PDF《第7章铸铁》

第7章铸铁铸铁是以铁-碳-硅为主的多元铁基合金.

普通铸铁的化学成分一般为2~4%碳,1~3%硅, 0.02~0.25%硫,0.05~1.0%磷. 铸铁的铸造性能优良,因而通常采用铸造的方法制 造成铸件使用,故称之为铸铁. 工业生产中铸铁的使用量仅次于钢材. 由于铸铁具有优良的铸造性能、可切削 加工性、耐磨性和吸震性,生产工艺简单, 成本低廉,因此,被广泛地应用于机械制造、 冶金、矿山、石油化工、交通运输、建筑和 国防生产部门. ? 在各类机械中,铸铁件约占机器总重量的 45%-90%,在机床和重型机械中,则占机器 总重量的85%~90%. ? 通过添加合金元素或实施各种热处理,还 可获得耐高温、耐热、耐蚀、耐磨、无磁性等 各类特殊性能的铸铁. 7.1 铸铁的特点和分类

一、铸铁的特点

1、成分与组织的特点 铸铁与碳钢相比较,除了有较高的碳、硅含量 外,还有较高的杂质元素硫和磷. ? 铸铁中的碳主要有如下三种分布形式: ① 溶于铁晶格的间隙中,形成间隙固溶体,如铁素体、 奥氏体;

②与Fe生成化合物,如Fe3C碳化物;

③以游离的石墨形式析出. ? 铸铁中的碳主要是以石墨的形态存 在,所以,铸铁的组织是由金属基体和石 墨所组成的. ? 铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、 铁素体+珠光体,经热处理后有马氏体、 贝氏体等组织,它们相当于钢的组织. 铸铁中石墨的形态可分为六种: Ⅰ型为片状石墨;

Ⅱ型为蟹状石墨;

Ⅲ型为蠕虫状石墨;

Ⅳ型为聚集状(团絮状)石墨;

Ⅴ型为不规则或开裂状石墨;

Ⅵ型为球状石墨. ? 总之,铸铁的组织特点,是在钢的基体上分布 着不同形状的石墨,见图7-1. 图7-1 铸铁中石墨的六种形态

2、铸铁的性能特点 铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分.因此,铸 铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数 量、形状、大小及分布特点.石墨机械性能很低,硬 度仅为HB3~5,抗拉强度为20Mpa,延伸率接近零 石墨 珠光体 铁素体 抗拉强度MPa

20 800~1000 350~400 石墨与基体相比,其强度和塑性都要小 得多,石墨减小铸铁件的有效承载截面积, 同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集 中,形成脆性断裂. 因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要 比碳钢低, 一般说来,石墨的数量越少,分 布越分散,形状越接近球形,则铸铁的强度、 塑性和韧性越高. ? 由图可看出钢在断 裂前,有明显的屈服阶 段,其延伸率较高,而 铸铁则没有明显的屈服 阶段,铁素体加球状石 墨铸铁的延伸率为25 %,片状石墨的普通铸 铁由于石墨边缘尖端产 生应力集中,从而容易 造成脆性断裂,延伸率 约在1%以下. 图7-2 铸铁与钢的应力-应变 曲线的比较示意图 ? 铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨的 存在,却赋予铸铁许多为钢所不及的性能. 如良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏 感性以及优良的切削加工性.此外,铸铁的 碳含量高,其成分接近共晶成分,因此,铸 铁的熔点低,约为1200℃左右,铁水流动性 好;

石墨结晶时体积膨胀,所以铸造收缩率 小,其铸造性能优于钢.

二、铸铁的分类 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合 金,其中的碳有以化合态的渗碳体Fe3C析出,也有以游离态的石墨析出.根据铸铁 中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固 后断口颜色的不同,状态可分为三大类: 白口铸铁;