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第一节 概 述 一、铸铁的石墨化过程 1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石墨)双重相图 Fe3C是亚稳相,在一定条件下将发生分解: Fe3C→3Fe+C(石墨) 石墨是碳的单质之 一,其强度、塑性、 韧性几乎为零。 铸铁中的碳除少量 固溶于基体中外, 主要以化合态的渗 碳体(Fe3C)和游离 态 的 石 墨 (G) 两 种 形式存在。 Fe-Fe3C和Fe-G双重相图 L+G L+Fe3C 2、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为 石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出, 也可以由渗碳体加热时分解得到。 石墨化分两个阶段: 在P’S’K’线以上 发生的石墨化称为第 一阶段石墨化。 包括结晶时一次石墨、 二次石墨、共晶石墨 P’ 的析出和加热时一次 渗碳体、二次渗碳体 及共晶渗碳体的分解。 在 P’S’K’ 线 以 下发生的石墨化称 为第二阶段石墨化。 包括冷却时共析石 墨的析出和加热时 共析渗碳体的分解。 P’ 石墨化程度不同, 所得到的铸铁类型 和组织也不同。 铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 (以共晶铸铁为例) 石墨化进行程度 第一阶段 第二阶段 石墨化 石墨化 完全进行 完全进行 部分进行 未进行 部分进行 未进行 未进行 未进行 铸铁的显微组织 F+G F+P+G P+G Le’+P+G Le’ 铸铁类型 灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁 3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低,易出现白口组织,力学性能 和铸造性能变差。 碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大, 基体内铁素体量增多,降低铸件的性能。 碳、硅量控制范围:2.5-4.0%C,1.0-3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。 磷虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶界 上形成硬而脆的磷共晶,降低铸铁的强度,只 有耐磨铸铁中磷含量偏高 (达0.3%以上)。 ⑵ 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢,有利于碳原子的充分扩散,结晶 将按Fe - G相图进行,因而促进石墨化。 快冷时由于 过冷度大, WC + Wsi 结 晶 将 按 (%) 铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 Fe-Fe3C 相 图进行, 不利 于石墨化. 二、铸铁的特点及分类 工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 1、铸铁的组织特点 钢的基体+G(石墨) 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。 石墨有不同的形态。 2、铸铁的性能特点 ⑴ 力学性能低。 ⑵ 耐磨性能好。 ⑶ 消振性能好。 ⑷ 铸造性能好。 ⑸ 切削性能好。 3、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织 编号方法 牌号实例 灰 铸片 铁状 F HT + 一组数字 HT100 F+P 数字表示最低抗拉强度值,单 位MPa。 HT150 P “HT”表示灰铸铁代号。 HT200 可 团 锻絮 铸状 铁 F KTH + 两组数字 KTH、KTB、KTZ 分别为黑心、白心、 KTH30006 表F KTB + 珠光体可锻铸铁代号;KTB350- 心P 两组数字 第一组数字表示最低 04 P KTZ + 两组数字 抗拉强度值,MPa; 第二组数字表示最低 KTZ450- 伸长率值,% 06 铸铁的分类与牌号表示方法(续) 铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织 编号方法 牌号实例 球墨 铸铁 球 状 F QT + 两组数字 QT400-15 第一组数字表示最低抗拉 F+P 强度值,MPa; QT600-3 第二组数字表示最低伸长率 值,%。 P “QT”表示 球墨铸铁代号 QT700-2 蠕墨 蠕 铸铁 虫 状 F RuT + 一组数字 RuT260 数字表示最低抗拉强度值, F+P MPa。 RuT300 P “RuT”表示蠕墨铸铁代号 RuT420 第二节 常用铸铁 一、灰铸铁 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。 1、组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨 化过程形成的,其基体组织有铁素体、珠光体和 铁素体加珠光体三种。 灰铸铁的显微组织 F+G片 F+P+G片 P+G片 常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。 孕育处理前 孕育处理后 2、热处理 热处理只改变基体组织,不改变石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30-50%,热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有: ① 消除内应力退火(又称人工时效) 形状复杂和尺寸稳定性要求较高的铸件 ② 消除白口组织退火:灰铸铁件表层和薄壁处产生白口组 织难以切削加工,需要退火(850 ℃~900 ℃保温2~5 h), 使渗碳体分解成石墨,降低硬度。 ③ 表面淬火:机床导轨、缸体内壁等,需要提高硬度和耐 磨性,进行表面淬火。 3、用途 制造承受压力和震动的零件,如机床床身、 各种箱体、壳体、泵体、缸体。 二、可锻铸铁 石墨呈团絮状的灰口铸铁,是由白口铸铁经石墨化 退火获得的。 1、组织: 基体(F、P)+团絮状G 铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。 2、性能:强度为碳钢的40-70%,接*于铸钢。 可锻铸铁的显微组织 珠光体可锻铸铁 黑心可锻铸铁 3、用途 制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件, 如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀 门等。 这些零件用铸钢生产时,因铸造性不好, 工艺困难;用灰铸铁时,性能不能满足要求。 三、 球墨铸铁 石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. 1


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