第七章 铸铁 工程材料教案.doc

PAGE PAGE 133 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； 4. 铸铁牌号、性能及用途。 【本章难点】铸铁的石墨化过程及影响因素、铸铁牌号及性能特点。 【基本要求】1.了解铸铁的特点、分类及铸铁的石墨化过程； 2.熟悉各常用铸铁的牌号、性能及用途。 引 言： 从铁碳相图知道，含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，工业上常用的铸铁的成分范围是：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.5~1.4Mn，0.01~0.50%P，0.02~0.20%S，有时还含有一些合金元素，如：Cr、Mo、V、Cu、Al等，可见在成分上铸铁与钢的主要区别是铸铁的含碳和硅量较高，杂质元素S、P含量较多。 虽然铸铁的机械性（抗拉强度、塑性、韧性）较低，但是由于其生产成本低廉，具有优良的铸造性、可切削加工性、减震性及耐磨性，因此在现代工业中仍得到了普遍的应用，典型的应用是制造机床的床身、内燃机的汽缸、汽缸套、曲轴等。 铸铁的组织可以理解为在钢的组织基体上分布有不同形状、大小、数量的石墨。 【铸铁的石墨化过程】 铸铁组织中石墨的形成叫叫“石墨化”过程。 在铁碳合金中，碳除了少部分固溶于铁素体和奥氏体外，其余的可以两种形成存在，即化合状态的渗碳体（Fe3C）和游离状态的石墨（G），熔融状态的铁水在冷却过程中，随着冷却条件的不同，既可以从液态中或奥氏体中直接析出Fe3C，也可直接析出石墨。一般是缓慢冷却时析出石墨，快速冷却时析出Fe3C，而且Fe3C在一定条件下又可分解为铁素体和石墨即Fe3 通常在铁碳合金的结晶过程，之所以自液体或奥氏体中析出的是渗碳体而不是石墨，这主是因为渗碳体的含碳量（6.69%C）较之石墨的含碳量（≈100%C）更接近合金成分的含碳（2.5~4.0%C），析出渗碳体时所需的原子扩散量较小，渗碳体的晶核形成较易。但在极其缓慢冷却（即提供足够的扩散时间）的条件下，或在合金中含有可促进石墨形成的元素（如Si等）时，那么在铁碳合金的结晶过程中，便会直接从液体或奥氏体中析出稳定的石墨相，而不再析出渗碳体。因此对铁碳合金的结晶过程来说，实际上存在两种相图，即Fe3C 如全部按Fe-G相图进行结晶，则铸铁的石墨化过程可分为如下三个阶段。 第一阶段，在液态中析出一次石墨GⅠ和1154℃ 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 第三阶段：在738℃ 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 （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 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