铸造合金及其熔炼铸铁讲义培训讲学.ppt

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1、铸造合金及其熔炼铸铁讲义第一节铸铁及其熔炼一、铸铁铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的多元合金，此外，还含有锰、磷、硫等元素。有时为了改善铸铁的性能，还可加入铜、铬、钼等合金元素。铸铁碳的质量分数一般在2.4%～4.0%。常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。21.灰铸铁（1）灰铸铁的牌号及性能抗拉强度是灰铸铁最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大小来区分的，根据GB9439-1988《灰铸铁件》的规定，按单铸φ30mm试棒的抗拉强度值将灰铸铁分为六种牌号，见表3-1。表3-1按单铸试棒性能分类3灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨形态决定的

2、。分为以下三种：铁素体灰铸铁在铁素体基体上分布着粗大的片状石墨，其强度、硬度都较低；铁素体-珠光体灰铸铁在铁素体和珠光体基体上分布着细小的片状石墨，其强度、硬度都比铁素体灰铸铁为高；珠光体灰铸铁在珠光体基体上分布着细小的片状石墨，具有较高的硬度，在灰铸铁中强度最高。4图3-1灰铸铁的组织a)铁素体灰铸铁b)铁素体-珠光体灰铸铁c)珠光体灰铸铁灰铸铁中存在的片状石墨，一方面减少了金属基体的承载面积，另一方面石墨片的尖角处造成了应力集中，所以，灰铸铁的抗拉强度较差，塑性较低。由此可见片状石墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。5（2）化学成分

3、对灰铸铁组织和性能的影响灰铸铁的化学成分除了含有碳、硅、锰、磷、硫五种主要元素外，还含有一些其它元素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产生不同影响。铸铁的组织取决于石墨化程度，研究化学元素对灰铸铁组织的影响，主要研究化学元素对石墨化的影响。6铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。促进石墨化元素阻碍石墨化元素Al，C，Si，Ti，Ni，Cu，P，Co，Zr，Nb，W，Mn，Mo，S，Cr，V，Fe，Mg，Ce，B＋————————————————○———————————————————－左边的元素促进石墨化，右边的元素

4、阻碍石墨化，距铌越远作用越强烈。由此可知，铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都会影响石墨化的进行71）碳和硅碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。灰铸铁碳的质量分数大多在2.6%～3.6%，硅的质量分数在1.2%～3.0%。碳是构成石墨的元素，铁液中碳的质量分数越高，石墨的数量也就越多。硅是促进石墨化的元素。当硅的质量分数在1.0%～2.0%范围内增加时，硅促进石墨化的作用特别强烈。一般以碳当量综合考虑碳和硅的影响。碳当量过高，促使灰铸铁石墨片变粗、数量增多，基体中铁素体量增多，强度和硬度下降。碳当量过低，

5、铸铁易出现麻口或白口组织，会导致灰铸铁铸造性能降低、铸件断面敏感性增大、内应力增加，强度下降，硬度上升加工困难。因此，必须选取合适的碳硅量，使灰铸铁碳当量控制在合适的范围内。82）锰和硫锰和硫都是阻碍石墨化的元素，但两者共同存在时，会形成高熔点的MnS，不仅无阻碍石墨化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，锰能削弱硫的有害作用。此外，锰能促使珠光体形成并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁中锰的质量分数一般为0.6%～1.2%。硫在高含量时有阻碍石墨化的作用，使铸件形成白口组织，同时还使奥氏体枝晶粗化，降低铸铁性能。硫还能使铁液的流动性

6、降低，收缩量增大，使铸铁有较大的热裂倾向。因此，硫作为有害元素应加以控制，一般质量分数控制在0.15%以下。但目前认为，为确保孕育效果，灰铸铁中含硫量亦非愈低愈好，一般质量分数不低于0.05%～0.06%。93）磷磷使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，故计算碳当量时，应计入磷的含量。当磷的质量分数大于0.3%时，会生成硬而脆，且熔点低的磷共晶，常以网状分布在晶界上，使铸铁脆性增加。降低铸铁的力学性能尤其是韧性和致密性。磷量高往往是铸件产生冷裂的原因。但磷共晶能提高铸件的耐磨性，且磷能降低铸铁的熔点和共晶温度，提高铁液的流动性，改善铸造性能。一般灰

7、铸铁，磷的质量分数不应超过0.2%；高强度灰铸铁的磷的质量分数应控制在0.12%以下；有致密性要求的，磷的质量分数需低于0.06%；有耐磨和高流动性要求的磷的质量分数可达0.3%～1.5%。104）合金元素灰铸铁的低合金化是提高其力学性能、使用性能及节省材料的重要途径，低合金灰铸铁可以含有一种或几种合金元素，其总的质量分数一般在3%以下，合金元素的作用主要有以下几方面：改善并显著提高铸铁的力学性能，增加硬度；增加铸件性能的均匀性，降低断面敏感性；改善铸件的塑性；改善铸铁的高温及低温性能；提高铸铁热处理的淬透性及改善耐磨性。常用的合金元素有：铬、镍、钼

8、、铜、钒、锡、钛、硼等。11（3）冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响在生产中可以看到，同一铸件壁厚不同的部位，