铸铁及其熔炼.ppt

第一篇 铸铁及其熔炼 铸铁： 1） 指含碳量大于2.14% 2）或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。 3）是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。 本课程以金属学为基础 铸造合金：铸铁、铸钢、有色合金。 铸铁占80%。 铸铁占机器重量的40%～90%。 铸造专业录像 1、前言 2、电炉熔炼及浇注 3、参考书： 1）金属学与热处理 2）金属成型原理 1、铸铁的概念。 第一章 铸铁的结晶及组织的形成 第一节 铁碳双重相图 1、快速冷却时，含碳量2.14%以上的铁合金，析出渗碳体； 2、铸造过程，慢速冷却，可以析出石墨。 在生产实践中，现象： 1）浇注不同壁厚的铸件； 2）冷却速度不同的铸型，例如金属型、石墨型。 3）会有白口或灰口，是冷却速度不同导致共晶凝固温度不同所致。 白口铁在900℃以上保温，莱氏体可分解为奥氏体加石墨。 固体状态：存在渗碳体；石墨两种状态。 1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石墨)双重相图 2、Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨） 热力学观点： 在一定条件下，高温渗碳体自动分解为奥氏体＋石墨，表明渗碳体自由能高，奥氏体＋石墨具有较低自由能，处于平衡状态。 渗碳体是在某种条件下形成的，在转变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。 结晶动力学观点： 液体中形成渗碳体比形成石墨容易，且渗碳体是金属间化合物，不需要铁原子从晶核中扩散出去，因此，在某种条件下，奥氏体＋石墨不如形成渗碳体顺利。 因此，从热力学观点Fe-Fe3C相图是介稳定的，Fe-C才是稳定的； 从结晶动力学观点Fe-Fe3C在一定条件下转变是可能的，出现铁碳二重性。 存在两个铁碳相图： Fe-Fe3C和Fe-G双重相图 三、铁碳硅准二元相图 铸铁中对金相组织起决定作用的是铁、碳、硅，需要研究铁－碳－硅三元相图。 铸铁中硅一般在0.8%～3.5%范围内变动，用含硅量一定的铁碳硅准二元相图来分析硅、碳对结晶过程的影响。 1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少。碳在液体和奥氏体中的溶解度减少。 2）硅的加入使相图上出现了共晶、共析转变三相区，说明三元合金是在一定温度范围内进行的。 3）共晶、共析转变温度有所改变。温差扩大，硅赿高，奥氏体+石墨高出奥氏体+渗碳体越多。 4）硅加入后，缩小了相图上的奥氏体区。 四、元素对相图各临界点的影响 五、碳当量和共晶度的意义 碳当量：根据各种元素对共晶点实际含碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称之为碳当量。 CE=C+1/3(Si+P) 。 将CE值与4.26%相比： 当CE4.26%称之过共晶成分； CE4.26称之亚共晶成分 ； CE=4.26称之共晶成分。 共晶度：铸铁的实际含碳量与共晶点的实际含碳量的比值称之共晶度。 Sc=1 共晶 Sc1过共晶 Sc１亚共晶。 1、为什么有双重相图的存在?用热力学动力学观点解释，在生产实践中，为什么相同成分铁液，浇注不同壁厚的铸件；冷却速度不同的铸型，会有白口或灰口两种组织? 2、研究不同含硅量的铁－碳－硅准二元相图，硅的作用是什么? 3、碳当量。含碳量3.8%、硅含量2.6%、磷含量2.6%的铸铁的碳当量是多少。 第二节 铸铁一次结晶过程 一次结晶过程：液态转变成固态。 包括两个阶段：初析和共晶凝固。 （1）初析石墨或初析奥氏体的形成。 （2）共晶凝固，共晶团和共晶后期组织的形成。 一、 初析石墨的形成（过共晶成分铸铁） 当过共晶成分的铁水冷却到液相线时，在一定的过冷度下就会析出初析石墨晶核，并在铁水中自由长大，由于结晶温度高、时间长，长成粗大C形片状石墨。 二 、初析奥氏体的结晶 （一）奥氏体枝晶的凝固过程 1）在平衡条件下，只有亚共晶成分的铁水才会析出初析奥氏体枝晶， 2）在非平衡条件下，共晶甚至过共晶成分的铁水亦会析出初析奥氏体。 用连续液淬的方法研究： 1）图中初析奥氏体已转变成马氏体， 2）尚未凝固的液体经液淬后直接转变成细小的莱氏体。 凝固过程为： 1）液相线温度以上，铁水全部处于液态。 2）冷却到液相线温度以下，奥氏体枝晶开始析出并长大。 进入共晶转变阶段以后，液体中开始出现共晶团，但此时析奥氏体还会继续长大、数量也会注所增加。 初析奥氏体和共晶团存在一个重叠生长温度区间，由于温度不同，重叠生长温度区间不同，组织上会出现成分相同，初析奥氏体枝晶的百分比不同情况。 （二）初生奥氏体形态 奥氏体为面心立方，原子密排面为（111）面，当奥氏体只有按密排面生长，其表面能最小，原子密排面构成的晶体外形是八面体，八面体的生长方向必然中八面体的轴线，形成奥氏体的一次枝晶。 在一次枝晶上生长起微小突起， 在此基础上形成二次枝晶， 进而形成三次枝晶。 （三）奥氏体枝晶的成分偏析