铸铁教学课件.ppt

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1、工程材料——铸铁第八章铸铁第一节铸铁的石墨化第二节灰铸铁第三节球墨铸铁第四节蠕墨铸铁第五节可锻铸铁第六节合金铸铁概述铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。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。它可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。二、铸铁的分类根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后断口颜色的不同,可分

2、为三大类:白口铸铁:碳除少量溶于铁素体外,其余全部以化合物状态的渗碳体析出,凝固后断口呈白亮的颜色;麻口铸铁:碳既以化合状态的渗碳体析出,又以游离状态的石墨析出,凝固后断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色的石墨;灰口铸铁:碳全部或大部分以游离状态的石墨析出,凝固后断口呈灰色。普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁铸铁的分类按照石墨的形态,铸铁可分为:石墨呈片状铸铁,称灰铸铁;石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁;石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁;石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。从灰铸铁金相照片中看到的片状石墨,实际上是一个立体的多枝石墨

3、团。由于石墨各分枝都长成翘曲的薄片,在金相磨片上所看到的仅是这种多枝石墨团的某一截面,因此呈孤立的长短不等的片状(或细条状)石墨。图7-2片状石墨的立体模型灰铸铁的显微组织铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌第一节铸铁的石墨化一铁碳合金双重相图二石墨化过程三影响石墨化的因素铁碳合金双重相图在铁碳合金中,碳可以以三种形式存在:一是固溶在F、A中,二是化合物态的渗碳体(Fe3C),三是游离态石墨(G)。渗碳体为亚稳相,具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨(Fe3C→3Fe

4、+C)。石墨为稳定相,具有特殊的简单六方晶格,其底面原子呈六方网格排列,原子间距小(1.42×10-10m),结合力很强;而底面之间的间距较大(3.04×10-10m),结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。铁碳合金双重相图在不同条件下,铁碳合金可以有亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图,即铁碳合金相图应该是复线相图:Fe-Fe3C相图和Fe-G相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化,决定于加热、冷却条件或获得的平衡性质(亚稳平衡还是稳定平衡)。铸铁的石墨化铸铁中碳原子析出并形成石墨

5、过程称为石墨化。石墨既可以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是从液体中析出;可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火,由渗碳体分解而得到。铸铁的石墨化按照Fe-G相图,可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段: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℃通过共晶反应形成共晶石墨。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℃通过共析反应析出共析石墨。影响铸铁石墨化的因素可分为内因和

6、外因两个方面,内因是化学成分,外因是冷却速度。影响石墨化的因素内因---化学成分促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、C、Si为强烈促进石墨化的元素。石墨本身就是碳,所以碳含量越高,石墨化越容易,石墨越多;硅能减弱碳和铁的亲合力,不利于渗碳体的析出,从而促进了石墨化;在铸铁中,1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C,所以有:碳当量CE=C%+1/3Si%内因---化学成分2、S是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化,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)。FeS与铁形成低熔点(约98

7、0℃)共晶体,沿晶界分布。因此限定硫的含量在0.15%以下。锰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。锰含量一般为0.5%~1.4%。内因---化学成分磷是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时,液相线降低,从而提高了铁水的流动性。在铸铁中,磷含量大于0.3%时,常常形成二元或三元磷共晶体,其性能硬而脆,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(

8、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)。外因---冷却速度在生产过程中,铸铁的冷却速度越缓慢,或在高温下长时间保温,均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下,冷却速度与铸件的壁厚有关,壁厚越大,冷却速度越小,越有利于石墨化,反之亦然;在生产,铸件的表面和薄壁处常形成白口组织,使切削加工困难,就是由于这个原因造成的。影响石墨化的因素铸件壁厚/mm铸件壁厚(冷却速度)和成分对铸铁组织的影响碳硅当量1020304

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