金属材料及热处理之铸铁

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第七章,金属材料及热处理,铸 铁,第七章 铸 铁,指C%2.11%并含有Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金,铸铁的定义,性能特点,强度低，塑性、韧性差,良好的铸造性、切削加工性及减震性,生产工艺简单、造价低廉,应用范围,应用广泛，如：机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等,焦炭,铁矿石,石灰石,高 炉 炼 铁,炼 钢 生 铁,炼 钢,铸 钢 锭,铸造生铁,铸造,轧制,各种型材,锻件,锻造,铸钢,冷冲压,热处理,切削,加工,机 械 产 品,锻造,冶炼厂,机械厂,钢铁生产加工过程概略图,第七章 铸 铁,常用铸铁,概述,铸铁的石墨化过程,铸铁的特点及分类,灰铸铁,可锻铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,第一节 概 述,一、铸铁的石墨化过程,1.Fe-Fe,3,C 和 Fe-G 双重相图,碳在铸铁中的存在形式,游离态的石墨,G,渗碳体,Fe,3,C,强度、硬度、塑性几乎为零,亚稳定相，一定条件下发生分解,3Fe+C,Fe,3,C,游离态的碳,当铁碳合金中的C以渗碳体的形式存在时，就会出现具有莱氏体组织的白口铸铁；当铁碳合金中的C全部或大部分以石墨的形式存在时，就会出现在钢的基体组织中分布着不同形状石墨的铸铁，统称为灰铸铁,2.铸铁的石墨化过程,铸铁的石墨化,铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程,在结晶过程中直接析出，也由渗碳体加热时分解,铸铁冷却时的石墨化过程,从液体中析出一次石墨,由共晶反应而生成的共晶石墨,由共析反应生成的共析石墨,铸铁加热时的石墨化过程,介稳定的渗碳体，当在比较高的温度下长时间加热时，会发生分解产生石墨化,石墨化过程,在P,SK线以上发生的石墨化,在P,S,K,线以下发生的石墨化,第一阶段石墨化,第二阶段石墨化,一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解,冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解,温度高，原子扩散能力强，石墨化过程能充分进行,温度较低，原子扩散条件差，石墨化过程往往不能充分进行，甚至完全不能进行,铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系,如果石墨化过程受到了不同程度的影响，铸铁的组织必将发生变化,3.影响石墨化的因素,化学成分的影响,C、Si是促进石墨化的元素,C、Si含量过低,力学性能和铸造性能变差,出现白口组织,C、Si含量过高,石墨数量多且粗大,基体内铁素体量增多,降低铸件性能,因此C、Si含量一般控制在：2.5%-4.0%C； 1.0%-3.0%Si,冷却速度的影响,冷却速度越慢,过冷度越小,越有利于按照Fe-G相图进行结晶和转变,越有利于石墨化过程充分进行,二、铸铁的特点及分类,1.铸铁的组织特点,石墨,基体,铸铁的组织,铁素体,珠光体,铁素体 + 珠光体,实质是钢的基体上分布着不同形态的石墨,2.铸铁的性能特点,力学性能低,耐磨性好,消振性能好,铸造性能好,切削性能好,石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性,石墨有润滑作用，脱落后的空间可以储油,石墨可以吸收能量,铸铁中硅含量高且成分接近于共晶成分,石墨的存在使车屑容易脆断，不粘刀,3.铸铁的分类及牌号表示方法,石墨的形态,片 状,团絮状,球 状,蠕虫状,铸铁名称,灰铸铁,可锻铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,第二节 常用铸铁,一、灰铸铁,灰铸铁,指石墨呈片状分布的灰口铸铁,特 点,价格便宜，应用广泛,1牌号,HT ,最低抗拉强度值,灰铸铁代号,HT100、HT150、HT200、HT350,2组织,钢的基体+片状石墨,P+G片,F+G片,F+P+G片,3热处理,孕育铸铁,为提高灰铸铁的性能，对其进行孕育处理，以细化片状石墨,常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金,目 的,改变基体组织，而不能改变石墨的形状和分布,常用热处理,去应力退火,消除铸件在铸造冷却过程中产生的内应力，防止变形或开裂,用于形状复杂的铸件：机床的床身、柴油机汽缸,消除白口组织退火,降低由于冷却速度过快引起的铸件表层产生的白口组织的硬度,表面淬火,提高硬度和耐磨性,用于机床导轨、缸体内壁,4应 用,灰铸铁主要用于承受压力和振动的零部件，如机床的床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等,二、可锻铸铁,可锻铸铁,由白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状,1牌号,KTH,-,最低抗拉强度值,可锻铸铁代号,最低延伸率,KTB,-,KTZ,-,KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号,2组 织,钢的基体+团絮状石墨,P+G,团絮状,F+G团絮状,黑心可锻铸铁,铁素体可锻铸铁,断口为黑色,3性 能,强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，但,不能锻造,4应 用,用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,三、球墨铸铁,球墨铸铁,指石墨呈球形的灰铸铁，由液态铁水经石墨化后得到,1牌号,最低抗拉强度值,球墨铸铁代号,最低延伸率,QT -,QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、 QT700-02、 QT800-02、QT1200-01,2组 织,钢的基体+球状石墨,P+G球状,F+G球状,F+G球状,钢的基体+球状石墨,球化剂,加入到铁水中能使石墨形成球形的物质，如：镁、稀土和稀土镁,3性 能,塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高,4应 用,在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用,四、蠕墨铸铁,蠕墨铸铁,经过蠕化处理和孕育处理后而获得的一种新型铸铁,1牌号,最低抗拉强度值,蠕墨铸铁代号,RuT ,RuT260、 RuT300、 RuT420,2组 织,钢的基体+蠕虫状石墨,通常在铁液中加入稀土合金进行蠕化处理，然后加入少量孕育剂以促进石墨化，使铸铁中的石墨介于片状和球状之间的过渡形态,3性 能,强度、塑性和韧性优于灰铸铁，力学性能介于灰铸铁与可锻铸铁之间,4应 用,常用于制造承受热循环载荷的零件，如：柴油机汽缸、气缸盖以及结构复杂、强度要求高的铸件，如液压阀的阀体、耐压泵的泵体等,铸铁的热处理,1.铸铁热处理的主要目的,通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能,热处理一般不能改善,原始组织中石墨的形态和分布状况,2.铸铁热处理的原理,铸铁热处理的原理、工艺与钢基本相同,3.热处理特点,1.共析转变温度升高,2.C曲线右移，淬透性提高,含硅量高,提高了淬透性,中小铸铁件可在油中淬火,3.奥氏体中的含碳量可用加热温度和保温时间来调整,4.由于石墨的导热性差，故铸铁加热过程应缓慢进行,由于铸铁中有较多的石墨，当奥氏体化温度升高时，石墨不断溶入奥氏体中便获得不同含碳量的奥氏体，因而可得到不同含碳量的马氏体,习 题 讲 解,作业 1,利用杠杆定律计算含碳量为,1.2%C,的Fe-C合金缓慢冷却到727时，在,共析转变前后各种组织组成物,的相对重量以及,室温,时各种组织组成物的相对重量。,作业 一,利用杠杆定律计算含碳量为,1.2%C,的Fe-C合金缓慢冷却到727时，在,共析转变前后各种组织组成物,的相对重量以及,室温,时各种组织组成物的相对重量。,共析转变前的组织：,A+FeC,共析转变前的组织所占比重：,A% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %,FeC,% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）100%= 7.3 %,共析转变后的组织：,P+FeC,P% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %,FeC,% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）100%= 7.3 %,室温时的组织： P+FeC,1.2%,A,0.77%,FeC,6.69%,作业 一,利用杠杆定律计算含碳量为,1.2%C,的Fe-C合金缓慢冷却到727时，在,共析转变前后各种相,的相对重量以及,室温,时各种相的相对重量。,共析转变前的相：,A+FeC,共析转变前的相所占比重：,A% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %,FeC% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）100%= 7.3 %,共析转变后的相：,F+FeC,F% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.0218）100%= 82.3 %,FeC% = （1.2-0.0218）/ （6.69-0.0218）100%= 17.7 %,1.2%,A,0.77%,FeC,6.69%,1.2%,F,0.0218%,FeC,6.69%,作业 一,利用杠杆定律计算含碳量为,1.2%C,的Fe-C合金缓慢冷却到727时，在,共析转变前后各种相,的相对重量以及,室温,时各种相的相对重量。,室温时的相： F+FeC,1.2%,F,0.0008%,FeC,6.69%,F% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.0008）100%= 82 %,FeC% = （1.2-0.0008）/ （6.69-0.0008）100%= 18%,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,660,1. 过冷A+P,2. P,3. P,4. P,5. P,6. 过冷A+S,7. S,8. S,9. 过冷A,10. 过冷A+T,11. 过冷A+T,12. T+M+A,作业 二,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,660,280,13. 过冷A,14. M+A,15.,过冷A+B,下,16.,B,下,+M+A,17.,B,下,18.,B,下,19.,M+A,20.,M,回,下列说法是否正确，为什么？,作业 二,（1）马氏体是硬而脆的相；,（2）过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时，则冷速越大，得到的马氏体的硬度越高；,（3）钢中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高；,（4）本质细晶粒钢的晶粒总比本质粗晶粒钢的晶粒细；,（5）同种钢材在同样的条件下，总是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。,作业 二,将两种T12钢小试样分别加热到780和860，保温后以大于Vk的速度冷却至室温，试问：,（1）哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？,（2）哪个温度淬火后残余奥氏体量多？,（3）哪个温度淬火后未溶碳化物量多？,（4）哪个温度淬火合适？为什么？,作业 三,某厂用冷拉钢丝绳吊运出炉热处理工件去淬火，钢丝绳的承载能力远超过工件的重量，但在工件的运输过程中发生断裂，试分析其原因；,用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种热处理，为什么？,反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬，最后断裂，为什么？,谢谢观看,/,欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,内容总结,第七章。指C%2.11%并含有Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。良好的铸造性、切削加工性及减震性。强度、硬度、塑性几乎为零。由共晶反应而生成的共晶石墨。由共析反应生成的共析石墨。在PSK线以下发生的石墨化。温度高，原子扩散能力强，石墨化过程能充分进行。铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系。如果石墨化过程受到了不同程度的影响，铸铁的组织必将发生变化。因此C、Si含量一般控制在：2.5%-4.0%C。实质是钢的基体上分布着不同形态的石墨。F+P+G片。为提高灰铸铁的性能，对其进行孕育处理，以细化片状石墨。用于形状复杂的铸件：机床的床身、柴油机汽缸。由白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状。指石墨呈球形的灰铸铁，由液态铁水经石墨化后得到。加入到铁水中能使石墨形成球形的物质，如：镁、稀土和稀土镁。塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。经过蠕化处理和孕育处理后而获得的一种新型铸铁。通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能,