铸铁-工程材料学.PDF

第八章　铸铁 第一节 概述 一、铸铁的应用 1、铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具 有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常 广泛，是工程上最常用的金属材料之一。 2 、用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头 箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮 轴；轧机的轧辊及机器的底座等。 二、成分与组织 1、化学成分： 铸铁不是纯铁，是一种以铁、碳、硅为主要成分且 在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金 碳：2.5-4% 硅：1.0-3.0% 磷：0.4-1.5% 硫：0.02-0.2% 2 、组织特点：金属基体+石墨 可视为钢基体上分布着不同形状的石墨 三、性能与特点 v生产工艺简单，成本低廉 v工艺性能好，铸造性能、切削加工性能优良 v优良的减振性 v耐磨减摩性好，缺口敏感性低。机械性能较好 v机械性能较差 四、铸铁的分类 （一）按碳在铸铁中的存在形式： 白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁 1、白口铸铁： 碳以渗碳体形式存在，断口呈白亮色。性能硬而脆，切 削加工困难 2、灰口铸铁： 碳以石墨形式存在，断口呈灰色。铸造、加工性能较好 3、麻口铸铁： 碳以渗碳体和石墨混合存在，断口夹杂着白亮的游离渗 碳体和暗灰色的石墨。 （二）灰铸铁按石墨形态分类： 1、灰铸铁： 采用孕育处理，铸铁中石墨形状呈片状。可包括普通灰 铸铁和孕育铸铁 2、蠕墨铸铁： 采用变质处理，铸铁中石墨呈蠕虫状 3、可锻铸铁： 将白口铁900-950℃退火，获得团絮状石墨 4、球墨铸铁 采用球化处理，铸铁中石墨呈球状 （三）其它铸铁分类： 加入一定的合金元素，称之为特殊性能铸铁 Ø 耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁 第二节 铸铁的结晶 Ø 实用铸铁中的碳大部分或全部以石墨的形式存在 v 碳全部以碳化物的形式存在的白口铁没有实用价值。 因此碳的石墨化就十分重要了！ 一、铁-碳双重状态相图 Fe3C是亚稳相，石墨是稳定相。因此，描述铁碳合金组织转变 的状态图有两个，一个是Fe-Fe3C介稳定系状态图，一个是Fe- C稳定系状态图。将二者叠加即为铁-碳合金双重状态图 二、铸铁结晶的热力学和动力学条件 （一）热力学条件 u 1154℃：自由能F 最低 L u 1154-1148 ℃ ： F F F γ+G L γ+Fe3C u 1148 ℃ ： F F F γ+G γ+Fe3C L 因此，共晶液态合金结晶时，热力 学条件对石墨化过程有利。 （二）动力学条件 快速冷却，动力学条件： v 碳含量差：渗碳体的含碳量较石墨的含碳 量更接近合金成分的含碳量，故易形成渗 碳体晶核。 v 扩散速度：石墨成核和长大需要长程扩散 结论：结晶成核和长大的动力学条件有利于渗碳体的形成 （三）在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在： ●固溶在F 、A 中， ●化合物态的渗碳体(Fe3C) ， 渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条 件下能分解为铁和石墨 （Fe3C→3Fe+C ） ●游离态石墨 （G ）。 石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，底面原 子呈六方网格排列，原子间距小 （1.42 ×10-10 m ）， 结合力很强；底面之间的间距较大 （3.04 ×10-10 m ）， 结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。 三、铸铁的结晶过程 1、铸铁的结晶过程 v 一次结晶：初生转变+共晶转变 v 二次结晶：A 中碳的脱溶+共析转变 一次结晶 二次结晶 2、铸铁的石墨化过程 （1）石墨化 v 铁碳合金按照Fe-G相图进行结晶，则铸铁的石墨化过程 可分为如下三个阶段：