材料焊接性第6章_铸铁焊接

第6章 铸铁焊接

铸铁

碳的质量分数大于 2.11%的铁碳合金

工业常用的铸铁 为铁碳硅合金

铸铁焊接 的应用

铸造缺陷 的焊补

已损坏的 铸铁成品 件的焊补

零部件 的生产

6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1.1 铸铁的种类白口铸铁 断口呈白亮色 断面呈灰色 石墨呈团絮状 石墨呈球状 石墨呈蠕虫状

铸 铁 的 种 类

灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁

表6-1

灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途(GB/T9439—1988)显微组织 基体 铁素体 石墨 粗片状 抗拉强度 /MPa ≥ 100 硬度 HB

牌 号

特点及用途举例 强度低 , 用于制造对强度及组织无要求的

HT100

≤ 175 不重要铸件, 如油底壳、盖、镶装导轨的支柱 等 150~ 200 170~ 220 240 210~ 260 280 强度高，基体组织为珠光体，用于承受高 载荷的耐磨件，如剪床、压力机的机身、车 强度中等 , 用于制造承受中等载荷的铸件 , 如机床底座、工作台等 强度较高 , 用于制造承受较高载荷的耐磨 铸件,如发动机的气缸体、 液压泵、 阀门壳体、

HT150 HT200 HT250 HT300 HT350

铁素体 + 珠光体 珠光体 细片状 珠光体 细片状 珠光体 细片状 珠光体

较粗片状 中等片状 较细片状 细小片状 细小片状

≥ 150 ≥ 200 ≥ 250 ≥ 300 ≥ 350

190~ 机床机身、气缸盖、中等压力的液压筒等

230~ 床卡盘、导板、齿轮、液压筒等

表6-2

球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织(GB/T1348—1988)抗拉强度 屈服强度 /MPa 最小值 250 250 310 320 370 420 480 600 伸长率 (%) 18 15 10 7 3 2 2 2 布氏硬度 HBS 130~180 130~180 160~210 170~230 190~270 225~305 245~335 280~360 显微组织 铁素体 铁素体 铁素体 铁素体+ 珠光体 珠光体+ 铁素体 珠光体 珠光体或回火组 织 贝氏体或回火马 氏体

牌号 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2

/MPa 400 400 450 500 600 700 800 900

6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化从过共晶铁液中直接析出的初生石墨

石 墨 化 两 个 阶 段

石墨化 第一阶段

共晶转变过程中形成的共晶石墨 奥氏体冷却析出二次石墨以及一次渗碳体、共晶渗碳体和二 次渗碳体在高温下分解析出的石墨 包括共析转变过程中形成的共析石墨； 共析渗碳体分解析出的石墨

石墨化 第二阶段

如果第二阶段石墨化能充分进行，则铸 铁的基体将完全为铁素体，但是由于温 度较低，一般难以实现，因此铸铁在铸 态下多为铁素体加珠光体混合组织。

图6-1

铁碳合金双重相图

图6-2

合金元素对铸铁石墨化的影响

C、Si 、Al、Ni、Cu等为促进石墨化 的元素， 而S、V、Cr、Mo、Mn等为阻碍石墨化 的元素。

化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素,从 冷却速度对石墨化的影响来看，

缓慢冷却有利于石墨 化。铸铁的冷却速度与铸模类型、浇注温度、铸件壁 厚及铸件尺寸等因素有关。

图6-3

铸件壁厚(冷却速度)和化学成分(碳硅总量)对铸铁组织的影响

6.1.3 铸铁焊接方法铸铁焊接 方法球墨铸铁件之间、球墨 铸铁与各种钢件或有色 金属件之间，采用细丝 CO2焊、摩擦焊、激光焊、 电子束焊、电阻对焊、 扩散焊等

焊条电弧焊、气焊、 CO2气体保护电弧焊、 手工电渣焊、气体火 焰钎焊以及气体火焰 粉末喷焊等

图6-4

铸铁电弧焊的焊缝金属分类

6.2 铸铁焊接性分析6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织焊缝 区焊缝将主要由共晶渗碳体、二次 渗碳体及珠光体组成，即焊缝为 具有莱氏体组织的白口铸铁。 半熔 化区 奥氏 体区 部分重 结晶区冷却时:A→高温L(共晶Fe3C+A) 继续冷却：共晶Fe3C+Fe3CⅡ+P 的白口铸铁；快冷时：A →M 冷速较慢时：A →P 冷速较快时：A →M 冷却时：A →P 冷速较快时：A →M+F混合组织

焊接 接头

热影 响区

原始组织 区(母材)

碳化物石墨 化与球化区

图6-5

灰铸铁焊接接头各区域组织变化

未完全混合区

其物理化学冶金特性与焊缝并 不相同，更接近于半熔化区。

未完全混合区

半熔化区

熔合区

6.2.2 焊接裂纹铸铁型同质焊缝较长或焊补部位 刚度较大时容易出现冷裂纹 铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状 石墨的尖端位臵

冷裂纹 产生的 原因

当冶金或工艺因素控制不当， 铸铁焊缝出现白口时异质焊条焊接灰铸铁，连续焊长 焊缝也会产生横向冷裂纹 主要受焊接应力即热应力的影响， 只要热应力不超过焊缝及热影响区 金属的塑性变形能力就不会开裂。

既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要 原因是热应力，那么防止冷裂纹的 措施也应从减小热应力入手。 防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的 措施是对焊补工件进行整体高温预热 (600~700℃)

冷裂纹 的防止 措施

在铸铁型焊缝中提高碳含量，并加入一定量 的合金元素，如Mn(wMn=0.75%)、Mo (wMn=1.17%)、Cu(wCu=1.85%)等 钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。 为了消除或减轻碳的有害作用，提高铸铁 焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力，可以采取 冶金措施。 白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影 响可以从冶金和工艺因素两方面入手加以解 决。