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铸铁力学性能主要指标(耐热铸铁知识汇总)

2022-04-20 15:39  点击数:  来源:划线平台厂家

  铸铁在高温下长时间使用,表面会氧化形成氧化膜。而且氧化膜随着时间的延长而增厚。铸铁在高温条件下长时间使用,还会产生另一种独特的现象,铸件的体积会产生不可逆的增大。这种现象称之为铸铁的生长。生长的过程还伴随力学性能的急剧下降,氧化和生长最终导致铸件的失效。一般的球墨铸铁并无热强性,在600℃以上时,抗拉强度已经很低,断后伸长率则有明显增加。

  铸铁的耐热性主要是指其抗氧化能力和抗生长能力。铸铁的耐热温度是指铸铁经150h加热后的生长小于0.2%,平均氧化速度小于0.5g/(m2.h)的温度。

  同许多金属材料一样,铸铁的金属基体在高温氧化气氛下会发生氧化。铸铁的氧化是金属基体氧化和石墨氧化烧损的共同结果,而且两种氧化是相互影响的。它不仅取决于化学成分,而且与石墨形态、石墨数量等因素密切相关。

  非合金灰铸铁的氧化膜结构如图示,从表面向内的氧化物依次是:Fe2O3.Fe3O4.FeO+(FeO)2SiO2.它们被称为外氧化层;紧接着氧化层有一层内氧化层,它是由氧通过氧化膜及石墨片进入内部而形成的。其中,石墨片中的碳已经被烧损,为FeO+SiO2+MnO所填充,其周围也被这些氧化物所包围。内氧化层由于强烈脱碳而变成铁素体,故也称脱碳层。再向中心则为完全没有氧化的完好层。普通铸铁的氧化膜以铁的氧化物为主,其特点是氧化物的容积与合金元素的容积比值小于1.所形成的氧化物膜不致密,不能起到保护内部金属进一步氧化的作用。因而,氧化过程得以持续进行,所形成的氧化膜会不断增厚。

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  非合金球墨铸铁的氧化膜结构类似于灰铸铁。但在同样的氧化条件下,氧化膜较灰铸铁的薄,特别是内氧化层薄得更多,只有邻近铸件的表面的石墨球才会发生氧化,其内部为FeO填充。硅、锰等元素在石墨球边缘富集,硅的质量分数可达6.8%。靠近表面有一层薄的脱碳层,基体组织也转变成铁素体。

  影响铸铁抗氧化性的主要因素:

  铸铁的抗氧化性与化学成分,石墨形态,石墨数量、基体组织等因素密切相关。其中,前两者的影响最为显著。

  灰铸铁中的石墨呈片状,共晶团内连在一起,共晶团之间也基本相连,它成为氧进入金属内部的通道,固氧化速度很快,特别是内氧化发展迅速;球墨铸铁中的石墨是孤立的,没有这样的通道,故内氧化速度明显降低;蠕墨铸铁中的石墨在共晶团内连在一起,但共晶团之间互不相连,它的氧化速度介于灰铸铁和球墨铸铁之间。

  不同珠光体含量的基体组织对铸铁的氧化速度及生长率的影响不同,珠光体含量对铸铁的抗氧化性影响不显著,但对生长率有明显影响,基本呈正比关系。

  通过加入合金元素可改变氧化膜的结构,改善其致密性,增强氧化膜的保护作用,以提高铸铁的抗氧化性能。

  在铸铁中加入某些合金元素时,铸铁的氧化膜组成及结构发生变化,即在原来的FeO层内形成富合金元素的、致密的尖晶石或橄榄石等复杂化合物。如果加入的合金元素数量足够,这些复杂化合物呈连续分布,金属离子及氧离子很难通过它们进行扩散,此时氧化膜就具有良好的保护作用,铸铁的抗氧化能力就显著加强。这时氧化膜很薄,一般分两层,即内部的FeO+Fe.M.O层和外部的FeO层,称为双层氧化膜。

  合金元素具有保护作用,必须具备以下的条件:

  ①合金元素氧化物的容积与合金元素的容积比值大于1.以形成连续的氧化膜。但比值不能太大,否则会引起氧化膜层内应力过大,导致裂纹产生甚至脱落。

  ②合金元素的氧化膜结构致密,电阻率大,金属离子及氧离子不易通过它扩散。

  ③合金元素在铁内有较大的溶解度,以便形成致密复杂化合物。

  ④合金元素具有较小的原子半径,较大的扩散速度,以优先扩散至表面形成氧化膜。

  ⑤合金元素比铁更容易氧化,优先形成氧化物。生成的合金氧化物高温稳定性好,熔点高。

  符合上述条件的合金元素有硅、铬、铝等,它们是常用的抗氧化元素。

  提高铸铁抗氧化性的途径:

  ①加入合金元素,形成致密的氧化膜,阻止氧化的继续进行,从而提高铸铁的抗氧化性。

  ②降低碳含量,减少石墨数量,以减少氧化通道,且降低脱碳速度,避免因脱碳过快生成气体过多造成保护膜的开裂。

  ③改变石墨形态。

  ④表面复合处理,如使用表面渗铝、铸渗硅铝等工艺可在铸件表面形成富抗氧化元素的合金层,在高温下优先形成致密的氧化膜,从而显著提高铸铁的抗氧化性。

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