铸铁及其熔炼教学教案全套.ppt

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1、铸铁及其熔炼第一章铸铁的结晶及组织的形成河南科技大学材料科学与工程学院第一节铁-碳及铁-碳-硅相图一.铁-碳相图的二重性Fe-C合金中的碳有渗碳体Fe3C和石墨两种存在形式。在通常情况下，碳以Fe3C的形式存在，即Fe-C合金按Fe-Fe3C系转变。但Fe3C是一亚稳相，在一定条件下分解为铁和石墨，所以石墨是碳存在的更稳定状态。这样Fe-C相图就有Fe-Fe3C和Fe-G两种形式。二.铁-碳双重相图及其分析图1-1Fe-C双重相图1.铁-碳相图各临界点的意义、温度及成分点意义温度(℃)碳量(wt%)点意义温度(℃)碳量(wt

2、%)A纯铁的熔点15360.00H碳在δ-Fe中的最大溶解度14930.086B包晶转变时液态合金的成分14930.53J包晶点14930.16C共晶点11474.30K渗碳体的成分7276.689C′11534.26K′7366.689D渗碳体的熔点12526.689Nγ-Fe↔δ-Fe转变温度13920.00D′4000100P碳在α-Fe中的最大溶解度7270.034E碳在γ-Fe中的最大溶解度11472.14P′7360.032E′11532.10Q0℃时碳在α-Fe中的溶解度00.00F渗碳体的成分11476.68

3、9S共析点7270.76F′11536.689S′7360.69Gα-Fe↔γ-Fe转变温度9110.002.铁-碳相图上的三个基本反应①在HJB线温度发生包晶反应：LB+δH→γJ②在ECF线温度发生共晶反应：LC→γE+Fe3C③在PSK线温度发生共析反应:γS→αP+Fe3C3.铁-碳相图上的几条线的含义①GS线（A3线）：奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线。②ES线（Acm线）：碳在奥氏体中的溶解度曲线。③PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。4.Fe-G和Fe-Fe3C相图的比较②共析点的成分及温度不

4、同γS′(0.69%C)→αP′+GγS(0.76%C)→αP+Fe3C总体来讲：稳定平衡的铁-碳相图中的共晶和共析转变温度比介稳定平衡的高一些；在共晶温度时，和石墨平衡的奥氏体中含碳量比和渗碳体平衡的奥氏体中的含碳量要低一些。实际问题：成分相同的铁液，浇注不同壁厚的铸件或用冷速不同的铸型，会得到灰口或白口断面的铸件。用铁-碳相图的二重性进行解释。①共晶点的成分及温度不同LC′(4.26%C)→γE′(2.10%C)+GLC(4.30%C)→γE(2.14%C)+Fe3C5.Fe-C相图的应用①铸造工艺方面：根据相图确定合金

5、的浇注温度，一般在液相线以上50-100℃。共晶成分附近合金的流动性好，分散缩孔少，可获得致密铸件。②热锻和热轧方面：钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻或始轧温度控制在固相线以下100-200℃。③热处理方面：一些热处理工艺如退火，正火，淬火的加热温度都是依据相图确定的。注意：Fe-C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含有其他元素，相图将发生变化；Fe-C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态，若冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只用相图进行分析了。三.铁-碳-硅准

6、二元相图图1-2Fe-C-Si合金相图的垂直截面a）Wsi=2.4%b）Wsi=4.8%c）Wsi=6.0%相图分析图中存在四个单相区、七个两相区和三个三相区。硅对相图的影响铸铁中除Fe、C之外，还有Si、Mn、S、P等多种元素，它们也对铸铁的结晶和组织产生影响，特别是Si的含量较多时，影响较大。①硅使共晶点和共析点左移，即减小共晶和共析含碳量，其中对共晶含碳量影响较显著。②硅略微提高共晶和共析转变温度，并使转变在一个温度区间中进行，对共析转变温度范围的作用更为显著。③硅的加入，使相图出现了共晶和共析转变的三相共存区。④随着

7、硅含量的增加，相图上的奥氏体区逐渐缩小。四.铸铁中常见元素对铁-碳相图上各临界点的影响五.碳当量和共晶度的意义碳当量：根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称之碳当量。以CE表示，一般只考虑Si和P。CE=C+1/3（Si+P）2.共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点实际含碳量的比值。以Sc来表示。SC=C铁/Cc′对于铁-石墨系来讲：Si、Ni、Cu、Al等提高共晶转变温度；Si、S、P、Cr、V、Ti、Al、Mo、W等提高共析转变温度；其他元素的影响见表1-2。第二节灰口铸铁的一次结晶灰口铸铁是铁

8、液以奥氏体-石墨共晶方式结晶而生成的组织。当铸铁的成分分别为亚共晶和过共晶时，在发生共晶转变之前分别先结晶出初生奥氏体和初生石墨。一.初生奥氏体的结晶1.结晶过程热力学成分为X的亚共晶铁液在T1温度开始结晶出初生γ，其结晶热力学驱动力为ΔG。初生γ析出导致剩余铁液中碳量增多。增碳首先在γ的