铁素体可锻铸铁是指断口外缘为脱碳的表皮层,心部组织为
铁素体、团絮状石墨的
可锻铸铁。
中国国家标准确认其为黑心可锻铸铁。中国专业可锻铸铁厂,90%以上产品都是黑心可锻铸铁。它广泛用于汽车、拖拉机、农机、铁路、建筑、水暖管件、线路金具等(见可锻铸铁)。
化学成分的选定 因零件的结构特点、牌号要求、
熔炼条件等不同而有所差异。常用的化学成分范围为:C(2.4~2.8)%、Si(1.2~1.8)%、Mn(0.3~0.6)%、P<0.1%、s<0.2%。碳硅总量∑(C+Si)%一般选择在3.4%~4.2%之间,厚壁或强度要求大的铸件可选择低限。高的碳、硅成分有利于改善铸造性、缩短退火周期,但易引起力学性能降低,还可能出现铸态石墨。
碳当量偏低时易产生充型不足、缩松、裂纹等缺陷,且退火周期加长。硅量过高会引起低温脆性。此种作用与含磷量的高低有关联。当磷含量超过0.1%时,可能以磷共晶的形式析出,而引起铸件的韧性降低。硫较强烈地阻碍石墨化,且会形成FeS-Fe共晶体分布在
晶界上,既阻碍碳扩散,又降低可锻铸铁的塑性,因此要求含硫量尽量低。生产中常利用锰和硫的相互作用来抑制硫的不良影响,并根据下式来决定锰的含量Mn(%)=1.7×S(%)+(0.1%~0.3%)。
(1)升温阶段(0~1)。“1”点温度一般为950℃左右或稍高些,此时铸铁组织由珠光体加莱氏体转变成奥氏体加莱氏体。实际生产中,由于较大的退火炉升温较慢,加热到900℃以上需要10~20h以上,虽然在规定的
石墨化退火工艺规范中,没有专门的预处理阶段,但实际上经过300~500℃的时间超过了3~5h,已含有预处理的作用。增加低温预处理的时间,更可以增加厚大断面可锻铸铁的石墨核心数。
由
渗碳体不断溶入奥氏体而逐渐消失,
团絮状石墨逐渐形成。第一阶段结束时(到“2”点),组织为奥氏体(γ)加团絮状石墨。这个阶段所需的时问长短以自由渗碳体能全部分解完为准,过长无益且有害。
(3)中间阶段(2~3)。指从高温冷却到稍低于共析温度(710~730℃的范围)的阶段。随着温度的降低,
奥氏体中的碳逐渐脱溶,附着在已生成的团絮状石墨上,使石墨长大。到“3”点的组织为珠光体加团絮状石墨。这阶段冷得太慢会增加退火周期,太快会出现二次渗碳体。
(4)
石墨化第二阶段(3~4)。在710~730C处保温,可使共析珠光体逐渐分解成铁素体加石墨,石墨继续向已有的团絮状石墨上附着生长,到“4”点时组织为铁素体加团絮状石墨。这阶段所需时间的长短根据珠光体是否能分解完而定。这阶段亦可采用从750C左右开始,以3~5C/h的缓慢速度通过共析区,这样奥氏体可直接转变为铁素体加石墨。这个方法石墨化速度可快些,但控制冷却速度是个关键因素。(5)冷却阶段(4~室温)。到“4”点以后,再继续保温并不发生组织变化,可用较快速度冷却。为防止回火脆性,冷到500~600rC时即可出炉空冷。铁素体可锻铸铁显微组织如图2所示。