文档介绍：第一节铸铁的石墨化 Graphitization of Cast Iron
一、Fe-Fe3C和Fe-C双重相图
在前面介绍过Fe-Fe3C相图,按这张相图自液态冷却下来的Fe-C合金固态一般为铁素体及渗碳体两相。实际上渗碳体只是一个亚稳定相,石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个,一个是Fe-Fe3C系相图,另一个是Fe-C系相图。把两者迭合在一起,就得到一个双重相图,
Fe 1 2 3 4 5 6
C / %
Fe-Fe3C和Fe-C双重相图
1400
1200
1000
800
600
400
200
温度℃
C
E
F
D
B
A
J
N
S
G
P
K
Q
γ+δ
γ
L+δ
δ
L+γ
γ+α
γ+Fe3C
α+Fe3C
α
H
C′
E′
F′
S′
P′
K′
D′
二、铸铁的石墨化过程
按Fe-C相图铸铁液冷却过程中,碳溶解于铁素体外均以石墨形成析出。石墨形成(或石墨化)分为如下两个阶段:
第一阶段:包括自低于液相线CD以下温度冷却自液体中析出“一次石墨”,低于共晶线ECF(温度1154℃)共晶成分(C%C),液体转变为奥氏体与共晶石墨组成的共晶组织;以及低于共晶温度ECF以下冷却沿ES线从奥氏体中析出“二次石墨”。
第二阶段:略低于共析温度(738℃)的PSK线以下,共析成分(S点,%C)奥氏体转变为由铁素体与石墨组成的共析组织。
名称
石墨化程度
显微组织
第一阶段
第二阶段
灰口铸铁
完全石墨化
完全石墨化
铁素体+石墨
完全石墨化
部分石墨化
铁素体+珠光体+石墨
完全石墨化
未石墨化
珠光体+石墨
麻口铸铁
部分石墨化
未石墨化
莱氏体+珠光体+石墨
白口铸铁
未石墨化
未石墨化
莱氏体+珠光体+渗碳体
三、影响石墨化程度的主要因素
由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大,而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些,所以普通铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁,而不易获得灰口铸铁。因此,必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等手段来促进铸铁石墨化,形成灰口铸铁。
化学成分的影响
碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中碳、硅、磷是促进石墨化的元素,锰和硫是阻碍石墨化的元素。
温度及冷却速度的影响
铸铁中碳石墨化过程除受化学成分的影响外,还受铸造过程中铸件冷却速度影响。当冷却速度较快时,由液态析出的是渗碳体而不是石墨。一般铸件冷却速度越慢,石墨化进行愈充分。冷却速度快,碳原子很难扩散,石墨化进行困难。
第二节常用铸铁 Usual Cast Iron
铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。通常,铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成;也可将白口铸铁通过退火,让其中部分或全部的碳化物转化为团絮状形态的石墨。工业上使用的铸铁很多,按石墨的形态和组织性能,可分为普通灰口铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和特殊性能铸铁等。
一、灰口铸铁
灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁,在各类铸铁的总产量中,灰口铸铁占80%以上。
25μ
铁素体基灰口铸铁的显微组织
灰口铸铁的化学成分和组织特征
在生产中,为浇注出合格的灰铸铁件,一般应根据所生产的铸铁牌号、铸铁壁厚、造型材料等因素来调节铸铁的化学成分,这是控制铸铁组织的基本方法。
灰口铸铁的成分大致范围为:~%C,~%Si,~%Mn,~%S,~%P。具有上述成分范围的液体铁水在进行缓慢冷却凝固时,将发生石墨化,析出片状石墨。其断口的外貌呈浅烟灰色,所以称为灰口铸铁。
普通灰口铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成的。根据不同阶段石墨化程度的不同,灰口铸铁有三种不同的基体组织:铁素体基、珠光体基、铁素体+珠光体基。
灰口铸铁的牌号、性能及用途
灰口铸铁灰口铸铁的牌号以“HT+数字”的方式表示。
灰口铸铁的性能与普通碳钢相比,具有如下特点:
(1)力学性能低,其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。但是,灰口铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻,~4倍。所以常用灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件。
(2)耐磨性与消震性好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油,所以耐磨性好。同样,由于石墨的存在,灰口铸铁的消震性优于钢。
(3)工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高,接近于共晶成分,故熔点比较低,流动性良好,收缩率小,因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件