第七章 铸铁 工程材料教案.doc

第七章 铸 铁 【重点内容】1.铸铁与碳钢相比其性能特点； 2. 铸铁的石墨化过程及影响因素； 3.灰口铸铁的分类； 图 7－1 铝合金相图的一般形式 第二阶段：1154℃-738℃冷却中从奥氏体中析出GⅡ 第三阶段：在738℃从共析反应中形成共析石墨 一般情况下，铸铁自高温冷却的过程中，由于具有较高的原子扩散能力，故其第一和第二阶段的石墨化量较容易进行的，即通常是能按照Fe-G相图进行结晶的，凝固后得（A+G）的组织；而随后在较低温度下的第三阶段的石墨化，则常因铸铁的成分及冷却速度等条件的不同，而被全部或部分地抑制，从而会得到三种不同的组织，即：F+G，F+P+G及P+G 根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为如下三类： （1）灰口铸铁 第一和第二阶段石墨化过程进行充分，其断口为暗灰色，工业上所用的铸铁几乎全部属于这一类。 根据第三阶段进行情况的不同有铁素体，铁素体+珠光体及珠光体灰口铸铁。 （2）白口铸铁：没有石墨化，完全按Fe-Fe3C相图进行结晶而得到的铸铁（F+Fe3C） Fe3CI+Ld、Ld、P+ Fe3CⅡ+ Ld。 （3）麻口铸铁：第一阶段石墨化未充分进行，其组织Ld+P+G，含有Ld工业上应用较少（脆、硬） 【影响铸铁石墨化的因素】 影响铸铁石墨化的主要因素是化学成分和结晶时的冷却速度。 1．化学成分： C促进石墨化进行，含碳量愈高愈易石墨化，但不能太高，使石墨数量增多，粗化、性能变差，太低易出白口，故2.5~4.0%C。 合金元素：促进石墨化，Si、P等，铸铁中每增加1%的Si共晶点的含碳量相应降低1/3，保证2.5~4.0%C的铸铁具有好的铸造性能。 P含量大于0.3%后出现Fe3P，硬而脆，细小均匀分布时，提高铸铁的耐磨性，反之连成网，降低铸铁的强度，除耐磨铸铁外，（0.5~1.0%P）通常铸铁P含量＜0.3%。 阻碍石墨化Mn、S等。 S不仅阻碍石墨化，还会降低铸铁的强度和流动性，故其含量应尽量低，一般在0.15%以下，而錳因为可与硫形成MnS，减弱硫的有害作用，同时可促进珠光体基体的形成，从而提高铸铁的强度，故可充许其含量在0.5~1.4% 2．冷却速度的影响： 冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于按照Fe-G相图进行结晶，对石墨化愈有利，反之冷却速度愈快，过冷度增大，不利于铁和碳原子的长距离扩散，愈有利于按Fe-Fe3C相图进行结晶，不利于石墨化的进行。 生产中铸铁冷却速度可由铸件的壁厚来调态，图7-2综合了铸铁化学成分和冷却速度对铸铁组织的影响，可见，碳硅含量增加，壁厚增加易得到灰口组织，石墨化愈完全；反之，碳硅含量减少，壁厚愈小，愈易得到白口组织，石墨化过程越不易进行。 图7-2 铸件壁厚（冷速）和化学成分对铸件组织的影响 【灰口铸铁的组织分类及性能特点】 1.灰口铸铁的基体组织，F、F+P、P。灰铸铁组织可简单看成“钢基体”和“石墨夹杂”共同构成。 石墨可以有不同的形态：自然情况下从液态析出的石墨均呈片状，因为石墨呈六方结构，底面上原子排列密度大，原子键已达到饱和，而侧面上的原子键未达到饱和，易于吸收碳原子，故沿侧面长大速度快，其结果使其呈片状。 当在浇注前向铁水中加入球化剂或蠕化剂时，石墨可呈球状或蠕虫状。 此外由Fe3C在适当高温下（900~1000℃）下分解产生的石墨还可呈团絮状。 2.按照石墨的形状不同，可将灰铸铁分为四类： 即灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。 灰铸铁：基体组织（F、F+P、P）+片状G 球墨铸铁：基体组织（F、F+P、P）+球状G 蠕墨铸铁：基体组织（F、F+P、P）+蠕状G 可锻铸铁：基体组织（F、F+P、P）+团絮状G 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 图 7-2 四种铸铁示意图 3．性能特点： （1）优良的铸造性能 含碳量高，（2.5~4.0%C），成分接近共晶点，熔点比钢低得多，流动性好，分散缩孔少，偏析程度小。且在凝固过程中会析出比容较大的石墨，所以收缩率也小，凡无法用锻造成型的形状复杂的零件，汽缸体，变速箱外壳等均可用灰口铸铁铸造而成。 （2）良好的切削加性 石墨使切削容易脆断，同时石墨本身润滑作用减轻刀具的磨损。 （3）优良的耐磨性与减震性 石墨有利于滑润和贮油，磷含量的增加还可形成硬而脆的磷共晶等使铸铁有好的耐磨性。铸铁中的石墨能将震动能转变为热能，从而消震。 （4）较低的机械性 灰口铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和疲劳强度都比钢低得多，因为石墨的强度、塑性几乎为零，石墨的存在减小了基体的有效面积，且石墨本身可以看成是一个个孔洞和裂纹，破坏了基体的连续性，所以可把