金属材料与热处理 教学课件 作者 李炜新第八章 铸铁.ppt

《金属材料与热处理 教学课件 作者 李炜新第八章 铸铁.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第八章铸铁第一节铸铁概述铸铁是指碳的质量分数在2.11%以上的铁碳合金。工业上常用的铸铁，其碳的质量分数一般在2.5%~4.0%范围内，它是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有较多锰、硫、磷等杂质元素的多元合金。有时为了提高铸铁的使用性能，还可以在铸铁中加入一些合金元素，从而形成合金铸铁。铸铁同钢相比，强度、塑性及韧性较低，不能采用压力加工的方法成形。但是，铸铁具有良好的铸造性能、减摩性能、减振性能、切削加工性能及较低的缺口敏感性，而且生产工艺简单，成本低廉，经合金化后还可具有良好的耐热性能和耐腐蚀性能等，所以在生产中获得了广泛的应用。一、

2、铸铁的种类铸铁的种类很多，根据碳在铸铁中的存在形式及石墨的形态不同，可分为以下几种：（1）白口铸铁碳主要以渗碳体的形式存在，其断口呈银白色，所以称为白口铸铁。这类铸铁的性能硬而脆，切削加工困难，很少直接用于制造机器零件。（2）灰铸铁碳主要以片状石墨的形式存在，其断口呈灰色，所以称为灰铸铁。这类铸铁是目前生产中应用最广泛的铸铁。（3）可锻铸铁碳主要以团絮状石墨的形式存在，因其韧性较高，故称为可锻铸铁。（4）球墨铸铁碳主要以球状石墨的形式存在，这类铸铁的力学性能最好。（5）蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨的形式存在，石墨形态介于片状和球状之间。（

3、6）麻口铸铁碳一部分以渗碳体的形式存在，一部分以石墨的形式存在，其断口呈灰白色相间，所以称为麻口铸铁，这类铸铁脆性较大，工业上很少使用。二、铸铁的石墨化过程碳在铸铁中的存在形式有渗碳体和石墨两种。石墨用符号G表示，其晶格类型为简单六方晶格，如图8–1所示。原子呈层状排列，同一层的原子间距较小，为0.142nm，结合力较强；层与层之间的原子间距较大，为0.340nm，结合力较弱，容易滑移，因此，石墨的强度、塑性、韧性极低，几乎为零，硬度仅为3HBS。由于石墨中碳原子是依靠弱的金属键结合的，所以石墨具有不太明显的金属特性，如弱的导电性。由于

4、渗碳体在高温下可以发生分解，即：Fe3C3Fe+G因此，石墨是稳定相，而渗碳体是亚稳定相。前述Fe–Fe3C相图只说明了亚稳定相渗碳体的析出规律，要说明稳定相石墨的析出规律，必须使用Fe–G相图。为了便于比较和应用，通常将这两个相图画在一起，称为铁碳双重相图，如图8–2所示。图中实线表示Fe–Fe3C相图，虚线表示Fe–G相图，凡虚线与实线重合的相界线都用实线表示，说明这些相界线与渗碳体或石墨的存在状态无关。铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁的石墨化有两种方式：一种是液态铁碳合金按Fe–G相图进行结晶，从液态和固态中直接获得石墨；

5、另一种是液态铁碳合金按Fe–Fe3C相图进行结晶，随后Fe3C在一定条件下发生分解而获得石墨。铸铁的石墨化过程可以分为高温、中温和低温三个阶段。高温石墨化阶段是指在共晶温度以上结晶出一次石墨GⅠ和共晶转变时结晶出共晶石墨G共晶的阶段；中温石墨化阶段是指在共晶温度至共析温度范围内，从奥氏体中析出二次石墨GⅡ的阶段；低温石墨化阶段是指在共析温度发生共析转变时析出共析石墨G共析的阶段。三、影响石墨化的因素1．化学成分碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的质量分数越大，石墨化过程越容易充分进行。硫是强烈阻止石墨化的元素，它不仅阻止石墨的形

6、成，而且还会降低铁液的流动性和铸铁的力学性能。锰是阻止石墨化的元素，但锰能消除硫的有害作用，间接促进石墨化。磷是弱的促进石墨化的元素，它能提高铁液的流动性，但会增加铸铁的脆性，使铸铁在冷却过程中容易产生开裂，一般磷的质量分数应严格控制。2．冷却速度冷却速度是影响石墨化过程的工艺因素。若冷却速度快，碳原子来不及充分扩散，石墨化过程难以充分进行，容易产生白口铸铁组织；若冷却速度慢，碳原子有时间充分扩散，有利于石墨化过程充分进行，容易获得灰铸铁组织。化学成分和铸件壁厚对石墨化过程的影响如图8–3所示。可以看出，当碳和硅的质量分数高时，薄壁铸件

7、也能获得灰铸铁组织；当铸件的壁厚足够大时，碳和硅的质量分数低也能获得灰铸铁组织。第二节灰铸铁灰铸铁是应用最广、价格最便宜的一种结构材料，在各类铸铁的总产量中灰铸铁占80%以上。一、灰铸铁的成分、组织和性能1．灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分范围一般是：wC=2.6%~3.5%，wSi=1.0%~2.2%，wMn=0.5%~1.3%，wS≤0.15%,wP≤0.3%。2．灰铸铁的显微组织灰铸铁是在高温阶段和中温阶段石墨化能够充分进行的情况下形成的，它的显微组织特征是片状石墨分布在各种基体组织上，如图8–4所示。3．灰铸铁的性能灰铸铁与钢相

8、比含有较多的硅、锰等元素，这些元素可溶入铁素体中使基体强化，因此，灰铸铁基体的强度、硬度较高。但因片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，故片状石墨存在的地方可近似看成是微裂纹或孔洞，它不仅割断了基体的连续性，