鑄鐵的機械性質取決於金相組織. 金相組織則取決於: 1, 成份 與 2, 熱履歷 (heat history)--也就是 冷卻速度
(化學)成份:
成份由碳矽與合金含量決定, 碳矽促進產生石墨與肥粒鐵亦即促進灰口傾向;
碳矽含量越高, 灰口傾向越強, 所得的鑄件材質偏軟, 且凝固收縮率較小. 矽促進灰口傾向的"影響力"只有碳的1/3, 碳矽的"綜合"影響力稱為"碳當量"("當"為"相當"之意, 其公式為CE = C + 1/3* Si. 碳當量為鑄鐵灰口傾向強弱的重要指標
(銅, 錳, 鉻, 錫等)合金元素促進產生波來鐵與碳化物亦即促進白口傾向; 合金%越高, 則白口傾向越強, 所得的鑄件材質偏硬, 凝固收縮率較大.
冷卻速度(熱履歷):
凝固時的冷卻速度 由澆注溫度與 鑄件肉厚 來決定. 澆注溫度高或鑄件厚重, 其冷速當然會較慢, 所獲得肥粒鐵的比例較高, 波來鐵的比例較低, 故所得的鑄件材質偏軟, (對FCD鑄件則延伸率高).
品管/設計人員需知: 同一鑄件上, 肉厚差異不可太大. 因肉厚不同, 冷速就不同, 因而硬度, 強度就不同. 在規範硬度時, 需註明檢驗硬度的部位.
鑄鐵內最常見的金相組織有: 1石墨 2碳化物 3肥粒鐵 4波來鐵前兩者之形狀, 數量, 大小在~11xx℃凝固時即已成定局(無法藉由熱處理改變). 後兩者則在約750℃以下生成, 其數量不合要求時,尚可藉熱處理來調整其比例, 但成本會增加
石墨: 無硬度可言, 其數量, 形狀, 大小對強度硬度的影響如下:
數量: CE%高 →石墨多 → 強度硬度低; 收縮率低
形狀:: 自然形成: 片狀→ FC 吸震能力佳
分佈分: A, B, C, D, E 形. A 最佳, D/E No Good. B, C型你見到的機會很少.
球化(Mg)處理: 球狀: → FCD 強度延伸率高
大小: 由 接種處理 與 冷卻速度 主宰. 接種劑多或冷卻速度快
→共晶胞多 →石墨片小→ 強度高,但吸震能低 (對FC鑄鐵而言)
共晶碳化物(俗稱白口) : 共晶碳化物是在共晶凝固( ~11xx℃)時所產生的"塊狀"碳化物, 它硬如陶瓷很難切削. 除了耐磨鑄件外, 一般鑄件多不希望有此組織產生.
白口可分為外部白口與內部白口,產生的場合與原因如下:
1外部白口(FC): 冷速太快所引起 (原因: 澆注溫度太低, 鑄件太薄, 鐵水流速太慢…. 等等) 此種白口常見於FC鑄件的薄肉處, 加上澆注溫度太低或進水速度太慢的場合.
2 內部白口(FCD): 凝固冷速(1400~1100℃之間的)太慢所引起. 凝固冷速太慢時, Mn, Cr, Sn,Mg…等合金元素, 有足夠時間聚集在一起(冶金名詞稱為"合金偏析"),此類合金之濃度達某一程度時, 會在鑄件內部形成如島嶼散佈的"內部白口" (形成溫度11xx℃, 就是CE測定儀上顯示的共晶溫度), 內部白口常見於FCD的厚鑄件,又加上澆注溫度太高的場合
內部白口避免方法:1>提高接種劑"用量", 可降低內部白口發生的機率. 欲避免內部白口, 厚鑄件決不可與薄鑄件用同一盆鐵水澆鑄, 如果一定要如此, 可先倒薄件; 倒厚件時, 可先置入回爐材將鐵水降溫後才澆鑄. 內部白口對只加工表面的鑄件並無大礙, 但鑄件需鑽孔時, 則令人頭痛 (鑽不下, 鑽頭偏向, 折斷)
Ferrite
肥粒鐵: 為一極軟的組織 (延伸率>50%) (鐵絲金相組織肥粒鐵 ~99%) CE%高,或(750 ~ 600℃之間的)冷速慢 (鑄件肉厚太厚), 波來鐵有足夠的熱能與時間進行分解 會產生較多的肥粒鐵因而鑄件硬度低. (延伸性)高; 鑄鐵內Si%越多肥粒鐵%也就越多而硬度漸低. 但在此同時基地肥粒鐵內含矽(Si%)漸多硬度會漸高.
Pearlite
波來鐵: 該組織有適當的強度與硬度(HB240~280), 耐磨耗, 鑄鐵金相組織內的波來鐵組織為鑄鐵硬度主要提供者. 由0%~100% (FCD450~FCD700 ; FC100~FC350) 波來鐵係在750 ~730℃之間形成, 形成後如果停留在750~600℃範圍時間太久, 又會逐漸分解而剩下肥粒鐵. 波來鐵的分解速度由
1>生成後(750~600℃)的冷卻速度與
2>合金元素含量主宰
冷卻速度越快, 波來鐵分解越少. (分解需要"熱能"與"時間") 達室溫後波來鐵% 越多 強度與硬度越高,但FCD之延伸率則越低.
合金含量多或冷卻速度快(薄鑄件) 波來鐵較不易分解, 鑄件得到的硬度會較高. 促進波來鐵組織的合金元素的"葯效": 錳,鉻1; 銅2倍; 錫,20倍.
通常促進波來鐵組織的合金過量時會生"白口" 但銅(Cu)則例外 不但不會生白口, 反而會壓抑白口的生成 此為銅較特別的地方.
工作母機(硬)滑軌常需感應淬火硬化, 其波來鉄%要夠高才易淬硬. 但基地全(100%)波來鉄時 反而易淬裂, 基地最好是保有少量(5~10%)的肥粒鉄來吸收淬火應力, 校機後的精度比較不易跑掉.
硬軌研磨面 不要一味的要求光亮度,石墨少 光亮度就高 但也降低了石墨所提供的蓄積油膜的功效, 耐磨耗性會被打折.
留言列表
