第八章 铸铁 铸铁是历史上使用得较早的材料,也是最便宜的.pptVIP

* 第八章 铸铁 　　铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一，同时它具有很多优点。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%。同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（碳含量大于2.11％），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。 铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为两大类：一是白口铸铸铁（断口呈现白色），碳的主要存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨；另一是灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。介于白口铸铁与灰口铸铁之间为麻口铸铁，其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。白口铸铁的脆性特别大，又特别坚硬，作为零件在工业上很少用，只有少数的部门采用，例如农业上用的犁，除此之外多作为炼钢用的原料，作为原料时，通常称它为生铁。在铸铁中还有一类特殊性能铸铁，如耐热铸铁、耐蚀铸铁、耐磨铸铁等，它们都是为了改善铸铁的某些特殊性能加入一定的合金元素Cr、Ni、Mo、Si等，所以又把这类铸铁叫合金铸铁。 第一节 铸铁的石墨化 一、Fe-Fe3C和Fe-C双重相图　　在第四章中介绍过Fe-Fe3C相图，按这张相图自液态冷却下来的Fe-C合金固态一般为铁素体及渗碳体两相。实际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个，一个是Fe-Fe3C系相图，另一个是Fe-C系相图。把两者迭合在一起，就得到一个双重相图， 见图8-1。图中的实线表示Fe-Fe3C系相图，部分实线再加上虚线表示Fe-C系相图。铸铁自液态冷却到固态时，若按Fe-Fe3C相图结晶，就得到白口铸铁，若是按Fe-C相图结晶，就析出和形成石墨，即发生石墨化过程。若是铸铁自液态冷却到室温，既按Fe-Fe3C相图，同时又按Fe-C相图进行，则固态由铁素体、渗碳体及石墨三相组成。 二、铸铁的石墨化过程　　按Fe-C相图铸铁液冷却过程中，碳溶解于铁素体外均以石墨形成析出。石墨形成（或石墨化）分为如下两个阶段：　　第一阶段:石墨化包括自低于液相线C￠D￠以下温度冷却自液体中析出“一次石墨”，低于共晶线E￠C￠F￠（温度1154℃）共晶成分（C￠点含4.26％C），液体转变为奥氏体与共晶石墨组成的共晶组织；以及低于共晶温度E￠C￠F￠以下冷却沿E￠S￠线从奥氏体中析出“二次石墨”。　　第二阶段：略低于共析温度（738℃）的P￠S￠K￠线以下，共析成分（S￠点，含0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石墨组成的共析组织。理论上，在P￠S￠K￠温度以下冷却至室温，还可能铁素体中析出三次石墨，因为数量极微，常忽略。 如果按照上述两个阶段转变，铸铁成型后由铁素体与石墨（包括一次、共晶、二次、共析石墨）两相组成。在实际生产中，由于化学成分、冷却速度等各种工艺制度不同，各阶段石墨化过程进行的程度也不同，从而可获得各种不同金属基体的铸态组织。表8-1是一般铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织。 三、影响石墨化程度的主要因素　　由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大，而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些，所以普通铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁，而不易获得灰口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。 1．化学成分的影响　　碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中碳、硅、磷是促进石墨化的元素，锰和硫是阻碍石墨化的元素。在实际生产中，调整碳和硅的含量是控制铸铁组织和性能的基本措施之一。可以认为在一般铸造条件下铸铁中较高的含碳量是石墨化的必要条件，保证一定量的硅是石墨化的充分条件，碳与硅含量越高越易石墨化。若碳、硅含量过低，易出现白口，机械性能与铸造性能都较差。但如果碳、硅含量过高，将导致石墨数量多且粗大，基体内铁素体量多，机械性能下降。因此，一般灰口铸铁的碳、硅含量控制在下列范围：2.8%－3.5%C，1.4~2.7%Si。 2．温度及冷却速度的影响　　铸铁中碳石墨化过程除受化学成分的影响外，还受铸造过程中铸件冷却速度影响。在成分上保证了碳与硅含量必要而充分条件之后，冷却速度过快石墨化仍不可能充分进行甚至不能进行。这是因为无论第一还是第二阶段石墨化，碳元素的扩散条件变成了制约因素。在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩散能力，通常按Fe-C相图进行，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。当冷却速度较快时，由液态析出的是渗碳体而不是石墨。这是因为渗碳体的含碳量（6.69%）比石墨（100%）更接近合金的含碳量（2.5%～4.0%），因此，一般铸件冷却速度越慢，石墨化进行愈充分。冷却速度快，碳原子很难扩散，石墨化进行困难。 第二节 常用铸铁的牌号、组织与性能 　　铸铁中的