实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第8章铸铁-完成课件.ppt

正確減重及養生觀 正確減重及養生觀 在汽车上，重量约为50%~70%的金属材料为铸铁。如：汽缸体、变速箱体、后桥壳、曲轴等。随着科技的发展，新型铸铁的不断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部件（曲轴、齿轮），形成了以铁代钢的趋势。 铸铁是用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。 8.1.1 铸铁的成分及性能特点 铸铁是含碳2.11％的铁碳合金。除碳以外，铸铁还含有较多的Si、Mn和其它一些杂质元素。 铸铁的优点（与钢相比）： 铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较低，但是具有优良的铸造性能，很高的减摩和耐磨性，良好的消震性和切削加工性以及缺口敏感性低等。 根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为： (1)白口铸铁：碳全部或大部分以渗碳体形式存在，因断裂时断口呈白亮颜色，故称白口铸铁。 C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。 性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。 (2)灰铸铁：碳大部分或全部以游离的石墨形式存在。因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。 C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。 灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。 (3)麻口铸铁：碳既以渗碳体形式存在，又以游离态石墨形式存在。 C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。 性能：脆性大，很少使用。 8.1.2 铸铁的石墨化及其影响因素 1.铸铁的石墨化 铸铁中石墨的结晶过程叫做石墨化过程。 石墨是碳的一种结晶形态，wc =100％，具有特殊的简单六方晶格，原子呈层状排列(图8-1)，底面原子呈六方网格排列，原子间距小（1.42），结合力较强；底面之间的间距较大（3.40），结合力较弱。所以其结晶形态常易发展为片状，且强度、硬度、塑性和韧性都很差。 石墨是稳定相，而渗碳体是亚稳定相，即铁素体＋石墨或奥氏体＋石墨的混合物比铁素体＋渗碳体或奥氏体＋渗碳体的混合物有较低的自由能。 当铁液中C、Si的含量较高，冷却非常缓慢时，可直接从铁液中析出石墨。已经形成渗碳体的铸铁在高温下长时间退火，可使渗碳体分解析出石墨碳，Fe3C→3Fe＋C (石墨)。 在不同条件下，即根据成分和冷却速度不同,铁碳合金的结晶过程和组织形成规律, 可以有亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图综合在一起，形成的所谓铁碳合金双重相图来描述，即复线相图，Fe-Fe3C相图和Fe－G相图。 根据Fe-C双重相图，铸铁的结晶过程和组织转变依化学成分和铸造工艺条件不同，可以按Fe-G(石墨)系进行，析出后形成石墨，也可以按Fe-Fe3C(渗碳体)系进行，析出后形成渗碳体。 现以共晶成分的铁液为例,以极缓慢的速度冷却并全部按照Fe－G相图结晶时，可将铸铁的石墨化过程分为如下三个阶段： 第一阶段 石墨化 ? 在1154℃（ECF线）通过共晶反应形成共晶石墨。 LC‘ → AE’+ G(共晶） 第二阶段 石墨化? ??在1154℃～738℃温度范围内奥氏体沿ES线析出二次石墨。 ??? 第三阶段 石墨化? ? 在738 ℃（PSK线）通过共析反应析出共析石墨。 ???AS→FP+ G(共析） 铸铁在高温冷却的过程中，由于具有较高的原子扩散能力，故其第一和第二阶段的石墨化较易进行，即通常都能按照Fe－G相图进行结晶，凝固后得到(A+G)的组织；而随后在较低温度下的第三阶段的石墨化，则常因铸铁的成分及冷却速度等条件的不同，而被全部或部分的抑制，从而会得到三种不同的组织，即： F+G、F+P+G、P+G。 2.石墨化的影响因素 铸铁的化学成分和结晶过程中的冷却速度是影响石墨化的主要因素 ?（1）化学成分对石墨化的影响 碳、硅：强烈促进石墨化的元素，其含量越高，石墨化程度愈充分。引入了两个参量：碳当量(CE)和共晶度(SC)。 CECE＝WC ＋1/3W(Si+P) Sc=WC/[4.3%－1/3W(Si+P)] 共晶度表示铸铁中碳含量接近共晶碳含量的程度，Sc=1 为共晶，Sc1 为过共晶， Sc 1 为亚共晶。共晶度越接近于 1，铸铁的铸造性能越好。实际生产中，在铸件壁厚一定的情况下，常通过调配碳和硅的含量来得到预期的组织。 ●锰是阻碍石墨化的元素。 　●硫是强烈阻碍石墨化的元素。 　●磷是微弱促进石墨化的元素。 （2）冷却速度对石墨化的影响 化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以在很大范围内改变铸态组织。V冷越缓慢，越有利于按Fe-C状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通常情况下，共析阶段的G化难以完全进行。 在生产中，铸件冷