铸铁平板和铸铁平台的发展可能
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铸铁平板和铸铁平台的发展可能
渗碳体是铁与碳结合的碳化物,其含碳量为6.69%,其熔点高约1227e,硬度高,但抗拉强度约为30MPa,质脆,塑性接近于零,耐磨。在轧辊中,除Fe外还有其他元素如Cr、Mo、V、W等均可与碳结合形成碳化物,它们是轧辊中重要的耐磨相。

由于碳化物硬度高,耐磨性极好,但其韧性极低,因此,其承受冲击能力较差,易产生热裂纹。石墨的导热性很好,具有优良的耐热裂性能。石墨的硬度极低,本身耐磨性差,但是用于轧辊材料中,可以提高润滑性能,从而提高轧辊的耐磨性。片状石墨分布在基体上,相当于在材料中增加了许多微小裂纹,分割了基体,降低了材料的强度。当需要提高材料的强度时,可以加入球化剂,生成球状石墨,大大减轻了对基体的割裂作用,可提高轧辊的强度。

化学成分的选择碳是形成石墨和碳化物的主要元素。含碳量越高,石墨量越多硬度越低。当碳的含量低于2.9%时,铁水的流动性较差,浇注出来的轧辊容易产生铸造裂纹。如果含碳量过低会使组织脆性增加,抗热裂性降低,在使用过程中会出现崩裂、掉块等一些缺陷。将碳含量控制在2.9%3.8%之间为宜。

硅在铸铁中具有分解碳化物的能力,使之形成游离碳或石墨。硅是促进石墨化元素,增加含硅量能减少渗碳体,细化石墨球,提高石墨的圆整度,增加基体中的铁素体的比例。但对轧辊的基体来讲,强度的提高取决于基体中的珠光体的量,而不是铁素体,所以,轧辊中的硅含量不宜过高,将其控制在1.2%1.8%之间。

锰是形成碳化物能力较强的元素,它可稳定和细化珠光体,提高轧辊的硬度和强度,但同时降低韧性和塑性。锰能与硫结合生成MnS,减轻硫对轧辊的有害影响。但过量的锰偏析严重,易形成大量的网状碳化物,致使轧辊残余应力增加,轧辊变脆。因此,锰含量控制在0.8%1.3%为宜。

磷对铸铁的影响比硅、硫、锰和碳要小的多,对石墨化的影响不大。磷在铸铁中主要为磷共晶的形态。含磷量接近0.1%时,就会出现约0.2%的磷共晶,磷共晶硬而脆,降低轧辊的韧性和塑性。因此,磷含量应控制在0.1%以下。

硫是铸铁轧辊中的有害元素。它溶于铁水但基本上不溶于铁的固溶体中,少量的硫便能生成硫化物(FeS或MnS),降低轧辊的韧性和塑性,硫也是最重要的反球化元素之一。故在该轧辊的材质中,应尽可能降低原铁水含硫量,原铁水含硫量<0.05%为宜。若原铁水含硫量>0.05%,则必须对原铁水进行脱硫处理。铬是强碳化物形成元素之一。它加入铸铁时,形成复杂的铁-铬碳化物,这种化合物常以块状或珠光体的一个组成部分的形式出现,即使在很高的温度下也很稳定。普通铸铁中加入少量铬,其组织将发生显著变化,柔软的铁素体变成珠光体组织。即使在普通铸铁中具有极细的片状共晶存在的情况下,也可使石墨的大小更均匀,而且可使铸铁的裂纹和晶粒更细小。铬的加入量超过0.2%,就会出现游离碳化物,而且碳化物的数量随着含铬量的增加而增加,同时轧辊工作面的硬度上升,硬层深度加深。铬能增加碳在奥氏体中的溶解度,促进珠光体的生成,减少甚至完全抑制铁素体的析出,同时铬也是珠光体细化元素,可大大提高珠光体组织强度。为了改善铸铁物理性能,可单独或同其他合金一起加入0.15%0.90%的铬。因此对应合金球墨铸铁轧辊的使用要求,我们将铬含量选为0.4%0.8%范围内。

钼铸铁的冲击韧性显著的高于普通铸铁,并可以具有较好的机械加工性能和优良的耐磨性。钼是强有力的珠光体形成剂,当铸铁中的钼的加入量超过0.5%时,基体组织则全部转变成珠光体。但是,钼在凝固时发生偏析,偏析程度大于锰。随着合金球铁中钼含量增加,钼的偏析程度也加剧,因此,在共晶团边界处形成碳化物的危险性也增大,所以,我们选择含钼量为0.3%0.5%.

铜在铸铁中主要是作为一个石墨化元素。铜在超过它在铸铁中的固溶度极限时,可细化组织。在机械性能方面,特别是抗拉强度、抗弯强度和布氏硬度几乎与所用铜的量成比例的增加,在低碳铸铁中尤为显著,铜也可以提高韧性和硬度,铜是一个石墨化剂,因此它与碳化物形成元素联合使用时,最为有效。
 
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