热处理之铸铁课件.ppt

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1、第四章铸铁铸铁是以铁-碳-硅为主的多元铁基合金。普通铸铁的化学成分一般为2～4％碳，1～3％硅，0.02～0.25％硫，0.05～1.0％磷。铸铁的铸造性能优良，因而通常采用铸造的方法制造成铸件使用，故称之为铸铁。铸铁是人类使用最早的金属材料之一。到目前为止，铸铁仍是一种被广泛使用的金属材料。从整个工业生产中使用金属材料的数量来看，铸铁的使用量仅次于钢材。由于铸铁具有优良的铸造性能、可切削加工性、耐磨性和吸震性，生产工艺简单，成本低廉，因此，被广泛地应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通运输、建筑和国

2、防生产部门。在各类机械中，铸铁件约占机器总重量的45％-90％，在机床和重型机械中，则要占机器总重量的85％～90％。通过在铸铁中添加合金元素或实施各种热处理，还可获得耐高温、耐热、耐蚀、耐磨、无磁性等各类特殊性能的铸铁。一、铸铁的特点和分类1、铸铁的特点1）、成分与组织的特点铸铁与碳钢相比较，除了有较高的碳、硅含量外，还有较高的杂质元素硫和磷。铸铁中的碳主要有如下三种分布形式：①溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体；②与Fe生成化合物，如Fe3C碳化物；③以游离的石墨形式析出。铸铁中的碳

3、主要是以石墨的形态存在，所以，铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体＋珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织。铸铁中石墨的形态可分为六种:Ⅰ型为片状石墨;Ⅱ型为蟹状石墨;Ⅲ型为蠕虫状石墨;Ⅳ型为聚集状(团絮状)石墨;Ⅴ型为不规则或开裂状石墨;Ⅵ型为球状石墨。总之，铸铁的组织特点，是在钢的基体上分布着不同形状的石墨见图1-1。图1-1铸铁中石墨的六种形态2、铸铁的性能特点铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁

4、基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为HB3～5，抗拉强度为20Mpa，延伸率接近零石墨珠光体铁素体抗拉强度MPa20800～1000350～400石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低，一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。看出钢在断裂前，有明显的屈服阶段，其延伸率较高，而铸铁则没有明显的屈服阶

5、段，铁素体加球状石墨铸铁的延伸率为25％，片状石墨的普通铸铁由于石墨边缘尖端产生应力集中，从而容易造成脆性断裂，延伸率约在1％以下。图1-2铸铁与钢的应力-应变曲线的比较示意图虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性。此外，铸铁的碳含量高，其成分接近共晶成分，因此，铸铁的熔点低，约为1200℃左右，铁水流动性好；石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率小，其铸造性能优于钢。二、铸铁的分类铸铁是碳含量大于2.11％的

6、铁碳合金，其中的碳有以化合态的渗碳体Fe3C析出,也有以游离态的石墨析出。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，状态可分为三大类：白口铸铁；麻口铸铁；灰口铸铁白口铸铁－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，故称白口铸铁。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的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。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，故称为灰口铸铁。白口铸铁的性质硬而脆，

7、所以，工业上应用较少。工业上大量使用的是通过控制化学成分与铸造工艺，或者借助于热处理方法，使铸铁中的碳全部或大部分呈游离态的石墨存在的灰口铸铁。灰口铸铁性能与成分及基体组织有关外，还取决于石墨的形状、大小、数量及分布。灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为：灰铸铁－石墨为片状；(常被称为灰口铸铁)球墨铸铁－石墨为球状；可锻铸铁－石墨为团絮状；蠕墨铸铁－石墨为蠕虫状。二、铸铁的石墨化1、Fe-Fe3C和Fe-C双重状态图科学实验表明，Fe3C是一个介稳定的相，石墨是稳定相。反映铁-碳合金结晶过程和组织转变

8、规律的状态图有两种：即Fe-Fe3C状态图(亦称为铁－碳合金亚稳定系状态图)和Fe-C状态图(亦称为铁－碳合金稳定系状态图)，研究铸铁时，通常把两者叠加在一起，得到铁－碳合金双重状态图，见图2-1。图中虚线表示铁-石墨系；实线表现铁-渗碳体系；虚线与实线重合的线条以实线表示。图2-1铁碳和金双重状态图二、铸铁石墨化过程热力学和动力学条件铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。铸铁组织形成的基本过程就是铸铁中的石墨的形成过程。现以共