金属工艺学教学课件作者张兆隆第一篇第六章.ppt

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1、第六章铸铁12第一节铸铁的分类及石墨化第二节常用铸铁返回第一节铸铁的分类及石墨化一、铸铁分类铸铁中的碳主要是以渗碳体(碳化物状态)和石墨(游离状态)两种形式存在。石墨的晶格类型为简单六方晶格，如图6-1所示，其基面中的原子结合力较强，而两基面之间的结合力弱，所以石墨的基面很容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低。根据碳存在的形式，铸铁可分为以下几种。1.白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，所以称为白口铸铁。这类铸铁既硬又脆，很难进行切削加工，很少直接用来制造机器零件。下一页返回第一节铸

2、铁的分类及石墨化2.麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在，断口呈现灰白色。这种铸铁的脆性较大，工业中很少使用。3.灰口铸铁碳大部分或全部以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，所以称为灰口铸铁。灰口铸铁是目前工业生产中应用最广泛的铸铁。工业上常用的灰口铸铁，根据石墨的存在形态不同(图6-2)，又可分为以下几种性能不同的铸铁。(1)灰铸铁上一页下一页返回第一节铸铁的分类及石墨化石墨以片状形态存在于铸铁中。(2)可锻铸铁石墨以团絮状形态存在于铸铁中。(3)球墨铸铁石墨以球状形态存在于铸铁中。

3、(4)蠕墨铸铁石墨以蠕虫状形态存在于铸铁中。二、铸铁的石墨化及影响石墨化的因素铸铁中碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。铸铁的石墨化不充分，易产生白口组织;石墨化太充分，则形成粗大的石墨，致使力学性能下降。上一页下一页返回第一节铸铁的分类及石墨化1.铸铁的石墨化过程铁碳合金实际上存在两个相图，即Fe-Fe3C和Fe-G相图，这两个相图几乎重合，只是E,C,S点的成分和温度稍有变化。为了便于比较和应用，习惯上把这两个相图合画在一起，称为铁碳合金的双重相图，如图6-3所示，图中的虚线即为Fe-G相图。根

4、据条件不同，铁碳合金可全部或部分按其中一种相图结晶。铸铁的石墨化过程分为三个阶段:第一阶段石墨化:铸铁液体结晶出一次石墨(过共晶铸铁)和在1154℃(E’C’F’线)通过共晶反应形成共晶石墨。还有一部分通过一次渗碳体、共晶渗碳体在高温分解形成石墨。上一页下一页返回第一节铸铁的分类及石墨化第二阶段石墨化:在1154℃~738℃内奥氏体沿E‘S’线析出二次石墨或者通过二次渗碳体分解而析出石墨。第三阶段石墨化:在738℃(P‘S’K，线)通过共析反应析出共析石墨或者由共析渗碳体分解形成石墨。石墨化程度不

5、同，所得到的铸铁类型和组织也不相同，如表6-1所示。2.影响石墨化的因素影响石墨化的主要因素是铸铁的化学成分和冷却速度。(1)化学成分的影响碳和硅是强烈促进石墨化的元素，对铸铁的石墨化起决定性的作用。它们的含量越高，析出的石墨就越多、越粗大。上一页下一页返回第一节铸铁的分类及石墨化调整铸铁的碳当量是控制铸铁组织和性能的主要措施。磷也是促进铸铁石墨化的元素，但其作用较弱。磷能提高铁水的流动性，改善铸铁的铸造性能。但磷的含量超过0.3%时，将增加铸铁的脆性并降低强度，一般磷含量控制在0.3%以下。硫是

6、强烈阻碍铸铁石墨化的元素，易使碳以渗碳体形式存在，促使铸铁出现白口，还会降低铸铁的力学性能和流动性。因此，硫是有害元素，应严格控制其含量，一般在0.15%以下。锰是阻碍铸铁石墨化的元素，但锰和硫化会生成硫化锰，可以减弱硫对铸铁石墨化的阻碍作用，间接起着促进其石墨化的作用，一般铸铁中的锰含量为0.5%~1.40%。上一页下一页返回第一节铸铁的分类及石墨化(2)冷却速度的影响铸件的冷却速度越慢，越有利于石墨化过程的进行。反之，当铸件冷却速度较快时，则不利于石墨化过程的进行，碳可能以渗碳体的形式存在。实

7、际生产中影响冷却速度的主要因素是造型材料、铸造方法和铸件壁厚。如用金属型铸造，冷却快，铸件易得到渗碳体;如用砂型铸造，冷却慢，铸件易形成石墨。另外，铸件的壁越厚，则冷却速度越慢，越容易进行石墨化;而薄壁件易得到渗碳体。如图6-4所示为化学成分、冷却速度与铸件壁厚对铸铁组织的影响。上一页返回第二节常用铸铁一、灰铸铁1.灰铸铁的组织和性能工业生产中使用最多的是灰铸铁，灰铸铁的组织是由金属的基体和片状石墨组成的。根据基体组织不同，灰铸铁可分为铁素体基体灰铸铁、铁素体+珠光体基体灰铸铁和珠光体基体灰铸铁3

8、种，其显微组织如图6-5所示。铸铁的力学性能主要取决于铸铁的基体组织及石墨的数量、形状、大小和分布。2.灰铸铁的孕育处理为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常进行孕育处理。下一页返回第二节常用铸铁孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加细小均匀分布的片状石墨组织的工艺过程。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，也称变质铸铁。孕育铸铁通常是在生产中先熔炼出合格的铁水，然后向出炉的铁水中加入孕育剂，经过孕育处理后再浇注成型。常用的孕育剂为硅铁或硅钙合金