金属工艺学_第1篇_机械工程材料基础_07铸铁_LJH

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金属工艺学主讲教师：李 建 辉 主讲教师： 联系电话： 联系电话：13617656978 电子信箱： 电子信箱：ljh_hit@http://www.77cn.com.cn冶金与材料工程学院 LJH@CQUST

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第七章

铸铁

铸铁是含碳量大于2.11%并含 并含 铸铁是含碳量大于 有较多硅、锰、硫、磷等元素 有较多硅、 的多元铁基合金。 的多元铁基合金。 铸铁具有许多优良的性能， 铸铁具有许多优良的性能，且 生产简便、成本低廉， 生产简便、成本低廉，因而应 用广泛。 用广泛。

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例如， 例如，机床 床身、 床身、内燃 机的汽缸体、 缸套、 缸套、活塞 环及轴瓦、 环及轴瓦、 曲轴等都可 用铸铁制造。 用铸铁制造。铸铁曲轴

内 机床床身 燃 机 汽 缸

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7.1 概述一、铸铁的石墨化过程1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石 、 石 墨)双重相图 双重相图 Fe3C是亚稳相，在一定 是亚稳相， 是亚稳相 条件下将发生分解： 条件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C(石墨) (石墨)F基体球墨铸铁 基体球墨铸铁 共晶白口铸铁

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石墨是碳的单质之 一，其强度、塑性、 其强度、 韧性几乎为零。 韧性几乎为零。 铸铁中的碳除少量 固溶于基体中外， 固溶于基体中外， 主要以化合态的渗 碳体(Fe3C)和游离 碳体 和游离 态 的 石 墨 (G) 两 种 形式存在。 形式存在。

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存在两个铁碳相图： Fe存在两个铁碳相图： Fe-Fe3C和Fe-G双重相图 Fe-

L+GL+Fe3C

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2、铸铁的石墨化 、 铸铁中的碳原子析出 形成石墨的过程称为 石墨化。 石墨化。 铸铁中的石墨可以在 结晶过程中直接析出, 结晶过程中直接析出 也可以由渗碳体加热 时分解得到。 时分解得到。台车式石墨化退火炉

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石墨化分两个阶段： 石墨化分两个阶段： 在P’S’K’线以上发生 线以上发生 的石墨化称为第一阶 的石墨化称为第一阶 段石墨化。 段石墨化。 包括结晶时一次石墨、 包括结晶时一次石墨 结晶时 二次石墨、 二次石墨、共晶石墨 的析出和加热时一次 的析出和加热时一次 渗碳体、 渗碳体、二次渗碳体 及共晶渗碳体的分解。 及共晶渗碳体的分解。P’

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在P’S’K’线以下发 线以下发 生的石墨化称为第 生的石墨化称为第 二阶段石墨化。 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。 析渗碳体的分解。 石墨化程度不同， 石墨化程度不同， 所得到的铸铁类型 和组织也不同。 和组织也不同。P’

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铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 (以共晶铸铁为例) 以共晶铸铁为例)石墨化进行程度 第一阶段 石墨化 完全进行 部分进行 未进行 第二阶段 石墨化 铸铁的显微组织 铸铁类型

完全进行 F+G 部分进行 F+P+G 未进行 未进行 未进行 P+G Le’+P+G Le’ 麻口铸铁 白口铸

铁 灰口铸铁

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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。 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 硅含量过低，易出现白口组织， 性能变差。 性能变差。 碳、硅含量过高, 硅含量过高, 会使石墨数量多 且粗大， 且粗大，基体内 铁素体增多， 铁素体增多，降 低铸件的性能。 低铸件的性能。Si C 白口铸铁麻口 铸 铁

碳、硅含量对铸铁石墨化的影响

灰口铸铁

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碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C,1.0~3.0%Si。 硅量控制范围： , 。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 、 、 、 等元素对石墨化有促进作用 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。 、 等元素阻碍石墨化。 、 、 、 、 等元素阻碍石墨化 磷虽然可促进石墨化, 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， 共晶，降低铸铁的强 度，只有耐磨铸铁中 磷含量偏高 (达0.3% 达 以上)。 以上 。铸铁中的磷共晶

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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， 铸件冷却缓慢 ， 有利于碳原子的充分扩散 ， 结晶 将按Fe 相图进行， 将按 - G相图进行，因而促进石墨化。 相图进行 因而促进石墨化。 快速冷却时 由于过冷度 大，结晶将 按 Fe-Fe3C 相图进行， 相图进行， 不利于石墨 化进程。 化进程。WC + Wsi (%)

铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

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二、铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 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) 钢的基体 (石墨) 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。 铁素体 三种

F+G

P+G

F+P+G

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