鑄鐵力學性能主要指標(耐熱鑄鐵知識匯總)

　　鑄鐵在高溫下長時間使用，表面會氧化形成氧化膜。而且氧化膜隨著時間的延長而增厚。鑄鐵在高溫條件下長時間使用，還會產生另一種獨特的現象，鑄件的體積會產生不可逆的增大。這種現象稱之為鑄鐵的生長。生長的過程還伴隨力學性能的急劇下降，氧化和生長最終導致鑄件的失效。一般的球墨鑄鐵并無熱強性，在600℃以上時，抗拉強度已經很低，斷后伸長率則有明顯增加。

　　鑄鐵的耐熱性主要是指其抗氧化能力和抗生長能力。鑄鐵的耐熱溫度是指鑄鐵經150h加熱后的生長小于0.2%，平均氧化速度小于0.5g/(m2.h)的溫度。

　　同許多金屬材料一樣，鑄鐵的金屬基體在高溫氧化氣氛下會發生氧化。鑄鐵的氧化是金屬基體氧化和石墨氧化燒損的共同結果，而且兩種氧化是相互影響的。它不僅取決于化學成分，而且與石墨形態、石墨數量等因素密切相關。

　　非合金灰鑄鐵的氧化膜結構如圖示，從表面向內的氧化物依次是：Fe2O3.Fe3O4.FeO+(FeO)2SiO2.它們被稱為外氧化層;緊接著氧化層有一層內氧化層，它是由氧通過氧化膜及石墨片進入內部而形成的。其中，石墨片中的碳已經被燒損，為FeO+SiO2+MnO所填充，其周圍也被這些氧化物所包圍。內氧化層由于強烈脫碳而變成鐵素體，故也稱脫碳層。再向中心則為完全沒有氧化的完好層。普通鑄鐵的氧化膜以鐵的氧化物為主，其特點是氧化物的容積與合金元素的容積比值小于1.所形成的氧化物膜不致密，不能起到保護內部金屬進一步氧化的作用。因而，氧化過程得以持續進行，所形成的氧化膜會不斷增厚。

　　3%硝酸酒精腐蝕。75X

　　非合金球墨鑄鐵的氧化膜結構類似于灰鑄鐵。但在同樣的氧化條件下，氧化膜較灰鑄鐵的薄，特別是內氧化層薄得更多，只有鄰近鑄件的表面的石墨球才會發生氧化，其內部為FeO填充。硅、錳等元素在石墨球邊緣富集，硅的質量分數可達6.8%?？拷砻嬗幸粚颖〉拿撎紝?，基體組織也轉變成鐵素體。

　　影響鑄鐵抗氧化性的主要因素：

　　鑄鐵的抗氧化性與化學成分，石墨形態，石墨數量、基體組織等因素密切相關。其中，前兩者的影響最為顯著。

　　灰鑄鐵中的石墨呈片狀，共晶團內連在一起，共晶團之間也基本相連，它成為氧進入金屬內部的通道，固氧化速度很快，特別是內氧化發展迅速;球墨鑄鐵中的石墨是孤立的，沒有這樣的通道，故內氧化速度明顯降低;蠕墨鑄鐵中的石墨在共晶團內連在一起，但共晶團之間互不相連，它的氧化速度介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。

　　不同珠光體含量的基體組織對鑄鐵的氧化速度及生長率的影響不同，珠光體含量對鑄鐵的抗氧化性影響不顯著，但對生長率有明顯影響，基本呈正比關系。

　　通過加入合金元素可改變氧化膜的結構，改善其致密性，增強氧化膜的保護作用，以提高鑄鐵的抗氧化性能。

　　在鑄鐵中加入某些合金元素時，鑄鐵的氧化膜組成及結構發生變化，即在原來的FeO層內形成富合金元素的、致密的尖晶石或橄欖石等復雜化合物。如果加入的合金元素數量足夠，這些復雜化合物呈連續分布，金屬離子及氧離子很難通過它們進行擴散，此時氧化膜就具有良好的保護作用，鑄鐵的抗氧化能力就顯著加強。這時氧化膜很薄，一般分兩層，即內部的FeO+Fe.M.O層和外部的FeO層，稱為雙層氧化膜。

　　合金元素具有保護作用，必須具備以下的條件：

　?、俸辖鹪匮趸锏娜莘e與合金元素的容積比值大于1.以形成連續的氧化膜。但比值不能太大，否則會引起氧化膜層內應力過大，導致裂紋產生甚至脫落。

　?、诤辖鹪氐难趸そY構致密，電阻率大，金屬離子及氧離子不易通過它擴散。

　?、酆辖鹪卦阼F內有較大的溶解度，以便形成致密復雜化合物。

　?、芎辖鹪鼐哂休^小的原子半徑，較大的擴散速度，以優先擴散至表面形成氧化膜。

　?、莺辖鹪乇辱F更容易氧化，優先形成氧化物。生成的合金氧化物高溫穩定性好，熔點高。

　　符合上述條件的合金元素有硅、鉻、鋁等，它們是常用的抗氧化元素。

　　提高鑄鐵抗氧化性的途徑：

　?、偌尤牒辖鹪?，形成致密的氧化膜，阻止氧化的繼續進行，從而提高鑄鐵的抗氧化性。

　?、诮档吞己?，減少石墨數量，以減少氧化通道，且降低脫碳速度，避免因脫碳過快生成氣體過多造成保護膜的開裂。

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　?、鼙砻鎻秃咸幚?，如使用表面滲鋁、鑄滲硅鋁等工藝可在鑄件表面形成富抗氧化元素的合金層，在高溫下優先形成致密的氧化膜，從而顯著提高鑄鐵的抗氧化性。