第3章铸铁 3-1概论 铸铁:以铁-碳硅为主要成分,在结晶过程中有共 晶转变的多元铁基合金。 普通铸铁成分范围:C:20~40%,Si:1.0~ 3.0%,Mn:05~1.4%,P:0.01~0.5%,S: 0.02~0.20%。 普通铸铁中的碳,大部分以游离的石墨状态存在。 铸铁的组织:金属基体+石墨 金属基体有:P、F、P+F 组织特点:在钢的基体上分布着不同形态的石墨
第3章 铸铁 3-1 概论 铸铁：以铁-碳-硅为主要成分，在结晶过程中有共 晶转变的多元铁基合金。 普通铸铁成分范围：C：2.0～4.0％，Si：1.0～ 3.0％，Mn：0.5～1.4％，P：0.01～0.5％，S： 0.02～0.20％。 普通铸铁中的碳，大部分以游离的石墨状态存在。 铸铁的组织：金属基体+石墨 金属基体有：P、F、P+F 组织特点：在钢的基体上分布着不同形态的石墨
石墨的结构为层片状,强度、塑性和韧性很低, 几乎为零,硬度3HBS,在金属基体中相当于“微 裂纹”和“微孔洞”。 铸铁的主要缺点:抗拉强度低,塑性、韧性远 不如钢。 优点:铸造性能优良,减震性和切削加工性能 较好,也有较好的耐磨性和减摩性。 石墨的晶体结构 底面上的原子间距0.142nm,结合力较强, 底面间的原子间距0.34m,结合力较弱
石墨的结构为层片状，强度、塑性和韧性很低， 几乎为零，硬度3HBS，在金属基体中相当于“微 裂纹”和“微孔洞” 。 铸铁的主要缺点：抗拉强度低，塑性、韧性远 不如钢。 优点：铸造性能优良，减震性和切削加工性能 较好，也有较好的耐磨性和减摩性。 石墨的晶体结构 底面上的原子间距0.142nm，结合力较强， 底面间的原子间距0.34nm，结合力较弱
铸铁由于生产工艺简单,成本低廉,被广泛 应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通运 输、建筑和国防等工业部门。 在各类机械中,铸铁件约占机器总重量的 40~70%,在机床和重型机械中,则要占机器总重 量的80~90% 高强度铸铁和特殊性能铸铁还可以代替部分 昂贵的合金钢和有色金属材料
铸铁由于生产工艺简单，成本低廉，被广泛 应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通运 输、建筑和国防等工业部门。 在各类机械中，铸铁件约占机器总重量的 40～70%，在机床和重型机械中，则要占机器总重 量的80～90%。 高强度铸铁和特殊性能铸铁还可以代替部分 昂贵的合金钢和有色金属材料
311铸铁的石墨化 1538 L+o 150 铸铁的石墨化:铸铁中碳 原子析出和形成石墨的过程。 1、FFe3C和FeG双重相1 E2 图 1100 E24℃C4.3 1000 Fe3C:介稳定相 900G 石墨:稳定相。 Fe,C 两个铁碳合金相图:FeG雌 738℃ 727 系相图,FFe3C系相图 P+Fe,c) 两者叠合得到双重相图。 0,51,01.52.0 3.03.54 实线:FFe3C系相图; c/% 部分实线+虚线:FeG系 FFe3C和Fe-C双重相图 相图。 L一液态合金y奥氏体G一石墨 6、a-铁素体P一珠光体
3.1.1 铸铁的石墨化 铸铁的石墨化：铸铁中碳 原子析出和形成石墨的过程。 1、F-Fe3C和Fe-G双重相 图 Fe3C：介稳定相 石墨：稳定相。 两个铁碳合金相图： Fe-G 系相图， F-Fe3C系相图。 两者叠合得到双重相图。 实线：F-Fe3C系相图； 部分实线+虚线：Fe-G系 相图。 F-Fe3C和Fe-C双重相图 L—液态合金 γ—奥氏体 G—石墨 δ、α—铁素体 P—珠光体
按FFe3C系相图结晶,得到白口铸铁; 按Fe-G系相图结晶,析出和形成石墨,即发 生石墨化过程。 金按FFe3C系相图还是FeG系相图结晶, 与合金的成分和冷却条件等有关。 在一定条件下,Fe3C可分解出石墨; 反应式为:Fe3C→3Fe+G
按F-Fe3C系相图结晶，得到白口铸铁； 按Fe-G系相图结晶，析出和形成石墨，即发 生石墨化过程。 合金按F-Fe3C系相图还是Fe-G系相图结晶， 与合金的成分和冷却条件等有关。 在一定条件下，Fe3C可分解出石墨； 反应式为：Fe3C→3Fe+G
2、石墨化过程 根据铁碳双重相图,石墨的形成方式有2种: 第1种:按Fe-G相图由液态或A中直接→石墨; 第2种:先按Fe-Fe3C相图形成Fe3C,再分解→石墨。 按石墨形成的温度,石墨的形成有三个阶段 第一阶段:从液态~1154°C,合金从液→石墨。 过共晶合金:Gr+G共晶 共晶合金:G共晶 亚共晶合金:A+G共晶 第二阶段:1154~738°C,自A→Gm; 第三阶段:738°C,共析反应→G共析 因为第一、二阶段温度高,扩散容易进行,所以石墨化也 容易进行。而第三阶段因为温度低,则难进行
2、石墨化过程 根据铁碳双重相图，石墨的形成方式有2种： ◼ 第1种：按Fe-G相图由液态或A中直接→石墨； ◼ 第2种：先按Fe -Fe3C相图形成Fe3C，再分解→石墨。 按石墨形成的温度，石墨的形成有三个阶段： ◼ 第一阶段：从液态～1154℃，合金从液→石墨。 过共晶合金：GⅠ+G共晶 共晶合金：G共晶 亚共晶合金：A+G共晶 ◼ 第二阶段：1154～738℃，自A→GⅡ； ◼ 第三阶段：738℃，共析反应→G共析。 因为第一、二阶段温度高，扩散容易进行，所以石墨化也 容易进行。而第三阶段因为温度低，则难进行
3、影响石墨化的因素 (1)化学成分的影响 C、S含量愈个,石墨化愈易充分进行。 含量过高,易产生粗大石墨,应控制C含量在25-40% si含量在1.0~25% 碳当量cE%=C+1/3(Si%+P% P:促进石墨化; S:强烈阻碍石墨化,有害元素,S含量应控制在<015% Mn:增加Fe与C的结合力,阻碍石墨化,但能与S形成 MnS,减轻S的有害作用,允许含量05~14% (2)冷却速度的影响 越慢,越有利于按Fe-G相图结晶和转变,越有利于石墨化 的进行;浇注温度越髙、壁越厚、铸型蓄热能力越小,越慢。 越快,越有利于按FeFe3C相图结晶和转变
3、影响石墨化的因素 （1）化学成分的影响 ◼ C、Si含量愈↑，石墨化愈易充分进行。 含量过高，易产生粗大石墨，应控制C含量在2.5~4.0%， Si含量在1.0～2.5％。 碳当量CE%＝C+1/3(Si%+P%) ◼ P：促进石墨化； ◼ S：强烈阻碍石墨化，有害元素，S含量应控制在<0.15%。 ◼ Mn：增加Fe与C的结合力，阻碍石墨化，但能与S形成 MnS，减轻S的有害作用，允许含量0.5～1.4％。 （2）冷却速度的影响 ◼ 越慢，越有利于按Fe-G相图结晶和转变，越有利于石墨化 的进行；浇注温度越高、壁越厚、铸型蓄热能力越小，越慢。 ◼ 越快，越有利于按Fe-Fe3C相图结晶和转变
7.0 6.0 铁素体灰口铁 50 珠光体灰口铁 4. 30 铸铁壁厚 砂型铸造条件下铸铁壁厚、化学成分与铸铁组织的关系
砂型铸造条件下铸铁壁厚、化学成分与铸铁组织的关系
312铸铁的分类 根据石墨化进行的程度,铸铁可分为三大类: (1)白口铸铁:第一、 阶段石墨化完全不 进行,完全按照Fe-Fe3C相图结晶得到的铸铁,其组 织中存在共晶莱氏体,断口白亮,性能硬脆; (2)麻口铸铁:第一阶段石墨化进行了一部分的 铸铁,断口呈黑白相间的麻点,也有共晶莱氏体,有 较大脆性,也很少用; (3)灰口铸铁:第一、二阶段石墨化充分进行, 断口暗灰色
3.1.2 铸铁的分类 根据石墨化进行的程度，铸铁可分为三大类： （1）白口铸铁：第一、二、三阶段石墨化完全不 进行，完全按照Fe -Fe3C相图结晶得到的铸铁，其组 织中存在共晶莱氏体，断口白亮，性能硬脆； （2）麻口铸铁：第一阶段石墨化进行了一部分的 铸铁，断口呈黑白相间的麻点，也有共晶莱氏体，有 较大脆性，也很少用； （3）灰口铸铁：第一、二阶段石墨化充分进行， 断口暗灰色
第三阶段石墨化进行的程度不同,灰铸铁的基体不同。 完全进行,则为F基体灰口铸铁; 部分进行,则为F+P基体灰口铸铁; 完全不进行,则是P基体灰口铸铁。 根据灰口铸铁中石墨的形态,又可将灰口铸铁分为: 1)普通灰铸铁:石墨呈片状 (2)球墨铸铁:石墨呈球状; (3)可锻铸铁:石墨呈团絮状; (4)蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状。 灰口铸铁组 织一钢基体 +G 千熟 蒙 学莺等 三种石墨形态
第三阶段石墨化进行的程度不同，灰铸铁的基体不同。 ◼ 完全进行，则为F基体灰口铸铁； ◼ 部分进行，则为F+P基体灰口铸铁； ◼ 完全不进行，则是P基体灰口铸铁。 根据灰口铸铁中石墨的形态，又可将灰口铸铁分为： （1）普通灰铸铁：石墨呈片状； （2）球墨铸铁：石墨呈球状； （3）可锻铸铁：石墨呈团絮状； （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。 灰口铸铁组 织 —钢基体 + G 三种石墨形态