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1、孙玉福 邮箱：yufusun 电话：13703997985 绪 论 一、本课程的主要内容 1、合金：本课程重点阐述液态成型合金材料（铸造合金）成分、工 艺因素对其组织和性能的影响，从而正确把握和控制该类合金材 料的组织和性能。 主要包括：铸铁、铸钢、铸造非铁合金 2、合金的熔炼：重点阐述各种铸造合金的熔炼原理、熔炼工艺，从 而正确制定合理的熔炼工艺，获得优质的合金液。 主要包括：铸铁的熔炼、铸钢的熔炼、铸造非铁合金的熔炼。 材料的种类： 物理 化学 属性 分类 金属材料 复合材料 有机高分子材料 无机非金属材料 其他 分类 结构材料 功能材料 其中金属材料： 1、压力加工成型材料：型、板、管、
2、带、泊、坯、棒材等 ； 2、铸造成型材料：即是液态成型材料。 二、本课程的前期课程 材料科学基础 物理化学 材料成型原理 热处理原理 三、本课程的特点 1、紧密结合和应用前期课程的基本理论，理论性、规律性强； 2、综合性强； 3、应用性强； 4、内容丰富，涉及知识广泛； 5、是一门注重培养学生分析、解决问题能力的课程。 四、本课程的学习方法及要求 l注重课堂听讲，作好记录； l阅读相关参考书； l开动脑筋、勤于思考，注意和基本理论的联系，勇于创新； l按时完成作业。 第一篇 铸铁及其熔炼 一、铸铁和钢 1、铸铁 C含量大于2.14% 组织中具有共晶组织 2、钢：组织中无共晶组织 二、铸铁的发展
3、史 公元513年，晋国铸成铸刑鼎，比欧洲早1900多年 春秋战国之交时的铁锛、铁铲，300年后兴隆铁范的出现标志着 铸铁技术已达到高超水平。 隋唐以后，锻、拔、大型铸件的铸造都有了进一步的提高 新中国成立后，铸造生产技术有了新的突破和发展 三、铸铁分类 （一）按铸铁组织中游离的高碳相存在形式分 1、灰口铸铁 2、白口铸铁 3、麻口铸铁 机床床身 变速箱壳体 外球面轴承座 联轴器 （二）按铸铁组织中石墨的形态分 1、灰铸铁（HT）：片状石墨 2、球墨铸铁（QT）：球状石墨 转向器壳体 自调式井盖 离心铸造球铁铁管 3、蠕墨铸铁（RuT）：蠕虫状石墨 载重车制动鼓 气缸盖 活塞 机床耐磨件 排气歧
4、管 4、可锻铸铁（KT）：团絮状石墨 闸阀 拖拉机配件 （三）按用途分 1、工程结构件用铸铁 2、特殊用途铸铁 普通灰铸铁（HT ） 球墨铸铁（QT） 蠕墨铸铁（RuT） 可锻铸铁（KT） 抗磨铸铁 耐热铸铁 耐蚀铸铁 强韧铸铁 减摩铸铁 冷硬铸铁 第一节 铁碳双重相图 一、铁碳双重相图 （一）铁碳状态图的形成 第一章 铸铁的结晶及组织的形成 热力学上，在一定的条件下高温时的渗碳体能自动分解为奥氏体+石墨。 这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁以奥氏体+石 墨的状态存在时具有较低的能量，是出于稳定平衡的状态，说明了奥氏体+渗 碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程
5、中也是平衡的，但不是 最稳定的。 动力学上，从晶核的形成与长大过程的观点来说，以含C4.3%的共晶成分 液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含C 6.67%的渗碳体晶核要比 形成含C 100%的石墨晶核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不要 求铁原子从晶核中扩散出去，因此，在某种条件下，奥氏体+石墨的共晶转变 的进行还不如莱氏体共晶转变顺利。 由此可见，从热力学观点上看，FeFe3C相图只是介稳定的，FeC（石 墨）相图才是稳定的。从动力学观点看，在一定条件下，按FeFe3C相图转变 亦是可能的，因此就出现了二重性。 （二）铁碳双重相图及分析 石墨是稳定相，而渗碳体却有分解成石墨
6、和铁素体的倾向。温度愈 高，分解愈快。前者为稳定系统，后者为准稳定系统，在铁碳合金中， 是依条件的不同而引成这两种不同的系统。 为了研究和使用方便，常将上述两种状态图绘制在一个座标系中。 虚线都位于相应的点线的左上方，表明同一成分的铁碳合金石墨的析出 温度比渗碳体高，同时还表明同一温度下，铁石墨系统中碳在固溶体 中的饱和溶解度比铁渗碳体中为小。 热力学条件占优势，系统将按稳定系凝固，获得Lc +G（含 C量100%） 动动力学条件占优势优势 ，系统统将按介稳稳定系统统凝固，获获得Lc +Fe3C （含C量6.69%） （三）几个重要的概念 1、铁碳硅准二元相图在表达硅元素对铸铁结晶过程影响的
7、作用。 （1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少。 （2）硅的加入使相图上出现共晶，共析转变的三相共存区。 （3）随硅量的增加，稳定系和介稳定系共晶和共析的转变温度范围的差别 加大； （4）硅量的增加，还缩小了相图上的奥氏体区。硅量10%以后，奥氏体区 消失。 2、碳当量和共晶度 CE = C+1/3 (SiP) Sc = C铁/Cc = C铁/ 4.26%1/3(SiP) C铁铸铁实际含碳量；Cc稳定态共晶点含硅量（%） CE4.26%为过共晶成分，CE=4.26%为共晶成分，CE1为过共晶，Sc=1为共晶，Sc1时，金属氧化膜具有保护性的必要条件，当1时,所生成的氧化膜疏松 、多孔，不
8、可能完全覆盖整个金属表面。 合金元素的影响 合金元素选择原则： 合金元素氧化物PB比大于1，且具有低的导电率 合金元素对氧的亲和力大于铁，即具有先于主金属氧化或能还原主金属氧化物的条件 合金元素的氧化物与主金属铁的氧化物互不溶解，即合金元素的氧化物能单独存在 防止最有效的氧化的元素：Al、Si、Gr 基体及石墨特征的影响 石墨越粗大、越连续、数量越多，氧化气氛沿石墨侵入金属基体内部就越严重，氧化过 程更加迅速。 球状石墨比片状石墨抗氧化性好，蠕虫状石墨抗氧化性介于球状石墨和片状石墨中间。 二、铸铁在高温下的生长 （一）低于相变( )温度时的生长 低温生长发生在400600范围内，生长机理是珠光
9、体分解为铁素体和石墨。铸 铁的低温生长与珠光体的分解密切相关，温度越高，越接近相变温度，铸铁的生长 量越大；珠光体稳定性越差，珠光体分解量越多，铸铁的生长量越大。 防止铸铁低温生长措施： 使铸铁在使用温度下全部为铁素体基体，可采用提高硅含量使铸铁得到完全铁素 体基体，或采用低温石墨化退火处理来获得全部铁素体基体； 加入增加珠光体稳定性的合金元素或降低硅含量，阻止受热时珠光体的分解，可 加入铬，锡等元素。 （二） 在相变温度范围时的生长 防止铸铁在相变温度范围内灾难性生长措施：提高铸铁相变温度，使零件的工作 点温度低于铸铁的相变温度；在允许条件下，调整工作温度，使铸铁在工作温度范 围处于单相组织
10、状态，可以加入铝、硅、铬等合金元素以提高相变点温度并使其成 为单相组织。 （三） 高于相变温度时的生长 三、常用的耐热铸铁 （一）中硅耐热铸铁 应用范围：不受冲击和温度低于800950 的锅炉炉栅、横梁、换热器 、节气阀等零件上。 成分选择：5%6%的硅，2.2%2.6%的碳，过高的碳量将产生过多的 初生石墨，使力学性能降低，同时可导致抗氧化性能的下降，并易造成石 墨泼妇等铸造缺陷。 （二）含铝耐热铸铁 铝在高温下形成致密的Al2O3层下氧化膜，含铝5%以上的铸铁基体组织为单一 铁素体组织，消除了珠光体分解所造成的体积生长，抗生长性好，此外铝提高相变 温度，每增加1%的含铝量可使A1点升高50 （三）含铬耐热铸铁 铬在铸铁表面形成良好的Cr2O3保护膜。 低铬铸铁组织：片状石墨+珠光体基体 高铬铸铁组织：奥氏体+M7C3型碳化物
