耐热铸铁生产工艺.docx

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1、耐热铸铁国标GB/T9437-2009中规定了各类耐热铸铁的化学成分及室温力学性能。详情请自行参阅相关标准。耐热铸铁可以分几大类：硅系耐热铸铁：铝系耐热铸铁：路系耐热铸铁：其它耐热铸铁：添加铝等合金元素，及高银奥氏体球墨铸铁等。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

2、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

3、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。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、镒等元素在石墨球边缘富集,硅的质量分数可达6.8%0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

4、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

5、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：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。合金元素的氧化膜结构致密，电阻率大，金属离

6、子及氧离子不易通过它扩散。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。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。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、铭、铝等，它们是常用的抗氧化元素。提高铸铁抗氧化性的途径: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。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。改变石墨形态。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。