材料焊接性铸铁焊接
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
灰铸铁时
向焊缝加入适量稀土能使抗热裂纹 性能提高；但过量加入稀土反而使
焊缝的抗热裂纹性能下降。 第16页/共29页
形成FeS与Fe的低 熔点共晶物（熔点 为988℃），高的焊 缝含碳量会增加热裂 纹敏感性，导致形成 焊缝底部热裂纹甚至
宏观热裂纹。
容易形成Ni-Ni3S2（熔 点为644℃）和Ni-Ni3P （熔点为880℃）低熔点 共晶，且镍基焊缝凝固 后为较粗大的单相奥氏 体柱状晶，凝固过程中
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
第8页/共29页
6.1.3 铸铁焊接方法
铸铁焊接 方法
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
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、
未完全混合区
半熔化区
熔合区
第13页/共29页
6.2.2 焊接裂纹
冷裂纹 产生的
原因
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 石墨的尖端位置
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。
第14页/共29页
冷裂纹 的防止 措施
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℃）
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
扩散焊等
第9页/共29页
图6-4 铸铁电弧焊的焊缝金属分类
第10页/共29页
6.2 铸铁焊接性分析
6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织
焊接 接头
焊缝 区
热影 响区
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
冷却时:A→高温L(共晶Fe3C+A) 继续冷却：共晶Fe3C+Fe3CⅡ+P
较细片状 细小片状 细小片状
抗拉强度 /MPa ≥100
≥150 ≥200 ≥250 ≥300 ≥350
硬度 HB
特点及用途举例
强度低,用于制造对强度及组织无要求的
≤175 不重要铸件,如油底壳、盖、镶装导轨的支柱
等
150～ 强度中等,用于制造承受中等载荷的铸件,
200 如机床底座、工作台等
170～ 强度较高,用于制造承受较高载荷的耐磨
布氏硬度 HBS
130～180 130～180 160～210 170～230 190～270 225～305 245～335
600
2
280～360
900
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
第4页/共29页
6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化
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
铸造缺陷 的焊补
铸铁焊接 的应用
已损坏的 铸铁成品 件的焊补
第1页/共29页
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
铸
灰铸铁
断面呈灰色
铁
的 可锻铸铁 石墨呈团絮状
种 类 球墨铸铁 石墨呈球状
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。
第15页/共29页
用低碳钢 焊条焊接 灰铸铁时
热
大多数出
裂
现在焊缝
纹
上：为结
晶裂纹
用镍基焊 接材料焊接
从过共晶铁液中直接析出的初生石墨
共晶转变过程中形成的共晶石墨
石 墨
石墨化 第一阶段
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
化
Hale Waihona Puke Baidu
次渗碳体在高温下分解析出的石墨
两
个
包括共析转变过程中形成的共析石墨；
阶 段
石墨化 第二阶段
共析渗碳体分解析出的石墨 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
的白口铸铁；快冷时：A →M 冷速较慢时：A →P
体区
冷速较快时：A →M
部分重
冷却时：A →P
结晶区 冷速较快时：A →M+F混合组织
碳化物石墨
原始组织 化与球化区 区(母材）
第11页/共29页
图6-5 灰铸铁焊接接头各区域组织变化
第12页/共29页
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。
牌号
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
QT900-2
抗拉强度 /MPa
400 400 450 500 600 700
800
屈服强度 /MPa
最小值 250 250 310 320 370 420 480
伸长率 (%)
18 15 10 7 3 2 2
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。
第5页/共29页
图6-1 铁碳合金双重相图
第6页/共29页
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。
第7页/共29页
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
蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状
第2页/共29页
表6-1 灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途（GB/T9439—1988）
牌号
显微组织
基体
石墨
HT100 铁素体 粗片状
铁素体+ HT150 珠光体
较粗片状
HT200 珠光体 中等片状
HT250 HT300 HT350
细片状 珠光体 细片状 珠光体 细片状 珠光体
220 铸件,如发动机的气缸体、液压泵、阀门壳体、
190～ 机床机身、气缸盖、中等压力的液压筒等
240
210～ 强度高，基体组织为珠光体，用于承受高
260 载荷的耐磨件，如剪床、压力机的机身、车
230～ 床卡盘、导板、齿轮、液压筒等
280
第3页/共29页
表6-2 球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织（GB/T1348—1988）
向焊缝加入适量稀土能使抗热裂纹 性能提高；但过量加入稀土反而使
焊缝的抗热裂纹性能下降。 第16页/共29页
形成FeS与Fe的低 熔点共晶物（熔点 为988℃），高的焊 缝含碳量会增加热裂 纹敏感性，导致形成 焊缝底部热裂纹甚至
宏观热裂纹。
容易形成Ni-Ni3S2（熔 点为644℃）和Ni-Ni3P （熔点为880℃）低熔点 共晶，且镍基焊缝凝固 后为较粗大的单相奥氏 体柱状晶，凝固过程中
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
第8页/共29页
6.1.3 铸铁焊接方法
铸铁焊接 方法
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
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、
未完全混合区
半熔化区
熔合区
第13页/共29页
6.2.2 焊接裂纹
冷裂纹 产生的
原因
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 石墨的尖端位置
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。
第14页/共29页
冷裂纹 的防止 措施
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℃）
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
扩散焊等
第9页/共29页
图6-4 铸铁电弧焊的焊缝金属分类
第10页/共29页
6.2 铸铁焊接性分析
6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织
焊接 接头
焊缝 区
热影 响区
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
冷却时:A→高温L(共晶Fe3C+A) 继续冷却：共晶Fe3C+Fe3CⅡ+P
较细片状 细小片状 细小片状
抗拉强度 /MPa ≥100
≥150 ≥200 ≥250 ≥300 ≥350
硬度 HB
特点及用途举例
强度低,用于制造对强度及组织无要求的
≤175 不重要铸件,如油底壳、盖、镶装导轨的支柱
等
150～ 强度中等,用于制造承受中等载荷的铸件,
200 如机床底座、工作台等
170～ 强度较高,用于制造承受较高载荷的耐磨
布氏硬度 HBS
130～180 130～180 160～210 170～230 190～270 225～305 245～335
600
2
280～360
900
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
第4页/共29页
6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化
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
铸造缺陷 的焊补
铸铁焊接 的应用
已损坏的 铸铁成品 件的焊补
第1页/共29页
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
铸
灰铸铁
断面呈灰色
铁
的 可锻铸铁 石墨呈团絮状
种 类 球墨铸铁 石墨呈球状
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。
第15页/共29页
用低碳钢 焊条焊接 灰铸铁时
热
大多数出
裂
现在焊缝
纹
上：为结
晶裂纹
用镍基焊 接材料焊接
从过共晶铁液中直接析出的初生石墨
共晶转变过程中形成的共晶石墨
石 墨
石墨化 第一阶段
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
化
Hale Waihona Puke Baidu
次渗碳体在高温下分解析出的石墨
两
个
包括共析转变过程中形成的共析石墨；
阶 段
石墨化 第二阶段
共析渗碳体分解析出的石墨 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
的白口铸铁；快冷时：A →M 冷速较慢时：A →P
体区
冷速较快时：A →M
部分重
冷却时：A →P
结晶区 冷速较快时：A →M+F混合组织
碳化物石墨
原始组织 化与球化区 区(母材）
第11页/共29页
图6-5 灰铸铁焊接接头各区域组织变化
第12页/共29页
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。
牌号
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
QT900-2
抗拉强度 /MPa
400 400 450 500 600 700
800
屈服强度 /MPa
最小值 250 250 310 320 370 420 480
伸长率 (%)
18 15 10 7 3 2 2
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。
第5页/共29页
图6-1 铁碳合金双重相图
第6页/共29页
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。
第7页/共29页
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
蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状
第2页/共29页
表6-1 灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途（GB/T9439—1988）
牌号
显微组织
基体
石墨
HT100 铁素体 粗片状
铁素体+ HT150 珠光体
较粗片状
HT200 珠光体 中等片状
HT250 HT300 HT350
细片状 珠光体 细片状 珠光体 细片状 珠光体
220 铸件,如发动机的气缸体、液压泵、阀门壳体、
190～ 机床机身、气缸盖、中等压力的液压筒等
240
210～ 强度高，基体组织为珠光体，用于承受高
260 载荷的耐磨件，如剪床、压力机的机身、车
230～ 床卡盘、导板、齿轮、液压筒等
280
第3页/共29页
表6-2 球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织（GB/T1348—1988）