鑄鐵砝碼材料鑄造生鐵的質(zhì)量分析

鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態(tài)存在，它的斷口為灰色，通常又叫灰口鐵鑄鐵砝碼。由于石墨質(zhì)軟，具有潤(rùn)滑作用，因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉度不夠，故不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件鑄鐵砝碼，如鑄造各種機(jī)床床座、鐵管等。

     球墨鑄鐵砝碼里的碳以球形石墨的形態(tài)存在，其機(jī)械性能遠(yuǎn)勝于灰口鐵而接近于鋼，它具有優(yōu)良的鑄造、切削加工和耐磨性能，有定的彈性，廣泛用于制造曲軸、齒輪、活塞等鑄件以及多種機(jī)械件。此外還有含硅、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵，叫合金生鐵，如硅鐵、錳鐵等，常用做煉鋼的原料。在煉鋼時(shí)加入某些合金生鐵，可以改善鋼的性能。

 鑄鐵砝碼 生鐵的分類

    生鐵鑄鐵砝碼是含碳量2.11%-6.67%并含有非鐵雜質(zhì)較多的鐵碳合金。生鐵的雜質(zhì)元素主要是硅、硫、錳、磷等。生鐵質(zhì)硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過(guò)鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生鐵（灰口鐵）的鑄造及切削性能良好。

    生鐵鑄鐵砝碼是高爐產(chǎn)品，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩類。習(xí)慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡(jiǎn)稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過(guò)鍛化、變質(zhì)、球化等方法可以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善并提高其機(jī)械性能，因此，鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。 

    生鐵鑄鐵砝碼也可分為普通生鐵和合金生鐵，前者括煉鋼生鐵和鑄造生鐵，后者主要是錳鐵和硅鐵。合金生鐵作為煉鋼的輔助材料，如脫氧劑、合金元素添加劑。普通生鐵占高爐冶煉產(chǎn)品的98%以上，而煉鋼生鐵又的目前普通生鐵的80%以上，隨著工業(yè)化水平的提高，這個(gè)比例還將逐漸增加。

        從廣義的角度講，鐵還分為化學(xué)純鐵（含C幾乎為），工業(yè)純鐵（含C小于0.05%），以及海綿鐵、粒鐵等。但它們皆非高爐冶鐵產(chǎn)品，而且用途也各異。當(dāng)鐵中含C在0.03%-1.2%范圍時(shí)則為鋼，含C1.2%-2.5%的鐵缺乏實(shí)用性，般不行工業(yè)生產(chǎn)。

         生鐵鑄鐵砝碼是高爐產(chǎn)品，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩類。習(xí)慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡(jiǎn)稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過(guò)鍛化、變質(zhì)、球化等方法可以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善并提高其機(jī)械性能，因此，鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。

生鐵鑄鐵砝碼冶煉工藝

        生鐵鑄鐵砝碼的冶煉雖原理相同，但由于方法不同、冶煉設(shè)備不同，所以工藝流程也不同。高爐生產(chǎn)是連續(xù)行的。代高爐（從開爐到修停爐為代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐（般爐是由料鐘與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐和無(wú)料鐘爐）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹熱風(fēng)，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。

        高爐內(nèi)的還原氣體產(chǎn)生于風(fēng)口前的燃料燃燒，這過(guò)程產(chǎn)生了兩運(yùn)動(dòng)流：個(gè)是上升的熱煤氣流，個(gè)是下降的爐料流（鐵礦石、焦炭、熔劑等）。高爐內(nèi)的切反應(yīng)均發(fā)生于煤氣和爐料的相向運(yùn)動(dòng)和相互作用之中。它括爐料的加熱、蒸發(fā)、揮發(fā)和分解；鐵及其它元素的還原；爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫；鐵的滲碳及生鐵的形成；爐料和煤氣之間的熱交換等等，是系列物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的總和。

生鐵鑄鐵砝碼的化學(xué)成分

        生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對(duì)生鐵的性能均有定的影響。

碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高生鐵的度和硬度，含量過(guò)多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。

硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動(dòng)性，降低鑄件的收縮量，但含硅過(guò)多，也會(huì)使生鐵變硬變脆。

錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時(shí)，含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，入爐渣。

磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動(dòng)性增加，這是因?yàn)榱诇p低了生鐵熔點(diǎn)，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時(shí)為了要增加流動(dòng)性，含磷量可達(dá)1.2%。

硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動(dòng)性，故含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)小件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定zui多不得過(guò)0.06%（車輪生鐵除外）。

生鐵鑄鐵砝碼 相關(guān)物質(zhì)區(qū)別

        鋼是由生鐵再煉而成，有較高的機(jī)械度和韌性，還具有耐熱、耐腐蝕、耐磨等特殊性能。

1)鐵與鋼的區(qū)別

       鐵在自然界中蘊(yùn)藏量極為豐富，占地殼元素含量的5％，居地球物質(zhì)中的四位。鐵元素很活潑，容易與其它物質(zhì)結(jié)合。習(xí)慣上常說(shuō)的鋼鐵是對(duì)鋼和鐵的總稱。鋼和鐵是有區(qū)別的，所謂鋼鐵，主要由兩個(gè)元素構(gòu)成，即鐵和碳，般碳和元素鐵形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對(duì)鋼鐵的性質(zhì)影響極，含碳量增加到定程度后就會(huì)引起質(zhì)的變化。由鐵原子構(gòu)成的物質(zhì)叫純鐵，純鐵雜質(zhì)很少。含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標(biāo)準(zhǔn)。生鐵含碳量于2.0％；鋼含碳量小于2.0％。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。

2)生鐵與熟鐵的區(qū)別

       生鐵般指含碳量在2~4.3%的鐵的合金。又稱鑄鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳及少量的硫、磷等，它可鑄不可鍛。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。煉鋼生鐵里的碳主要以碳化鐵的形態(tài)存在，其斷面呈白色，通常又叫白口鐵。這種生鐵性能堅(jiān)硬而脆，般都用做煉鋼的原料。鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態(tài)存在，它的斷口為灰色，通常又叫灰口鐵。

       由于石墨質(zhì)軟，具有潤(rùn)滑作用，因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉度不夠，故不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件，如鑄造各種機(jī)床床座、鐵管等。球墨鑄鐵里的碳以球形石墨的形態(tài)存在，其機(jī)械性能遠(yuǎn)勝于灰口鐵而接近于鋼，它具有優(yōu)良的鑄造、切削加工和耐磨性能，有定的彈性，廣泛用于制造曲軸、齒輪、活塞等鑄件以及多種機(jī)械件。此外還有含硅、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵，叫合金生鐵，如硅鐵、錳鐵等，常用做煉鋼的原料。在煉鋼時(shí)加入某些合金生鐵，可以改善鋼的性能。

       般含碳量小于0.2%的叫熟鐵或純鐵，含量在0.2-1.7%的叫鋼，含量在2%以上的叫生鐵。熟鐵軟，塑性好，容易變形，度和硬度均較低，用途不廣；生鐵含碳很多，硬而脆，幾乎沒有塑性。

生鐵的檢測(cè)分析

      應(yīng)用Simultix11型X射線熒光光譜儀對(duì)生鐵行爐前快速分析，與化學(xué)法相比，X射線熒光光譜法具有制樣簡(jiǎn)單、分析速度快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，分析Si、Mn、P、S、Ti的時(shí)間可由30min縮短到10min。

1)X射線熒光光譜法的現(xiàn)場(chǎng)分析特點(diǎn)

       X射線熒光光譜分析是表面分析，分析面是φ30mm圓片，元素分析線的出射深度是不足0.1mm的表面層。為確保準(zhǔn)確性，要求生鐵樣品成分均勻，無(wú)偏析，表面光潔度好。

2)試樣的采集與制備過(guò)程

      生鐵中非金屬元素 C、Si、P、S 等含量高，在試樣采集時(shí)易偏析。碳在鐵碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影響碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳轉(zhuǎn)化為化合碳，則可量減少偏析現(xiàn)象。硅和碳是促碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。煉鋼生鐵般硅低硫高（Si≤1.25%、S≥0.070%），屬白口生鐵。另外，冷卻快慢對(duì)偏析現(xiàn)象影響很，采取急冷措施可促使碳形成化合物，減少偏析。為此，總結(jié)鐵水在凝固過(guò)程中的規(guī)律，采用熱導(dǎo)率高的鋼鐵鑄模，澆鑄小尺寸試樣（32mm×50mm）。

3)鐵水澆鑄到鑄模

      鐵水澆鑄到鑄模的瞬間，鐵水溫度由約1400℃迅速降至700℃左右，同時(shí)鑄模由室溫升至幾百攝氏度，這樣使成型后的鐵塊冷卻速度變緩。為步化急冷效果，參考了標(biāo)準(zhǔn)樣品制備工藝中的經(jīng)驗(yàn)，即鐵水成型后在紅熱狀態(tài)下脫模，投入到冷水中或置于空氣中冷卻，這樣做急冷效果更好。

4)鑄鐵砝碼試樣澆鑄完成并冷卻

      試樣澆鑄完成并冷卻后，用切割機(jī)切割，取其下部流水冷卻，用砂輪片打磨分析面。打磨好樣塊應(yīng)紋理清晰、平整、光潔。打磨時(shí)，過(guò)熱的樣塊應(yīng)用流水冷卻，以防局部過(guò)熱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。工作時(shí)，砂輪片應(yīng)及時(shí)更換，以防由于砂輪片粒度變化太，造成偏差。

 在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，這個(gè)過(guò)程叫做還原。鐵礦石通過(guò)還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐的高壓，用導(dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。

鑄鐵砝碼材料鑄造生鐵的質(zhì)量分析