫（S）对灰铁石墨成核非常重要.FLM控制在0.04-0.1%（目标为0.06-0.09%）

6、铬（Cr）为波来铁形成元素.可增加强度和硬度,但也是为碳化物形成元素.对薄铸件或加的过量会有白口产生.FLMFC150;FC200;FC250控制在0.15%↓;有的控制在0.15-0.25%，铬每加一格（0.1）,抗拉强度提高10Mpa左右;硬度提高10度左右.

7、锡（Sn）为强的波来铁稳定元素.可提高强度.锡每加一格（0.01）,抗拉强度提高6-7Mpa左右;硬度提高6-7度左右.

8、铜（Cu）为波来铁促进元素.可增加强度和硬度.对薄铸件不会有促使碳化物形成（白口），铜每加一格（0.1）,抗拉强度提高6-7Mpa左右;硬度提高6-7度左右.

影响球铁的组织的因素

影响球铁组织的主工因素是化学成份和冷却速度。

化学成份对铸铁组织的影响，

1．碳和硅的影响：

碳和硅是普通球铁中主要的化学成分，它们都是强烈促进石墨化的元素，对铸铁组织和性能起着决定性的影响。

碳之所以促进石墨化，是因为碳本身是构成石墨的元素，含碳量增加，铁水中碳的浓度提高。

硅促进石墨化主要表现在含硅量提高时,当硅的含理很低时,即便是碳量很高,铸铁往往是白口组织.当硅的含量在1.0%-2.0%范围内增加时,硅促进石墨化的作用特别强烈.当硅的含量超过3.0%-3.5%时,由于产生石墨漂浮,铸铁中的总碳量下降,石墨数量随之减少.

高碳和高硅的铸铁,石墨数量相对多一些,石墨粗大,,基体中铁素体相对多,机械性能下降.相对说随着碳硅含量的降低,石墨变的细小,基体主要为珠光体.当碳和硅的含量过低时,铸铁易出现麻口或白口组织,铸造性能均差,

一般碳含量为3.0-4.0%，目标：

3.7/3.85%

.硅含量为2.0-3.0%.目标:

2.4—2.9%

碳当量与球铁抗拉强度的关系:

碳当量越高,抗拉强度越低.反之,越高。

强度越低。

碳和硅每加一格（0.1）,抗拉强度降低5-7Mpa左右.硬度降低5-7度左右。

3．锰的影响：

锰可以抑制铁素体析出，促进珠光体生产。

锰是阻碍石墨化的元素，但它能与硫结合生成硫化锰（MnS）,并上浮聚集到渣中除掉，从而削弱硫的有害作用。

锰也是调整控制铸铁组织及性能的重要元素之一。

球铁中锰量为1.0%以下，FLM控制在FCD400:

0.3%以下，FCD450:

0.35%以下，

FCD500:

0.3%-0.5%FCD550-FCD700:

0.5%-1.0%之间

锰与灰铁抗拉强度的关系:

锰越高,抗增强度越高.反之,越低.强度越低.

锰每加一格（0.1）,抗拉强度提高7Mpa左右;硬度提高7度左右

4、磷的影响:

磷能溶于铁水中,当磷含量大于0.3%时,则生成磷共晶.磷共晶硬而脆，且熔点低，一般以网状分布在晶界上，使铸铁脆性增加，磷共晶还能提高铸件的耐磨性，而且还会影响加工性。

球铁中磷的含量主要来自生铁和废钢.FLM控制在0.05以下.

5、硫（S）S+Mg＝MgS,.FLM控制在0.02%以下

6、铬（Cr）为波来铁形成元素.也是为碳化物形成元素.会有白口产生.

FLM控制在0.1%↓.

7、锡（Sn）为强的波来铁稳定元素.可提高强度.锡每加一格（0.01）,抗拉强度提高6-7Mpa左右;硬度提高6-7度左右.FCD400-450:

0.01%↓

FCD500-700:

0.02-0.08

8、铜（Cu）为波来铁促进元素.可增加强度和硬度.铜每加一格（0.1）,抗拉强度提高6-7Mpa左右;硬度提高6-7度左右.FCD400-450:

0.15%↓

FCD500-700:

0.2-0.8

9、镁（Mg）是可以用来判定球化不良，控制在0.025%以上。

球铁球化相关知识

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。

一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用球墨铸铁与灰口铸铁相比，C、Si含量较高，而Mn较低，对S、P的限制较严。

其化学成分一般为：

（3.5～3.8）%C，（2.0～3.0）%Si，

（0.1～0.7）%Mn，<0.05%P，<0.02%S，（0.025～0.07）%Mg（此为无稀土元素时），当有稀土元素存在时，则Mg可低些。

（1）报送审批综合性规划草案和专项规划中的指导性规划草案时，将环境影响篇章或者说明一并报送。

球铁原铁液应高碳、低硅、低硫、低磷。

控制好硫的含量，是生产球铁的一个重要条件。

球化剂加入量应根据铁液成分、铸件壁厚、球化剂成分和球化处理过程的吸收率等因素分析比较确定。

一般为1.6％～2.0％，若球化剂放置时间较长，则应适量多加。

球化反应控制的关键是镁的吸收率，温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差；温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率高，球化效果好。

因此，一般在保证足够浇注温度的前提下，宜尽可能降低球化处理温度，控制在1420～1450℃。

球化剂要砸成小块，粒度一般在5～25mm，加在包底，再在上面加硅铁和铁屑。

一、环境影响评价的基础孕育处理是球墨铸铁生产过程中的一个重要环节，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，并使石墨变得更细小，更圆整，分布均匀，从而提高球墨铸铁的力学性能。

孕育剂一般多采用FeSi75，其加入量根据对铸件的力学性能要求，一般为0.8％～1.0％。

孕育剂的粒度根据铁液量多少，一般砸成5～25mm的小块。

孕育剂应保持干净、干燥。

1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定球化剂和孕育剂要在出铁前加入包中，在连续生产时，刚出完前一炉铁后，包很热，过早加入会使其粘结在包底而削弱球化和孕育效果。

为了延迟球化反应时间，

增强球化和孕育效果，要在球化剂和孕育剂的上面覆盖一层铁屑。

球化处理的方法较多，一般多采用操作简便的冲入法处理球铁（三明治球化方式）。

由于球铁液容易出现球化衰退，因此，铁液球化处理后要尽快浇注，一般在处理后12min内浇注完毕，不会有球化衰退问题。

规划环境影响评价技术导则由国务院环境保护主管部门会同国务院有关部门制定；规划环境影响评价技术规范由国务院有关部门根据规划环境影响评价技术导则制定，并抄送国务院环境保护主管部门备案。

我国广泛采用的球化剂是稀土镁合金。

镁是重要的球化元素，但它密度小（1.73g/cm3）、沸点低（1120℃），若直接加入铁液，镁将浮于液面并立即沸腾，这不仅使镁的吸收率降低，也不够安全。

稀土元素包括铈（Ce）、镧（La）、镱（Yb）和钇（Y）等十七种元素。

稀土的沸点高于铁水温度，故加入铁水中没有沸腾现象，同时，稀土有着强烈的脱硫、去气能力，还能细化组织、改善铸造性能。

但稀土的球化作用较镁弱，单纯用稀土作球化剂时，石墨球不够圆整。

稀土镁合金（其中镁、稀土含量均小于10%，其余为硅和铁）综合了稀土和镁的优点，而且结合了我国的资源特点，用它作球化剂作用平稳、节约镁的用量，还能改善球铁的质量。

球化剂的加入量一般为铁水质量的1.0%~1.6%。

（3）生产、储存烟花爆竹的建设项目；孕育剂：

促进铸铁石墨化，防止球化元素造成的白口倾向，使石墨球圆整、细化，改善球铁的力学性能。

常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水质量的0.4%~1.0%。

由于球化元素有较强的白口倾向，故球墨铸铁不适合铸造薄壁小件。

（四）建设项目环境影响评价的内容球化剂的用量直接影响残余镁量的多少。

如果球化剂加入量过多,就会引起残余镁量过多,虽然不致于影响

球化合格率（球径大小仍属正常）,但是它会增加收缩,引起脆性。

同时由于原铁液含锰量偏高,球化剂加入量过多,较易出现碳化物,白口倾向严重,导致球数合

格率的下降;如果球化剂加入量过少,就会导致残余镁量不足,影响球化的合格率,球数合格率也会降低。

表1是在正常试验情况下的结果,并说明如下:

①球化剂加入量1.4%时,由于残余镁量不足,出现蠕虫状石墨;②加入量18%时,由于残余镁量过多,出现碳化物,导致球数下降,不过二者球径大小仍合乎要求;③球化合格率非球化率

表一：

项目基本情况；

（1）是否符合环境保护相关法律法规。

2.环境影响报告表的内容