金属学与第十章_铸铁

第十章铸铁第十章常用铸铁材料一、石墨化——铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程，称为石墨化。石墨化程度，G数量，基体中P数量所以，石墨化程度决定了铸铁的组织：1、石墨形态对铸铁性能的影响石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截面积，引起应力集中。片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状作用轻。变质处理后，石墨片细化，割裂作用减轻，强度提高。蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。可锻、球状铸铁中石墨对基体裂作用小，强度、塑性提高按石墨形态分类2、铸铁的组织和分类a.灰口铸铁片状石墨b.可锻铸铁团絮状c.球墨铸铁球状d.蠕墨铸铁蠕虫状3、影响石墨化的因素：Fe-C合金的五大元素：C,Si,P,Mn,S(1)、化学成分C是G的形成元素，C%，G化；碳当量：CE=C+1/3(Si+P)原因：Si能抑制Fe3C的形成，促进Fe3C分解Si:是强烈促进G化的元素，Si%,G化。合金元素Cr、W、Mo、V与C亲合力强，阻碍石墨化合金元素Al、Cu、Ni、Co增加Fe自扩散能力，促进石墨化。S:是阻碍G化的元素，S%,G化Mn：Mn0.2~0.4%时，Mn+SMnS可起除S作用，G化；Mn0.2~0.4%时，形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C,G化。P：对石墨化影响不明显。V冷，G化，Fe3C量，G片细小、量少。V冷，G化停止，无石墨形成，CFe3C，即形成白口铸铁。(2)、冷却速度(V冷)G化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间二、灰口铸铁1、灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织是由钢的基体组织与片状石墨组成。钢的基体：铁素体、铁素体＋珠光体、珠光体，三种灰口铸铁：F灰口铸铁、F+P灰口铸铁、P灰口铸铁（如图所示）。其中珠光体灰口铸铁的强度最高，应用最广泛。铁素体基体组织铁素体基体+片状石墨X100铁素体基体+片状石墨X500珠光体基体组织珠光体基体+片状石墨X100珠光体基体+片状石墨X500铁素体+珠光体基体组织铁素体和珠光体基体+片状石墨X100X5002、灰口铸铁的牌号如HT100,表示Ф30mm试样的最小抗拉强度值100MN/m2牌号显微组织性能基体石墨HT100F+P粗片状铸造性能好，不用人工时效，减振性好HT150F+P较粗片状HT200P中等片状强度较高，耐磨耐热，铸造性较好，但要人工时效，减振性较好HT250细P较细片状HT300索氏体或屈氏体细小片状高强度，高耐磨性，白口倾向大，铸造性差，要人工时效灰口铸铁常见牌号组织（1）HT200、HT250、HT300多属孕育铸铁（2）牌号越高，铸造性能越差，强度越高（3）同一牌号，壁厚增加，抗拉强度下降说明：3、灰口铸铁的热处理（1）、去应力退火目的：消除铸造内应力，防止铸件开裂惑减少变形（2）、改善切削加工性的退火目的：消除白口组织，改善切削加工性（3）、表面淬火目的：提高表面的硬度和耐磨性，其方法有火焰淬火、感应淬火和电接触淬火。热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变石墨的形态和分布。——效果不大二、可锻铸铁完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（900－980oC）1．牌号F可锻铸铁KT300－6最低抗拉强度和延伸率P可锻铸铁KTZ450－5最低抗拉强度和延伸率2．热处理a）铸造纯白口铸铁b）经长时间石墨化c）控制不同冷速获得F和P基体的可锻铸铁。可锻铸铁显微组织可锻铸铁腐蚀前石墨形态基体+团絮状石墨X100基体+团絮状石墨X500腐蚀后F+P基体+团絮状石墨X100F+P基体+团絮状石墨X500三、球墨铸铁1、组织与性能：(F,F+P,P)+球状GG球对基体的割裂、应力集中减小到最低程度，所以，机械性能大大提高。铁素体基体珠光体基体石墨球珠光体＋铁素体球墨铸铁在铸态下，球墨铸铁的基体组织一般为：铁素体＋珠光体＋少量自由渗碳体。经热处理后可获得基体为平衡组织的球墨铸铁：QT400－17表示最低抗拉强度值是400MPa和最低延伸率17％2、球墨铸铁的牌号3、球墨铸铁的热处理特点（1）共析转变温度显著提高，并变成一个相当宽的温度范围，而不是恒定的共析转变温度。（2）当在共析转变温度之上加热且球墨铸铁的基体组织完全奥氏体化后，若继续升高温度或延长保温时间，则奥氏体中的含碳量将因石墨的溶入而增加。（3）使C曲线右移，并形成两个“鼻子”，这使淬火临界冷却速度降低，淬透性增大，因此一般中小铸件可采用油淬。种类（1）退火——获得塑性好的铁素体基体，改善切削性能和消除铸造应力。原始铸态组织中存在自由渗碳体，采用高温退火；原始铸态组织中不存在自由渗碳体，采用低温退火。（2）正火——增加基体中珠光体的数量，细化基体组织，提高强度和耐磨性。完全奥氏体化，采用高温正火；不完全奥氏体化，采用低温正火。注：正火后要进行去应力退火。（正火后有较大内应力）（3）调质——获得较高的综合力学性能。（4）等温淬火——很高的强度，良好的塑性和韧性。这种工艺适合于综合力学性能要求高且外形又较为复杂、热处理易变形与开裂的零件，如：齿轮、凸轮轴。四、蠕墨铸铁蠕虫状石墨性能介于片状和球状石墨之间。蠕墨铸铁的热处理铸态时，基体中具有大量的铁素体，通过正火可增加珠光体，提高强度和耐磨性。为消除自由渗碳体或提高塑性，可以通过退火获得85％以上铁素体基体的蠕墨铸铁。五、合金铸铁1、耐磨铸铁：高磷——磷共晶；急冷——白口；珠光体灰口2、耐热铸铁：Al、Si、Cr——氧化膜；单相F化；球墨3、耐蚀铸铁：Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni——氧化膜，提高基体电位