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1、工业纯铁的力学性能特点是工业纯铁的力学性能特点是:强强度、硬度低，塑性、韧性好。度、硬度低，塑性、韧性好。主要用于软磁。主要用于软磁。磁性转变(居里点)A.A.纯纯 铁铁大部分金属只有一种晶体结构，但也有大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如少数金属如FeFe、MnMn、TiTi、CoCo等具有两种等具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型。或几种晶体结构，即具有多晶型。同素异构转同素异构转变变当外部条件当外部条件(如温度和压力如温度和压力)改变时，金属改变时，金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。称为多晶型转变或同素异构转
2、变。石石墨墨(Graphite)具具有有简简单单六六方方晶晶格格。同同一一晶晶面面上上碳碳原原子子以以共共价价键键结结合合，间间距距0.142nm结结合合力力较较强强，两两层层晶晶面面的间距为的间距为0.34nm，结合力弱。，结合力弱。B.B.碳碳游离的碳有石墨和金刚石两种晶游离的碳有石墨和金刚石两种晶体结构，在铁碳合金中的游离态体结构，在铁碳合金中的游离态是石墨。是石墨。石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面的扩大快石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面的扩大快而层的加厚慢，导致其结晶形态通常发展成片状。而层的加厚慢，导致其结晶形态通常发展成片状。石墨性石墨性能特点能特点耐高温，
3、可导电，有一定的润滑性，但耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。其强度、硬度、塑性和韧性都极低。B.相相 C在在-Fe中的间隙固中的间隙固溶体，溶体，fcc结构。结构。称称奥氏体组织，记为奥氏体组织，记为 A(Austenite)。最大溶最大溶碳量为碳量为2.11wt%(1148oC)C.相相C在在-Fe中的间隙中的间隙固溶体，固溶体，bcc结构。结构。相出现的温度较高，相出现的温度较高，也称高温铁素体。也称高温铁素体。最大溶碳量为最大溶碳量为0.09wt%(1495oC)A.相相 C在在-Fe中中的的间间隙隙固固溶溶体体，bcc结结构构。铁铁素素体体组组织织，记记
4、为为 F(Ferrite)。最最大大溶溶碳碳量量为为0.0218 wt%(727oC)E.石墨石墨 铁碳合金中存在的游离碳为石墨，组织记铁碳合金中存在的游离碳为石墨，组织记G(Graphite)。F:液相液相铁碳合金高温下呈液相，相图中标记铁碳合金高温下呈液相，相图中标记 L(Liquid)。D.Fe3C相相铁铁和和碳碳生生成成的的间间隙隙化化合合物物，碳碳的的重重量量百百分分比比为为6.69%，晶晶体体结结构构是是复复杂杂正正交交晶晶系系，由由Fe3C相相构构成成的的组组织织称称为为渗渗碳碳体体，依依然然记记为为Fe3C，也有写为，也有写为Cm(Cementite)。点：点：1414个。个。
5、线：线：两条磁性转变线两条磁性转变线 三条等温转变线；三条等温转变线；液相线、固相线液相线、固相线 其余线：其余线：GS,ES,PQGS,ES,PQ区：区：5 5个单相区个单相区 7 7个两相区个两相区 3 3个三相区个三相区 五个单相区：液相区五个单相区：液相区 L L 高温固溶体高温固溶体 奥氏体奥氏体 (A)(A)铁素体铁素体 (F)(F)渗碳体渗碳体 FeFe3 3C C七个双相区：七个双相区：L L L L L LFeFe3 3C C FeFe3 3C C FeFe3 3C C三个三相区：三个三相区：HJBHJB线线 L L ECKECK线线 L L FeFe3 3C CPSKPSK
6、线线 FeFe3 3C C产物共晶组织称为莱氏体产物共晶组织称为莱氏体记为记为L Ld d(LedeburiteLedeburite)产物为两相层片交替分布的产物为两相层片交替分布的共析体组织称为珠光体，记共析体组织称为珠光体，记为为P(P(PearlitePearlite)a.HJB线线包晶反应包晶反应b.ECK线线 共晶反应共晶反应c.PSK线线 共析反应共析反应产物为奥氏体组织，记为产物为奥氏体组织，记为 或或 A A（AusteniteAustenite）根据组织特征，铁碳合金按含碳量分为：根据组织特征，铁碳合金按含碳量分为：工业纯铁工业纯铁 (C 0.02 wt.%)钢钢(C 2.1
7、1wt.%)亚共析钢亚共析钢(2.11 wt.%)白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁l球墨铸铁球墨铸铁 铁水浇注前经球化处理后，石墨全部或部分转变为球铁水浇注前经球化处理后，石墨全部或部分转变为球状，制造状，制造 工艺简单，机械性能好。工艺简单，机械性能好。l白口铸铁白口铸铁 （C以渗碳体形式存在）以渗碳体形式存在）亚共晶亚共晶 (2.114.3 wt%)共共 晶晶 (4.3 wt%)过共晶过共晶 (4.3 6.69 wt%)l灰口铸铁灰口铸铁 C以游离态片状石墨形式存在以游离态片状石墨形式存在，断口呈灰色。断口呈灰色。l可锻铸铁可锻铸铁 一定成分的白口铸铁经石墨
8、化处理获得，石墨大部分一定成分的白口铸铁经石墨化处理获得，石墨大部分或全部呈团状分布，具有较好的塑性。或全部呈团状分布，具有较好的塑性。铸铁介绍铸铁介绍 含碳量大于含碳量大于Q Q点（点（0.008%0.008%）时，理论上将从）时，理论上将从-FeFe中析出的中析出的FeFe3 3C C称为三次渗碳体。称为三次渗碳体。室温下三次渗碳体含量最大的是室温下三次渗碳体含量最大的是w wc c =0.0218=0.0218 wt%wt%的铁碳合金，其百分含量为的铁碳合金，其百分含量为:w(Fe3CIII)=0.0218/6.69100%0.33%但这个转变大多被抑制，形成微量的过饱和状但这个转变大多
9、被抑制，形成微量的过饱和状态。态。通常组织为单一铁素体。通常组织为单一铁素体。相转变过程：相转变过程：L L L+g g g g (a+a+Fe3C)P组织转变过程组织转变过程 L L L+A L+A P P共析转变：珠光体（共析转变：珠光体（+Fe3C)P珠光体中铁素体和渗碳珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量：体的相对含量：6.690.770.0218 727oC渗碳体和铁素体的相对含量比渗碳体和铁素体的相对含量比值约为值约为1:8。如果忽略两者在。如果忽略两者在密度上的微小差别，铁素体体密度上的微小差别，铁素体体积约为渗碳体体积的积约为渗碳体体积的8倍。倍。共析转变全部生成共析组织，两相一般
10、为层片状分共析转变全部生成共析组织，两相一般为层片状分布，组织为单一的珠光体。黑色为渗碳体，白色为铁素布，组织为单一的珠光体。黑色为渗碳体，白色为铁素体。两相的重量比体。两相的重量比两相的厚度比两相的厚度比8:1 8:1 成分为成分为0.45%C的亚共的亚共析合金的冷却过程：析合金的冷却过程：L L+(1495 1495 o oC)L P(727 oC)Fe3CIII室温平衡组织：室温平衡组织：+P+Fe3CIII组织组成物相对数量计算：组织组成物相对数量计算：组织转变：组织转变：L LA A AFe3CII PFe3CII脆性的渗碳体以网分隔了材料，所以材料的性能特点很脆，工脆性的渗碳体以网
11、分隔了材料，所以材料的性能特点很脆，工程中使用并不希望出现这种组织。程中使用并不希望出现这种组织。组织转变组织转变 L Ld(Fe3C)Ld（P+Fe3C）相变过程相变过程L Fe3C I（莱氏体（莱氏体Ld）g P(+Fe3CII)Ld(P+Fe3CI)（低温莱氏体）（低温莱氏体）组织转变组织转变 L LA ALd AFe3CIILd PFe3CIILd 3.0 wt.%根据杠杆定律，右图合金根据杠杆定律，右图合金 6 6中初晶奥氏体含量为：中初晶奥氏体含量为：莱氏体含量为：莱氏体含量为：从初晶奥氏体中析出的二从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体含量为：次渗碳体含量为：组织转变组织转变 L L+F
12、e3CI Fe3CI+Ld Fe3CI+Ld Fe3C的形式：一次渗碳体的形式：一次渗碳体Fe3CI 二次渗碳体二次渗碳体Fe3CII 三次渗碳体三次渗碳体Fe3CIII P+a+Fe3CIII除除Fe、C外，因冶金等因素碳钢中必然存在一些无法去除外，因冶金等因素碳钢中必然存在一些无法去除的杂质元素，它们对性能有一定影响。一般指：的杂质元素，它们对性能有一定影响。一般指：Si、Mn 冶金时自然存在对性能无不利影响而保留冶金时自然存在对性能无不利影响而保留 S、P 冶金时难以彻底清除而存在于钢中，大致含量：冶金时难以彻底清除而存在于钢中，大致含量：Si0.250.30%Mn0.250.50%S0
13、.05%P=0.045 表层细晶区表层细晶区 柱状晶区柱状晶区 中心等轴晶区中心等轴晶区晶粒极细，取向随机致密，一般都很晶粒极细，取向随机致密，一般都很薄，实际意义不大。薄，实际意义不大。J铸模温度较低，靠近模壁的薄层铸模温度较低，靠近模壁的薄层液体产生极大的过冷度液体产生极大的过冷度J模壁可作为非均匀形核的基底。模壁可作为非均匀形核的基底。J铸模的浇注时表面温度、热传导铸模的浇注时表面温度、热传导性能、浇注温度性能、浇注温度J模壁非均匀形核能力。模壁非均匀形核能力。成成 因因特特 点点影响因素影响因素垂直于模壁方向定向生长，晶粒粗大。垂直于模壁方向定向生长，晶粒粗大。柱晶生长方向为一次晶轴方
14、向，立方晶系为柱晶生长方向为一次晶轴方向，立方晶系为。J激冷细晶层前沿液体温度高激冷细晶层前沿液体温度高,过冷度变小，不过冷度变小，不足于独立形核，结晶主要靠晶体生长来维持。足于独立形核，结晶主要靠晶体生长来维持。J垂直模壁方向散热最快，表层细晶区中一次晶垂直模壁方向散热最快，表层细晶区中一次晶轴取向平行于散热方向的晶粒生长最快，迅速轴取向平行于散热方向的晶粒生长最快，迅速地长入晶体，其它取向的晶粒受邻近晶粒的限地长入晶体，其它取向的晶粒受邻近晶粒的限制，不能发展。制，不能发展。J优先生长的晶粒并排向液体中生长，其侧面彼优先生长的晶粒并排向液体中生长，其侧面彼此限制不能发展，从而形成柱状晶区。
15、此限制不能发展，从而形成柱状晶区。成成 因因特特 点点 T铸型和结晶体的导热性能铸型和结晶体的导热性能。导热能力越好，形成越导热能力越好，形成越有利。有利。T浇注温度与浇注速度浇注温度与浇注速度。浇注温度越高，浇注速度浇注温度越高，浇注速度越越快，温度梯度越大，柱状晶形成越有利。浇注温度快，温度梯度越大，柱状晶形成越有利。浇注温度高于一定值是可以得到完全的柱状晶。高于一定值是可以得到完全的柱状晶。T熔化温度熔化温度。熔化温度越高，熔体过热度越大，非金熔化温度越高，熔体过热度越大，非金属夹杂物溶解越多，非均匀形核核心越少，减少了属夹杂物溶解越多，非均匀形核核心越少，减少了柱晶前沿形核的可能性，有
16、利于柱状晶的发展。柱晶前沿形核的可能性，有利于柱状晶的发展。影响因素影响因素T柱晶区取向一致，性能呈各向异性。又称结晶织柱晶区取向一致，性能呈各向异性。又称结晶织构或铸造织构。构或铸造织构。例例1 1：磁性铁合金磁性铁合金凝固时柱状晶的取向凝固时柱状晶的取向为其最大磁为其最大磁 导率方向，因此常利用定向凝固的方法生产。导率方向，因此常利用定向凝固的方法生产。例例2 2：具有柱晶或单晶结构的：具有柱晶或单晶结构的定向凝固高温合金定向凝固高温合金，抗蠕变，抗蠕变性能好。性能好。例例3 3：BiBi2 2TeTe3 3系热电材料系热电材料L柱晶之间界面比较平直，结合力不强；特别是互柱晶之间界面比较平
17、直，结合力不强；特别是互相垂直的柱晶交界面，更为脆弱。这些面成为弱相垂直的柱晶交界面，更为脆弱。这些面成为弱面，轧制时容易开裂。面，轧制时容易开裂。组织性能组织性能等轴晶区的形等轴晶区的形成成凝固进行到后期，由于模壁散热和液体凝固进行到后期，由于模壁散热和液体的对流，中心液体的温度达到均匀，降的对流，中心液体的温度达到均匀，降到熔点以下，也可以形核生长。到熔点以下，也可以形核生长。这些晶核在液体中自由生长，各方向这些晶核在液体中自由生长，各方向的成长速度差不多，故成长为等轴晶，的成长速度差不多，故成长为等轴晶，当它们成长到柱状晶相遇，凝固全部当它们成长到柱状晶相遇，凝固全部结束，因而形成等轴晶
18、区。结束，因而形成等轴晶区。l模壁处模壁处细晶等轴晶区细晶等轴晶区附近液体温度低密度大而下沉，中心附近液体温度低密度大而下沉，中心处液体温度高密度小而上升，造成强烈对流，可能使部分处液体温度高密度小而上升，造成强烈对流，可能使部分晶粒受冲击分离并被带到中心成为晶核。晶粒受冲击分离并被带到中心成为晶核。l柱晶生长时形成的侧旁枝晶柱晶生长时形成的侧旁枝晶，因杂质的偏聚和限制可能熔，因杂质的偏聚和限制可能熔断被对流液体带到中心成为晶核。断被对流液体带到中心成为晶核。l铸锭的上表层散热快，先降至熔点以下，也可形核生长，铸锭的上表层散热快，先降至熔点以下，也可形核生长，由于固相比重大，漂浮在由于固相比重
19、大，漂浮在上部的晶核上部的晶核可能沉降成为中部等可能沉降成为中部等柱晶核。柱晶核。等轴晶核的来等轴晶核的来源源组织性能组织性能取向无规，无明显弱面，强度高，不易取向无规，无明显弱面，强度高，不易开裂。开裂。对于铸锭一般都要求获得细等轴对于铸锭一般都要求获得细等轴晶组织。晶组织。缩孔缩孔材料凝固后体积收缩后留下的空腔称为材料凝固后体积收缩后留下的空腔称为缩孔缩孔缩孔是不可避免的，可通过加液体补缩减小缩孔，缩孔是不可避免的，可通过加液体补缩减小缩孔，让缩孔在不使用部位，如铸锭或铸件的冒口，凝让缩孔在不使用部位，如铸锭或铸件的冒口，凝固后切去来保证使用部位无缩孔。固后切去来保证使用部位无缩孔。疏松疏
20、松实际为微小分散的收缩孔，树枝间或晶粒间实际为微小分散的收缩孔，树枝间或晶粒间收缩孔被凝固封闭而得不到液体补充而留下收缩孔被凝固封闭而得不到液体补充而留下的缺陷。的缺陷。中部比边缘多，大铸件比小铸件严重。对型材的中部比边缘多，大铸件比小铸件严重。对型材的轧制可减小或消除其不利的影响。轧制可减小或消除其不利的影响。气孔气孔气体在凝固体内形成的缺陷。气体在凝固体内形成的缺陷。气体的来源有气体的来源有析出型析出型(气体在液、固中的溶解度气体在液、固中的溶解度不同不同)和和反应型反应型(凝固过程中发生的化学反应生成凝固过程中发生的化学反应生成)夹杂物夹杂物外来夹杂物有浇铸中冲入的其它固体物，如外来夹杂
21、物有浇铸中冲入的其它固体物，如 耐火材料、破碎铸模物等。耐火材料、破碎铸模物等。成分成分偏析偏析多组元体系中，不同位置材料的成分不均匀多组元体系中，不同位置材料的成分不均匀 叫做偏析。叫做偏析。磷：磷：P P可溶入铁素体，提高强度和硬度，但显著降低了塑性可溶入铁素体，提高强度和硬度，但显著降低了塑性 和韧性，特别是低温下会使性能恶化冷脆性。和韧性，特别是低温下会使性能恶化冷脆性。硫：硫：S S在钢中生成的在钢中生成的FeSFeS和和FeFe的共晶熔点仅的共晶熔点仅988988，在此温度，在此温度 以上工作和锻造时因晶界熔化而开裂热脆。以上工作和锻造时因晶界熔化而开裂热脆。适量的适量的S S可改
22、善钢的切削性能。可改善钢的切削性能。硅：硅：SiSi溶入铁素体，可提高强度和硬度。溶入铁素体，可提高强度和硬度。锰：锰：MnMn与与S S、C C的结合力比的结合力比FeFe强，可生成强，可生成MnSMnS，塑性和熔点比，塑性和熔点比 FeSFeS高，消除高，消除S S的不利影响，但的不利影响，但MnSMnS会降低疲劳强度和断会降低疲劳强度和断 裂韧性，所以依然要控制含硫量。裂韧性，所以依然要控制含硫量。SiSi、MnMn含量以自然出现为原则，人为专门加入组成合金钢。含量以自然出现为原则，人为专门加入组成合金钢。低碳钢低碳钢 WC 0.25中碳钢中碳钢 0.25 0.6a.a.分分 类类普通碳
23、素钢普通碳素钢WP 0.045 WS 0.055优质碳素钢优质碳素钢WP 0.040 WS 0.040高级优质碳素钢高级优质碳素钢WP 0.035 WS 0.030a.a.分分 类类Q195，Q215，Q235，Q255，Q275均为普通钢，数字表示屈服强度，拼音均为普通钢，数字表示屈服强度，拼音“屈屈”，单位为，单位为MPaMPa1Q275Q275的含碳量约的含碳量约0.3%0.3%，其余均为低碳钢，其余均为低碳钢2牌牌 号号b.b.牌号及用途牌号及用途检查标准为仅检查材料的力学性能，不考察其成检查标准为仅检查材料的力学性能，不考察其成分，大多为轧制的型材分，大多为轧制的型材(钢板、圆、扁、
24、管、角钢板、圆、扁、管、角)。钢厂出厂状态为热轧制后在空气中自然。钢厂出厂状态为热轧制后在空气中自然冷却冷却(正火正火)，不再进行热处理。，不再进行热处理。合适的强度，一定的塑性和韧性，价格较低，大合适的强度，一定的塑性和韧性，价格较低，大量用于工程构件（桥梁、建筑量用于工程构件（桥梁、建筑）或要求不高）或要求不高的普通简单结构零件的普通简单结构零件牌牌 号号08、08F、10、15、20、45、50、65钢钢号号是是二二位位数数字字，表表示示钢钢平平均均含含碳碳量量的的万万分分之之几几，0.050.05一一档档。对对其其中中含含S S、P P较较低低的的优优质质钢钢后后加加字字母母 A A，
25、如，如45A45A。出厂检验要求保证化学成分为主，力学性能为辅出厂检验要求保证化学成分为主，力学性能为辅助检验项目。钢厂出厂时保证碳的含量，为达到助检验项目。钢厂出厂时保证碳的含量，为达到相应的力学性能指标，其他元素各厂有少量的差相应的力学性能指标，其他元素各厂有少量的差异。异。随着随着C C含量的增加，材料的强度和硬度愈高，含量的增加，材料的强度和硬度愈高，塑性相应会降低。而以塑性相应会降低。而以4545钢附近的韧性较好。钢附近的韧性较好。质量性能优于普碳钢，用于制造机械零件。质量性能优于普碳钢，用于制造机械零件。一般须进行热处理提高性能后再使用。一般须进行热处理提高性能后再使用。牌号牌号T
26、7、T8、T10、T12、T13数字表示钢平均含碳量的千分之几。数字表示钢平均含碳量的千分之几。全部都是优质钢。还有高级优质钢，在钢号后全部都是优质钢。还有高级优质钢，在钢号后尾以尾以A,A,如如T8A.T8A.用于制造要求高硬度、高耐磨性，但尺寸不大、用于制造要求高硬度、高耐磨性，但尺寸不大、形状不复杂，使用温度不高的工具，如钳工工形状不复杂，使用温度不高的工具，如钳工工具等。具等。应在热处理后使用。应在热处理后使用。钢号是钢号是ZGxxxZGxxx-xxx,-xxx,后为两组数字，分别表示后为两组数字，分别表示 钢的屈服强度和抗拉强度，钢的屈服强度和抗拉强度，如如ZG230-450,ZG3
27、10-570ZG230-450,ZG310-570等。等。用于形状复杂不能锻造成形，性能要求较高用于形状复杂不能锻造成形，性能要求较高 的机械零件。的机械零件。成分范围成分范围C:2.54.0%Si:1.03.0%Mn:0.51.4%S:0.020.20%P:0.010.50%铸铁中碳以石墨铸铁中碳以石墨G G的的形式存在，可以与形式存在，可以与FeFe构成平衡状态。构成平衡状态。1 1）热力学原理）热力学原理 石墨化石墨化是指铸铁在冷却的过程中，当碳处于过是指铸铁在冷却的过程中，当碳处于过饱和时，碳原子析出形成石墨的过程。饱和时，碳原子析出形成石墨的过程。从热力学可知，碳以石墨状存在比在渗碳
28、体中从热力学可知，碳以石墨状存在比在渗碳体中处在更低的能量状态。处在更低的能量状态。FeFe3 3C C Fe(CFe(C)G G 转变是转变是自发过程，尽管在许多情况下，铁碳合金中的碳以自发过程，尽管在许多情况下，铁碳合金中的碳以渗碳体出现，这仅仅是动力学原因导致，在条件适渗碳体出现，这仅仅是动力学原因导致，在条件适合时生成渗碳体的转变过程中碳将析出生成石墨，合时生成渗碳体的转变过程中碳将析出生成石墨，有时已经生成的渗碳体会分解而生成石墨。有时已经生成的渗碳体会分解而生成石墨。第一阶段第一阶段 高温石墨化，发生在高温石墨化，发生在11541154 第二阶段第二阶段 中间石墨化，发生在中间石墨
29、化，发生在11541154738738之间之间 奥氏体随温度在下降，对碳的溶解度也下降，奥氏体随温度在下降，对碳的溶解度也下降，这时过饱和的碳以石墨的方式析出，奥氏体的成分这时过饱和的碳以石墨的方式析出，奥氏体的成分沿沿E ES S变化，析出的石墨也称为二次石墨变化，析出的石墨也称为二次石墨G GIIII。2 2）石墨化过程）石墨化过程 共晶转变时石墨的形成，共晶转变时石墨的形成，L LC C A AE EG G。得到的。得到的组织为组织为(奥氏体石墨奥氏体石墨)的共晶体，这个石墨也称为的共晶体，这个石墨也称为共晶石墨。共晶石墨。第三阶段第三阶段 低温石墨化，发生在低温石墨化，发生在73873
30、8 共析转变时石墨的形成，共析转变时石墨的形成，A AS S F Fp pG G。得到的。得到的组织为组织为(铁素体石墨铁素体石墨)，这时析出石墨难以形核，这时析出石墨难以形核，往往在前两阶段出现的石墨基础上长大往往在前两阶段出现的石墨基础上长大 。2 2）石墨化过程）石墨化过程工程实际中这三个阶段有时可能发生，工程实际中这三个阶段有时可能发生，有时只能发生部分转变。有时只能发生部分转变。石墨化程度石墨化程度 1)1)冷却速度越冷却速度越缓缓慢，石墨化的效果越慢，石墨化的效果越强强。而快速冷却。而快速冷却时时，难难聚集聚集100%100%形成石墨，聚集到形成石墨，聚集到6.69%6.69%以以
31、FeFe3 3C C方方式析出。式析出。2)2)在高温下，渗碳体易在高温下，渗碳体易发发生石墨化分解。温度越高，生石墨化分解。温度越高，保温保温时间时间越越长长，转变转变就越就越强强烈。低于烈。低于550550难难以生以生成石墨。成石墨。3)3)合金元素的作用，合金元素的作用，C C、SiSi、AlAl、CuCu、NiNi、CoCo将促将促进进石墨的形成，石墨的形成，CrCr、W W、MoMo、V V、MnMn能和碳形成碳化物，能和碳形成碳化物，阻碍石墨化。阻碍石墨化。对形成石墨形状的影响对形成石墨形状的影响 1)1)在一般的冷却条件下，从液体中析出长大的石墨为片在一般的冷却条件下，从液体中析
32、出长大的石墨为片状。冷却速度越大，石墨片越细小。状。冷却速度越大，石墨片越细小。2)2)变质处理，在浇铸前向铸铁中加少量的孕育剂，可以变质处理，在浇铸前向铸铁中加少量的孕育剂，可以促进石墨的形核，对渗碳体的析出有阻碍作用，析出促进石墨的形核，对渗碳体的析出有阻碍作用，析出的石墨可细化。的石墨可细化。3)3)加入表面活性合金元素，如加入表面活性合金元素，如MgMg、ReRe元素可以改元素可以改变变石墨石墨在液体中表面张力的方向性，促进石墨从片状而转成在液体中表面张力的方向性，促进石墨从片状而转成球状。球状。4)4)石墨化方式不同，析出的石墨的形态也有区别，从液石墨化方式不同，析出的石墨的形态也有
33、区别，从液体中析出的石墨易成片状，而从固体下渗碳体分解产体中析出的石墨易成片状，而从固体下渗碳体分解产生的石墨为团絮状。生的石墨为团絮状。铸铁的组织依石墨化的程度不同而呈现不同的状态铸铁的组织依石墨化的程度不同而呈现不同的状态。1.1.牌号：牌号：HT1026 HT1533 HT2142 其中其中HT表表 示灰口铸铁，第一部分数字为抗拉强度，第示灰口铸铁，第一部分数字为抗拉强度，第二部分数字为抗弯强度。二部分数字为抗弯强度。2.成分：成分：C:2.54.0%Si:1.03.0%一般一般C 1/3 Si4（碳当量）（碳当量）3.3.组织：组织：片状石墨铁素体和珠光体的混合组织。减片状石墨铁素体和
34、珠光体的混合组织。减少碳的含量、提高冷却速度、变质处理可以少碳的含量、提高冷却速度、变质处理可以提高其牌号。提高其牌号。4.4.用途：用途：HT10HT1026 26 对力学性能无明显要求的构件；对力学性能无明显要求的构件；HT15HT1533 HT2133 HT2142 42 大型复杂的机体；大型复杂的机体；HT21HT2142 42 高性能要求的重要床身，如压力高性能要求的重要床身，如压力 机等。机等。5.5.热热处处理理：灰灰口口铸铸铁铁的的热热处处理理不不能能改改变变石石墨墨的的形形状状，只只能能改改变变基基体体的的组组织织，而而许许多多性性能能是是由由石石墨墨决决定定的的，因因此此热
35、热处处理理的的应应用用有有一一定定的限制。的限制。组织：片状石墨铁素体和珠光体的混合组织。组织：片状石墨铁素体和珠光体的混合组织。1.1.牌号：牌号：QT4017 QT602 QT702 其中其中QT表示表示 球墨铸铁，第一部分数字为抗拉强度，第二球墨铸铁，第一部分数字为抗拉强度，第二部分数字为延伸率。部分数字为延伸率。2.成分：成分：C:3.63.8%Si:2.02.8%Mn:0.60.8%浇浇铸时加入铸时加入0.030.05%Mg或或0.020.04%Re，进行球化处理。进行球化处理。3.3.组织：组织：球状石墨铁素体和珠光体的混合组织。减球状石墨铁素体和珠光体的混合组织。减少碳的含量、提
36、高冷却速度、变质处理可以提高少碳的含量、提高冷却速度、变质处理可以提高其牌号。其牌号。4.4.性能：性能：其性能与石墨球的球化形状、大小和分布有其性能与石墨球的球化形状、大小和分布有关。关。5.5.用途：用途：代替铸钢、锻钢来制造重要的、形状复杂的代替铸钢、锻钢来制造重要的、形状复杂的机械零件，如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水机械零件，如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水压机缸套、汽车后桥壳等。压机缸套、汽车后桥壳等。球化越完整，球的尺寸越细小，性能越优越；球化越完整，球的尺寸越细小，性能越优越；由于石墨是球形，所引起的应力集中效应小，因此其力学由于石墨是球形，所引起的应力集中效应小，因此其力学性能主要取
37、决于它的基体组织，性能主要取决于它的基体组织，对球墨铸铁可以进行与钢类似的各种热处理，得到不同的对球墨铸铁可以进行与钢类似的各种热处理，得到不同的基体组织，以满足不同的性能要求。基体组织，以满足不同的性能要求。显微组织显微组织F+GF+P+GP+GG+热热处理处理1 1）牌号：）牌号：KT3510 KTZ455 其中其中KT表示可锻表示可锻铸铸 铁，第一部分数字为抗拉强度，第二铁，第一部分数字为抗拉强度，第二部分数字为延伸率。这里的字母部分数字为延伸率。这里的字母Z表示为表示为珠光体铸铁。珠光体铸铁。2）成分：）成分：C:2.52.8%Si:1.22.0%Mn:0.41.2%由于硅的含量由于硅
38、的含量(碳当量碳当量)小，加上小，加上Mn的作的作用，浇铸冷却时碳不以石墨形式析出，用，浇铸冷却时碳不以石墨形式析出，得到的是白口铸件，这时的组织为珠光得到的是白口铸件，这时的组织为珠光体莱氏体。体莱氏体。3 3）生成过程）生成过程：进行石墨化退火进行石墨化退火。将白口铸铁加热到将白口铸铁加热到900900980980，经过，经过15hr15hr左左右的保温，这是让渗碳体进行充分的分解，右的保温，这是让渗碳体进行充分的分解，形成的石墨在长大过程中并不是致密的，和形成的石墨在长大过程中并不是致密的，和部分基体组合为团絮状，部分基体组合为团絮状，缓慢冷却到缓慢冷却到750750720720，让第二
39、阶段的石墨，让第二阶段的石墨化充分进行。化充分进行。控制冷却到控制冷却到600600的速度（即控制通过共析转的速度（即控制通过共析转变温度的冷却速度）来调整变温度的冷却速度）来调整P P和和F F的比例，达的比例，达到控制材料的强度、塑性和韧性。到控制材料的强度、塑性和韧性。4 4）组织：）组织：絮状石墨（絮状石墨（F FP P）混合基体）混合基体用途：用途：有一定的塑性，但并不能锻压成形。塑性和韧性比有一定的塑性，但并不能锻压成形。塑性和韧性比灰口铁高得多，用来制作齿轮、曲轴、凸轮轴、活灰口铁高得多，用来制作齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞环、农机构件等塞环、农机构件等1 1）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁 石
40、墨形状为蠕虫状，比灰口铁胖，两端圆滑，石墨形状为蠕虫状，比灰口铁胖，两端圆滑，但未形成球状。性能介如灰铁和球铁之间。但未形成球状。性能介如灰铁和球铁之间。2 2）合金铸铁）合金铸铁 利用合金化原理，在铸铁熔炼中加入合金元素，得到基体利用合金化原理，在铸铁熔炼中加入合金元素，得到基体同合金钢相似，经过适当的热处理，满足某些专用特殊性能，同合金钢相似，经过适当的热处理，满足某些专用特殊性能，价格比合金钢便宜，可铸造出各种较复杂形状。价格比合金钢便宜，可铸造出各种较复杂形状。按用途的要求主要有：按用途的要求主要有：高耐磨性铸铁：成分一般为高的高耐磨性铸铁：成分一般为高的MnMn、P P，制作球磨机的
41、磨球等；制作球磨机的磨球等；耐热铸铁：耐热铸铁：一般含有较高的一般含有较高的CrCr，制作锅炉的炉条等；制作锅炉的炉条等；耐腐蚀铸铁：耐腐蚀铸铁：一般含一般含CrCr、CuCu，用于一些防腐环境。用于一些防腐环境。名词概念名词概念 内容要求内容要求 同素异构同素异构转变转变，铁铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体，石墨化，体，石墨化，灰灰铸铁铸铁，可，可锻铸铁锻铸铁，球墨，球墨铸铁铸铁。1.1.熟悉熟悉Fe-Fe3CFe-Fe3C相相图图和和铁铁碳合金中的共晶（析）碳合金中的共晶（析）转变转变。2.2.会分析各会分析各类铁类铁碳合金冷却碳合金冷却过过程，熟悉它程，熟悉它们们室温室温时时的相的相组组成物和成物和组织组组织组成物，并会成物，并会计计算其相算其相对对含量，会画含量，会画组织组织示示意意图图。3.3.掌握碳掌握碳钢钢的牌号，知道它的牌号，知道它们们的用途。的用途。4.4.懂得石墨形懂得石墨形态对铸铁态对铸铁性能的影响，常用性能的影响，常用铸铁铸铁的分的分类类、牌、牌号，主要用途。号，主要用途。