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第七章 铸铁 §1 概述 铸铁：以铁-碳-硅为主的多元铁基合金。 成份特点：2.5～4％碳，1～3％硅。 故铸铁有较高的碳和硅含量，还有较高的杂质元素硫和磷。C大部分不再以化合态Fe3C存在，而是以游离的石墨态存在，C与Si都是强烈石墨化元素。 铸铁的石墨化 Fe3C是一个介稳定的相，石墨是稳定相。如果极其缓慢冷却或加入促进石墨化元素时就按Fe-C相图结晶。故反映铁-碳合金结晶过程和组织转变规律的状态图有两种：即Fe-Fe3C状态图和Fe-C状态图，研究铸铁时，通常把两者叠加在一起，得到铁－碳合金双重状态图。 实际生产中，铸铁既不完全按Fe-Fe3C相图，也不完全按Fe-C相图结晶，所以铸铁的组织与性能具有多样性 通常按照石墨化程度的不同，将此过程分为两阶段： 第一阶段石墨化：凡是发生在共析线温度以上的石墨化。包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。（容易进行） 第二阶段石墨化：凡是发生在共析线温度以下的石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。 此阶段温度低，石墨的共析转变常不能完全进行，冷速稍大时部分进行，冷速再大时完全不能进行。 铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例） 铸铁分类 根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类： 白口铸铁 C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。 性能：硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料。 灰口铸铁 C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。 灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。 麻口铸铁 C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。 性能：脆性大，很少使用。 铸铁的性能特点 机械性能低 石墨的机械性能很低，硬度仅为HB3～5，抗拉强度为20MPa，延伸率接近零。 石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。 铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。 良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性、优良的切削加工性和铸造性能。 铸铁的组织特点： 铸铁中的碳主要有如下三种分布形式： 溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体； 与Fe生成化合物，如Fe3C碳化物； 以游离的石墨形式析出。 铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在，组织是由金属基体和石墨所组成的。 铸铁的金属基体有F、F+P、P，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织。 铸铁中石墨的形态可分为四种：片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨、 团絮状石墨。 灰口铸铁的种类 根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为： 普通灰铸铁：石墨呈片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 球墨铸铁：石墨呈球状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 §2 常用铸铁 灰铸铁：指石墨呈片状分布的灰口铸铁。由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。其产量约占铸铁总产量的80%以上。 性能： 抗压不抗拉 耐磨、消振性好； 缺口敏感性低； 普通灰铁由于片状G的存在强度低,为提高强度采用孕育处理 孕育处理就是在铸铁浇注前向铁液中加入孕育剂 促进外来晶核的形成或激发自身晶核的产生，使晶核数目大量增加的一种处理工艺。 经孕育处理后的铸铁的组织为细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨，这种铸铁又称为孕育铸铁。 生产上常用的孕育剂为硅铁（含75％的硅）和硅钙合金 灰铸铁的热处理：只改变基体组织，不改变石墨形态。 热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(低温退火,又称人工时效) ② 改善切削加工性的退火 ,消除表层\薄壁处冷速快的白口组织 ③ 表面淬火 用途 制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。 可锻铸铁 可锻铸铁：石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。名为可锻，实不可锻（较灰铸铁有一定的韧性）。 组织：基体(F、P)＋团絮状G；铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。 性能：强度为碳钢的40~70%，接近于铸钢。 用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。 球墨铸铁 灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但未能改变石墨的形态。改变石墨形态是大幅度提高铸铁机械性能的根本途径，而球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。为此，在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，则可获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。 1．球墨铸铁的化学成分和组织特征 球墨铸铁常用的球化剂有镁、稀土或稀土镁，孕育剂常用的是硅铁和硅钙。 球墨铸铁的大致化学成分范围是：3.6～3.9