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機(jī)床鑄件顯微組織孕育處理的作用
機(jī)床鑄件的顯微組織孕育處理的作用：
灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅組成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形態(tài)存在。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)床鑄件，控制鑄鐵凝固時(shí)形成的石墨的形態(tài)和基體金屬組織是至關(guān)重要的。孕育處理是機(jī)床鑄件生產(chǎn)工藝中最重要的環(huán)節(jié)之一。良好的孕育處理可使灰鑄鐵具有符合要求的顯微組織，從而保證機(jī)床鑄件的力學(xué)性能和加工性能。
在液態(tài)鑄鐵中加入孕育劑，可以形成大量亞顯微核心，促使共晶團(tuán)在液相中生成。接近共晶凝固溫度時(shí)，生核處首先形成細(xì)小的石墨片，并由此成長(zhǎng)為共晶團(tuán)。每一個(gè)共晶團(tuán)的形成，都會(huì)向周圍的液相釋放少量的熱，形成的共晶團(tuán)越多，鑄鐵的凝固速率就越低。凝固速率的降低，就有助于按鐵－石墨穩(wěn)定系統(tǒng)凝固，而且能得到A型石墨組織。
一．機(jī)床鑄件的顯微組織：
機(jī)床鑄件的力學(xué)性能決定于其基體組織和片狀石墨的分布狀況。機(jī)床鑄件的力學(xué)性能主要取決于其基體組織，為了得到高強(qiáng)度，希望基體組織以珠光體為主、盡量減少鐵素體含量。如果鐵素體量過(guò)多，不僅導(dǎo)致機(jī)床鑄件的強(qiáng)度低，而且加工時(shí)會(huì)使刀具過(guò)熱，顯著降低刀具的壽命。與球墨鑄鐵不同，對(duì)灰鑄鐵不可能有延性和韌性的要求，只要求其強(qiáng)度，所以一般都以珠光體含量高為好。
灰鑄鐵中的石墨片，有切割金屬基體、破壞其連續(xù)性、使其強(qiáng)度降低的作用。從強(qiáng)度考慮，應(yīng)避免產(chǎn)生長(zhǎng)而薄的石墨片和粗大的石墨片，具明顯方向性的石墨片影響尤大?？刂剖姆植紶顩r，是保證機(jī)床鑄件性能的關(guān)鍵。
A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強(qiáng)、冷卻速率較低、在過(guò)冷度很小的條件下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的。在光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí)，石墨呈均勻分布的彎曲片狀，無(wú)方向性，其長(zhǎng)度則因鑄鐵的生核條件和冷卻速率而不同。高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑄件，都希望其具有中等長(zhǎng)度的A型石墨。
B型石墨在光學(xué)顯微鏡下呈菊花狀，共晶團(tuán)中心部位石墨片比較細(xì)小，外圍的石墨片較粗大。實(shí)際上，中心部位是D型石墨，外圍是A型石墨。B型石墨的生核條件比A型石墨差，共晶轉(zhuǎn)變時(shí)的過(guò)冷度也比形成A型石墨時(shí)大，結(jié)晶時(shí)先在共晶團(tuán)中心部位產(chǎn)生過(guò)冷石墨(D型)，釋放的結(jié)晶潛熱使周邊的過(guò)冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨為量不多，對(duì)鑄鐵的性能影響不大，一般情況下可允許其存在。
C型石墨主要出現(xiàn)于碳當(dāng)量很高(過(guò)共晶)、冷卻緩慢的機(jī)床鑄件中，有粗大片狀初生石墨，也有小片狀石墨，有時(shí)部分石墨片上有帶尖角的塊狀。過(guò)共晶鐵液冷卻時(shí)，通過(guò)液相線后，在一定的過(guò)冷度下析出初生石墨，并在液相中逐漸長(zhǎng)大。由于結(jié)晶溫度較高，成長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，形成分枝較少的粗大片狀。溫度降低到共晶溫度時(shí)，發(fā)生正常的共晶轉(zhuǎn)變，這時(shí)產(chǎn)生的石墨是正常的共晶石墨(A型石墨)，最終的結(jié)果是在粗大的石墨片之間分布有正常的共晶石墨。因此，C型石墨是由粗大、塊狀石墨和A型石墨構(gòu)成的。C型石墨可使機(jī)床鑄件的熱導(dǎo)率提高，改善其抗熱沖擊的能力，但對(duì)機(jī)床鑄件的力學(xué)性能影響較大，一般的機(jī)床鑄件不應(yīng)有這種石墨。
亞共晶鑄鐵中，偶爾也能見(jiàn)到這種石墨。如：用感應(yīng)電爐熔煉而爐料中生鐵塊用量過(guò)多時(shí)，由于原生鐵遺傳的影響，就可能出現(xiàn)帶尖角的塊狀石墨；孕育劑加入量過(guò)大，造成局部硅元素富集，也會(huì)產(chǎn)生這種石墨。
D型石墨是灰鑄鐵的碳當(dāng)量較低、冷卻速率較高，在過(guò)冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發(fā)達(dá)的條件下在奧氏體枝晶間形成的，石墨片細(xì)小而無(wú)方向性。D型石墨常見(jiàn)于碳當(dāng)量較低的薄壁機(jī)床鑄件中，也稱為‘過(guò)冷石墨’或‘枝晶間石墨’。在不加合金元素時(shí)，D型石墨往往伴隨有鐵索體。如基體組織為珠光體，則機(jī)床鑄件的耐磨性較好，且機(jī)械加工后能得到較細(xì)的表面粗糙度。
E型石墨是在碳當(dāng)量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由于初生奧氏體枝狀晶較多、發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)過(guò)冷度不大、石墨核心不太多、共晶團(tuán)較大，形成的石墨片大于D型石墨。由于冷卻比較緩慢，奧氏體枝狀晶發(fā)達(dá)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間，形成的石墨片沿枝狀晶方向生長(zhǎng)，具有一定的方向性，對(duì)機(jī)床鑄件力學(xué)性能的影響較大，要力求避免其產(chǎn)生。
可能出現(xiàn)E型石墨的鑄鐵，如冷卻速率較高，也會(huì)形成D型石墨。因此，在高強(qiáng)度薄壁鑄鐵件中往往會(huì)同時(shí)見(jiàn)到D型石墨和E型石墨。
生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)床鑄件，應(yīng)使其基體組織全部為珠光體，石墨為A型，而且石墨片要均勻分布于金屬基體中，珠光體也應(yīng)細(xì)小而均勻。要盡可能的地使組織中的B型石墨和D型石墨減至最少，不應(yīng)該有C型石墨和E型石墨。為此，必須進(jìn)行有效的孕育處理并控制機(jī)床鑄件的冷卻速率。
二 . 孕育處理的作用：
灰鑄鐵的力學(xué)性能在很大程度上取決于其顯微組織。未經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵，顯微組織不穩(wěn)定、力學(xué)性能低下、機(jī)床鑄件的薄壁處易出現(xiàn)白口。為保證機(jī)床鑄件品質(zhì)的一致性，孕育處理是必不可少的。
鑄鐵孕育處理所用的孕育劑，加入量很少，對(duì)鑄鐵的化學(xué)成分影響甚小，對(duì)其顯微組織的影響卻很大，因而能改善機(jī)床鑄件的力學(xué)性能，對(duì)其物理性能也有明顯的影響。良好的孕育處理有以下作用：
1、消除或減輕機(jī)床鑄件白口傾向；
2、避免機(jī)床鑄件出現(xiàn)過(guò)冷組織；
3、減輕機(jī)床鑄件的壁厚敏感性，使鑄件薄、厚截面處顯微組織的差別小，硬度差別也??；
4、有利于共晶團(tuán)生核，使共晶團(tuán)數(shù)增多；
5、使鑄鐵中石墨的形態(tài)主要是細(xì)小而且均勻分布的A型石墨，從而改善機(jī)床鑄件的力學(xué)性能。孕育良好的鑄鐵流動(dòng)性較好，機(jī)床鑄件的收縮減少、加工性能改善、殘留應(yīng)力減少。
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