灰鑄鐵焊接性分析

灰鑄鐵在化學成分上的特點是碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學性能上的特點是強度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導致焊接性不良。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。 另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。
一、焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織
以含碳為3%，含硅2.5%的常用灰鑄鐵，分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規(guī)律。
1、焊縫區(qū)
　　當焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。
　　防止措施：焊縫為鑄鐵 ①采用適當?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度。如：增大線能量。②調(diào)整焊縫化學成分來增強焊縫的石墨化能力。
　　異質(zhì)焊縫：若采用低碳鋼焊條進行焊接，常用鑄鐵含碳為3%左右，就是采用較小焊接電流，母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1／3～1／4，其焊縫平均含碳量將為0.7%～1.0%,屬于高碳鋼（C＞0.6%）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。
　　采用異質(zhì)金屬材料焊接時，必須要設(shè)法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。
2、半熔化區(qū)
特點：該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間，溫度范圍1150～1250℃。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。
1）、冷卻速度對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
　　V冷很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為C所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體→馬氏體的過程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。
　　其左側(cè)為亞共晶白口鑄鐵，其中白色條狀物為滲碳體，黑色點、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的珠光體。右側(cè)為奧氏體快冷轉(zhuǎn)變成的竹葉狀高碳馬氏體，白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。
　　當半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時，其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。
　　當該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時，隨著冷卻速度由快到慢，或為麻口鑄鐵，或為珠光體鑄鐵，或為珠光體加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時，隨板厚的增加，半熔化區(qū)冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。
2）化學成分對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
　　鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學成分不僅取決于鑄鐵本身的化學成分，而且焊逢的化學成分對該區(qū)也有重大影響。這是因為焊逢區(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進行元素擴散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個方向擴散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴散，其含量梯度越大，越有利于擴散的進行。
　　提高熔池金屬中促進石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。
　　用低碳鋼焊條焊鑄鐵時，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池擴散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。
3、奧氏體區(qū)
　　該區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為820～1150℃，此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時，如果冷速較快，會從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在共析轉(zhuǎn)變快時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時，會產(chǎn)生馬氏體，與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時，采用適當工藝使該區(qū)緩冷，可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時防止馬氏體形成。
4、重結(jié)晶區(qū)
　　很窄，加熱溫度范圍780～820℃。由于電弧焊時該區(qū)加熱速度很快，只有母材中的部分原始組織可轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織。冷卻很快時也可能出現(xiàn)一些馬氏體。