第十章 铸铁

第十章铸铁§10—1概述一、铸铁的成分、组织和性能特点工业上常用铸铁的成分范围是：2.5～4.0％C，1.0～3.0％Si，0.5～1.4％Mn，0.01～0.50％P，0.02～0.20％S；除此之外，有时尚含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等。可见，在成分上铸铁与钢的主要不同是：铸铁含碳和含硅量较高，杂质元素硫、磷较多。虽然铸铁的强度、塑性和韧性较差，不能进行锻造，但它却具有一系列优良的性能，如良好的铸性、减磨性和切削加工性等，而且它的生产设备和工艺简单，价格低廉铸铁组织的一个特点就是其中含有石墨，而石墨本身具有润滑作用，因而使铸铁具有良好的减磨性和切削加工性。二、铸铁中的石墨化过程在铁碳合金中，碳可能以两种形式存在，即化合状态的渗碳体（Fe3C）和游离状态的石墨（以G表示）。其面间距较大，结合力弱，故其结晶形态易发展成为片状，且强度、塑性和韧性极低，接近于零。CFe3C3Fe铁碳合金，在高温下进行长时间加热时，其中的渗碳体便会分解为铁和石墨：石墨结构示意图铸铁的石墨化过程全部按照Fe－G相图进行结晶，则铸铁（2.5％～4.0％C）的石墨化过程可分为如下三个阶段：第一阶段，即在11540C时通过共晶反应而形成石墨：G'EA'CL第二阶段，即在1154－7380C范围内冷却过程中，自奥氏体中不断析出二次石墨GⅡ。G'PF'SA第三阶段，即在7380C时通过共析反应而形成石墨：三种不同的组织，即F+G，F+P+G，P+G。三、铸铁的分类铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为如下三类：（1）、灰口铸铁：F+G，F+P+G，P+G。（2）、白口铸铁：（3）、麻口铸铁：根据铸铁中石墨结晶形态不同，铸铁又分为如下三类：（1）、灰口铸铁：（2）、可锻铸铁：（3）、球墨铸铁：§10—2灰口铸铁一、灰口铸铁的成分、组织、性能和用途影响灰口铸铁组织的最主要的因素：铸铁的成分和铸件的实际冷却速度。（1）、成分的影响铸铁：实践表明，碳和硅是有效促进石墨化的元素。为了使铸件在浇铸后能够得到灰口，且不至含有过多和粗大的片状石墨，通常把铸铁的成分控制在2.5～4.0％C及1～2.5％Si。除了碳和硅以外，铸铁中的Al、Cu、Ni、Co等元素也会促进石墨化。而铸铁中的S及Mn、Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素则阻止石墨化。S一般应在0.1～0.15％以下；Mn一般应在0.1～0.15％以下。灰口铸铁显微组织示意图铸件的冷却速度对石墨化的影响很大，即冷却愈慢，愈有利于扩散，对石墨化便愈有利，而快冷则阻止石墨化。铸件的壁厚不同，也会具有不同的冷却速度，得到不同的组织．在对不同壁厚的铸件调整其碳和硅的含量时，一般还应把%]Si31%C[（碳当量）值控制在4.0％左右。灰口铸铁的组织：“钢的基体”加上片状石墨的夹杂含有许多微裂缝的钢”灰口铸铁的性能由于片状石墨（微裂缝）的存在，不仅割断了基体的连续性，而且在其尖端处还会引起应力集中，所以灰口铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远不如钢。石墨片的量愈多，尺寸愈大，其影响也愈大。但石墨的存在对铸铁的抗压强度影响不大，，因为铸铁的抗压强度及硬度主要取决于基体组织的性能。铸铁其它优越性能：铸铁的优良铸造性；优良的减磨性；具有良好的消震性；具有低的缺口敏感性。“HT”表示灰口铸铁，后面的两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。如HT20-40二、灰口铸铁的变质处理——变质铸铁在浇注前，往铁水中加入少量合金(如硅铁、硅钙、稀土合金等)作为孕育剂，改变原铁水的结晶特性，(石墨细化或形状改变等)，从而提高铸铁的机械性能的处理方法，称之为孕育处理或称变质处理。孕育剂分为两类：一类是促进石墨化的，如硅铁、硅钙等。另一类是阻止石墨化的，如稀土合金等。可除去铸铁中硫的有害作用，孕育结果主要是改变石墨形状，从片状石墨改变为蠕虫状，并促使形成珠光体的基体。三、灰口铸铁的热处理蠕虫状铸铁组织示意图§10—3可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而得到的具有团絮状石墨的一种铸铁。基体组织可分为铁素体和珠光体两种CFe3C3Fe由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，大大减轻了石墨对基体金属的割裂作用，因而它不但比灰口铸铁具有较高的强度，并且还有较高的塑性和韧性可锻铸铁的生产必须经过两个步骤，即第一步先浇铸成为白口铸铁，第二步再经石墨化退火而成。可锻铸铁组织示意图可锻铸铁中必须控制含碳量和含硅量第二步石墨化退火的方法是：将浇铸成的白口铸件再加热到900～9800C，在高温下经约15小时左右的长时间保温。KT为铁素体可锻铸铁，KTZ为珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字分别表示其最低抗拉强度和延伸率。如KT35-10,KTZ60-3§10—4球墨铸铁在浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂（如镁、钙及稀土等）进行球化处理，并加入少量的孕育剂（硅铁或硅钙合金）以促进石墨化，在浇铸后可直接获得具有球状石墨结晶的铸铁，即球墨铸铁。球墨铸铁的组织特点是其石墨的形状比之可锻铸铁更为圆整，因而对基体的强度、塑性和韧性的影响更小。球墨的数量愈少，愈细小，分布愈均匀，球墨铸铁的机械性能便愈高。即铸铁基体强度的利用率愈高。在球墨铸铁中，基体强度的利用率可达70～90％，在灰口铸铁中，利用率仅为30～50％。QT代表球墨铸铁，牌号中的数字表示其最低抗拉强度和延伸率。如QT80-2球墨铸铁的显微组织示意图球墨铸铁的显微组织示意图