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1、工 程 材 料 学,南京航空航天大学 梁文萍,第八章 铸铁,8.2 灰铸铁,8.3 可锻铸铁,8.4 球墨铸铁,8.5 蠕墨铸铁,8.1 概述,学习要求和难点,学习重点： 铸铁的分类与编号 。 铸铁的组织与性能特点 。 影响石墨化的因素。,引言,铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。,铸铁曲轴,8.1 概述,8.1.1 铸铁的石墨化过程,Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）,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
2、石墨(G)两种形式存在。 石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。,1、渗碳体的分解,8.1 概述,台车式石墨化退火炉,2、铸铁的石墨化过程 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。,8.1 概述,石墨化分两个阶段： 在PSK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、共晶石墨的析出；加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。,在PSK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。 石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。,8.1 概述,铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）,
3、8.1 概述,8.1 概述,碳、硅含量过高石墨数量多且粗大基体内铁素体量增多降低铸件的性能.,3、影响石墨化的因素 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。,铸铁中的磷共晶,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)。,碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%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。,8.1 概述,8.1 概述,快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进行,
4、不利于石墨化。, 冷却速度的影响 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。,8.1 概述,7.1.2 铸铁的成分及性能特点,1. 成分特点： C、Si、Mn含量较高，杂质元素S、P也较多。 wc: 2.5%4.0%, wSi: 1.0%3.0%, wMn: 0.5%1.4%。,工业铸铁的成分范围与组织,铸铁与铸钢的强度比较,耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,2、铸铁的性能特点 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹
5、或空洞，易导致应力集中。,8.1 概述,8.1 概述,铸铁的分类,铸铁的分类与牌号表示方法,铸铁的分类与牌号表示方法（续）,灰铸铁齿轮箱,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+珠光体三种。,8.2 灰铸铁,灰 铸铁 的显 微组 织,灰铸铁的孕育处理细化片状石墨。 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。,8.2 灰铸铁,8.2 灰铸铁,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3050%，热处理强化效果不大
6、。 灰铸铁常用的热处理有： 消除内应力退火(又称人工时效) 消除白口组织退火 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。,8.2 灰铸铁,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00%，接近于铸钢。 名为可锻，实不可锻。,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,8.3 可锻铸铁,可锻铸铁的显微组织,8.3 可锻铸铁,3、用途 形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,8.3 可锻铸铁,为避免白口，并使石墨
7、细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。,石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. 1、组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土镁。,8.3 球墨铸铁,球墨铸铁的显微组织,2、性能与热处理 强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2 /b)高, 约为0.70.8, 而钢一般只有0.30.5。,球墨铸铁可进行各种热处理,如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。,8.3 球墨铸铁,球墨铸铁的热处理特点： 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; 淬透性比碳钢高; 奥氏体中碳含量可控。,8.3 球墨铸铁,3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等.,8.3 球墨铸铁,蠕墨铸铁中的石墨,稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。 蠕墨铸铁的组织： 基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G,蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、,8.5 蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。,蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。,
