鑄鐵
關(guān)注創(chuàng)建者：配角 創(chuàng)建時(shí)間：2018-11-17
鑄鐵的視頻教程
004ProCAST從入門到精通--砂鑄鑄鐵
ProCAST入門到精通系列視頻有十八期，本期為其中一期“砂鑄鑄鐵”，視頻內(nèi)容講解除了操作以外還介紹鑄鐵模擬原理，主要內(nèi)容有： 1、鑄鐵模擬之石墨化特殊性 2、幾何處理及網(wǎng)格劃分 3、過濾網(wǎng)的處理與鑄鐵模擬邊界條件設(shè)置 4、運(yùn)行參數(shù)講解（孕育方式設(shè)置、球化劑添加、孕育\球化衰退效果、石墨化膨脹設(shè)置、砂型剛度設(shè)置等） 5、結(jié)果觀察與分析 學(xué)習(xí)完該視頻，可以獨(dú)立完成ProCAST砂型鑄造鑄鐵件的模擬分析
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procast（2016版）砂型鑄造詳解教程（鑄鋼鑄鐵為例）
本課程詳細(xì)以鑄鋼鑄鐵為例介紹了砂型鑄造各階段的操作教程。主要有十四個(gè)課時(shí)。講述了幾何模型的處理、網(wǎng)格劃分、鑄鋼鑄鐵參數(shù)設(shè)置、后處理結(jié)果分析、過濾網(wǎng)參數(shù)設(shè)置、材料數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和一些常用的操作，具體看列表。練習(xí)模型已上傳附件。
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鑄鐵的實(shí)例教程
鑄鐵件的最終性能，主要決定于其在凝固過程中形成的組織，例如：灰鑄鐵的熱性能就受其組織中石墨的形態(tài)、尺寸和數(shù)量的影響，力學(xué)性能則取決于初生奧氏體枝晶的數(shù)量、石墨的形態(tài)和共晶團(tuán)的尺寸；球墨鑄鐵的力學(xué)性能則取決于石墨球的數(shù)量、形態(tài)，以及基體組織的特點(diǎn)。
灰鑄鐵、球墨鑄鐵的凝固過程包括：初生相（奧氏體、石墨）的析出，共晶轉(zhuǎn)變和剩余殘液的凝固。
共晶轉(zhuǎn)變的末期，共晶晶粒與共晶晶粒之間、共晶晶粒與初生奧氏體枝晶之間互相銜接，剩余的低熔點(diǎn)殘液處于晶粒之間的晶界部位，最后凝固。這種殘液在鑄鐵中所占的體積分?jǐn)?shù)雖然很小，但是，其中富集了多種偏析元素和夾雜物，它的凝固狀態(tài)可以使鑄鐵件中產(chǎn)生多種晶界缺陷，如磷共晶、晶界碳化物、晶界非金屬夾雜物、畸形石墨、晶間縮松等，對(duì)鑄件質(zhì)量的影響很大。生產(chǎn)過程中影響剩余殘液性質(zhì)的因素也很多，諸如：鑄鐵化學(xué)成分的選定，熔煉用各種原材料的質(zhì)量，熔煉過程的控制，鐵液的后處理工藝等等。因此，要討論剩余殘液的凝固，決不是一兩個(gè)段落所能說得清楚的，這里只能暫且按下不說了。
到目前為止，我們對(duì)鑄鐵凝固過程的認(rèn)識(shí)仍然是不夠充分的，很有必要進(jìn)一步的探索和研究。
一、鑄鐵凝固過程中的生核
鑄鐵是一種碳含量比較高的Fe-C合金，除碳以外，還含有多種其他合金元素。一般低合金鑄鐵中的碳，可以以石墨或Fe3C的形態(tài)析出。
高溫的鐵液中，石墨的自由能比Fe3C低得多，較易于直接自鐵液中析出。當(dāng)然，鑄鐵中的碳也可自固態(tài)的奧氏體中脫溶析出。從熱力學(xué)方面的分析看來(lái)，‘Fe-石墨’系二元相圖是穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，所以稱之為Fe-C合金的穩(wěn)定系。相對(duì)而言，F(xiàn)e-Fe3C二元相圖就是Fe-C合金的介穩(wěn)定系。
要了解鑄鐵的凝固過程，當(dāng)然要參照Fe-C合金相圖。
展開 灰鑄鐵和球墨鑄鐵都是共晶型Fe-C合金，共晶轉(zhuǎn)變是凝固過程中最重要的環(huán)節(jié)。
雖然亞共晶鑄鐵、共晶鑄鐵和過共晶鑄鐵中都有初生奧氏體析出，但是，共晶轉(zhuǎn)變時(shí)并不依托奧氏體生核、結(jié)晶，而是在初生奧氏體枝晶間具有共晶成分的鐵液中單獨(dú)由石墨生核開始。
灰鑄鐵和球墨鑄鐵，共晶轉(zhuǎn)變形成的組織，都是由石墨和奧氏體共同形成的共生晶體，但形成的方式有所不同。
促進(jìn)鑄鐵中石墨的析出，基本上都借助于異質(zhì)生核的方式。析出石墨所依托的異質(zhì)晶核，基本組成物質(zhì)是多種氧化物、多種硫化物和多種硅酸鹽等非金屬夾雜物。由于各種鑄鐵的成分不同，經(jīng)歷的處理方式也不一樣，石墨晶核的實(shí)際構(gòu)成當(dāng)然也不盡相同。
根據(jù)近年來(lái)一些工業(yè)國(guó)家在這方面所作的大量研究工作，目前已經(jīng)形成的共識(shí)大致是這樣：
1、灰鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變
通常所謂的‘共晶轉(zhuǎn)變’，所指的是：一定成分的液態(tài)合金，在一定的溫度下，結(jié)晶出兩種（二元合金）或兩種以上（多元合金）固相，而且還具有液相與析出的各種固相共存的特點(diǎn)。
就Fe-C合金的穩(wěn)定系而言，共晶轉(zhuǎn)變時(shí)析出石墨和奧氏體兩種固相，石墨和奧氏體共生，而且，在轉(zhuǎn)變過程中石墨、奧氏體和液相三相共存，直至共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束。
灰鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先相是石墨，石墨析出后，奧氏體在石墨的分枝間析出，然后二者共同長(zhǎng)大，形成一個(gè)有點(diǎn)近于球形的協(xié)同結(jié)晶、長(zhǎng)大的共生晶體。共生晶體與液相接觸的前沿是參差不齊的，石墨片的尖端始終都突出在共生晶體的外面，伸向液相中，保持領(lǐng)先在液相中生長(zhǎng)、分枝的態(tài)勢(shì)，共晶轉(zhuǎn)變的過程參見圖4。
圖4 灰鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變過程的示意圖
灰鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變過程中，石墨和奧氏體是共生的，而且有石墨、奧氏體和液相三相共存的特點(diǎn)，具有共晶轉(zhuǎn)變的特征。
展開 出于力學(xué)性能方面的考慮，灰鑄鐵一般都是亞共晶成分，凝固組織中當(dāng)然會(huì)有初生奧氏體枝晶。在要求鑄鐵具有特殊性能的情況下（如要求熱導(dǎo)率高、減震性能好等），接近共晶、過共晶成分的灰鑄鐵也有應(yīng)用，但需求量很少。
以往，對(duì)于灰鑄鐵凝固過程的研究，大都著重于石墨的形成及其特性、共晶團(tuán)的數(shù)量和共析組織等方面，對(duì)初生奧氏體枝晶的作用注意較少。實(shí)際上，初生奧氏體枝晶在灰鑄鐵的作用有些像混凝土中的鋼筋，對(duì)鑄鐵力學(xué)性能的影響并不小。
球墨鑄鐵大多數(shù)是共晶或微過共晶成分，按照平衡相圖考慮，是不會(huì)有初生奧氏體的，因而，在球墨鑄鐵的研究方面，多著重于石墨和基體組織，對(duì)初生奧氏體的探討比灰鑄鐵還要少些。但是，在工業(yè)生產(chǎn)的條件下，球墨鑄鐵的凝固是在非平衡條件下進(jìn)行的，在共晶轉(zhuǎn)變之前也都有初生奧氏體枝晶析出，其作用也不可忽視。
1、初生奧氏體枝晶的析出
工業(yè)用的各種鑄鐵，由于在非平衡條件下的凝固，即使碳當(dāng)量高達(dá)4.7％，鑄造組織中仍然有一定量的初生奧氏體，這里，就不同共晶度的鑄鐵作簡(jiǎn)單的分析，參見圖3。
a）亞共晶鑄鐵；b）過共晶鑄鐵
圖3 亞共晶、過共晶鑄鐵中初生奧氏體的析出
（1）亞共晶鑄鐵
碳當(dāng)量為Fe亞的亞共晶鐵液，冷卻到液相線BC以下，就開始析出低碳初生奧氏體枝晶，液相中碳當(dāng)量隨之沿BC線逐漸增高。
冷卻到溫度T1，由于已逐漸析出初生奧氏體枝晶，液相中的碳含量增高到C1。
冷卻到共晶溫度TEG，液相中的碳含量為共晶碳含量C，由于并非處于平衡狀態(tài)，而且鐵液中沒有石墨作為共晶奧氏體析出的依托，不可能在此溫度下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。
冷卻到共晶溫度TEG以下某一溫度T2時(shí)，液相中的碳含量已經(jīng)沿BC的延長(zhǎng)線增高到C2，為過共晶成分，石墨異質(zhì)生核、結(jié)晶析出。
展開 鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)并不是一個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)品類別，而是普通鑄鐵平臺(tái)中精度和性能要求更高的一種專用型號(hào)。
為了幫你快速抓住核心區(qū)別，可以從“普通”是家族統(tǒng)稱，“試驗(yàn)”是精兵強(qiáng)將這個(gè)角度來(lái)理解：
“普通鑄鐵平臺(tái)”是泛指：它是一個(gè)很大的家族，包含檢驗(yàn)、劃線、裝配、焊接等多種類型。精度覆蓋0-3級(jí)，能滿足從精和密測(cè)量到毛坯劃線的廣泛需求-3-4-6。
“鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)”是專精特長(zhǎng)生：它本質(zhì)上是一種高強(qiáng)度、高剛性的專用裝配或測(cè)試平臺(tái)，專門用來(lái)承載和測(cè)試設(shè)備-2-3。它的核心追求是在長(zhǎng)期重載下“不變形、穩(wěn)得住”。
具體到關(guān)鍵指標(biāo)上，差異主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
1. 精度的側(cè)重和點(diǎn)不同
普通鑄鐵平臺(tái)（這里主要指檢驗(yàn)平臺(tái)）追求的是靜態(tài)的“絕和對(duì)平整”，作為測(cè)量基準(zhǔn)，必和須在無(wú)負(fù)載時(shí)達(dá)到極和高的平面度-4。
鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)則追求動(dòng)態(tài)的“負(fù)載穩(wěn)定性”。它的精度等級(jí)可能不算頂和尖（常見1-2級(jí)），但關(guān)鍵是在承載設(shè)備并產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，臺(tái)面變形微乎其微，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性-1。
2. 性能設(shè)計(jì)的取舍不同
材質(zhì)與剛性
普通鑄鐵平臺(tái)多用HT200材質(zhì)，滿足一般強(qiáng)度和減震需求即可-1-6。
鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)則普遍選用HT250或HT300等高強(qiáng)度鑄鐵，并且內(nèi)部設(shè)計(jì)有更密集的加強(qiáng)筋，部分采用箱體式結(jié)構(gòu)，整體剛性和抗變形能力遠(yuǎn)超普通款-1-3。
工藝標(biāo)準(zhǔn)
兩者都需時(shí)效處理，但試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)此要求更嚴(yán)苛，必和須徹底消除內(nèi)應(yīng)力，防止在長(zhǎng)期使用中因應(yīng)力釋放導(dǎo)致精度失準(zhǔn)-2。
3. 適用場(chǎng)景不同
普通鑄鐵平臺(tái)：通用性強(qiáng)，比如車間劃線用劃線平臺(tái)，焊接用焊接平臺(tái)，零件檢測(cè)用檢驗(yàn)平臺(tái)-3。
鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)：應(yīng)用場(chǎng)景非常明確，通常作為設(shè)備臺(tái)架，例如固定在測(cè)功機(jī)下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)，或承載工件進(jìn)行振動(dòng)、疲勞壽命測(cè)試-2-3。
4.
展開 早期的文獻(xiàn)指出【1、2】，鑄鐵中的是一個(gè)有害的元素，他們認(rèn)為：氮強(qiáng)烈地提高了鑄鐵件的硬度和白口傾向，且增加鑄鐵的脆性，惡化了加工性能。可在1953年，英國(guó)BCIRA（英國(guó)鑄鐵研究學(xué)會(huì)）的Dawson等人報(bào)導(dǎo)了氮可以改善鑄鐵的石墨形態(tài)，強(qiáng)化基體組織，從而提高了鑄鐵的力學(xué)性能。1960年，原蘇聯(lián)的B.И ЛАКОМСКИЙ出版了一本專著【3】，論述鑄鐵中氧、氫、氮含量對(duì)鑄鐵的影響，談到由于提高了對(duì)氮含量檢測(cè)的準(zhǔn)確性后，在一個(gè)較寬的氮濃度范圍內(nèi)，研究了其對(duì)鑄鐵的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)?shù)靠刂圃谝粋€(gè)確定的范圍內(nèi)時(shí)，氮卻是個(gè)有益的元素。只是由于在五、六十年代當(dāng)時(shí)的鑄鐵熔煉工藝情況下，鑄鐵中的氮含量很低，一般在0.002~0.006%（即20~60ppm）下，對(duì)鑄鐵沒有顯示明顯的影響。因而在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，沒有引起人們對(duì)氮作用的關(guān)注。后來(lái)由于中頻感應(yīng)電爐的發(fā)展，以及歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的廢鋼充足,因而從上世紀(jì)七十年代至九十年代起，鑄造廠在熔煉鑄鐵時(shí)，已基本上不用新生鐵作為爐料，國(guó)內(nèi)也從上世紀(jì)九十年代開始采用了此種工藝，即便用大量的廢鋼來(lái)代替生鐵，然后用增碳劑增碳，使碳含量達(dá)到工藝要求，這即提高了鑄鐵的性能，又節(jié)約了成本。因而在國(guó)內(nèi)，這種工藝得到很快發(fā)展，連同采用提高鐵液溫度、增硫、強(qiáng)化孕育等措施，使我國(guó)的鑄鐵熔煉工藝水平和鑄鐵件的材質(zhì)上了一個(gè)新的臺(tái)階。但由于采用廢鋼和增碳劑增碳工藝后，因廢鋼中含氮較高，一般的廢鋼含氮為70~120ppm左右，而未經(jīng)高溫石墨化處理的增碳劑，含氮量就更高，一般都在2000ppm以上，這些氮在熔煉過程中，大部都進(jìn)入到了鐵液內(nèi)，從而在國(guó)內(nèi)外，都可看到由此而產(chǎn)生的裂隙式氮?dú)饪椎膱?bào)導(dǎo)。由于其在外觀形貌上與縮松相似，加之一般鑄造工廠不具備檢測(cè)氮量的條件，影響了對(duì)此鑄造缺陷的判斷，而造成很大的廢品損失，因而鑄鐵中的氮的作用具有兩面性。
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鑄鐵試驗(yàn)平臺(tái)本質(zhì)上是一個(gè)人造的、絕和對(duì)平整的剛性基準(zhǔn)面。它的核心價(jià)值在于，為各種測(cè)量工具、機(jī)械工件提供一個(gè)穩(wěn)定、耐磨且可以反復(fù)驗(yàn)證的物理基準(zhǔn)。
其基礎(chǔ)材質(zhì)是HT200至HT300牌號(hào)的高強(qiáng)度灰鑄鐵。這種材料因?yàn)閮?nèi)部含有大量片狀石墨，具備了兩個(gè)關(guān)鍵特性：一是出和色的吸震性，能有效吸收測(cè)試過程中產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定；二是較好的耐磨性，能夠承受工件長(zhǎng)期在上面摩擦、拖拽而不易損壞。
鑄鐵電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)的核心價(jià)值在于，它能提供一個(gè)相當(dāng)度穩(wěn)定、高精度且通用的基準(zhǔn)平面，確保電機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。它不僅僅是一塊堅(jiān)固的鐵板，更是一個(gè)集成了精和密制造、結(jié)構(gòu)力學(xué)與計(jì)量技術(shù)的基準(zhǔn)系統(tǒng)。其可取之處主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：
?? 相當(dāng)致的“穩(wěn)”與“準(zhǔn)”
天生吸震：鑄鐵的阻尼系數(shù)是鋼材的610倍，能快速吸收電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)，確保測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)反映電機(jī)性能，而非平臺(tái)干擾。
以下是幾個(gè)核心要點(diǎn)：
?? 選型：三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)
看材質(zhì)：優(yōu)先選擇HT250或HT300等高牌號(hào)鑄鐵，強(qiáng)度和耐磨性更好。不要為了省錢選低牌號(hào)，后期變形維修的成本更高。
定精度：根據(jù)用途選。0級(jí)用于精和密檢測(cè)和計(jì)量；1級(jí)用于精和密裝配和測(cè)試；2級(jí)用于一般加工和焊接。
地平鐵，全稱鑄鐵地平平臺(tái)，是一種專為大型、重型設(shè)備設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度鑄鐵制平面基準(zhǔn)工具。可以把它看作“落地生根的超和級(jí)工作臺(tái)”，通過地腳螺栓永和久固定在車間地基上，為超大型機(jī)械的裝配、試驗(yàn)、焊接或精和密檢測(cè)提供一個(gè)絕和對(duì)平整且相當(dāng)穩(wěn)定的基準(zhǔn)平面。
T型槽試驗(yàn)平臺(tái)，本質(zhì)上是一塊高精度的、帶有T型槽的鑄鐵基礎(chǔ)平臺(tái)。它比較大的作用就是：提供一個(gè)平整、堅(jiān)固、可靈活固定的工作基準(zhǔn)面。
你可以把它理解成一個(gè)超和級(jí)穩(wěn)固、且表面有很多“軌道”的大型工作臺(tái)。這些軌道（T型槽）可以與螺栓、壓板等附件組合，輕松地把發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、大型工件等牢牢固定在平臺(tái)上，方便進(jìn)行裝配、測(cè)量或性能測(cè)試。
鑄鐵檢測(cè)平臺(tái)（又稱鑄鐵平板、檢驗(yàn)平臺(tái)）是工業(yè)測(cè)量中用作精和密基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)工具，主要用于檢驗(yàn)工件平面度、直線度，或進(jìn)行精和密劃線。
以下是關(guān)于它的核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選型要點(diǎn)：
1. 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與材質(zhì)
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 22095-2021（替代舊版GB7947-1999）。
材質(zhì)：通常使用HT200-300（灰鑄鐵）。
三、堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)特性
平臺(tái)采用HT200-300等高強(qiáng)度灰鑄鐵鑄造。這種材質(zhì)本身具有很好的減震性，能夠吸收和抑和制設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，保證平臺(tái)的穩(wěn)定。同時(shí)，平臺(tái)底部設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，并經(jīng)過嚴(yán)格的時(shí)效處理（一種消除內(nèi)部應(yīng)力的工藝），使其能夠長(zhǎng)期承受重載而不會(huì)發(fā)生變形，確保了使用的壽命和精度的持久性。
處理鑄鐵地軌磨損變形的核心在于精和準(zhǔn)評(píng)估、分級(jí)處理。根據(jù)變形程度不同，方法從簡(jiǎn)單的應(yīng)急修復(fù)到專業(yè)的機(jī)械加工修復(fù)不等。
處理鑄鐵地軌磨損變形的核心原則是：先精和準(zhǔn)檢測(cè)評(píng)估，再根據(jù)損傷程度選擇修復(fù)工藝。
第和一步：修復(fù)前必和須進(jìn)行全和面檢測(cè)
這是所有修復(fù)工作的基礎(chǔ)。您需要使用水平儀、橋板等精和密量具，在地軌全長(zhǎng)上選取多個(gè)截面，測(cè)量其平面度、直線度，并繪制出誤差曲線。
與普通檢測(cè)平臺(tái)相比，鑄鐵檢測(cè)平臺(tái)采用高強(qiáng)度鑄鐵材質(zhì)，經(jīng)過時(shí)效處理和精加工，平面度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐磨性好，能長(zhǎng)期保持精的檢測(cè)基準(zhǔn)。
鑄鐵檢測(cè)平臺(tái)的核心價(jià)值的是為精制造提供可靠的檢測(cè)保障，確保每一件產(chǎn)品都符合精度要求。
五、材質(zhì)與工藝特點(diǎn)
鑄鐵平臺(tái)通常采用HT200至HT300高強(qiáng)度鑄鐵材質(zhì)，硬度在HB170至240之間。核心工藝特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。
在時(shí)效處理方面，鑄鐵平臺(tái)需要經(jīng)過人工退火（溫度控制在600至700攝氏度）和自然時(shí)效（時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2至3年）兩次處理，徹和底消除內(nèi)應(yīng)力，確保長(zhǎng)期使用中的精度穩(wěn)定性。
