《金属学与热处理第2版 教学课件 ppt 作者 崔忠圻 覃耀春 主编 第十二章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属学与热处理第2版 教学课件 ppt 作者 崔忠圻 覃耀春 主编 第十二章（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节 概 述,第二节 常用铸铁,第三节 特殊性能铸铁,第十二章 铸 铁,第一节 概 述,无论是铸铁的基体组织，还是游离态石墨，它们的形成都与铸铁的石墨化过程有关。 铸铁中石墨的结晶过程叫做石墨化过程。,一、铸铁组织的形成,铸铁组织的形成,图12-4 铁素体基铸铁不同石墨形态示意图 a）粗片状（灰铸铁） b）细片状（孕育铸铁） c）球状（球墨铸铁） d）蠕虫状（蠕墨铸铁） e）团絮状（可锻铸铁）,铸铁的组织由基体组织和石墨组成。铸铁的性能取决于基体组织的性能和石墨的性能及其数量、大小、形态和分布。,二、石墨与基体对铸铁性能的影响,石墨与基体对铸铁性能的影响,石墨十分松软而脆弱，抗拉强度在20M
2、Pa以下，伸长率趋近于零。因此，石墨就像基体组织中的孔洞和裂缝，可以把铸铁看成是含有大量孔洞和裂缝的钢。石墨一方面破坏了基体金属的连续性，减少了铸铁的实际承载面积；另一方面石墨边缘好似尖锐的缺口或裂纹，在外力作用下会导致应力集中，形成断裂源。因此，灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都很低。,石墨与基体对铸铁性能的影响,石墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。就片状石墨而言，石墨数量越多，对基体的削弱作用和应力集中程度越大，灰铸铁的抗拉强度和塑性越低。 基体组织对铸铁的力学性能也起着重要的作用。对于同一类铸铁来说，在其他条件相同的情况下，可以显示出基体组织对铸铁性能的影响。铸铁基体中铁素体相越多
3、，铸铁塑性越好；基体中珠光体数量越多，则铸铁的抗拉强度和硬度越高。,第二节 常 用 铸 铁,（一）灰铸铁的牌号、成分及组织 灰铸铁价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总产量的80%以上。 按GB/T 94391988规定，根据直径30mm单铸试棒的抗拉强度，将灰铸铁分为六个牌号。灰铸铁牌号由“灰铁”二字拼音字首“HT”和其后的数字组成。数字表示最低抗拉强度b。 灰铸铁的组织是由铁液缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，由片状石墨和基体组织组成。,一、灰 铸 铁,灰 铸 铁,（二）灰铸铁的热处理,灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，所以灰铸铁热处理不能显著改善其力学性能，主要用来消除
4、铸件内应力、稳定尺寸、改善切削加工性和提高铸件表面耐磨性。,灰 铸 铁,（二）灰铸铁的热处理,1.消除内应力退火 在铸造过程中，产生很大的内应力不仅降低铸件强度，而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸铁件铸造后必须进行消除应力退火，又称人工时效。即将铸件缓慢加热到500550适当保温（每10mm截面保温2h）后，随炉缓冷至150200出炉空冷。去应力退火加热温度一般不超过560，以免共析渗碳体分解、球化，降低铸件强度、硬度和耐磨性。,灰 铸 铁,（二）灰铸铁的热处理,2.消除白口组织的退火或正火 铸件冷却时，表层及截面较薄部位由于冷却速度快，易出现白口组织使硬度升高，难以切削加工。通常将
5、铸件加热至850950保温14h，然后随炉缓冷，使部分渗碳体分解，最终得到铁素体基或铁素体-珠光体基灰铸铁，从而消除白口，降低硬度，改善切削加工性。正火是将铸件加热至850950保温13h后出炉空冷，使共析渗碳体不发生分解，最终得到珠光体基灰铸铁，从而既消除了白口、改善了可加工性，又提高了铸件的强度、硬度和耐磨性。,灰 铸 铁,（二）灰铸铁的热处理,3.表面淬火 铸铁件和钢一样,可以采用表面淬火工艺使铸件表面获得回火马氏体加片状石墨的硬化层,从而提高灰铸铁件（如机床导轨）的表面强度、耐磨性和疲劳强度，延长其使用寿命。为了获得较好的表面淬火效果，对高、中频淬火铸铁，一般希望采用珠光体灰铸铁，最好
6、是细片状石墨的孕育铸铁。,（一）可锻铸铁的牌号、性能及组织 可锻铸铁牌号中“KT”为“可铁”汉语拼音字首，其后面的H表示黑心可锻铸铁；Z表示珠光体可锻铸铁；B表示白心可锻铸铁。符号后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率值。例如KTH35010表示最低抗拉强度b=350MPa，最低伸长率b=10%的黑心可锻铸铁。,二、可 锻 铸 铁,可 锻 铸 铁,（二）可锻铸铁的化学成分及石墨化退火,可锻铸铁的生产首先必须得到白口铸件，然后进行石墨化退火，使渗碳体较快地分解，得到团絮状石墨，而不至于出现片状石墨。为了保证获得完全的白口组织，必须控制铸铁的化学成分，适当降低C、Si等促进石墨化元素含量和
7、增加Mn、Cr等阻碍石墨化元素的含量。但是C、Si的含量亦不能太低，否则会影响石墨化过程，延长退火周期。,可 锻 铸 铁,（二）可锻铸铁的化学成分及石墨化退火,可锻铸铁的显微组织取决于石墨化退火工艺。图12-14为可锻铸铁石墨化退火工艺曲线。,图12-14 可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,（一）球墨铸铁的化学成分及其处理方法 球墨铸铁的化学成分和灰铸铁相比，主要是C、Si含量较高，含锰量较低，S、P含量限制很严，同时含有一定量的残余Mg和稀土元素。 将球化剂加入铁液的操作过程叫球化处理。我国常用的球化剂有镁、稀土或稀土-硅铁-镁合金三种。,三、球 墨 铸 铁,球 墨 铸 铁,（二）球墨铸铁的牌号、
8、组织和性能,根据国家标准GB/T 13481988，我国球墨铸铁的牌号用“球铁”汉语拼音字首“QT”和其后两组数字表示。第一组数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低伸长率。 球铁组织由基体组织和球状石墨组成。球铁的基体组织常用的有珠光体、珠光体-铁素体和铁素体三种。 同其他铸铁相比，球墨铸铁不仅抗拉强度高，而且屈服极限也很高，屈强比达到0.70.8，比钢高得多。球墨铸铁的塑性和韧性虽低于钢，但高于其他各类铸铁。此外，球墨铸铁的疲劳强度亦可和钢相媲美。,球 墨 铸 铁,（三）球墨铸铁的热处理,球墨铸铁主要热处理工艺有退火、正火、调质和等温淬火。 1.退火 球墨铸铁退火工艺包括消除内应力退火、高
9、温退火和低温退火三种。,球 墨 铸 铁,（三）球墨铸铁的热处理,2.正火 正火的目的是使铸态下的铁素体-珠光体球墨铸铁转变为珠光体球墨铸铁,并细化组织,以提高球墨铸铁的强度、硬度和耐磨性。根据正火加热温度不同，可分为高温正火和低温正火两种。,球 墨 铸 铁,（三）球墨铸铁的热处理,3.调质处理 调质处理即将球墨铸铁加热到奥氏体区，保温24h后油淬，再经550600回火46h，得到回火索氏体基体加球状石墨组织。其目的是为了得到高的强度和韧性的球墨铸铁，其综合力学性能比正火还高。,球 墨 铸 铁,（三）球墨铸铁的热处理,4.等温淬火 球墨铸铁等温淬火是将铸件加热到850920（奥氏体区）保温以后，
10、立即放入温度为250350的硝盐中等温3090min，使过冷奥氏体转变为下贝氏体。其目的是提高球墨铸铁的综合力学性能，在获得高强度或超高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。等温淬火后应进行低温回火，使残留奥氏体转变为下贝氏体或等温后空冷过程中形成的少量马氏体转变为回火马氏体，以进一步提高球墨铸铁的强韧性。等温淬火适用于截面不大但受力复杂的齿轮、曲轴、凸轮轴等重要机器零件。,（一）蠕墨铸铁的获得 蠕墨铸铁的生产是在上述成分铁液中，加入一定量蠕化剂进行炉前处理得到的。我国目前采用的蠕化剂主要有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土合金的加入量与原铁液含硫量有关，原铁液含硫量越高，则稀土
11、合金加入量越多。,四、蠕 墨 铸 铁,蠕 墨 铸 铁,（二）蠕墨铸铁的组织和性能特点,蠕墨铸铁中的石墨是一种介于片状石墨和球状石墨之间的一种中间类型石墨。蠕虫状石墨在光学显微镜下的形状似乎也呈片状，但是石墨片短而厚，头部较钝、较圆，形似蠕虫状，故有蠕墨铸铁之称。 蠕墨铸铁的力学性能介于基体组织相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。当成分一定时，蠕墨铸铁的强度和韧性比灰铸铁高。由于蠕虫状石墨是互相连接的，其塑性和韧性比球墨铸铁低，但强度接近于球墨铸铁。蠕墨铸铁还具有优良的抗热疲劳性能。此外，蠕墨铸铁的铸造性能和减振能力都比球铁为优。,第三节 特殊性能铸铁,（一）减摩铸铁 减摩铸铁的组织通常是在软基体上牢固
12、地嵌有坚硬的强化相。控制铸铁的化学成分和冷却速度获得细片状珠光体基体能满足这种要求，铁素体是软基体，在磨损后形成沟槽能贮油，有利于润滑，可以降低磨损；石墨也起贮油和润滑作用；而渗碳体很硬，可承受摩擦。,一、耐 磨 铸 铁,耐 磨 铸 铁,（二）抗磨铸铁,抗磨铸铁在干摩擦及磨粒磨损条件下工作。这类铸铁件不仅受到严重的磨损，而且承受很大的负荷。获得高而均匀的硬度是提高这类铸铁件耐磨性的关键。,加热炉炉底板、换热器、坩埚 、废气管道以及压铸型等在高温下工作的铸件要求选用耐热性高的合金耐热铸铁。铸铁的耐热性是指在高温下铸铁抵抗“氧化”和“生长”的能力。氧化是铸铁在高温下与周围气氛接触使表层发生化学腐蚀的现象，还会发生氧化性气体沿石墨片边界或裂纹渗入铸铁内部的内氧化现象。生长是铸铁在反复加热冷却时产生的不可逆体积长大的现象。,二、耐 热 铸 铁,耐蚀合金中加入Si、Al、Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素可在铸件表层形成牢固、致密的保护膜（Si、Al、Cr），能提高铸铁基体的电极电位（Cr、Si、Mo、Cu、Ni等），还可使铸铁得到单相铁素体或奥氏体基体（Cr、Si、Ni），从而显著提高铸铁的耐蚀性。此外，减少石墨数量、形成球状或团絮状石墨等也能减少微电池数目，提高铸铁的耐磨性。,三、耐 蚀 铸 铁,第十二章 结束!,
