什么是灰铸铁?其组织与性能有什么特点?焊接时易于出现哪些问题?
灰铸铁中碳的质量分数通常为2.8%~3.6%, 且以片状石墨的形态存在。
灰铸铁几乎没有塑性及韧性。其抗拉强度也不高,一般均低于400MPa。但其却有优良的工艺性能,如良好的切削加工性、良好的耐磨性、减震性和较低的缺口敏感性等,加之价格低廉,因此被广泛应用于工业生产中,主要用于各种机床床身、箱体、壳体和导轨、缸体等。
在灰铸铁的显微组织中,除片状石墨外,基体组织一般为铁素体、铁素体+珠光体和珠光体三种。灰铸铁的力学性能主要取决于基体;其中铁素体基体的灰铸铁的强度、硬度和耐磨性较低,但塑性较好;珠光体基体的灰铸铁的强度、硬度较高,耐磨性较好,但塑性较差。铁素体+珠光体基体的灰铸铁的性能介于两者之间。
灰铸铁焊接时的主要问题是白口问题和裂纹问题。
(1)白口问题 在一般焊接条件下,由于焊缝及热影响区的冷却速度极快,如果焊缝金属与母材为相同成分,则焊缝组织往往会形成大量的共晶渗碳体和二次渗碳体。这时的焊缝组织相当于白口铁的组织形态,故称之为白口组织。而热影响区由于冷却速度常常高于焊缝,则更易于形成白口组织。这种白口组织的出现,经常会导致焊缝及热影响区出现焊接裂纹。而且,由于硬脆的渗碳体的存在,使焊缝附近很难进行机械加工和切削加工。
(2)裂纹问题 在灰铸铁焊接时,由于片状石墨的存在,其尖端相当于先天的裂纹源。而基体中由于大量淬硬组织的存在,塑性和韧性很差,裂纹很容易发生扩展。即使焊缝中没有淬硬组织存在时,在焊接拘束度较大时,由于片状石墨基本上没有强度,石墨片尖端和两侧也可能由于应力的作用而出现裂纹。这种裂纹一般发生在400℃以下,称为淬硬脆化裂纹,属于冷裂纹的一种。在铸铁焊接时,这种裂纹极易出现,甚至在焊接时就能听到开裂的声音。该种裂纹一般为横向裂纹,有时可扩展到整个焊缝截面。
除上述问题外,在灰铸铁焊接时,焊缝中还可能出现大量的马氏体等淬硬组织,促进裂纹的产生,并使得焊缝附近的加工性能变差。