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铸铁知识
发布时间:2017/9/14 16:44:54  点击:411


1.铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金,铸铁它是将铸造生铁(部分炼钢生铁)在炉中重新熔化,并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。

概述
铸铁是碳含量大于2.1%的铁碳合金。其成分除碳外还含有一定数量的硅、锰、硫、磷等化学元素和一些杂质。有时还加一些其他化学元素。铸铁又名生铁,是冶金厂的重要初级产品,大部分用于炼钢,另一部分供给机器制造厂生产铸铁件,作为二次重熔的主要炉料。铸铁成本低廉,铸造性能和使用性能良好,故铸铁是现代机器制造业的重要和常用的结构材料。其重量一般占机器总重量的60%~70%。

铸铁是块炼铁和液态炼铁发展过程中的产物。块炼铁最早出现在西南亚地区,公元前1200~前1000年,其使用已达到一定规模。公元前8O0年冶炼方法传到欧洲;公元前500年传到英国。块炼铁是一种最原始的炼铁方法。其炼铁炉用石头或粘土砌成,炉身甚矮,侧开小孔,插入陶土制的风管,用皮囊送风;使用富铁矿石,以木炭或木柴为燃料。约在1000℃温度下进行固体还原,炼成的铁沉落于炉底,待炉冷后取块。每炼一炉必须重新升火,炉温上不去。此种铁结构疏松、氧化夹杂多,几乎不含碳、硅、锰等元素,所以铁块柔软,可在一定温度下锻打,排除夹杂并成型,称为镖铁、锻铁或海绵铁。

中国在公元前6世纪就进行了液态炼铁,比西方约早干余年。块炼铁炉温较低,化学反应慢,故产量低,夹杂又多,在炼铜竖炉大风机的启发下,创造出液态炼铁。炉子加高,炉内煤气流与矿石接触时间长,矿石预热效果提高,鼓风增强,燃烧旺盛,炉子可长时间保持较高温度状态(>1200℃),木炭的增碳作用也相应增强,因而获得液态铸铁。铸zhu中国是世界上生产铸铁件最早的国家之一,根据《左传》记载,昭公29年(公元前513年)晋国铸出铸铁刑鼎,重达270kg,鼎上铸出刑律全文,这是中国铸造大件的最早记载。隋唐以后,大型铸件的生产愈来愈多,公元953年即中国五代周广顺三年,铸造出沧州大铁狮。

中国在春秋末战国初期铁业生产发展迅速,当时铸铁农具的生产尤为突出,如1955年河北石家庄赵国遗址出土的铸铁农具几乎占全部工具(包括骨、石材料)的65%,河北兴隆出土的大批铁范(金属型),用于铸造农具的约占60%左右。这说明中国于战国中期已迈入铁器时代。根据解放后的考证,北起辽宁,南到两广,西到四川,东至山东,西北到甘肃,以黄河南北中原为中心,是中国古代铸铁冶炼和生产铁器的重要地区(图3)。中国古代冶金比欧洲先进,尤其是掌握铸造技术比欧洲约早千余年在汉代铁的经营管理已经提到议事日程,《盐铁论》一书就是证明。公元1637年明末宋应星所著《天工开物》,此书详细记载了中国当时的冶金、铸造技术。铸铁虽然历史悠久,但发展缓慢,从清代以来,铸造技术长期停滞不前,直到1949年后才逐步得到发展,全国已形成教育、科研和生产系统。



分类折叠编辑本段
①灰口铸铁。含碳量较高(2.7%~4.0%),碳主要以片状石墨形态存在,断口呈灰色,简称灰铁。熔点低(1145~1250℃),凝固时收缩量小,抗压强度和硬度接近碳素钢,减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。

②白口铸铁。碳、硅含量较低,碳主要以渗碳铸铁
铸铁

体形态存在,断口呈银白色。凝固时收缩大,易产生缩孔、裂纹。硬度高,脆性大,不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。

③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得,石墨呈团絮状分布,简称韧铁。其组织性能均匀,耐磨损,有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。

④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得,析出的石墨呈球状,简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。

⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得,析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近,铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。

⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素(如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等)获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化,从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。


铸铁属于铁基高碳多元合金,其常存元素,除铁以外,一般含w(C)为2%~4%①、w(S1)为1%~3%以及锰、磷、硫。碳在铸铁中通常以三种状态存在:形成石墨晶体单独存在;与铁形成二元或多元化合物以化合状态存在;溶入a—Fc或Y—Fe中以固溶状态存在。

由于化学成分和结晶条件不同,铸铁液—固相变有二重性,凝固后产生不同的高碳相,即渗碳体或石墨。渗碳体组织在高温下不稳定,发生分解,分解出来的碳,大部分转变为石墨晶体,因而渗碳体属于可分解的亚稳定相,石墨晶体则称为稳定相。不同的高碳相赋予铸铁以截然不同的性能。高碳相为渗碳体的铸铁断面呈银白色,硬而脆,称为白口铸铁。高碳相为石墨的铸铁断面呈灰黑色,硬度低,称为灰口铸铁。铸铁组织中高碳相类型、形态、数量、分布状态都影响铸铁性能。

铸铁组织的形成经历两个阶段。第一阶段为凝固过程,形成凝固组织;第二阶段为固态相变过程,由凝固组织转变为室温组织。

了解铸铁组织及其形成过程和转变规律通常需要借助铁碳合金相图。相图上的相区、相变临界点数据来自实验或热力学计算,这些数据符合热力学平衡条件。也就是说,合金温度发生变化时,其组分原子有充分时间迁移而达到该温度下的浓度平衡。平衡状态虽然难以在铸件实际相变过程中出现,但要认识合金组织形成过程和组织转变规律,首先需依靠合金相图。

碳和硅都是铸铁中主要常存元素。硅的存在使铁碳相图发生 明显变化,有助于提高铁碳合金按稳定系转变倾向。因此,硅是影响铸铁组织的重要元素。为了进一步掌握铸铁组织的变化规律,人们构建了铁碳硅三元相图。三元相图比铁碳二元相图更加接近工业铸铁实际情况。



铸铁中含有强度和硬度都很低的石墨。石墨破坏了材料的连续性和整体性,使其断裂和变形的性质不同于钢,并导致力学性能出现一些特有变化规律。

铸铁力学性能受到一系列因素的影响。最显著的影响是石墨的形态、数量和分布状态,其他组成相的类型、化学成分、分布状态以及铸件成形和处理过程也有一定影响。本章将从铸铁断裂特征及机制开始讨论各项力学性能及其影响因素,内容侧重常温及低温力学性能。

1灰铸铁的断裂

材料在外力作用下产生的应力超过自身断裂强度后发生断裂。断裂是机械零件失效的重要因素之一。

材料断裂过程比较复杂。但是总体上看,都要经历内部裂口萌主(裂口形核)、裂口扩展、断裂三个阶段。断裂前不发生明显塑拦王形的断裂属于脆性断裂。在正应力作用下,脆性断裂是材料原子间结合力最弱的晶体学平面(解埋面)分离而形成的断裂,也称解瑚断裂。出现明显塑性变形后发生的断裂称为延性断裂。廷生断裂是在切应力作用下沿滑移面发生滑移而导致的断裂,也称剪切断裂。

亏关脆性断裂的裂口形核机制,位错塞积理论认为,材料受力后运动位错受到晶界和杂质相阻挡产生位错塞积。塞积群所构成回应中集中超过材料强度时,塞积群前端萌牛裂u,脆性断裂前裂口以极决速度扩展。根据应力关系分析,材料屈服应力同时大于口形核应力和断裂应力时,一旦有裂口萌生,将在无塑变情况下断裂 。

下面以拉伸断裂为例说明铸铁断裂过程。实验观察证实,灰铸铁拉伸断裂开始于石墨片断裂。石墨内部存在许多晶体缺陷,如旋转晶界、刃型位错与螺位错、孪晶界、小角度倾斜晶界等。低应力下,石墨可能沿旋转晶界撕裂成小段,也可能因孪晶或倾斜晶界上的位错塞积而沿六方晶格的(0001)面滑移导致劈裂。大多数微裂口发生于孪晶界,可认为孪晶界位错塞积应力是裂口产生的主要根源。


铸铁的工艺性能主要有铸造性能、焊接性能和切削性能。


1.成分与组织特点

铸铁与碳钢相比较,其化学成分中除了有较高的C、Si含量外(C2.5%~4,0%、Si1.0%一3.0%),还含有较高的杂质元素Mn、P,S,在特殊性能的合金铸铁中,还含有某些合金元素。所有这些元素的存在及其含量,都将直接影响铸铁的组织和性能。

由于铸铁中的碳主要是以石墨(G)形式存在的,所以铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体有珠光体、铁素体和珠光 体加铁素体三类,它们相当于钢的组织。因此,铸铁的组织特点,可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。

2.铸铁的性能特点

铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。虽然铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨的存在,却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能。此外 ,铸铁的碳含量高,其成分接近于共晶成分,因此铸铁的熔点低,约为1200℃左右,铁水流动性好,由于石墨结晶时体积膨胀,所以传送收缩率小,其铸造性能优于钢,因而通常采用铸造方法制成铸件使用,故称之为铸铁。

性能折叠编辑本段
1.优良的铸造性能

由于友铸铁的化学成分接近共晶点,所以铁水流动性好,可以铸造非常复杂的零件。另外,由于石墨比容较大,使铸件凝固时的收缩量减少,可简化工艺,减轻铸件的应力并可得到致密的组织。

2.优良的耐磨性和消震性

石墨本身具有润滑作用,石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油,使铸件有良好的耐磨性。此外,由于铸件中带有硬度很高的磷共晶,又能使抗磨能力进一步提高,这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要意义。

石墨可以阻止后动的传播,灰铸铁的消夸大能力是钢的10倍,常用来制作承受振动的机床底座。

3.较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能

灰铸铁中由于石墨的存在,相当于存在很多小的缺口时表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性,因此,表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小 ,但其疲劳强度比钢要低。由于发铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减障作用,所以其可切削加工性是优良的。

4.灰铸铁的机械性能

铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素锈钢,如表所示。灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织。灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍 ,这是灰铸铁的一种特性。因此,与其把灰铸铁用作抗拉零件还不如做耐压零件更适合。这就是广泛用作机床床身和支柱受耐压零件的原因。

热处理工艺折叠编辑本段
1.消除应力退火

由于铸件壁厚不均匀,在加热,冷却及相变过程中,会产生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力,所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为500~550℃保温时间为2~8h,然后炉冷(灰口铁)或空冷(球铁)。采用这种工艺可消除 铸件内应力的90~95%,但铸铁组织不发生变化。若温度超过550℃或保温时间过长,反而会引起石墨化,使铸件强度和硬度降低。

2.消除铸件白口的高温石墨化退火

铸件冷却时,表层及薄截面处,往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火(或正火)的方法消除白口组织。退火工艺为:加热到550-950℃保温2~5 h,随后炉冷到500-550℃再出炉空冷。在高温保温期间 ,游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A,在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解,发生石墨化过程。由于渗碳体的分解,导致硬度下降,从而提高了切削加工性。

3.球铁的正火

球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织,并细化晶粒,均匀组织,以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火在组织上的准备、正 火分高温正火和低温正火。高温正火温度一般不超过950~980℃,低温正火一般加热到共折温度区间820~860℃。正火之后一般还需进行四人处理,以消除正火时产生的内应力。

4.球铁的淬火及回火

为了提高球铁的机械性能,一般铸件加热到Afc1以上30~50℃(Afc1代表加热时A形成终了温度),保温后淬入油中,得到马氏体组织。为了适当降低淬火后的残余应力,一般淬火后应进行回火,低温回火组织为回火马氏作加残留贝氏体再加球状石墨。这种组织耐磨性好 ,用于要求高耐磨性,高强度的零件。中温回火温度为350-500℃回火后组织为回火屈氏体加球状石墨,适用于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温 回火温度为500-60D℃,回火后组织为回火索氏作加球状石墨,具有韧性和强度结合良好的综合性能,因此在生产中广泛应用。

5.球铁的多温淬火

球铁经等温淬火后可以获得高强度,同时兼有较好的塑性和韧性。多温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A化、不残留F,同时也避免A晶粒长大。加热温度一般采用Afc1以上30~50℃,等温处理温度为0~350℃以保证获得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等 温淬火后σb=1200~1400MPa,αk=3~3.6J/cm2,HRC=47~51。但应注意等温淬火后再加一道回火工序。

6.表面淬火

为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度,可采用表面淬火。灰铸铁及球铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高(中) 频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。

7.化学热处理

对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件,可以采用类似于钢的化学热处理工艺,如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。

灰铸铁折叠编辑本段
灰铸铁抗拉强度及硬度的变化是由于机体组织及石墨大小、数量不同的结果。

纯铁素体为基体的灰铸铁:强度、硬度最低,纯珠光体为基体的灰铸铁:强度、硬度较高,改变基体中铁素体及珠光体相对含量,可得不同的抗拉强度及硬度的HT,石墨呈粗片状的灰铸铁,抗拉强度较低,石墨呈细片状的灰铸铁其抗拉强度较高。

灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度:铸铁
铸铁

①铁水以很快速度冷却时,第一阶段石墨化过程(共析温度以上)及第二阶段石墨化过程(共析温度下)完全被抑止将得到共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体组织,即白口铸铁组织。[铁碳相图:铁水当温度冷却到液相时,开始从液相析出(γ)。1147共析温度。L→γ+Fe3C(共晶渗碳体) 温度下降,A的饱和固溶碳量随温度下降而降低,因而析出二次渗碳体,此反应持续到共析温度。在共析反应中,A转变为珠光体。冷却到室温后,组织由共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体组成]。

②铁水以很慢的速度冷却时由于渗C体是不稳定相,而石墨是稳定相。第一阶段和第二阶段石墨化过程都进行得很充分,最后得纯铁素体的灰铸铁组织。

③若石墨化的第一阶段进行很完全,第二阶段石墨化过程进行得不完全,则得珠光体+铁素体、灰铸铁。

不同元素对铸铁石墨化及白口化的影响。

铸铁的补焊折叠编辑本段
铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段,在实际生产中具有很大的经济意义。

(一)铸铁的焊接性

铸铁的含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊

铸铁
铸铁

接过程中易产生白口组织和裂纹。

白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织,。

裂纹通常发生在焊缝和热影响区,产生的原因是铸铁的抗拉强度低,塑性很差(400℃以下基本无塑性),而焊接应力较大,且接头存在白口组织时,由于白口组织的收缩率更大,裂纹倾向更加严重,甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有:采用纯镍或铜镍焊条、焊丝,以增加焊缝金属的塑性;加热减应区以减小焊缝上的拉应力;采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。

(二)手工电弧焊补焊的方法:

铸铁
铸铁

(1)热焊及半热焊 焊前将焊件预热到一定温度(400℃以上),采用同质焊条,选择大电流连续补焊,焊后缓冷。其特点是焊接质量好,生产率低,成本高,劳动条件差。

(2)冷焊 采用非铸铁型焊条,焊前不预热,焊接时采用小电流、分散焊,减小焊件应力。焊缝的强度、颜色与母材不同,加工性能较差,但焊后变形小,劳动条件好,成本低。

焊接性分析折叠编辑本段
灰铸铁焊接性分析

灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高,这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。在力学性能上的特点是强度低,基本无塑性。焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。这些因素导致焊接性不良。主要问题两方面:一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织。 另一方面焊接接头易出现裂纹。

一、焊接接头易出现白口及淬硬组织

以含碳为3%,含硅2.5%的常用灰铸铁,分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。

1、焊缝区

当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时,则在一般电弧焊情况下,由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度,焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体,即焊缝基本为白口铸铁组织。

防止措施:焊缝为铸铁 ①采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度。如:增大线能量。②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。

异质焊缝:若采用低碳钢焊条进行焊接,常用铸铁含碳为3%左右,就是采用较小焊接电流,母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1/3~1/4,其焊缝平均含碳量将为0.7%~1.0%,属于高碳钢(C>0.6%)。这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。

采用异质金属材料焊接时,必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。改变C的存在状态,使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性,例如使焊缝分别成为奥氏体,铁素体及有色金属是一些有效的途径。

铸铁
铸铁

2、半熔化区

特点:该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间,温度范围1150~1250℃。该区处于液固状态,一部分铸铁已熔化成为液体,其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。

1)、冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响

V冷很快,液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体,即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。在共析转变温度区间,奥氏体转变为珠光体。由于该区冷速很快,在共析转变温度区间,可出现奥氏体→马氏体的过程,并产生少量残余奥氏体。

其左侧为亚共晶白口铸铁,其中白色条状物为渗碳体,黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体,白色为残余奥氏体。还可看到一些未熔化的片状石墨。

当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时,其共晶转变按稳定相图转变。最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。

当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时,随着冷却速度由快到慢,或为麻口铸铁,或为珠光体铸铁,或为珠光体加铁素体铸铁。影响半熔化区冷却速度的因素有:焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。研究灰铸铁试板焊件、热输入相同时,随板厚的增加,半熔化区冷却速度加快。白口淬硬倾向增大。

2)化学成分对半熔化区白口铸铁的影响

铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响。该区的化学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分,而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响。这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连,且同时处于熔融的高温状态,为该两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件。某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间的含量梯度(含量变化)。元素总是从高含量区域向低含量区域扩散,其含量梯度越大,越有利于扩散的进行。

提高熔池金属中促进石墨化元素(C、Si、Ni等)的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。

用低碳钢焊条焊铸铁时,半熔化区的白口带往往较宽。这是因为半熔化区含C、Si量高于熔池,故半熔化区的C、Si反而向熔池扩散,使半熔化区C、Si有所下降,增大了该区形成较宽白口的倾向。

3、奥氏体区

该区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间。该区温度范围约为820~1150℃,此区无液相出现该区在共析温度区间以上,其基体已奥氏体化,加热温度较高的部分(靠近半熔化区),由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散,奥氏体中含碳量较高;加热较低的部分,由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散,奥氏体中含碳量较低,随后冷却时,如果冷速较快,会从奥氏体中析出一些二次渗碳体,其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系。在共析转变快时,奥氏体转变为珠光体类型组织。冷却更快时,会产生马氏体,与残余奥氏体。该区硬度比母材有一定提高。熔焊时,采用适当工艺使该区缓冷,可使A直接析出石墨而避免二次渗碳体析出,同时防止马氏体形成。

4、重结晶区

很窄,加热温度范围780~820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快,只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中,奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。

二、裂纹是易出现的缺陷

1.冷裂纹可发生在烛焊缝或热影响区上,

1)焊缝处冷裂纹

产生部位:铸铁型焊缝,当采用异质焊接材料焊接,使焊逢成为奥氏体、铁素体,铜基焊缝时,由于焊缝金属具有较好的塑性,焊接金属不易出现冷裂纹。

启裂温度:一般在400℃以下。原因:一方面是铸铁在400℃以上时有一定塑性;另一方面焊缝所承受的拉应力是随其温度下降而增大。在400℃以上时焊缝所承受的拉应力较小。

产生原因:焊接过程中由于工件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中会产生很大的拉应力,这种拉应力随焊缝温度的下降而增大。当焊缝全为灰铸铁时,石墨呈片状存在。当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直,且两个片状石墨的尖端又靠得很近,在外加应力增加时,石墨尖端形成较大的应力集中。铸铁强度低,400℃以下基本无塑性。当应力超过此时铸铁的强度极限时,即发生焊缝裂纹。铸铁
铸铁

当焊缝中存在白口铸铁时,由于白口铸铁的收缩率比灰铸铁收缩率大,加以其中渗碳体性能更脆,故焊缝更易出现裂纹。影响因素:

①、与焊缝基体组织有关,焊缝中渗碳体越多,焊缝中出现裂纹数量越多。当焊缝基体全为珠光体与铁素体组成,而石墨化过程又进行得较充分时,由于石墨化过程伴随有体积膨胀过程,可以松弛部分焊接应力,有利于改善焊缝的抗裂性。

②、与焊缝石墨形状有关,粗而长的片状石墨容易引起应力集中,会减小抗裂性。石墨以细片状存在时,可改善抗裂性。石墨以团絮状存在时,焊缝具有较好的抗裂性能。

③、与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关,焊补处刚度大,焊补体积大,焊缝越长都将增大应力状态,促使裂纹产生。


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