第一部分铸铁的金相组织分析一、钢和铁的区别1化学成分钢:C%2.10%铁:C%2.10%2金相组织钢:珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)铁:珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)+石墨(G)区别:基体是相同的,钢无石墨,铁有石墨。二、FeIC双重相图1、各点的温度、含碳量、意义2、各线的名称、意义3、各面的名称、意义1)5个单相区2)7个两相区3)3个三相区三、铸造的优点1、重量:非常小、非常大的零件;2、尺寸:非常短、非常长的零件;3、结构:非常复杂,无法加工的零件;4、可以利用某些合金的特性;5、可以实现小无车削加工。四、铸铁的金相检验铸铁是应用最为广泛的一种铸造合金,铸铁的产量约占铸造合金总产量的75%以上。1、铸铁的定义:铸铁是以铸造生铁为主要原料,经配料、化铁炉熔化,并浇注成形的高碳系铁碳合金,称为铸铁。2、铸铁的化学成分范围:铸铁的成分范围大致为:2.4~4.0%C,0.6~3.0%Si,0.2~1.2%Mn,0.08~0.12%P,0.08~0.15%S。有时还加入各种合金元素,以获得具有各种性能的合金铸铁。3、铸铁中的元素:基本元素:FeCSiMnPS合金元素:CrMoMn增加硬度CuNi增加强度SiRESbSnBVNbTi增加强度的元素一定增加硬度;增加硬度的元素开始增加时,增加强度,当增加到一定程度时继续增加,强度不但不增加,反而下降,硬度继续增加。4、基本计算1)共晶点碳量考虑各元素对相图中共晶点的影响后,共晶点的实际含碳量,称为共晶点碳量。Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%比较方法:过共晶C%=Cc’%共晶亚共晶例1:C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%=Cc’%=4.26%-1/3(1.9+0.12)%=4.26%-0.67%=3.59%因为3.2%3.59%,所以该铸铁是亚共晶例2:C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%=Cc’%=4.26%-1/3(2.5+0.15)%=4.26%-0.88%=3.38%因为3.4%3.38%,所以该铸铁是过共晶2)碳当量比较方法:过共晶CE=4.26共晶亚共晶例1:C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12CE=C+1/3(Si+P)%=3.2%+1/3(1.9+0.12)%=3.2%+0.67%=3.87%因为3.874.26,所以该铸铁是亚共晶。例2:C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12CE=C+1/3(Si+P)%=3.4%+1/3(2.5+0.12)%=3.4%+0.88%=4.28%因为4.28%4.26%,所以该铸铁是过共晶。3)共晶度比较方法:过共晶Sc=1共晶亚共晶例1:C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12Sc=C/4.26-1/3(Si+P)%=3.2%/4.26-1/3(1.9+0.12)%=3.2%/4.26-0.67%=3.2%/3.59%=0.89因为0.891,所以该铸铁是亚共晶例2:C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12Sc=C/4.26-1/3(Si+P)%=3.4%/4.26-1/3(2.5.9+0.12)%=3.4%/4.26-0.88%=3.4%/3.38%=1.01因为1.011,所以该铸铁是过共晶5、铸铁的分类1)白口铸铁(1)白口铸铁的基本组织碳除少量溶于铁素体外,绝大部分以碳化物的形式存在于铸铁中,断口呈银白色,金相组织为珠光体+莱氏体。图1.1为亚共晶白口铸铁金相组织。(2)白口铸铁的特点是硬而脆,很难加工。在实际生产中,可利用白口铸铁硬度高的特点,制造一些高耐磨性的零件和工具。例如:农具(如犁铧等),球磨机的衬板和磨球,抛丸机的叶片以及电厂灰渣泵及磨煤机的磨损件等。另外还可铸成具有一定深度的白口表面层,而心部则为灰口组织的“冷硬铸铁件”,最常见的冷硬铸铁件有轧辊和矿车车轮等(3)白口铸铁的金相检验a、白口层深度b、白口区的石墨c、白口组织2)麻口铸铁麻口铸铁具有白口和灰口的混合组织,断口呈灰、白色交错。其金相组织为珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)+石墨(G)。这种铸铁由于既不利于机械加工,又无特殊优异的使用性能,故一般很少使用。3)灰口铸铁:在铸铁的金相组织中,碳以石墨的形态存在,这种铸铁称为灰口铸铁。根据石墨的形态不同又分为:石墨形态:片状—灰铸铁蠕虫状—蠕墨铸铁球状—球墨铸铁絮状—可锻铸铁石墨的形态:五、灰铸铁1、灰铸铁的定义:在铸铁的金相组织中,碳以片状石墨的形式存在,这种铸铁称为灰铸铁。2、灰铸铁的分类:3、灰铸铁的生产4、灰铸铁的牌号:其中:HT100HT150HT200为普通灰铸铁HT250HT300HT350为孕育铸铁5、灰铸铁的化学成分一般为:2.8%~3.9%C,1.2%~3.0%Si,0.4%~1.2%Mn,P≦0.3%,S≦0.15%。该铸铁大量地应用于各种机械零件,是应用最广泛的铸造材料。6、孕育铸铁1)孕育铸铁的熔制原理:就是在低碳硅的铁液中,若不进行孕育处理,铸铁中就会出现晶间石墨或麻口、白口组织;若在炉前加入少量孕育剂进行孕育处理,孕育剂熔入铁液中,促进石墨核心形成,使铸铁中的石墨少而细小,弯曲并均匀分布,同时基体组织中基本都是细珠光体,从而使铸铁的强度进一步提高。孕育处理:已成为生产重要灰铸铁件不可缺少的手段。孕育铸铁作用的机理说法很多,下面介绍一些主要论点。(1)核心学说孕育剂加入铁液后,能在较短的时间内促使大量的石墨非自发形核。如SiFe、SiCa等孕育剂加入铁液后,大量迅速地形成大量的弥散性很强的质点,其中很多质点符合石墨成核条件,从而形成石墨核心。硅铁加入铁液后,形成石墨核心的过程如图3.20所示。(2)温度起伏、浓度起伏学说孕育剂加入铁液后,首先要吸热熔化,造成铁液局部温度降低,形成所谓的温度起伏,另外孕育剂的熔化,使铁液出现大量、分散的高硅区,硅大大降低了碳在铁液中的溶解度,促使碳原子的析出,形成所谓的浓度起伏。这样在铁液中出现了强烈的温度起伏和浓度。在温度起伏和浓度起伏的双重作用下,在总体过冷度不大的情况下,结晶就开始了。2)孕育剂(1)孕育剂的种类a、75SiFe74~79%Sib、Si-Ba合金60~65%Si,4~6%Bac、Si-Sr合金73~78%Si,0.6~1.2%Srd、Si-Ca合金60~65%Si,25~30%Cae、Si-Zr合金f、稀土合金目前,孕育剂已经商品化,用的最多的是FeSi75合金,近几年发展了增加锶、铈、钡、钛、锆、稀土等特效孕育剂。(2)孕育剂的加入量与铁液成分、温度及氧化程度、铸件壁厚、冷却速度、孕育剂的类型及孕育方法有关。一般情况下,铁液要求牌号越高,则需要加入孕育剂的量越大。孕育剂的加入量一般为0.2%~0.7%。如果选用强效孕育剂,加入量可适当降低。(3)孕育方法a、一次冲入法:在出铁的同时,在出铁槽的上方将一定粒度的孕育剂(粒度大小随浇包大小而定,一般为5~10mm)均匀地加入,这种方法称为一次孕育法。此法的优点是:操作方便,简单易行。缺点是:孕育剂消耗大;容易发生孕育衰退。b、瞬时孕育法:尽量缩短从孕育到凝固的时间,可最大程度地防止孕育衰退,最大程度地发挥孕育的效果。六、灰铸铁的金相检验1、灰铸铁金相组织中石墨的检验1)石墨分布(1)分布特征均匀无向性分布(2)形成条件a、共晶成分(亚共晶)b、冷速较慢(3)对性能的影响好(1)分布特征菊花状分布(2)形成条件a、共晶成分(比A低)b、冷速较快(3)对性能的影响较好1、分布特征板条状分布2、形成条件1)过共晶成分2)冷速慢3、对性能的影响不好(1)(2)a、b、(3)(1)分布特征晶间无向性分布(点状石墨)(2)形成条件a、亚共晶成分b、冷速快(3)对性能的影响不好(现在观点:好)(1)分布特征晶间有向性分布(2)形成条件a、亚共晶成分(比D低)b、冷速较慢(3)对性能的影响不好(1)分布特征星状分布(2)形成条件a、过共晶成分b、冷速较快(3)对性能的影响不好2)根据石墨尺寸的大小,将A型石墨分为八级,见下表。2、灰铸铁基体组织的检验1)珠光体数量:2)碳化物的分布形态和数量1-6级碳1碳3碳5碳10碳15碳20碳化物的形态:3)磷共晶类型分布形态和数量二元磷共晶Fe—Fe3P三元磷共晶Fe—Fe3P—Fe3C1-6级磷1磷2磷4磷6磷8磷10磷共晶的形态:4)灰铸铁共晶团的检验七、金相试样的制备:1、浇注金相试样直径20、长度20-30。2、从铸件上提出具体位置由供需双方确定。3、镶嵌试样4、金相试样的制备1)切平、磨平。2)倒角。3)在砂纸上磨平。砂纸号100、150、200、280、400、6004)当磨制的平面上划痕是一个方向时,就换更细一个号的砂纸,每换一个号的砂纸要进行清洗,且旋转90度。5)清洗、抛光