工程材料与热加工技术第6章.ppt

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1、第6章铸铁6.1铸铁的分类及石墨化6.2常用铸铁知识窗——合金铸自测习题6.1铸铁的分类及石墨化6.1.1铸铁的分类铸铁的种类很多，根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为以下几种：(1)白口铸铁。指碳主要以游离碳化物形式出现的铸铁，断口呈白色，故称为白口铸铁。因为白口铸铁硬度高，脆性大，难切削，所以很少用来制造机械零件，工业中应用较少。(2)麻口铸铁。碳部分以游离碳化物、部分以石墨形式出现的铸铁，断口呈灰白相间，故称麻口铸铁。因其硬度高，脆性大，工业中很少应用。(3)灰口铸铁。指碳主要以石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，故称为灰口铸铁。根据石墨形态不同，灰口铸铁又分为以下几类：①灰口铸

2、铁：碳主要以片状石墨形式出现的铸铁。②可锻铸铁：碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁。③球墨铸铁：碳主要以球状石墨形式出现的铸铁。④蠕墨铸铁：碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。6.1.2铸铁的石墨化1．铸铁的石墨化在铁碳合金中，碳主要有两种存在形式：一是渗碳体，其碳的质量分数为6.69%；二是自由状态的石墨，用符号G表示，其碳的质量分数为100%。渗碳体在高温下进行长时间加热时，可分解为铁和石墨(即Fe3C→3Fe＋G)，这说明渗碳体是一种亚稳定相，而石墨是一种稳定相。石墨的晶格类型为简单六方晶格，如图6-1所示，层面的碳原子间距为1.42×10-10m，两层面之间的间距为3.40×10

3、-10m，其层面间距较大，结合力弱。因此，石墨受力时容易沿层面间滑动，故其强度、塑性和韧性都很低，接近于零，硬度只有3HBS，其结晶形态容易形成片状。图6-1石墨的晶体结构当铸铁以极缓慢速度冷却时，碳以石墨析出，冷却速度快时就会析出渗碳体，铸铁中石墨的形成称为铸铁的石墨化。铸铁冷却析出石墨得到的相图称为Fe-G相图。通常将Fe-Fe3C和Fe-G相图画在一起，就成为铁碳合金双重相图，如图6-2所示。图6-2铁碳合金双重相图石墨化过程可以分为以下三个阶段：第一阶段石墨化是指从液态中析出石墨，主要指共晶石墨G晶，即LC′→(AE′＋G晶)。这个阶段石墨是在高温下析出的，原子扩散能力强，容

4、易析出。中间阶段石墨化是指奥氏体冷却时析出的二次石墨GⅡ，即AE→AS′＋GⅡ。第二阶段石墨化是指共析转变奥氏体转变为铁素体和共析石墨G析，即AS′→(FP′＋G析)。这个阶段由于温度较低，就需要更长的时间，如果冷却快就会得到珠光体，即AS→P(FP＋Fe3G析)。石墨化过程进行的程度不同，铸铁将获得不同的组织。石墨化完全进行，铸铁将获得铁素体(F)＋石墨(G)组织；如果第二阶段石墨化受到阻碍，就将获得铁素体(F)－珠光体(P)＋石墨(G)组织；第二阶段完全受阻，将得到珠光体(P)＋石墨(G)组织。2．影响铸铁石墨化的因素′(1)化学成分的影响。化学成分是影响石墨化过程的主要因素。碳

5、和硅都是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的质量分数越大，石墨化越容易；但铸铁中碳和硅的质量分数过大会使石墨数量增多并粗化，从而导致铸铁力学性能下降。磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱，磷在铸铁中会增加铸铁的硬度和脆性，但能改善铸铁的铸造性能。硫是强烈阻碍石墨化的元素，且会降低铸铁的铸造性能。锰也是阻碍石墨化的元素，但其作用较弱，锰会减弱硫对石墨化的有害作用。(2)冷却速度的影响。冷却速度是影响石墨化过程的工艺因素。冷却速度快，碳原子扩散不充分，石墨化难以充分进行，铸铁容易产生白口铸铁组织；冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织。冷却速度受造

6、型材料、铸造方法、铸件壁厚等因素的影响。例如，薄壁铸件在成型过程中冷却速度快，容易产生白口铸铁组织；厚壁铸件在成型过程中冷却速度慢，容易获得灰口铸铁组织。图6-3化学成分和壁厚对石墨化的影响6.2常用铸铁6.2.1灰口铸铁1．灰口铸铁的化学成分、组织和性能1)化学成分灰口铸铁的化学成分一般为：wC＝2.5%～4.0%，wSi＝1.0%～2.5%，wMn＝0.5%～1.4%，wS≤0.15%，wP≤0.3%。2)组织由于石墨化程度的不同，灰口铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)＋片状石墨(G)，铁素体(F)－珠光体(P)＋片状石墨(G)，珠光体(P)＋片状石墨(G)。铁素体灰口铸铁的显微

7、组织见图6-4。图6-4铁素体灰口铸铁显微组织3)性能灰口铸铁的性能主要取决于基体的性能和石墨的数量、形状、大小及分布状况。当石墨的状态相同时，基体中的珠光体越多，灰口铸铁的强度越高。石墨对灰口铸铁的性能起着决定性作用，是导致灰铸铁抗拉强度低、塑性和韧性差的主要原因。由于石墨本身的强度、硬度和塑性都很低，因此灰口铸铁中存在的石墨就相当于在钢的基体上分布了大量的孔洞和裂缝，割裂了基体组织的连续性，减小了基体的有效承载面积。当基体组织相同时，灰口铸铁中片状石墨