《南航金属材料学》课件:讲稿-ch7 铸铁2.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《南航金属材料学》课件:讲稿-ch7 铸铁2.ppt》由用户(罗嗣辉)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 南航金属材料学 南航金属材料学课件:讲稿-ch7 铸铁2 金属材料 课件 讲稿 ch7 铸铁
- 资源描述:
-
1、一、灰铸铁及孕育处理一、灰铸铁及孕育处理n在铸铁的总产量中,在铸铁的总产量中,灰铸铁件几乎占灰铸铁件几乎占80%以上。主要用于制造以上。主要用于制造各种机器的底座、机各种机器的底座、机架、工作台、机身、架、工作台、机身、齿轮箱体、阀体及内齿轮箱体、阀体及内燃机的汽缸体、汽缸燃机的汽缸体、汽缸盖等。盖等。 7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径 7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁1灰铸铁的化学成分及显微组织灰铸铁的化学成分及显微组织(1)灰铸铁的化学成分)灰铸铁的化学成分 灰铸铁中的主要化灰铸铁中的主要化学元素有学元素有C、Si、Mn、P、S等
2、,其中等,其中C、Si、Mn是调节组织的元素,是调节组织的元素,P是控制使用是控制使用的元素,的元素,S是应该限制的元素。是应该限制的元素。n灰铸铁的化学成分范围一般为:灰铸铁的化学成分范围一般为:wC=2.7%3.6%,wSi=1.0%2.5%,wMn=0.5%1.3%,wP0.3%,wS0.15%。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径(2)灰铸铁的显微组织)灰铸铁的显微组织 灰铸铁的显微组灰铸铁的显微组织是由片状石墨和金属基体组成,石墨织是由片状石墨和金属基体组成,石墨镶嵌在金属基体内。镶嵌在金属基体内。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁
3、及其强化途径常用铸铁及其强化途径n灰铸铁的基体组织根据第三阶段石墨化灰铸铁的基体组织根据第三阶段石墨化程度的不同可以分为铁素体基体、铁素程度的不同可以分为铁素体基体、铁素体体+ +珠光体基体和珠光体基体三种类型:珠光体基体和珠光体基体三种类型:n若第一、第二、第三阶段石墨化过程都若第一、第二、第三阶段石墨化过程都能充分进行,则获得的基体组织为铁素能充分进行,则获得的基体组织为铁素体基体上分布着片状石墨,图体基体上分布着片状石墨,图7-7(7-7(a)a)所所示;示; Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第一、第二阶段石墨化过程充分进行,若第一、第二阶
4、段石墨化过程充分进行,而第三阶段石墨化过程仅部分进行,则而第三阶段石墨化过程仅部分进行,则获得的组织是珠光体获得的组织是珠光体+铁素体基体上分布铁素体基体上分布着片状石墨,如图着片状石墨,如图7-7(b)所示;所示; Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第一、第二阶段的石墨化过程充分进若第一、第二阶段的石墨化过程充分进行,而第三阶段石墨化过程完全没有进行,而第三阶段石墨化过程完全没有进行,则获得的组织是珠光体基体上分布行,则获得的组织是珠光体基体上分布着片状石墨,如图着片状石墨,如图7-7(c)所示。所示。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸
5、铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第三阶段石墨化过程完全没有进行,若第三阶段石墨化过程完全没有进行,且第二阶段和第一阶段石墨化过程也仅且第二阶段和第一阶段石墨化过程也仅部分进行,则得到麻口铸铁;部分进行,则得到麻口铸铁;n若第三阶段石墨化过程完全没有进行,若第三阶段石墨化过程完全没有进行,且第二阶段和第一阶段石墨化过程也完且第二阶段和第一阶段石墨化过程也完全没有进行,则得到白口铸铁。全没有进行,则得到白口铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2灰铸铁的牌号、性能和应用灰铸铁的牌号、性能和应用(1)灰铸铁的牌号)灰铸铁的牌号n灰铸铁的牌号以灰铸铁
6、的牌号以“灰铁灰铁”的汉语拼音的汉语拼音字头字头“HT”为标志符号,后面三位数为标志符号,后面三位数字表示直径为字表示直径为30mm单铸试棒测得的单铸试棒测得的最低抗拉强度值(最低抗拉强度值(MPa)。)。n表表7-2为灰铸铁的牌号、基体组织、力为灰铸铁的牌号、基体组织、力学性能和用途举例。学性能和用途举例。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径(2)灰铸铁的性能和应用)灰铸铁的性能和应用n灰铸铁组织相当于以钢为基体加片状灰铸铁组织相当于以钢为基体加片状石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰等元素,这些元素可溶于铁素体而使等元素
7、,这些元素可溶于铁素体而使基体强化。基体强化。n例如,正火态的例如,正火态的T8钢的抗拉强度为钢的抗拉强度为900MP,HB为为230左右,而珠光体基左右,而珠光体基体的灰口铸铁的最高强度仅为体的灰口铸铁的最高强度仅为350MP,HB为为197269。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n石墨的存在将引起性能的变化,主要表现石墨的存在将引起性能的变化,主要表现在:在:n灰口铸铁强度低灰口铸铁强度低的原因是交错的石墨片网。的原因是交错的石墨片网。因为石墨片的强度、塑性、韧性几乎为零
8、,因为石墨片的强度、塑性、韧性几乎为零,可近似地把它看成是一些微裂纹,它不仅可近似地把它看成是一些微裂纹,它不仅割断了基体的连续性,缩小了承受载荷的割断了基体的连续性,缩小了承受载荷的有效截面,而且在石墨片的尖端处导致应有效截面,而且在石墨片的尖端处导致应力集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的力集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量愈多,尺寸愈粗大,分布愈不均匀,数量愈多,尺寸愈粗大,分布愈不均匀,对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重,对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重,则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低。则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低。 n由于石墨的存在,不仅使得灰铸铁由于石墨的存在,不仅使得灰
9、铸铁具有具有优良的减摩性和减振性优良的减摩性和减振性,而且还使得,而且还使得灰铸铁具有较低的缺口敏感性和良好的灰铸铁具有较低的缺口敏感性和良好的切削加工性。切削加工性。减摩性是指减少对偶件被减摩性是指减少对偶件被磨损的性能,除石墨本身具有润滑作用磨损的性能,除石墨本身具有润滑作用外,当石墨从铸铁表面脱落以后,形成外,当石墨从铸铁表面脱落以后,形成的孔隙能吸附和储存润滑油,使摩擦面的孔隙能吸附和储存润滑油,使摩擦面上的油膜易于保护而具有良好的减摩性;上的油膜易于保护而具有良好的减摩性;Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n此外,由于铸件中还含有硬度很高的磷
10、共此外,由于铸件中还含有硬度很高的磷共晶,又能晶,又能使抗磨性能进一步提高使抗磨性能进一步提高,所以,所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体、活塞环等承受摩擦的机床导轨、汽缸体、活塞环等常用灰铸铁制造。常用灰铸铁制造。n灰铸铁中石墨的存在就相当于很多小的缺灰铸铁中石墨的存在就相当于很多小的缺口,致使外加缺口的相对作用减弱,因此口,致使外加缺口的相对作用减弱,因此灰铸铁灰铸铁具有低的缺口敏感性具有低的缺口敏感性;n同时灰铸铁中的石墨可以起断屑作用和对同时灰铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刃具的润滑减摩作用,刃具的润滑减摩作用,使刃具磨损减少使刃具磨损减少。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强
11、化途径常用铸铁及其强化途径n最后,由于灰铸铁的碳当量接近共晶成最后,由于灰铸铁的碳当量接近共晶成分,因此与钢相比,不仅熔点低,流动分,因此与钢相比,不仅熔点低,流动性好,而且铸铁在凝固过程中还要析出性好,而且铸铁在凝固过程中还要析出比容大的石墨,部分地补偿了基体的收比容大的石墨,部分地补偿了基体的收缩,从而减小了铸铁的收缩率,所以灰缩,从而减小了铸铁的收缩率,所以灰铸铁能浇注形状复杂的薄壁铸件,并可铸铁能浇注形状复杂的薄壁铸件,并可简化工艺,减轻铸件的应力,得到致密简化工艺,减轻铸件的应力,得到致密的组织。的组织。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径3
12、铸铁的石墨细化强化铸铁的石墨细化强化孕育处理孕育处理n普通灰铸铁组织中的石墨片比较粗大,因而力学普通灰铸铁组织中的石墨片比较粗大,因而力学性能较低。为了提高铸铁的力学性能,就必须设性能较低。为了提高铸铁的力学性能,就必须设法减小铸铁中的石墨片的尺寸。在生产上常采用法减小铸铁中的石墨片的尺寸。在生产上常采用孕育处理。孕育处理。n所谓所谓孕育处理孕育处理就是在铸铁浇注前向铁液中加入一就是在铸铁浇注前向铁液中加入一种物质(孕育剂)促进外来晶核的形成或激发自种物质(孕育剂)促进外来晶核的形成或激发自身晶核的产生,使晶核数目大量增加的一种处理身晶核的产生,使晶核数目大量增加的一种处理工艺。工艺。n经孕育
13、处理后的铸铁的组织为细珠光体基体加上经孕育处理后的铸铁的组织为细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨,这种铸铁又称为细小均匀分布的片状石墨,这种铸铁又称为孕育孕育铸铁铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n生产上常用的孕育剂为硅铁(含生产上常用的孕育剂为硅铁(含75的硅)的硅)和硅钙合金,硅铁的粒度一般为和硅钙合金,硅铁的粒度一般为310mm。对于壁厚为对于壁厚为2050mm的铸件,硅铁加入的铸件,硅铁加入量为铁液重量的量为铁液重量的 0.3%0.7%。n孕育剂的加入方法最常用的是冲入法,即孕育剂的加入方法最常用的是冲入法,即将孕育剂均匀撒入铁槽的
14、铁液流中,冲入将孕育剂均匀撒入铁槽的铁液流中,冲入铁液包,经充分搅拌后扒渣即可浇注。铁液包,经充分搅拌后扒渣即可浇注。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n在孕育处理时,孕育剂或它们的氧化物(如、在孕育处理时,孕育剂或它们的氧化物(如、等)在铁液中形成大量的高度弥散的难熔质等)在铁液中形成大量的高度弥散的难熔质点,悬浮在铁液中而成为大量的石墨结晶核点,悬浮在铁液中而成为大量的石墨结晶核心,从而使石墨细化并均匀分布。心,从而使石墨细化并均匀分布。n孕育铸铁的抗拉强度可达孕育铸铁的抗拉强度可达300400MPa、硬硬度可达度可达HB170270、k可达可达
15、38 Jcm2、延伸率达延伸率达0.5左右左右 ,都比普通灰铸铁高。,都比普通灰铸铁高。 n孕育铸铁主要用于动载荷较小,而静载强度孕育铸铁主要用于动载荷较小,而静载强度要求较高的重要零件,例如汽缸、曲轴、凸要求较高的重要零件,例如汽缸、曲轴、凸轮和机床铸件等,尤其是断面比较厚大的铸轮和机床铸件等,尤其是断面比较厚大的铸件更为合适。件更为合适。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径二、球墨铸铁及球化处理二、球墨铸铁及球化处理1球墨铸铁的化学成分及显微组织球墨铸铁的化学成分及显微组织n球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比,其特球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比,其特点
16、是碳和硅的含量高,锰含量较低,磷、点是碳和硅的含量高,锰含量较低,磷、硫含量低,并含有一定量的稀土与镁。硫含量低,并含有一定量的稀土与镁。n球墨铸铁的化学成分范围一般为:球墨铸铁的化学成分范围一般为:wC=3.6%4.0%,wSi=2.0%2.8%,wMn=0.6%0.8%,wP0.1%,wS0.04%,wRE残残0.030.05%。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n球墨铸铁的显微组织为由球状石墨和钢球墨铸铁的显微组织为由球状石墨和钢基体两部分。基体两部分。n根据化学成分和冷却速度的不同,基体根据化学成分和冷却速度的不同,基体组织在铸态下可以是铁素
17、体、铁素体加组织在铸态下可以是铁素体、铁素体加珠光体、珠光体;如果将铸件进行调质珠光体、珠光体;如果将铸件进行调质或等温淬火,则基体组织可转变为回火或等温淬火,则基体组织可转变为回火索氏体或下贝氏体组织。索氏体或下贝氏体组织。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2球墨铸铁的牌号、性能和应用球墨铸铁的牌号、性能和应用n牌号中的牌号中的“QT”是是“球铁球铁”两个字的汉语拼音的两个字的汉语拼音的第一个字母,后面两组数字分别表示其最小的抗第一个字母,后面两组数字分别表示其最小的抗拉强度和伸长率值。拉强度和伸长率值。n球墨铸铁的力学性能同灰口铸铁相比,具有较高球
18、墨铸铁的力学性能同灰口铸铁相比,具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限,也具有量好的的塑的抗拉强度和弯曲疲劳极限,也具有量好的的塑性及韧性。这是因为球墨铸铁中的石墨呈球状使性及韧性。这是因为球墨铸铁中的石墨呈球状使得石墨对基体的削弱作用减小,引起的应力集中得石墨对基体的削弱作用减小,引起的应力集中减弱,从而提高了基体金属的利用率。球墨铸铁减弱,从而提高了基体金属的利用率。球墨铸铁基体强度的利用率可以达到基体强度的利用率可以达到7090,而灰铸,而灰铸铁的基体强度的利用率仅为铁的基体强度的利用率仅为3050。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n必须指出的是,
19、与钢相比,球墨铸铁的屈必须指出的是,与钢相比,球墨铸铁的屈强比高,约为强比高,约为0.7%0.8%,接近钢的一倍,接近钢的一倍(钢的屈强比一般为(钢的屈强比一般为0.35%0.5%)。所)。所以对于承受静载荷的零件,有时可以用球以对于承受静载荷的零件,有时可以用球墨铸铁代替铸钢。此外,球墨铸铁还具有墨铸铁代替铸钢。此外,球墨铸铁还具有耐磨减摩性较好,切削加工性能较好,韧、耐磨减摩性较好,切削加工性能较好,韧、脆转变温度也较高等一系列优点。但球墨脆转变温度也较高等一系列优点。但球墨铸铁的塑性与韧性却低于钢,并且由于过铸铁的塑性与韧性却低于钢,并且由于过冷倾向大,易于产生白口,所以球墨铸铁冷倾向大
20、,易于产生白口,所以球墨铸铁的熔炼工艺和铸造工艺要比灰铸铁复杂。的熔炼工艺和铸造工艺要比灰铸铁复杂。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某些合金钢及可锻铸铁等,用来制造一些受些合金钢及可锻铸铁等,用来制造一些受力复杂,强度、韧性和耐磨性要求较高的力复杂,强度、韧性和耐磨性要求较高的零件,如具有高强度与高耐磨性的球墨铸零件,如具有高强度与高耐磨性的球墨铸铁常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、铁常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、
21、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大型水压机的工作钢、缸套、活塞等;具有型水压机的工作钢、缸套、活塞等;具有高韧性和一定塑性的铁素体球墨铸铁常用高韧性和一定塑性的铁素体球墨铸铁常用来制造受压阀门、机器底座、汽车的后桥来制造受压阀门、机器底座、汽车的后桥壳等。壳等。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径3铸铁的石墨球化强化铸铁的石墨球化强化球化处理球化处理n球墨铸铁是用灰口成分的铁水经球化处理和孕育球墨铸铁是用灰口成分的铁水经球化处理
22、和孕育处理而制得的。在球墨铸铁的生产中,铁水在临处理而制得的。在球墨铸铁的生产中,铁水在临浇注前加入一定量的球化剂以使斯摩结晶时生长浇注前加入一定量的球化剂以使斯摩结晶时生长为球状石墨的工艺操作称为球化处理。为球状石墨的工艺操作称为球化处理。n所加入的能使石墨呈球状结晶的添加剂称为球化所加入的能使石墨呈球状结晶的添加剂称为球化剂。那么球状石墨是怎样形成的呢?研究表明,剂。那么球状石墨是怎样形成的呢?研究表明,球状石墨是从液体铁水中直接析出的,一般与铁球状石墨是从液体铁水中直接析出的,一般与铁水的化学成分无关,也包含晶核的形成和晶核的水的化学成分无关,也包含晶核的形成和晶核的长大两个基本过程;并
23、且球状石墨的晶核形状与长大两个基本过程;并且球状石墨的晶核形状与片状石墨晶核的形状无本质区别,也就是说,球片状石墨晶核的形状无本质区别,也就是说,球形石墨的最终生成主要不取决于成核过程,而主形石墨的最终生成主要不取决于成核过程,而主要取决于石墨的长大过程。要取决于石墨的长大过程。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n在石墨晶核的长大过程中,液体铁水与在石墨晶核的长大过程中,液体铁水与石墨基面和石墨柱面之间的界面能(或石墨基面和石墨柱面之间的界面能(或相间张力)可作为单值指标或当作物理相间张力)可作为单值指标或当作物理化学条件来评价和判定石墨在铁水中究化
24、学条件来评价和判定石墨在铁水中究竟是长大为球状还是长大为片状的条件。竟是长大为球状还是长大为片状的条件。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n根据结晶学的一般原理,界面能与生长速根据结晶学的一般原理,界面能与生长速度有相反的关系,即相间张力小的界面生度有相反的关系,即相间张力小的界面生长速度快,相间张力大的界面生长速度慢。长速度快,相间张力大的界面生长速度慢。在一般熔炼条件下,液体铁水中均含有一在一般熔炼条件下,液体铁水中均含有一定量的定量的S、O,由于由于S、O的原子半径很小的原子半径很小(在配位数为(在配位数为12时,时,O的原子半径为的原子半径为
25、0.66,S的原子半径为的原子半径为1.04),),比石墨柱面上原比石墨柱面上原子间距最小距离要小得多,因此表现出很子间距最小距离要小得多,因此表现出很强的活性,极易吸附在柱面上。柱面上吸强的活性,极易吸附在柱面上。柱面上吸附了附了S、O原子以后,界面能大大降低,当原子以后,界面能大大降低,当低于基面的界面能时,石墨晶体在柱面上低于基面的界面能时,石墨晶体在柱面上的生长速度就大于在基面上的生长速度,的生长速度就大于在基面上的生长速度,最终生长成片状石墨。最终生长成片状石墨。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n如果在铁水中加入球化剂,由于球化剂中如果在
展开阅读全文