工程材料教案-8铸铁

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1、课程名称：《工程材料》第周，第讲次摘要授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】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【重点】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【难点】铸铁的石墨化过程及影响因素、铸铁牌号及性能特点。内容【本讲课程的引入】铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，碳含量超过了在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。铁、碳、硅是它的主要合金元素，除此之外，还含有比碳钢较多的硫、磷和锰。铸铁价格便宜，并具有一系列的优良性能，

2、故而它广泛用于机械制造业。据统计，在各类机器中铸铁件约占重量的40～70%，在重型机械中其重量可达80～90%。【本课程的内容】第一节概述一、铸铁的分类根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：1、白口铸铁：碳分主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，断口呈银白色，故得名为白口铸铁。白口铸铁中存有大量的渗碳体，性硬而脆，难于进行切削加工，故很少用它来制造机器零件。通常白口铸铁用来制造一些要求高耐磨件，如轧钢机的轧辊、球磨机的磨球，以及农村用的犁铧等。目前，白口铸铁主要用来做为炼钢生铁和生产可锻铸铁的毛坯。2、灰口铸铁：碳全部或大部以自由态—石墨（G）的形式存在于铸铁中，其断口呈

3、暗灰色，故称灰口铸铁。在机器制造业中所应用的铸铁基本上是灰口铸铁。3、麻口铸铁：碳分部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰白色相间，尤如麻点，故称麻口铸铁。此类铸铁有较大的硬脆性，工业上也很少使用。工业上应用最广的是灰口铸铁，其碳大部分或全部以石墨形式存在。根据石墨的形态不同，灰口铸铁亦可分为如下几类：1、普通灰口铸铁，亦称灰铸铁：碳分主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，代号HT。此类铸铁的机械性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，工业上应用最广，在各类铸铁的产量中其可占80%以上。2、可锻铸铁：白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成

4、分而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁中的石墨以团絮状形式存在，它具有一定的塑性和韧性，但并非真正可锻。其代号KT。3、球墨铸铁：铁液经过球化处理而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的石墨。此类铸铁的机械性能较好，且可通过热处理进一步提高性能，其应用日趋广泛。其代号QT。4、蠕墨铸铁：大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁，其代号为RuT。这种铸铁是七十年代发展起来的一种新型铸铁，它廉有灰铸铁的良好铸造性能和机械性能，又有较高的强度，它的应用越来越受到人们的重视。从以上介绍我们不难看出，为了改善铸铁的性能，人们在铸铁的石墨形态上大做文章。那么，铸铁中的石墨又

5、是如何得到的呢？灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁图7-2四种铸铁示意图二、铸铁的石墨化实践证明，当铁水中的碳、硅含量较高，而其冷却速度缓慢时，将从铁水中直接析出石墨，当渗碳体在高温下长时间的停留也能分解出石墨。可见，渗碳体是一个亚稳定相，石墨才是一个稳定相。因此，描述铁碳合金的相图应有两个，即Fe-Fe3C相图和Fe-G相图。（一）铁碳双重相图图8-1是铁碳双重相图。（二）石墨化过程石墨化过程是指铸铁中析出碳原子形成石墨的过程，亦即按Fe—G相图结晶的过程。铸铁中析出石墨的途径有三条：1、第一阶段石墨化：高于共析转变温度的石墨化过程，它包括从液态中直接结晶出石墨（过共晶铁水析出一

6、次石墨，共晶转变中形成的共晶石墨），从奥氏体中析出的石墨以及由一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体分解析出的石墨。2、第二阶段石墨化：低于共析转变温度的石墨化过程，它包括共析转变过程形成的石墨，共析渗碳体分解而形成的石墨以及由铁素体中析出的石墨。铸铁的石墨化过程如图8-3、8-4所示。（三）铸铁石墨化的影响因素1、化学成分的影响：碳和硅是强烈促进石墨化的元素，C↑Si↑G↑只有碳而没有硅，则难于进行石墨化，灰铸铁中碳含量为3.2-4%，硅含量为1-3%；硫是强烈阻止石墨化的元素，硫的增加将导致白口倾向增加、流动性下降、热脆性增加，故应严格限制，铁水中硫的含量应小于0.15%。通常

7、冲天炉铁水硫在0.1%左右，电炉铁水硫量在0.04%；锰阻止石墨化，但其减弱硫的有害作用，故能间接地促进石墨化，所以铸铁中的锰量要适当，通常锰量在0.6-1.3%之间；磷对石墨化的影响不大，但磷的存在造成铸铁的冷脆性，故一般铸铁中视为有害元素，应加以限制，磷含量小于0.3%。2、冷却速度的影响：在生产中往往发现，同一包铁水浇厚件是灰口，而浇小件则可能得到白口，甚至浇注同一铸件，厚处是灰口，而薄处或飞边处则可能是白口。铸件厚薄不同，其冷却速度不同，石墨化程度就不一样。即铸件厚度增加，冷却速度下