工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第二篇常用工程材料5第五章铸铁课件.ppt

第五章 铸铁 铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。 例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。 第一节 概述 一、铸铁的分类 铸铁的种类很多，可以有不同的分类。如根据铸铁的强度，可分为低强度铸铁和高强度铸铁；按照化学成分可分为普通铸铁和合金铸铁；根据金相组织又可分为珠光体铸铁、铁素体铸铁等。目前，工业生产中通常是按照铸铁中碳的存在形式和石墨的形态来划分的。 碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中，根据碳的存在形式及石墨的形态不同，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。 1. 白口铸铁（BT） 碳全部或大部分以渗碳体形式存在，断口呈银白色。这种铸铁组织中含有大量渗碳体和共晶莱氏体，故硬而脆，很少用作结构材料。一般只作为炼钢或生产铸铁的原料。 2. 灰铸铁（HT） 碳全部或大部分以片状石墨存在，断口呈暗灰色。一般情况下铸铁中的石墨片都比较粗大，故其力学性能较差，通常称之为普通灰铸铁。 在浇注前，若向铁水中加入一些能起形核作用的变质剂（如硅铁）就能增加石墨的形核率并加速石墨的形成，从而使片状石墨细化，且分布均匀，这种处理称为孕育处理。经孕育处理所得的灰铸铁称为孕育铸铁，它的力学性能比普通灰铸铁要好。 3. 可锻铸铁（KT） 碳全部或大部分以团絮状石墨存在。它是由一定成分的白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。可锻铸铁的力学性能较灰铸铁好，尤其塑性、韧性更为明显，故又称其为韧性铸铁或马铁。 4. 球墨铸铁（QT） 碳全部或大部分以球状石墨形式存在。它是在浇注前向铁水中加入孕育剂和球化剂形成的。这种铸铁不仅力学性能高，而且生产工艺比可锻铸铁简单，所以得到了广泛的应用。 5. 蠕墨铸铁（RuT） 碳大部分以蠕虫状石墨存在。它具有比灰铸铁强度高，比球墨铸铁铸造性能、耐热性能、疲劳性能好的优点。因而目前发展迅速，应用广泛。 二、铸铁的性能 工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 1、铸铁的组织特点 钢的基体+G（石墨） 基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体 。 2、铸铁的性能特点 ⑴ 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。 ⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 ⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 ⑷ 铸造性能好。由于铸铁碳含量高，成分接近于共晶。 ⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。 第二节 铸铁的石墨化 一、铁碳合金双重相图 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（G）两种形式存在。 石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。 Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨） 存在两个铁碳相图： Fe- Fe3C和Fe-G双重相图 二、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。 按照Fe—C（石墨）相图分析铁水由高温到室温的冷却过程，可以将铸铁石墨化过程分为以下三个阶段： 第一阶段：液相至 共晶阶段。包括从过 共晶成分的液相中直 接结晶出一次石墨和 共晶石墨。 第二阶段：共晶至 共析转变的阶段。此时 从奥氏体中直接析出 二次石墨。 第三阶段：共析转变阶段。包括共析转变时奥氏体转变为铁素体 + 石墨。 当然，也可按Fe—Fe3C相图进行上述三个阶段的石墨化过程。不同的是，先结晶或析出Fe3C，然后Fe3C在高温下分解出石墨的过程。 石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。 铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例） 三、影响石墨化的因素 1. 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。 碳、硅含量过高，会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。 碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。 磷虽然可促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸 铁的强度，只有耐磨铸铁中 磷含量偏高（达0.3%以上）。 2. 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。 铸铁的分类与牌号表示方法 铸