工程材料学第6章 铸铁.ppt

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1、第六章铸铁一铸铁及其分类概念：铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金，并且还含有较多量的硅﹑锰﹑硫磷元素铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。箱体启动阀在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在：●固溶在F、A中●化合物态的渗碳体(Fe3C)，●游离态石墨（G）分类：根据碳在铸铁中的存在形式（GorCem）分为白口铸铁---碳主要以游离碳化

2、物的形式析出，断口呈银白色灰口铸铁---碳大部分或全部以石墨的形式析出，断口呈暗灰色麻口铸铁---碳部分以游离碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，断口灰、白色相间二复线铁碳相图在铁碳相图中，碳可以化合态的渗碳体的形式和游离态的石墨(G)的形式存在。渗碳体具有复杂的斜方结构。石墨具有特殊的简单六方晶格，其底面碳原子呈六方网络排列，原子间为共价键结合，间距小（1.42Å）结合力很强；底面层之间为分子键，面间距离大（3.04Å），结合力弱，所以石墨的强度和硬度不高，韧性很低。石墨的晶体结构如图渗碳体为亚稳定相，在一定条件下能分解

3、为铁和石墨（Fe3C→3Fe+G）;石墨为稳定相。所以在不同情况下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图，以及稳定平衡的铁－石墨相图。即铁碳合金相图应该是复合相图，见图。其中，实线表示Fe-Fe3C相图，虚线表示铁碳合金.究竟按哪种相图变化，决定于其加热或冷却条件或获得的平衡的性质（亚稳定平衡还是稳定平衡）。虚线相图的分析方法，与前面讨论过的实线相图完全相同。三．铸铁的石墨化过程石墨化--铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。石墨既可以直接从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要

4、从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间高温退火，由渗碳体的高温分解来获得。按照铁－石墨相图，可将铸铁的石墨形成过程（石墨化）分为三个阶段。第一阶段石墨化铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在1154℃(E′C′F′线)通过共晶反应形成共晶石墨，其反应式为：Lc′→AE′+G（共晶）第二阶段石墨化在1154℃－738℃温度范围内奥氏体沿E′S′线析出二次石墨。第三阶段石墨化在738℃（P′S′K′）通过共析反应析出石墨，其反应方程式为：As′→Fp′+G(共析)含3％的亚共晶铸铁－石墨相图进行转变的过程如图

5、所示四．影响石墨化的主要因素(一)温度及冷却速度铸铁的结晶，在高温慢冷的条件下，由于碳原子能充分扩散，通常按铁－石墨相图进行。碳以石墨的形式析出。当冷速较快时，由液体析出的是渗碳体而不是石墨，因为渗碳体的含碳量（6﹒69％）比石墨（100％）更接近于合金的含碳量（2﹒5－4﹒0％），析出渗碳体所需的碳原子扩散量较少。在低温（共晶反应温度）条件下，碳原子扩散能力较差，铸铁的石墨化过程往往难以进行。铸铁加热时，到550℃以上，共析渗碳体开始分解为石墨和铁素体。加热温度越高，保温时间越长，分解越强烈。在共析温度以下，二次渗碳体﹑

6、共晶渗碳体和一次渗碳体先后分解成奥氏体和石墨。因此，在实际生产中，铸铁的缓慢冷却，或在高温下长时间保温，都有利于石墨化进程。（二）合金元素按对石墨化的作用，合金元素可分为两大类：促进石墨化的元素---C﹑Si﹑Al﹑Cu﹑Ni﹑Co等。阻碍石墨化的元素---Cr﹑W﹑Mo﹑V﹑Mn等，以及杂质元素S。一般来说，非碳化物形成元素阻碍石墨化。在促进石墨化的元素中，C和Si最强烈。生产中，调整碳﹑硅含量，是控制铸铁组织与性能的基本措施。碳不仅促进石墨化，而且还影响石墨的数量﹑大小和分布。S强烈促进石墨的白口化，并使机械性能和铸造

7、性能恶化，因此一般控制在0﹒15℅以下。生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。CE来评价铸铁成份的石墨化能力：CE=Wc+1/2W(Si+P)同时用共晶度（表示铸铁的碳含量接近共晶点浓度的程度，Sc=1共晶铸铁；Sc<1亚共晶铸铁，Sc>1过共晶铸铁。Sc↑CE↑---石墨化能力↑)五.铸铁的组织特征和分类石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同铸铁经不同程度石墨化后所得的组织名　　称石墨化程度显微组织第一阶段第二阶段第三阶段灰铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行不进行

8、F＋GF＋P＋GP＋G麻铸铁部分进行部分进行不进行Le’+P+G白口铸铁不进行不进行不进行Le’+P+Fe3C组织构成：常用各类铸铁的组织是两部分组成的，一部分是石墨，另一部分是基体。基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，相当于铁或钢的组织。所以，铸铁的组织可以看成是铁或钢的基体上分布着石墨夹杂。石