金属材料学第7章铸铁

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1、第7章铸铁铸铁是指含碳量大于2.14%或组织中具有共晶组织的铁碳合金。实际上是以铁-碳-硅为主的多元合金。如再加入铝、铬、锰、铜等元素,则是各种特殊性能铸铁.铸铁可分为以下几类：灰口铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁，可锻铸铁，白口铸铁等上图沧州铁狮子铸于953年，重40余吨。右图当阳铁塔铸于1061年，八棱13层，塔体分段铸造中国曾发现陨铁制兵器3件,2件被盗卖至美国7.1铸铁石墨化及影响因素1铸铁的石墨化过程渗碳体是介稳定相，而石墨才是稳定相。热力学条件：有利于石墨化的过程动力学条件：主要有成分起伏、结构起伏和原子扩散.有利于渗碳体的形成.

2、为了使G化进行,可人为地改变热力学和动力学条件.图铁－碳双重相图（G－石墨，Fe3C－渗碳体）成分起伏L4.3%CFe3C（6.67%C）+AG（100%C）+A结构起伏L（或γ-Fe）Fe、C并存(面心)Fe3C（复杂斜方结构）G（六角形层状结构）比较接近浓度差小原子扩散G长大，不但要C原子扩散集中，而且Fe原子要从G生长前沿逆向扩散。而Fe3C长大只要C扩散，Fe原子局部移动即可。G长大较难。有利于Fe3C长大2、影响铸态组织的因素（1）化学成分的影响CSiC和Si是基本成分，是↑↑G元素。石墨来源于C。Si含量一般在0.8~3.

3、5%之间，Si的加入对Fe-G相图发生变化。Si作用①共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而↓；②使共晶和共析转变在一温度范围内进行；③↑共晶和共析温度。共析温度提高更多，大约每↑1％Si，可使共析温度↑28℃；④Si促进铸铁石墨化的作用相当于1/3C。↑G化，≈1/3C作用。>0.2%后，出现硬脆Fe3P，呈孤立、细小、均匀分布时，可↑耐磨性。若粗大连续网状分布，将↓强度，↑铸件脆性。除在耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外，在普通铸铁中都作为杂质，通常灰铁中P含量控制在＜0.2%。↓G化；Mn能与S结合生成MnS，削弱硫的有害作用。铸铁中含

4、锰量一般在0.5~1.4%范围内，如要获得铁素体基体，含锰量应取下限。PMn↑白口；↓铁水流动性，恶化铸造性；形成FeS，分布晶界，使铸铁变脆。S是有害元素，其含量应尽量低，一般将S限制在0.15%以下S促进石墨化元素阻碍石墨化元素+Al、C、Si、Ni、CuW、Mn、Mo、S、Cr、Fe、Mg—（2）冷却速度的影响化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以在很大范围内改变铸态组织。V冷越缓慢，越有利于按Fe-C状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通常情况下，共析阶段的G化难以完全进行在生产中，铸件冷却速度是一个综合因素，它与

5、浇注温度、铸型条件以及铸件壁厚均有关系。同一铸件不同壁厚处具有不同组织和性能，称之为铸件壁厚敏感效应。铸件壁厚是设计的，难以改变，对已知壁厚铸件，可调整化学成分来保证获得所需组织.G化过程可分为两个阶段：发生在P′S′K′线以上的G化为第一阶段；发生在P′S′K′线以下的G化为第二阶段，实际是以共析线为界。第一阶段G化决定G形态,第二阶段G化决定基体组织.石墨化阶段与组织第一阶段第二阶段组织铸铁名称完全进行完全进行F+G不同基体的灰部分进行F+P+G铁、球铁、蠕铁、未进行P+G可锻铁部分进行未进行Ld+P+G麻口铸铁未进行未进行Ld白

6、口铸铁7.2石墨的形成及生长1、片状石墨的生长方式内在因素G为六方点阵层状结构。层面原子间距小，较强共价键结合，层间C原子间距较大，原子作用力弱。→层面方向生长速度就大，石墨是在与铁水相接触的条件下以片状方式生长的。外在因素G形成会导致周围铁水C浓度↓,↑凝固点→生成包围G片的A体壳。但G片端生长速度超过A结晶速度,G片端总是和铁水直接接触。石墨晶体结构片状石墨生长机理如G片向两侧加厚生长，须依靠C从铁水中先扩散到A层再扩散到G；而Fe还必须向A层外作反方向扩散，显然是较难的→G片增厚是较慢的.最后形成了立体花朵状球状石墨内部的年轮状

7、结构球状石墨的结构示意图2、球状G的形成过程（1）球状石墨的结构G呈多边形轮廓，内部呈放射状。中心是G核心。球面是单晶体锥形G（0001）底面.(2)球状G的形成条件球化剂Mg/Ce/Y/La等↑铁液的过冷度球化剂与铁液中氧、硫发生反应，↓含氧、硫量，↑铁液表面张力，↑铁液/石墨间的界面张力↑球化处理:浇注前加入一定量球化剂,如稀土-硅铁-镁系等孕育处理:加入高硅铁，获得很多的非自发晶核，细化G(3)球状石墨的形核机理G都是从铁水中直接析出的。球状G的形核以硫化物及氧化物夹杂微粒作为结晶中心。螺旋位错理论:由于螺旋位错存在，碳原子优先

8、在晶体表面造成的螺旋台阶旋出口作为开始生长的最有利位置。理想情况下晶体将长成一个近似球状的多面体，形成年轮状结构。生长机理,有许多学说,难以完美解释.(4)球状石墨的生长机理图球状石墨晶体生长示意图a)[0001]方向生