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金属材料的分类及牌号 焊接基础、热处理
葛兆祥1 2
江苏省电力试验研究院有限公司 江苏省电机工程学会金属材料与焊接专委会
金属材料分类及牌号
金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的还是钢和铁。所以，今天我们主要讨论钢和铁的有关内容。 一、铸铁 1、特点
铸铁与钢相比强度较低，塑性、韧性较差。但是具有良好的： ▇ 耐磨性 ▇ 吸震性 ▇ 铸造性、 ▇ 可切削性
铸铁的焊接性差，因此，影响了它的发展。但是随着焊接技术的发展，铸铁（设备）的焊接也取得了很大的成功，获得了很大的经济效益。 2、铸铁的分类
铸铁是含碳量为2％～4.5％的铁碳合金。在铸铁的化学成分中还有Si、Mn及S、P等杂质。为了改善铸铁的性能，常在铸铁中加入Ni、Cr、Mn、Si、V、Ti、Mg等元素，成为合金铸铁。
按照C在铸铁中存在的状态和形式的不同，可将铸铁分为五类：
▇ 白口铸铁 C在铁中绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白色而得名。渗碳体硬而脆，无法加工，故应用不广。主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等。
▇ 灰口铸铁 C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。普通灰铁石墨较粗，如在浇注之前的铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理，促使石墨自发形核，可使粗片状石墨细化，形成孕育铸铁。
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▇ 可锻铸铁 C团絮状石墨存在，是将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好故称可锻铸铁。可锻铸铁是由炼钢生铁在900～1000℃的温度下经过2～9天长时间的退火形成。
▇ 球墨铸铁 C以球状石墨存在，故称球墨铸铁。这是铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。
▇ 蠕墨铸铁 C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。
▇ 铁合金
铁合金是Fe和其它一定量的合金元素组成的合金。它是炼钢原料之一，也是焊接冶金必不缺少原材料。炼钢和焊接时作为脱氧剂或渗合金剂加入，起到脱氧、渗合金等作用，改善钢材和焊缝的性能。
○ 常用铁合金
――SiFe 硅铁分别有含硅95％、75％、45％的几种，也有12％的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金，硅锰合金。
――MnFe 按含碳量分为碳素锰铁（含碳量7％），中碳锰铁（C1.5～1.0％），低碳锰铁（C0.50％）。
――CrFe 按含碳量分为碳素铬铁（C8～4％），中碳铬铁（C4～0.5％），低碳铬铁（0.5～0.15），微碳铬铁（C0.06），超微碳铬铁（C＜0.03），金属铬、硅铬合金。 3、铸铁组织
铸铁组织与化学成分和冷却速度有关 ――化学成分影响
▇ 有些元素能促使石墨化，如C、Ni、Si、Al、Cu等； ▇ 有些是阻止石墨化元素，如S、V、Cr等。 在铸铁中，C以石墨形式析出的过程称为石墨化。 ――冷却速度的影响
▇ 冷却速度很快时，便形成以珠光体和渗碳体（为基体），构成白口铁； ▇ 冷却速度足够慢时，便形成以铁素体为基体的片状石墨分布的灰口铸
▇ 介于两者之间，形成以珠光体为基体和石墨组成灰口铁或珠光体和铁素体为基体灰口铁。 4、铸铁的牌号和力学性能
铸铁的牌号在GB/T5612-1985中作了相应的规定。规程对化学成分不做明确规定，仅规
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定力学性能。
▇ 灰口铸铁牌号和力学性能
由代号和抗拉强度组成，以灰铁的汉语拼音第一个大写字母作代号，代号后面紧跟一组数据表抗拉强度。
例如 HT 250，其中‘HT’表示灰口铸铁，250表示抗拉强度为250MPa。 ▇ 球墨铸铁牌号和力学性能
由代号、抗拉强度值、和伸长率组成。
例如 QT 400－18，其中‘QT’表示球墨铸铁，400为抗拉强度，18为伸长率。 5、灰口铸铁的焊接 ▇ 灰口铸铁的特性 ――成分
●在灰口铸铁中，C含量2.6～3.6％、Si含量1.2～3.0％、Mn含量0.4～1.2％、P≤0.3％、S≤0.15。其中硅、锰是有益元素，硫、磷是有害元素。 ――石墨
●80％的C以片状石墨存在 ――基体
●除石墨外的基体为铁素体、珠光体或铁素体＋珠光体 ――特性
●脆性大，伸长率几乎为零
●良好的铸造性、流动性好、机加工性 ●高的抗耐磨性、抗震性 ▇ 焊接性
焊接性差
●白口组织 （焊缝白口 熔合区白口） ――防止措施
○控制焊接起始温度、层间温度和焊后缓冷 ○增加石墨化元素 ○选用铸铁型焊条 ●淬硬组织 ――防止措施
○采用低碳钢和合金钢焊条焊接
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○缓冷 ○少母材熔化量
●焊接裂纹 （冷裂纹、热裂纹） ●冷裂纹（400℃以下，焊缝和热影响区）
○产生原因 ――强度低 ――塑性几乎为零
――加热不均匀 温差应力大 ――接头产生白口组织和淬硬组织 ――焊材选用不当 ――工艺选用不当 ――结构刚性大 ――材质差
○防止措施
――铸铁型焊缝 预热、缓冷 ――非铸铁型焊缝 选用塑性好的焊条 ――小破口 ――分段焊接 ――锤击
――条件允许加热（缓焊、栽丝） ●热裂纹
主要出现在焊缝 异质焊缝更易出现，尤其是第一层焊缝更易出现 ――母材的S、P含量高，熔入量较高；
――同质焊缝焊接时，石墨析出，体积增加，有助于减小焊接应力，但也出现热裂倾向，这是第一层焊缝同样由于母材的熔入引起的。 ▇ 焊接 ● 焊接方法 ――焊条电弧焊 ――气焊 ● 焊接材料
――冷焊 非同质焊条 不预热
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