第1章铸铁绪论.ppt

第一章铸铁的绪论 §1.1 铸铁的特性及种类 §1.2铸铁的基本相 § 1.1 铸铁的特性及种类 1.铸铁的金相组织=金属组织+高碳相组成，它们的结构及其存在形式决定铸铁的力学性能。 2.金属基体可提高合金强度，碳化物可提高合金硬度和耐磨性。而石墨有助于改善铸铁的加工性能、减震/耐磨和耐热性能。 3.铸铁的种类既与化学成分有关又与液态铁水的处理条件有关 非合金铸铁 - 液态铁水的石墨化能力及其处理情况决定凝固过程的最终组织.图 2.1 表示不同石墨化能力的铁水结晶过程及其组织转变情况 ： 1）铁水快速冷却 , 石墨化能力最弱 , 碳只能以碳化物的形式结晶 , 最后为白口铁。 2）铁水冷却速度不很快或孕育不良 , 石墨化能力居于中等条件 , 铁水在这种状态下结晶比较复杂 , 部分铁水可能析出石墨 , 另一部分铁水可能析出碳化物 , 结果得到由石墨、碳化物 和金属基体组成的麻口铁。 3）如果铁水冷却缓慢 , 不经过特殊处理 , 凝固结果为灰口铁、若铁水经过蠕化处理则结品为蠕墨铸铁 , 如经过球化处理则获得球墨铸铁。 4.白口铁基体=碳化物+珠光体 , 性能硬而脆 , 很少直接被应用 。 把白口铁铸件 经过高温石墨化处理 , 碳化物即分解为石墨 , 这种石墨是固态相变的产物 , 结构为团絮状 , 这种 金属基体和团絮状石墨组成的铸铁称为可锻铸铁 , 并按金属基体的变化分为珠光体可锻铸铁 和铁素体可锻铸铁两类。 5.非合金铸铁 可以分为白口铁、麻口铁、灰口铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁六种。 6.合金铸铁 1）合金铸铁——低合金和高合金铸铁 , 低合金铸铁含合金元素 3% 以下（1%以下属于高强度铸铁范畴）, 高合金铸铁含 (3～30)% 合金元素 , 属于耐磨、耐热、耐蚀铸铁范畴。 2）合金元素对组织的作用比较复杂 , 单一元素的性质、数量以及多种元素的不同组合对合金铸铁都显示出不同的作用 , 它们不仅影响金属基体的结构 , 而且影响石墨和碳化物的数量、形态及分布状况。(见7页表1-2 元素对铁碳相图的影响) 合金元素在灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁中都获得应用,这些铸铁利用合金化使其性能得到改善,并使品种规格变得更加丰富多彩。 §1.2 铸铁的基本相 尽管铸铁的种类牌号繁多 , 但就显微组织而言 , 它们都是由以下各种金属或非金属相组成的。只是由于组成相的性质及其相互比例的变化而使铸铁的性能发生了变化。 一、奥氏体 二、铁素体 三、珠光体 四、石墨 五、碳化物 六、磷共晶 一、奥氏体 1.非合金铸铁的奥氏体是一种高温组织，它只在共析温度以上存在，温度下降到共析转变温度以下即转变为珠光体或铁素体 ※但高镍或高锰铸铁的奥氏体十分稳定 , 其共析转变温度降到 室温以下 , 使奥氏体能在室温条件下存在。 2.奥氏体的晶体结构为面心立方晶格 , 完全由 Fe 原子组成的面心立方晶格叫 Y-Fe , 晶格常数与温度 t有关 : (0.3618+0.8496 × 10-5t)m 。 实际上 , 奥氏体是一种含有其它元素的固溶体 , 铁 -碳 -硅合金的奥氏体是 硅以置换方式 , 碳以嵌入方式固溶于 Y-Fe 的固溶体。 图 2.2 表示 C 原子在奥氏体中的侵入位置 面心立方晶格 最大空隙位置 (1/2,1/2,1/2)的空隙半径 , 注 :Fe 原子半径 r=0.130nm,而 C 原子半径为 0.077nm, 因此 ,C 原子固溶于 Y-Fe 晶格将引起晶体膨胀。碳在奥氏体中的最大溶解度为 2.1% , 共析反应时溶解度下降到 0.69% 。 3.非合金铸铁的奥氏体固溶碳量对奥氏体的共析转变影响很大 , 由于 C 是稳定奥氏体的元素 , 随着溶碳量增加奥氏体将变得更加稳定或共析转变更困难 , 因而更容易获得数量更多 , 组织更致密的珠光体基体。 二、铁素体 1.铁素体是奥氏体在平衡条件下的共析转变产物, 其晶体结构为体心立方晶格,由纯铁原子组成的体心立方晶格称为α-Fe, 其晶格常数为(0.2860十0.4252×10-5t)nm 。 铁素体是碳、硅的固溶体,当碳和硅固溶于α-Fe时其晶体稍微膨胀。 2.铁素体的体心立方晶格最大间隙位置,一个为四面体,如图 2.3(a) 所示,间隙半径 R=0.29f=0.036nm, 另一个为八面体 , 如图 2.3(b) 所示 ,（间隙半径R=0.154 r0.019nm b 为铁的原子半径 ) 。而碳的原子半径为0.07nm,比上述间隙半径大得多 , ※ 碳在铁素体中的溶解度很小,727℃时为0.02%C, 温度下降时溶解度更小,所以铁素体是一种微碳固溶体。 3.铸铁含硅量比较高 , 硅置换体心立方晶格中的铁原