PDF《第7章铸铁》

麻口铸铁;

灰口铸铁 ? 白口铸铁--碳除少量溶于铁素体外,其余全部以化 合物状态的渗碳体析出,凝固后断口呈白亮的颜色, 故称白口铸铁.白口铸铁的性质硬而脆,所以,工 业上应用较少. ? 麻口铸铁-碳既以化合状态渗碳体析出,又以游离 状态石墨析出.凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和 暗灰色的石墨,故称为麻口铸铁. ? 灰口铸铁-碳全部或大部分以游离状态的石墨析 出,凝固后断口呈灰色,故称为灰口铸铁. ? 工业上大量使用的是通过控制化学成分与铸造 工艺,或者借助于热处理方法,使铸铁中的碳全部 或大部分呈游离态的石墨存在的灰口铸铁. ? 灰口铸铁性能与成分及基体组织有关外,还取决于 石墨的形状、大小、数量及分布. ? 灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为: 灰铸铁 --石墨为片状;

(常被称为灰口铸铁) 球墨铸铁--石墨为球状;

可锻铸铁--石墨为团絮状;

蠕墨铸铁--石墨为蠕虫状.

一、Fe-Fe3C和Fe-C双重状态图 科学实验表明,Fe3C是一个介稳定的相,石墨 是稳定相.反映铁-碳合金结晶过程和组织转变规律 的状态图有两种:即Fe-Fe3C状态图(亦称为铁-碳 合金亚稳定系状态图)和Fe-C状态图(亦称为铁-碳 合金稳定系状态图),研究铸铁时,通常把两者叠加 在一起,得到铁-碳合金双重状态图,见图7-3. 7.2 铸铁的石墨化 ? 图中虚线表示铁- 石墨系;

实线表 现铁-渗碳体系;

虚线与实线重合 的线条以实线表 示. 图7-3 铁碳和金双重状态图

二、铸铁石墨化过程热力学和动力学条件 ? 铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程. 铸铁组织形成的基本过程就是铸铁中的石墨的 形成过程. ? 现以共晶成分的铁-碳合金为例来说明铸铁的 石墨化过程,见图7-4.

1 热力学条件 ①当温度高于Tc'

(1154℃) 时,由于共晶液体的自由能值 FL最低,因此不会发生任何相 变. ②当合金过冷到 Tc'

(1154℃)~Tc(1148℃)范围 时,共晶液体自由能FL高于 (奥氏体-石墨)共晶体自由 能F(γ+G),因此发生液体→奥 氏体+石墨的共晶转变. 图7-4 各种组织自由能 随温度而变化曲线 ③当合金过冷到Tc(1148℃) 温度以下时,共晶液体的 自由能FL高于(奥氏体-石墨)共晶体的自由能F (γ+G),也高于(奥氏体- 渗碳体)共晶体的自由能F (γ+Fe3C) ,而形成奥氏体+ 石墨,自由能差更大,热 力学条件对铸铁石墨化有 利. 图7-4 各种组织自由能 随温度而变化曲线 ④同理,将白口铁在 900℃以上长期保温,莱 氏体中的渗碳体能自动 分解成(奥氏体+石墨) 的混合物,也是符合热 力学条件的. 图7-4 各种组织自由能 随温度而变化曲线

2、动力学条件 ? 铸铁能否进行石墨化除了取决于热力学条件外,还 取决于和石墨化有关的动力学条件. ? 共晶成分铸铁的液相碳含量为4.3%,渗碳体的碳含 量为6.67%,而石墨的碳含量接近于100%,液相与 渗碳体的碳浓度差较小. ? 从晶体结构的相似程度来分析,渗碳体的晶体结构 比石墨更相近于液相.因而,液相结晶时有利于渗 碳体晶核的形成. ? 与此相反,石墨的形核和长大时,不仅 需要碳原子通过扩散而集中,还要求铁原子 从石墨长大的前沿作相反方向扩散,故石墨 较难长大. ? 而渗碳体的结晶长大过程,主要依赖于 碳原子的扩散,并不要求铁原子作长距离的 迁移,所以长大速度快. 可见,从结晶的形核和长大过程的动 力学条件来看都是有利于渗碳体的形成. 当结晶冷........