材料科学第三章金属材料(2).ppt

3.5 铸铁 3.5.1 铸铁的石墨化 石墨化—铸铁中的碳原子形成石墨的过程。 石墨的形成： 从液体和奥氏体中直接析出 2. 通过渗碳体分解获得 3.5.2 铸铁的分类 1.根据碳在铸铁中存在形式分类 （1）灰口铸铁 碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在于铸铁中，断口呈暗灰色，故称灰口铸铁，应用最广泛的一类铸铁。 （2）白口铸铁 碳以Fe3C的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，组织硬而脆，难以切削加工。很少直接用来制造机械零件，可利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件。 （3）麻口铸铁 碳一部分以石墨形式存在，一部分以Fe3C形式存在，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。脆性大，工业上很少使用。 3.5.2 铸铁的分类 2.根据铸铁中石墨的形态进行分类 在非白口铸铁中，根据石墨的形态不同分为： 灰口铸铁—具有片状石墨的铸铁 可锻铸铁—具有团絮状石墨的铸铁 球墨铸铁—具有球状石墨的铸铁 蠕墨铸铁—具有蠕虫状石墨的铸铁 3.5.3 铸铁的性能 1. 铸铁的力学性能 因为石墨对铸铁基体有严重的割裂作用，因此，铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均较低。 随着石墨形态的变化，各种铸铁的力学性能依次提高： 3.5.3 铸铁的性能 2. 铸铁的特殊性能 由于石墨的存在，铸铁具有某些特殊性能 2、影响灰铸铁组织和性能的因素 ① 化学成分 C、Si强烈促进石墨化。C、Si的质量分数过低，铸铁易出现白口组织，力学性能和铸造性能都较差；质量分数过高时，石墨片过多且粗大，降低铸件的性能和质量。因此，灰口铸铁中C、Si的质量分数一般控制在：ω(C)=2.5%～4.0%； ω(Si)=1.0%～3.0%。 Mn是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰质量分数一般为：ω(Mn)=0.5%～1.4%。 P是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时，铁水的流动性提高。在铸铁中，磷质量分数大于0.3%时，常常形成磷化物，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。 S是有害元素，它强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。因此限定硫的质量分数在0.15%以下。 ② 冷却速度的影响 在一定的铸造工艺（如浇注温度、铸型温度、造型材料种类等）条件下，铸件的冷却速度对石墨化程度影响很大。随着铸件壁厚增加，冷却速度减慢，依次出现珠光体、珠光体加铁素体和铁素体灰口铸铁组织。 3、孕育铸铁 经孕育处理（亦称变质处理，促进石墨化）后的灰口铸铁叫做孕育铸铁。 孕育的目的是：使铁水内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度；避免铸件边缘及薄断面处出现白口组织，提高断面组织的均匀性。 孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造机械性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。 球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。 2. 球墨铸铁的成分和球化处理 ? 球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：wC=3.6%～3.9%, wSi= 2.2%～2.8%, wMn= 0.6%～0.8%, wS0.07%, wP 0.1%。 球墨铸铁的球化处理必须伴随着孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金等。 3.球墨铸铁的组织和性能 不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁素体基体高50%以上，而铁素体球墨铸铁的延伸率为珠光体基的3-5倍。球墨铸铁具有较好的疲劳强度。球墨铸铁可代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。 蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料，它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。 1. 蠕墨铸铁的牌号 蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 如：RuT300、RuT420 2. 蠕墨铸铁的组织 3. 蠕墨铸铁的蠕化处理 蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。蠕化