《金属材料工程概论（第2版）》9铸铁课件

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铸铁定义：铸铁是含碳量大于2.11％(一般为2.5％～4.0％)的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素，并含有比钢较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。为了提高铸铁的力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的铬、钼、钒等合金元素，得到合金铸铁。分类：根据碳在铸铁中存在的形式、石墨形状，铸铁可分为：白口铸铁、灰口铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁9.1.1铸铁合金双重相图

9.1.2

铸铁的石墨化铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。在铁碳合金中，碳可以呈两种形式存在，即渗碳体和石墨(用符号G表示)。石墨的晶格形式为简单六方。石墨依靠较弱的共价键结合的，使石墨不具有金属性能(如导电性)。由于石墨面间结合力弱，层与层间易滑移，故石墨的力学性能低，硬度仅为3～5HB，σb约为20MN／m2，延伸率δ近于零。当铁碳合金的含碳量比较高时，渗碳体这个相很不稳定，在一定的条件下要分解为游离状态的石墨，即Fe3C→3Fe+G。这是因为石墨是一个稳定的相。铸铁石墨化过程可分三个阶段:第一阶段，即液相至共晶结晶阶段。包括从过共晶成份的液相中直接结晶出一次石墨和共晶成分的液相结晶出奥氏体加石墨；以及由一次渗碳体在高温退火时分解为奥氏体加石墨。第二阶段，即共晶至共析转变之间阶段。包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间内分解为奥氏体加石墨。第三阶段，即共析转变阶段。包括共析转变时，奥氏体变为铁素体加石墨和共析渗碳体退火时分解为铁素体加石墨。9.1.3

铸铁的分类根据碳在铸铁中存在的形式及断口颜色分类：白口铸铁碳除少量溶入铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。Fe—Fe3C相图中的亚共晶、共晶、过共晶合金即属这类铸铁。这类铸铁组织中都存在着共晶莱氏体，性能硬而脆，很难切削加工，所以很少直接用来制造各种零件。但有时也利用它硬而耐磨的特性，如铸造出的表面有一定深度的白口层。中心为灰口组织的铸铁，称为冷硬铸铁件。冷硬铸铁件常用作一些要求高耐磨的工件。如轧辊、球磨机的磨球及犁铧等。目前，白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。麻口铸铁一部分碳以石墨形式存在，大部分以渗碳体形式存在。断口上呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。这类铸铁也具有较大的硬脆性，故工业上很少应用。灰口铸铁碳全部或大部分以石墨形式存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁。工业上的铸铁大多是这一类，其力学性能虽然不高，但生产工艺简单、价格低廉，故在工业上获得广泛使用。根据化学成份分类普通铸铁即常规元素铸铁。包括灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁。合金铸铁合金铸铁又称特殊性能铸铁，是向普通铸铁中加入一定量的合金元素，如铬、镍、铜、钼、铝等制成具有某种特殊或突出性能的铸铁。9.2工业常用铸铁9.2.1灰口铸铁9.2.2球墨铸铁9.2.3蠕墨铸铁9.2.4

可锻铸铁

可锻铸铁是先将铁水浇铸成白囗铸铁,然后经石墨化退火,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。由于团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起的应力集中作用比灰铸铁小得多,因此，可锻铸铁具有较高的强度，特别是塑性(延伸率δ可达～12%)比灰铸铁高得多，有一定的塑性变形能力，因而得名可锻铸铁(或展性铸铁,又称马铁)。实际上，可锻铸铁并不能锻造。我国可锻铸铁分两大类:铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。共有八个牌号。其中(黑心)铁素体可锻铸铁的代号为“KTH”，代号后边的第一组数字表示最低抗拉强度(单位为kgf／mm2)，第二组数字表示最低延伸率。珠光体可锻铸铁的代号为“KTZ”，其后面数字的含义同上。如KTH300-06，KTZ450－06。可锻铸铁的强度和韧性均比灰口铸铁高，尤其是珠光体基体的可锻铸铁，强度已可与铸钢媲美。珠光体可锻铸铁的可切削加工性在铁基合金中是最优良的，可进行高精度切削加工。另外，珠光体可锻铸铁还可以通过火焰加热或感应加热进行表面淬火，以提高其耐磨性能。由于可锻铸铁具有一定的塑性，所以常用来制造能承受小冲击的铸件，如暖汽片、管弯头、三通管、自来水供水管等。9.2.5

合金铸铁铸铁合金化目的主要有两个，一个是为了强化铸铁组织中金属基体部分并辅之以热处理,以获得高强度铸铁;另一个目的是赋予铸铁以特殊的性能,如耐磨性、耐蚀性、耐热性等,以获得特殊性能铸铁。铸铁的合金化既适于灰口铸铁，也适于球墨铸铁和蠕墨铸铁。1)耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁主要是在剧烈的摩擦磨损条件下使用。根据耐磨合金铸铁具体的工作条件和磨损形式的不同可分为两类。一类是在润滑条件下工作,象导轨、缸套等铸件，希望摩擦系数要小,这类铸铁称为减摩铸铁。另一类是在干摩条件下工作,象轧辊、抛光机叶片等铸件,要求摩擦系数要大,要求有高而均匀的硬度,这类铸铁称为抗摩铸铁。也可根据加入的主要合金元素，将耐磨合金铸铁分为铬系、镍系、锰系、钨系、钒系和硼系，其显微组织都是白口铸铁。(1)铬系耐磨合金铸铁；(2)镍系耐磨合金铸铁；(3)锰系耐磨合金铸铁2)耐热合金铸铁铸铁中加入铬、铝、硅，与它们在耐热钢和耐热合金中一样，可大大提高其抗氧化性。这些元素可单独加入或复合加入，在表面形成稳定的致密的氧化膜；显微组织中减少石墨数量，并得到球状石墨，使之不易形成氧化性气体渗入的通道。铬、铝、硅都是铁素体形成元素，提高其含量后会得到单一的铁素体基体，使得在使用温度范围内完全消除相变，可有效地阻止铸铁的生长作用。球墨合金铸铁在950℃能抗氧化，若单独加硅，Si含量要达到8％；单独加铝，A1含量达到10％；单独加铬，Cr含量达到22％。若复合加入，总量可相应减少。3)耐蚀合金铸铁常用的耐蚀合金铸铁是高硅耐蚀铸铁和高铬耐蚀铸铁。(1)高硅耐蚀铸铁硅含量为14.25％～15.25％的高硅铸铁的基体是含硅合金铁素体+具有面心立方结构的Fe3Si2有序固溶体，其电极电位为正，与石墨间电位差很小，因而电化学腐蚀微弱，在氧化性腐蚀介质中能生成致密的Si02保护膜。在各种氧化性酸(如硝酸、硫酸)介质中，在各种温度下都有良好的耐蚀性。在室温的盐