金属熔焊原理及材料焊接第十一章 铸铁的焊接课件.ppt

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1、第十一章　铸铁的焊接第一节铸铁的类型和性能第二节灰铸铁的焊接第三节球墨铸铁的焊接综合训练铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。工业常用铸铁中碳的质量分数在3.0%～4.5%之间，是以Fe、C、Si为主要组成元素并含有较多Mn、S、P等杂质的多元合金。铸铁具有良好的铸造性能，便于铸造生产形状复杂的机械零部件；另外还具有成本低，减摩性、减振性和切削加工性好等优点，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%。但铸铁的强度、塑性和韧性较低，焊接性很差，不适合制造焊接结构。第一节铸铁

2、的类型和性能能力知识点1铸铁的种类及成分特点按用途分为工程结构件用铸铁和特殊铸铁（抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁）；按碳的存在形式及石墨形态不同分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁共五大类。白口铸铁中碳绝大部分以渗碳体（FeC3）的形式存在，其断口呈亮白色，故称之为白口铸铁。渗碳体性能硬而脆，其硬度为800HBW左右，因而白口铸铁切削加工困难；主要用于炼钢原料，很少用于制造机械零件。白口铸铁灰铸铁中石墨以片状形式存在，其断口呈灰色。灰铸铁的强度低、塑性差；但灰铸铁抗压强度高、耐磨性好、减振性好、收缩率低、流动性好

3、，且成本低廉，可以铸造形状复杂的机械零件，至今仍是工业中应用广泛的一种铸铁；常用于各种机床的床身及拖拉机、汽车发动机缸体、缸盖等铸件的生产。灰铸铁球墨铸铁中石墨以球状形式存在；在高温铁液中加入球化剂（稀土金属、镁合金和硅铁等）经球化处理后获得；强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通过热处理改善性能；广泛用于机械制造业中，常用于制造曲轴、大型管道、受压阀门和泵的壳体、汽车减速器外壳及齿轮、涡轮、蜗杆等。球墨铸铁可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在；是由一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火获得的；与灰铸铁相比，具有较好的强

4、度和塑性，耐磨性和减振性优于碳钢；主要用于管类零件和农机具等。可锻铸铁蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在；生产方式与球墨铸铁相似；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；主要用来制造大功率柴油机气缸盖、电动机外壳等。蠕墨铸铁常用铸铁的化学成分见表1。表1常用铸铁的化学成分能力知识点2铸铁的组织及性能铸铁的基体组织一般为铁素体、珠光体或二者的混合组织，可以认为铸铁是在钢的基体上加上石墨。性能主要取决于石墨的形状、大小、数量和分布等。石墨的强度、硬度极低（抗拉强度＜20MPa，硬度HBW≈3），塑性、韧性几乎等

5、于零，其力学性能远低于基体组织，故石墨相当于在基体组织中存在无数个“小裂纹”，不仅降低了钢的有效承载面积，而且在尖角处还会产生应力集中，促使基体在较低应力作用下产生裂纹扩展甚至断裂，因此铸铁的强度、塑性和韧性比钢小得多。但正是由于铸铁中石墨的存在，使其具有优良的铸造性、切削加工性、减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。在灰铸铁中，由于片状石墨对基体有较大的割裂作用，通过改变基体组织不能显著提高其塑性和韧性，所以生产中只能通过改变基体组织中珠光体的数量，以改善铸铁的硬度和耐磨性，而铸铁的强度、塑性和韧性等，则主要由石墨决定。灰铸铁的牌

6、号与力学性能见表2。表2灰铸铁的牌号与力学性能球墨铸铁中由于石墨呈球状分布，对基体的分割作用大为减小，故可有效利用基体的强度达70%～80%，因此其力学性能明显优于灰铸铁。球墨铸铁还可以通过合金化或热处理等途径来强化或改变基体组织，以达到提高力学性能的目的。球墨铸铁的牌号与力学性能见表3。表3球墨铸铁的牌号与力学性能铸铁中碳的存在状态和基体组织决定于铸件的冷却速度（壁厚）及化学成分。图1为铸件壁厚及化学成分对铸铁组织的影响，当铸件壁厚增加时会降低冷却速度。图1铸件壁厚（冷却速度）及化学成分对铸铁组织的影响元素的石墨化作用：促进

7、石墨化的元素如C、Si、Al、Ti、Ni、Cu、P等和阻碍石墨化的元素如S、V、Mo、Cr、Mn等，如图2所示。碳和硅是灰铸铁中最重要的元素，碳是形成石墨的基础，硅是强烈促进石墨化的元素，在铸造中当冷却速度一定时，增加碳、硅的质量分数可消除白口组织，调整碳、硅的质量分数还可获得不同的基体组织。图2元素对铸铁石墨化及白口化的影响第二节灰铸铁的焊接能力知识点1灰铸铁的焊接性焊接性很差，其主要表现是焊接接头易产生白口和淬硬组织及裂纹。一、焊接接头白口及淬硬组织灰铸铁焊接时，由于熔池体积小，存在时间短，加之铸铁内部的热传导作用，使得焊

8、缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口组织。图3是碳和硅的质量分数分别为3%和2.5%的常用灰铸铁焊条电弧焊焊接接头组织变化图。图3常用灰铸铁焊条电弧焊焊接接头组织变化图1．产生原因（1）焊缝区焊缝为