机械制造基础第2版 教学课件 作者 孙学强 主编第七章铸铁.ppt

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1、第七章铸铁教学要求主要内容本章重点本章小结习题机械制造基础第七章教学要求通过学习，学生应熟悉石墨形态与基体组织对铸铁性能的影响；掌握灰铸铁、球墨铸铁的典型牌号、性能特点、热处理工艺和主要用途；了解可锻铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁的牌号、性能及应用。机械制造基础第七章主要内容第一节概述第二节铸铁的石墨化第三节常用铸铁机械制造基础第七章本章重点铸铁的石墨化；灰铸铁、球墨铸铁的典型牌号、性能特点、热处理工艺和主要用途。机械制造基础第七章第一节概述铸铁——指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁含碳和含硅量较高(ωc=2.5％～4％，ωSi=1％～3％)，杂质元素锰、硫、磷

2、较多。为了提高铸铁的力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性、耐磨性及减振性，而且熔炼铸铁的工艺与设备简单、成本低廉，它是制造各种铸件最常用的材料。铸铁可分为：(1)白口铸铁。碳除少量溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白白铸铁。这类铸铁硬而脆，很难切削加工，所以很少直接用来制造各种零件。机械制造基础第七章(2)灰铸铁。碳主要以片状石墨形态存在于铸铁中，断口呈灰色。这类铸铁的力学性能不高，但它的生产工艺简单、价格低廉，而且还具备其它方面的特性，故在工业中应用最广。(3)球墨

3、铸铁。碳主要以球状石墨的形态存在于铸铁中。这类铸铁的力学性能不仅较灰铸铁高，而且还可以通过热处理进一步提高。所以它在生产中常用作受力大且重要的铸件。(4)蠕墨铸铁。碳主要以介于片状与球状之间形似蠕虫状的石墨存在于铸铁中。性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。它是近年来发展起来的新型铸铁。(5)可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨的形态存在于铸铁中，其力学性能(特别是韧性和塑性)较灰铸铁高，并接近于球墨铸铁。它在薄壁复杂铸铁件中应用较多。机械制造基础第七章第二节铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化过程铸铁组织中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化过程。在铸铁中，碳的存在形式有两种，即化合状态的渗碳体

4、(Fe3C)和游离状态的石墨(常用G表示)。石墨的晶格形式为简单六方体，原子呈层状排列，同一层的原子间距为0.142nm，结合力较强；而层与层之间的面间距为0.340nm，其结合力较弱，易滑移，故石墨的强度、塑性和韧性极低，硬度仅为3～5HBS。机械制造基础第七章碳在铸铁中以Fe3C形式存在的规律可用前述的Fe—Fe3C相图表示；而碳以G形式存在的规律用Fe一C石墨相图表示，为了便于比较和应用，通常把这两个相图合画在一起，称为铁碳合金双重相图，如图7-2所示。图中实线表示Fe—Fe3C相图，虚线表示Fe—C相图。由图可见，虚线位于实线的上方或左上方。这表明Fe—C相图

5、较Fe—Fe3C相图更稳定。生产实践中通过加热可使渗碳体分解为铁素体和石墨，即(Fe3C→3Fe+C)。机械制造基础第七章铸铁的石墨化的方式：1、按照Fe—C相图进行，由液态和固态中直接析出石墨；2、按照Fe—Fe3C相图先结晶出渗碳体，随后渗碳体在一定的条件下再分解出石墨。第一种方式下，铸铁的石墨化过程由下面的三个阶段完成：第一阶段：它包括过共晶液体沿着液相线C´D´冷却时析出的一次石墨GI，以及共晶转变时形成的共晶石墨G共晶。后者可表示为：LC´→AE´+G共晶第二阶段：过饱和奥氏体沿着E´S´线冷却时析出的二次石墨GⅡ。第三阶段：在共析转变阶段，由奥氏体转变为铁

6、素体和共析石墨G共析，其反应式为：AS´→Fp´+G共析机械制造基础第七章在第二种方式中，铸铁的石墨化过程也分为三个阶段。第一阶段的石墨化为一次渗碳体和共晶渗碳体在高温下分解而析出石墨，第二阶段为二次渗碳体分解而析出石墨，第三阶段为共析渗碳体分解而析出石墨。石墨化的过程是一个原子扩散的过程，石墨化的温度愈低，原子扩散愈困难，因而愈不易石墨化。铸铁石墨化程度的不同，将获得不同基体的组织。二、影响石墨化的因素1．化学成分的影响(1)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的含量越高，石墨化程度越充分。(2)锰。锰是阻止石墨化的元素。但锰与硫能形成硫化锰，减弱了硫

7、对石墨化的阻止作用，结果又间接地起着促进石墨化的作用，因此，铸铁中含锰量要适当。机械制造基础第七章(3)硫。硫是强烈阻止石墨化的元素。硫还降低铁水的流动性和促进铸件热裂，所以硫是有害元素，铸铁中含硫量愈低愈好。(4)磷。磷是微弱促进石墨化的元素，同时它能提高铁水的流动性。但磷与铁形成Fe3P，会增加铸铁的脆性，所以铸铁中含磷量也应严格控制。2．冷却速度的影响冷却速度快时，碳原子来不及扩散，石墨化难以充分进行，甚至出现白口铸铁组织；而冷却速度慢时，碳原子有充分时间扩散，有利于石墨化的进行。铸铁的冷却速度在一定的铸型条件下决定于铸件壁的厚薄，即壁厚冷却速