第八章铸铁 - ok.ppt

第七章 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、曲轴等都可用铸铁制造. 根据碳存在形式铸铁可分为三大类 白口铸铁—碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色，故称为白口铸铁； 麻口铸铁—碳既以化合态的渗碳体析出，又以游离态的石墨析出，凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁； 灰口铸铁—碳大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁。 灰口铸铁按石墨的形状和大小来分分为： 灰铸铁：石墨呈片状。 普通灰铸铁—石墨为片状； 孕育铸铁—石墨为细小片状； 可锻铸铁—石墨为团絮状； 球墨铸铁—石墨为球状； 蠕墨铸铁—石墨为蠕虫状。 第一节 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） 铁液冷却速度越慢，越容易析出石墨。 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 1、石墨化方式 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 两种方式： 在结晶过程中直接析出； 由渗碳体加热时分解得到。 2、石墨化过程 缓慢结晶时，石墨化分三个阶段： 第一阶段，液相至共晶结晶阶段。包括从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶成分的液相结晶出奥氏体和石墨； 中间阶段； 共析阶段 渗碳体高温分解也可分三个阶段 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 （一）化学成分的影响 1、碳和硅 碳和硅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； 碳当量： 2、锰：锰是阻碍石墨化的元素。它能溶于铁素体和渗碳体中，起固碳的作用，从 而阻碍石墨化。当铸铁中的锰含量较低时，它主要阻碍共析阶段石墨化，有利于形成珠光体基体铸铁。锰还能与硫化合形成MnS，可以消除硫的有害影响，所以是有益元素。普通灰口铸铁的锰含量一般在0.5～1.4%范围内，过高时易产生游离渗碳体。 3、硫：硫是有害元素。阻碍石墨化并使铸铁变脆。生产上对硫含量应严格控制，一般控制在0.15％以下。 4、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)；另外，磷提高流动性。 （二）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。 快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进行, 不利于石墨化. 第二节 灰铸铁 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。 一、灰铸铁的化学成分、组织和性能 （一）化学成分 主要化学元素：C、Si、Mn、P、S等； C、Si、Mn是调节组织的元素； P是控制使用的元素，S是应该限制的元素； 灰铸铁的化学成分范围：wC=2.7%～3.6%，wSi=1.0%～2.5%，wMn=0.5%～1.3%，wP≤0.3%，wS≤0.15%。 （二）灰铸铁的组织 由片状石墨和金属基体组成，石墨镶嵌在金属基体内。 片状石墨，实际上是一个立体的多枝石墨团。由于石墨各分枝都长成翘曲的薄片，在金相磨片上所看到的仅是这种多枝石墨团的某一截面，因此呈孤立的长短不等的片状（或细条状）石墨。 金属基体依照共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体，铁素体＋珠光体和珠光体三种。 （三）灰铸铁的性能 1、力学性能 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，塑性、韧性和弹性模量比钢低。 石墨数量越多，石墨“共晶团”越粗大，石墨片的长度越长，石墨的两端越尖锐，则抗拉强度降低的数值越大。 抗压强度约为抗拉强度的2.5-4.0倍。灰铸铁的抗压强度显著地大于抗拉强度， 灰铸铁的硬度随其成分和组织的变化而变化，一般在HB130～270范围内变化，随着共晶度增加，铸铁的硬度降低。 2、其它性能 铸造性能：灰口铸铁具有熔点低(约为1200℃)、流动性好、铸造收缩率小(一般从铁水注入铸型凝固冷却至室温其收缩率约为0.5-1％)、铸件内应力小、易于铸造成型等特点； 耐磨性：铸铁的耐磨性比钢好。 减振性 ：物体吸收振动能的能力称为减振性。灰铸铁的减振性比钢约大6～10