文档介绍：安徽机电职业技术学院
毕业设计
灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究
系别机械工程系
专业焊接技术及自动化
班级焊接3112班
姓名王委托
学号 1203113048
2013~2014学年第一学期
第一章摘要
工业中应用最早的铸铁就是以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁。由于其成本低廉,并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均优良的特点。迄今是工业中应用最广泛的一种铸铁。20世纪80年代初,铸铁材料发展进入了顶峰期,随后,世界的铸铁产量便出现急剧递减,然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料。
灰铸铁在结晶过程中,约有w(C)为80%的碳以石墨的形式析出,这就给灰铸铁带来两方面的特点:一方面,由于石墨强度较低,且以片状的形态存在,因此灰铸铁的强度不高,脆性较大。另一方面,由于石墨的存在,灰铸铁具有良好的减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由于共晶结晶过程中石墨化膨胀,还有减少缩松、缩孔的倾向。同时,灰铸铁还有较高的抗压强度。灰铸铁传统的化学成分中Si/C比较低。提高Si/C比的作用是:可使连续的初析奥氏体枝晶增加,这就像混凝土中的钢筋一样,对灰铸铁起到加固的作用,可扩大稳定系和介稳定系的温度差,增加过冷度△T,从而细化石墨,有效地扩大集体组织的利用率;还可降低灰铸铁的白口倾向,减小断面敏感性,提高弹性模量和形变抗力。当然,Si/C比较高,会使铁素体增加,强度和硬度有所降低。我国各种铸铁的年产量现约为800万吨,有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%~15%,若这些铸件工报废,将是极大的浪费。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件,由于焊接成本低,不仅可获得巨大的经济效益,而且有利于及时完成生产任务。常用的焊既接方法中手工电弧焊应用最多。但是铸铁件的焊补极易产生白口和裂缝,其中产生白口的主要原因是冷却速度过快和石墨元素不足;而产生裂缝的原因主要是焊接应力。
近年来,焊接已由一个单一的加工工艺发展成为有科学基础有广泛应用范围和前景的焊接工程和焊接产业。焊接结构已有日新月异的发展,符合目前绿色制造和资源循环利用建设节约型社会的大潮流。目前我国微电子及IT行业中的发展,高强有色金属、光钎、超导和复合材料及高分子材料的应用,都对焊接工艺、设备和材料提出了很多新的要求,因而得到了相应发展。
第二章灰铸铁的分类及其性能
一、铸铁分类
根据碳在铸铁中存在的形态,可将铸铁分为:灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
灰铸铁中的碳全部或大部以片状石墨形态存在,因其断口呈灰色而得名。它具有一定的力学性能和良好的加工性能,是目前使用得最多的一种铸铁。
白口铸铁简称白口铁,其中碳除极少量溶于铁素体外,其余都以渗碳体(Fe3C)的形态存在,断口呈白亮色,故称“白口”。这种铸铁的组织为渗碳体和共晶莱氏体,均属脆硬相,不能进行切削加工,故在***中极少用来直接制造及其零部件,主要用作炼钢的原料或作为可锻铸铁件的毛坯。
球墨铸铁简称球铁,其中碳全部或大部以球状石墨的形态存在。由于石墨呈球状分布,就大大降低了石墨割裂金属基体组织的作用,因此球墨铸铁具有较高的强度和一定的韧性,能通过热处理(如正火、淬火、退火等)显著改善其力学性能,可以用来制造力学性能要求较高的铸件,并可在一定范围内代替碳钢或合金钢来制造某些强度要求较高或形状较为复杂的铸件。
可锻铸铁是因其具有较高的韧性而得名,实际并不可锻。其中碳大部分以团絮状石墨的形态存在,它是由一定成分的白口铸铁经长时间的石墨化退火而得到的。因团絮状石墨对金属基体组织破坏作用小,故具有较高的强度和韧性,适于制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁铸件。我国上述各类逐渐的化学成分大致范围见表2-1。由表2-1中对比可看出:灰铸铁中硫、磷杂质含量最高,碳、硅含量适中,锰含量较高;球墨铸铁中硫、磷含量最低,有较高的碳硅含量和一定的含锰量,并且含有球化元素镁、稀土(RE)等;可锻铸铁中碳、硅、硫、磷等含量均低于灰铸铁。
在相同基体组织情况下,其中以球墨铸铁的力学性能(强度、塑性、韧性)为最高,可锻铸铁次之,蠕墨铸铁又次之,灰铸铁最差。但由于灰铸铁成本低廉,并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减震性均优良的特点,是工业中应用最广泛的一种铸铁。
表2-1 常用铸铁的化学成分
铸铁类别
化学成分ω(%)
C
Si
Mn
S
P
其它
灰铸铁
~
~
~
﹤
﹤
—
球墨铸铁
~
~
~
﹤
﹤
~
~
可锻铸铁
~
~
~
﹤
﹤
Cr﹤