20149焊接冶金学——材料焊接性第6章

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1、第6章铸铁焊接铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。工业常用的铸铁为铁碳硅合金，其碳的质量分数为3.0%～4.5%、含硅量为1.0%～3.0%，同时含有一定量的锰及杂质元素磷、硫等。为了提高铸铁的性能，还可以加入合金元素获得合金铸铁。铸铁熔点低，液态下流动性好，结晶收缩率小，便于铸造生产形状复杂的机械零部件。还具有成本低，耐磨性、减振性和切削加工性能好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。按质量统计，在汽车、农机和机床中铸铁用量约占50%~80%。铸铁焊接主要应用于以下三方面：①铸造缺陷的焊补;②已损坏的铸铁成品件的焊补;③零部件的生产。6.1铸铁的种类

2、及其焊接方法6.1.1铸铁的种类按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等五大类。白口铸铁中的碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白亮色，性质脆硬，极少单独使用。白口铸铁是制造可锻铸铁的中间品，表层为白口铸铁的冷硬铸铁常用作轧辊。灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中的碳基本以石墨形式存在，部分存在于珠光体中。这四种铸铁由于石墨形态不同，使得性能有较大差别。最早出现的灰铸铁，石墨呈片状，其成本低廉，铸造性、加工性、减振性及金属间摩擦性均优良，至今仍然是工业中应用最广泛的铸铁类型。但是，由于片

3、状石墨对基体的严重割裂作用，灰铸铁强度低、塑性差。可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火获得的，石墨呈团絮状，塑性比灰铸铁高。1947年，发明了以球化剂处理高温铁液使石墨球化的方法，得到了球墨铸铁。由于石墨呈球状，对基体的割裂作用小，使铸铁的力学性能大幅度提高。而后出现的蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状，头部较圆，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，在工业中得到了一定的应用。1．灰铸铁灰铸铁是因断面呈灰色而得名。灰铸铁中的碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合的基体中。典型灰铸铁的金相组织由白色不规则块状的铁素体，渗碳体与铁素体

4、层状分布的珠光体，端部尖锐、灰色长条状的片状石墨组成，有时含有少量的磷共晶。石墨片以不同的数量和尺寸分布在基体中，对灰铸铁的力学性能产生很大影响。石墨含量高且呈粗片状时灰铸铁抗拉强度低，石墨含量低呈细片状时，其抗拉强度高。基体为纯铁素体时，灰铸铁抗拉强度和硬度低，以纯珠光体为基体的灰铸铁，抗拉强度和硬度均较高。2．球墨铸铁用球化剂对液态铸铁浇铸前进行球化处理可以得到球墨铸铁，其石墨呈球状。我国常用的球化剂为稀土镁合金。细小圆整的石墨球对钢基体的割裂作用较小，在相同基体的情况下，其力学性能是所有铸铁中最高的。由于经球化剂处理后的铁液结晶过冷倾向变大，具有较大的白

5、口倾向，所以，还需要进行孕育处理，促进石墨化过程的进行，避免出现莱氏体组织。在铸造条件下获得的球墨铸铁，基体通常为铁素体加珠光体混合组织，要获得纯铁素体球墨铸铁需经低温石墨化退火，使珠光体分解为铁素体和石墨。如果铸态组织中还有共晶渗碳体，需经高温石墨化和低温石墨化二次退火才能获得铁素体球墨铸铁。牌号中QT表示球墨铸铁，是“球铁”二字汉语拼音的字头。后面第一组三位数字表示抗拉强度，第二组数字表示伸长率。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。碳含量超过在铁中的溶解度时，铸铁中便有高碳相析出，或是渗碳体，或是自由状态的碳-石

6、墨（Graphite，符号为G），石墨的强度、硬度和塑性都很低。熔融状态的铁液在冷却过程中，由于化学成分和冷却条件的不同，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。可以把表示渗碳体析出规律的Fe-Fe3C相图和表示石墨析出规律的Fe-C(G)相图叠画在一起，称之为铁碳合金双重相图，如图6-1所示。图中虚线表示Fe-C(G)稳定系相图，实线表示Fe-Fe3C介稳定系相图。按照稳定系可以将wC=4.26%的铸铁称为共晶铸铁。图6-1铁-碳二元相图对于亚共晶铁碳合金，冷却到液相线以下，

7、首先从液态铁液中析出奥氏体，随着温度下降，析出奥氏体的量增多，其含碳量沿着固相线变化，不断增高，直至E´或E点成分；同时，剩余液相不断减少，含碳量沿液相线变化直至C´或C点的共晶成分。共晶反应时，液相分解为E´或E点成分的奥氏体加共晶渗碳体或共晶石墨（L→A+Fe3C或L→A+G）。温度继续下降，E´或E点成分的先析奥氏体及共晶奥氏体由于含碳量超过了碳的溶解度，奥氏体的含碳量沿着E´-S´或E-S线变化，排出的碳以二次渗碳体（CⅡ）或二次石墨的形式存在。共析反应时，奥氏体分解为铁素体和共析渗碳体或共析石墨。以上各阶段形成的渗碳体在高温下保温时会分解析出石墨。此

8、外，过共晶成分的铸铁可以从高温铁水中直