铸铁及其熔炼-第二章课件.ppt

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1、铸铁及其熔炼第二章灰铸铁王悔改主讲第一节灰铸铁金相组织和力学性能特点一.灰铸铁金相组织特点灰铸铁组织是由金属基体加片状石墨组成的。石墨是灰铸铁中碳以游离态存在的一种形式，石墨的分布形态及尺寸是决定灰铸铁性能的重要因素，而石墨形态和尺寸则主要是由石墨的形成条件，即形核程度及长大条件所决定。1.片状石墨的分布类型及形成条件图2-1A型石墨①均匀分布无方向性的片状石墨（A型）冷却速度较低的情况下形成的。存在于石墨-奥氏体共晶团内，分布比较均匀。由于冷速较低，结晶过程缓慢，故热流的方向性对晶体的生长影响不明显，石墨片的生长方向和个体尺寸不规则。碳当量高、生长慢、共晶过

2、冷度低时，片体粗大。图2-2B型石墨②菊花状石墨（B型）冷速较大时形成的。共晶开始阶段，G分枝多而密，随着共晶转变中结晶潜热的释放，外层G片沿热流方向伸展较长，随着热流方向性减弱，外围G生长进一步减缓而呈蜷曲状。对基体的削弱作用大于A型G。图2-3C型石墨③块片状石墨（C型）过共晶铁液在小的过冷度下形成的，常称为初生石墨。液相中碳的来源充足，而且石墨的形成不受其他固相阻碍，结晶条件较好，晶体能充分发育，形成枝晶形态的分枝。石墨片体比较粗大，对基体有严重的削弱作用。图2-4D型石墨④枝晶点状石墨（D型）初生奥氏体结晶温度范围宽，液相处于较高的共晶过冷条件下，由充

3、分发育的奥氏体枝晶间熔液进行共晶转变而析出的点状或细片状石墨。这是一种细小的过冷石墨，分枝频繁，普遍发生弯曲、扭转、片体尺寸小，分散度高，没有明显的方向性。图2-5E型石墨⑤枝晶片状石墨（E型）亚共晶铁液在小的过冷度下形成的。共晶之前析出初生奥氏体，残留在奥氏体枝晶间的铁液在共晶转变中沿奥氏体枝晶方向析出而形成有方向性的石墨。由于冷速较低，因此G片比D型大。图2-6F型石墨⑥星状石墨（F型）过共晶铁液在大的冷速下形成的。星状石墨中心的大块状G为初生G，由于冷速较大，初生G不能长大，而共晶G则以初生G为依附沿辐射方向生长。2.基体组织基体是由不同比例的珠光体和铁

4、素体组成。有些情况下，还存在一定量的磷共晶、碳化物及硫化夹杂物等。磷共晶呈网状、孤立岛状或鱼骨状，硬而脆，使铸铁的韧性降低，脆性增加。硫以FeS形式完全溶解在铁液中，但凝固时S在固溶体或渗碳体中的溶解度小，会形成独立的硫化物，存在于共晶团晶界上，使铸铁的强度低。二.力学性能特点1.强度性能灰铸铁的强度性能由石墨形态、尺寸和基体中珠光体和铁素体的比例等因素所决定。①石墨的作用a.缩减作用：石墨在铸铁中占有一定的体积，几乎没有强度，是金属基体的有效承载截面积减小。主要取决于石墨的大小、数量和分布，以数量为主。数量越多，尺寸越大，缩减程度越大，铸铁的强度和塑韧性降低

5、越严重。b.缺口作用：石墨的片端好像是存在于铸铁中的裂口，在承受负荷时造成应力集中，导致裂纹的早期产生并发展，出现脆性断裂，使灰铁的塑韧性几乎表现不出来。主要取决于石墨的形状和分布，尤以形状为主，如为片状石墨则主要取决于石墨片的尖锐程度，通常可以用石墨的表面积与体积之比来说明。尖锐程度越大，造成应力集中越严重，强度越低。因此，可通过改变G的形态来提高铸铁的力学性能。②基体的作用铁素体较软，强度较低；珠光体有较高的强度和硬度，但塑韧性较铁素体低。因此，基体的强度随着珠光体含量的增加和分散度的增大而增大。③共晶团的作用细化共晶团，可使铸铁的强度提高。2.硬度灰铸铁

6、的硬度决定于基体，珠光体硬度较高。因此，随着珠光体含量的增加和分散度的增大，铸铁的硬度增大。3.缺口敏感性石墨片的存在已在基体上形成大量的缺口，所以外来缺口（铸件上的孔洞、键槽、非金属夹杂等）对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，使铸铁的缺口敏感性降低，提高了零件工作的可靠性。随着石墨细化或石墨形态的改变，敏感性可能提高。4.良好的减震性和减摩性石墨具有缓冲作用，能阻止振动能量的传播；石墨是润滑剂，脱落在摩擦面上，使灰铁摩擦面上形成大量显微凹坑，起到储存润滑油的作用，使摩擦面上保持油膜连续。第二节影响铸铁铸态组织的因素一.冷却速度的影响当化学成分一定时，改变冷却速度，可

7、在很大的范围内改变铸铁的铸态组织。冷却速度对铸铁结晶过程的影响主要在于对相变过程中原子扩散的影响。图2-7冷却速度对铸铁凝固组织影响示意图共晶转变：若冷速很小，则在该温度下有较长的转变时间，有条件进行碳原子的充分扩散，使转变倾向于按石墨共晶方式进行。因此，具有一定硅、碳含量的铁液在共晶转变中，可因冷速不同而生成白口或灰口铸铁。共析转变：在固态下进行，碳原子的扩散速率比共晶转变中的扩散速率要低得多，需要很低的冷速才能完成奥氏体向石墨的转变。因此，在实际铸铁组织中，白口基体为珠光体，灰口基体为不同比例的珠光体和铁素体。图2-8形成晶间碳化物示意图3.冷却速度的影响

8、因素①铸件壁厚越大，冷速越慢；图2-9