第八章铸铁
本章授课学时：2 学时
本章重点内容：1 、铸铁的石墨化过程；2 、铸铁的化学成分、组织和性能特点；3 、常用铸铁的特点及应用。
第一节铸铁的石墨化
目的要求：通过讲授使学生掌握铸铁的分类，铸铁中的石墨形态及铸铁的石墨化过程。
重点：铸铁的石墨化过程。
授课内容：
一、铸铁的化学成分
铸铁是含碳量大于２.１％的铁碳合金, 与钢相比,不仅含C和Si较多,而且含杂质元素S,P 也较多。
二、铸铁的石墨化
1、碳在铸铁中的存在形式和铁碳合金的双重相图
碳含量超过在α-Fe,γ-Fe中的溶解度后,剩余的碳可以有两种存在方式:渗碳体和石墨。
在通常情况下，铁碳合金是按铁-渗碳体系(即:Fe-Fe 3 C)进行转变,但是,渗碳体实际上是一个亚稳定相,在一定条件下可以分解为铁基固溶体和石墨,因此,铁-石墨系是更稳定的状态。
所以反映铁碳合金结晶过程和组织转变规律的状态图便有两种: Fe-Fe 3 C (亦称亚稳定系)状态图和Fe-石墨(亦称稳定系)状态图。
如图8-1所示。
图中虚线均位于实线的上方或左上方,表明Fe-石墨系比Fe- Fe 3 C系稳定;而且在Fe-石墨系中,碳在液态,奥氏体和铁素体中的溶解度较在Fe-Fe 3 C 系中的溶解度较小;同时,奥氏体-石墨共晶温度比奥氏体-渗碳体共晶温度高,铁素体-石墨共析温度比铁素体-渗碳体共析温度高。
2、铸铁的石墨化过程
铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。
根据铁合金双重状态图,铸铁的石墨化过程可分为三个阶段。
第一阶段,液相至共晶结晶阶段。
即L→(1154度)A+G、Fe 3 C→A+G。
第二阶段,共晶至共析转变之间阶段。
即A→G Ⅱ,Fe 3 C Ⅱ→A+G。
第三阶段,共析转变阶段。
即A→F+G,Fe 3 C→F+G。
三：影响石墨化过程的因素
１：铸铁的化学成分对石墨化的影响
①碳和硅:碳和硅都是强烈促进石墨化的元素。
②锰:锰是阻碍石墨化的元素。
它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化。
③硫:硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆。
④磷:磷是一个促进石墨化不显著的元素。
2、冷却速度对石墨化过程的影响
一般来说,铸铁冷却速度越慢,越有利于按照Fe-石墨稳定系状态图进行结晶与转变,充分进行石墨化;反之,则有利于Fe-Fe 3 C亚稳定系状态图进行结晶与转变,最终获得白口铸铁。
三、铸铁的分类
1、根据铸铁在结晶过程中石墨化程度不同的分类。
根据铸铁中的碳在结晶过程中析出形态以及凝固后其断口颜色的不同，铸铁可分为三大类：白口铸铁――碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色，故称为白口铸铁。
麻口铸铁――碳既以化合态的渗碳体析出，又以游离态的石墨析出，凝固后断口夹杂这白亮的渗碳体和暗灰的石墨，故称为麻口铸铁。
灰口铸铁――碳大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁。
2、根据铸铁中石墨结晶体状态的分类：
⑴、普通灰铸铁――石墨为片状；
⑵、孕育铸铁――石墨为细小片状；
⑶、可锻铸铁――石墨为团絮状；
⑷、球墨铸铁――石墨为球状；
⑸、蠕墨铸铁――石墨为蠕虫状。
四、铸铁的性能
铸铁的抗拉强度，塑性和韧性要比碳钢低。
一般说来，始末数量愈少，形状愈接近球形，则铸铁的强度，塑性及韧性愈高。
石墨的存在虽然降低了铸铁的力学性能,但却赋予铸铁为许多钢件所不及的性能:
①优良的铸造性能；
②良好的切削加工性；
③较好的耐磨性和减振性；
④较低的缺口敏感性。
第二节常用铸铁的特点和应用
目的要求:通过讲授使学生掌握常用铸铁的种类,石墨的形态,特点及应用。
重点:常用铸铁的特点及应用。
授课内容:
一、灰铸铁
1、灰铸铁的成分和组织
灰铸铁的成分一般范围为:2.50%-4.00%C,1.00%-3.00%Si,0.40%-1.30%Mn,S<0.12%,P<0.4%。
灰铸铁的组织是由片状石墨和金属基体组成。
金属基体依共析阶段石墨化进行的程度不同,可分为铁素体,铁素体+珠光体和珠光体三种。
灰铸铁中石墨类型一般分为六种,即A,B,C,D,E,F六种类型。
2、灰铸铁的牌号,性能和用途。
⑴、灰铸铁的牌号与机械性能指标。
我国灰铸铁的牌号用＂灰铁＂二字的汉语拼音的第一个大写字母＂HT＂和一组数字表示,数字表示抗拉强度(单位为Mpa)。
⑵、灰铸铁的组织对性能的影响。
灰铸铁的组织由金属基体和片状石墨组成。
其性能取决于金属基体和片状石墨的数量,大小和分布。
⑶、灰铸铁的铸造性能。
灰铸铁具有熔点低(约为1200度),流动性好,铸造收缩率小(一般从铁水注入铸型到凝固冷却至室温其收缩率约为0.5%-1%),铸件内应力小,易于铸造成型。
二、可锻铸铁
可锻铸铁是先将铁水浇注成白口铸铁,然后经过石墨化退火,使游离渗碳体发生分解形成团絮状石墨的一种高强度灰口铸铁。
常用可锻铸铁的化学成分范围为:2.4%-2.7%C,1.4%-1.8%Si,0.5%-0.70%Mn,<0.08%P,<0.25%S,<0.06&Cr,另外加少量的孕育剂铝和铋。
1、石墨化可锻铸铁(又称黑心可锻铸铁)。
石墨化可锻铸铁是由白口铸铁经长时间石墨化退火而制得得,在退火过程中主要是发生石墨化。
2、脱碳可锻铸铁(又称白心可锻铸铁)。
脱碳可锻铸铁是白口铸铁在长时间退火过程中,由于只要是发生氧化脱碳过程,故经退火后其正常的组织应该是铁素体基体加极少量的团絮状石墨。
3、可锻铸铁的牌号,性能及用途。
可锻铸铁的机械性能除与石墨团的形状,大小,数量和分布有关外,还与金属基体的组织有很大关系。
铁素体基体可锻铸铁具有一定的强度和较高的塑性与韧性,主要用作承受冲击和振动的铸件,珠光体基体可锻铸铁具有高的强度,硬度和耐磨性以及一定的塑性,韧性,主要用于要求高强度,硬度,耐磨的铸件。
我国可锻铸铁的牌号用＂可铁＂两字汉语拼音的第一个大写字母＂KT＂表示,随后加两组数字分别表示最低抗拉强度(单位为Mpa)和最低延伸率(%)。
三、球墨铸铁：石墨呈球状分布在基体上的灰口铸铁称为球墨铸铁。
1、球墨铸铁的组织特点: 球墨铸铁的组织是由球状石墨和金属基体所组成的。
铸件经正火或退火后球墨铸铁的基体组织有珠光体,珠光体+铁素体和铁素体。
2、球墨铸铁的组织成分特点:球墨铸铁的化学成分的特点是:碳,硅含量较高,锰,磷及硫含量低,并含有残留的球化剂镁和稀土元素。
碳,硅,锰,磷,硫五元素仍然是主要成分。
3、球墨铸铁的组织性能特点: 球墨铸铁的力学性能与球状石墨的形状,大小和分布有关。
通常石墨球越圆整,直径越小,分布越均匀,则球墨铸铁的力学性能越高。
四、蠕墨铸铁：蠕墨铸铁的显微组织由蠕虫状石墨加基体组成,其基体组织与球墨铸铁相似,在铸态下一般都是珠光体和铁素体的混合基体,经过热处理或合金化才能获得铁素体或珠光体基体。
由于蠕虫状石墨对基体的性能有很好的作用，故蠕墨铸铁是一种综合性能良好的铸铁材料,其力学性能阶于球墨铸铁和灰铸铁之间。
蠕墨铸铁的牌号以RuT表示,＂RuT＂是＂蠕铁＂二字的拼音字首,所跟的数字表示最低抗拉强度。
五、耐热铸铁：在高温下工作的铸铁,要求具有良好的耐热性,应采用耐热铸铁。
铸铁的耐热性主要是指它在高温下抗氧化和抗生长的能力。
为了提高铸铁的耐热性,可向铸铁中加入硅,铝,铬等元素,在铸件表面形成一层致密的氧化物,如SiO 2 ,Al 2 O 3 ,Cr 2 O 3 等,保护内层不再继续氧化。
六、耐蚀铸铁：耐蚀铸铁是指在腐蚀介质中工作的具有耐蚀能力的铸铁。
提高铸铁的耐蚀性的途径主要靠加入大量的Si,Al,Cr,Ni,Cu等元素,以提高铸铁基体组织的电位,并使铸铁表面形成一层致密的保护性氧化膜。
此外,铸铁中的碳或石墨含量应尽量降低,其金相组织最好是具有单相的基体加孤立分布的球状石墨组织。
七、耐磨铸铁：耐磨铸铁可分为减磨铸铁和抗磨铸铁两类。
1、减磨铸铁:这是指润滑条件下工作的耐磨铸铁,如机床导轨,活塞环,气缸套,滑块,滑动轴承等。
其组织为在软基体上嵌有硬的组成相。
