鑄鐵的基礎知識.doc

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1、2鐵—碳相圖及其應用正是因為鑄鐵的組織與鑄鐵的力學性能、鑄造性能和使用性能，甚至切削加工性能等息息相關，我們就必須要掌握鑄鐵組織的形成規(guī)律，以達到控制組織和性能的目的。鐵—碳平衡圖就是掌握凝固過程及其形成組織極好工具，從中可以了解鑄鐵的凝固規(guī)律，控制所獲得凝固組織的種類、形狀和多少。另外，生產中有多種因素會影響鑄鐵組織的形成，從鐵—碳平衡圖上也可一目了然地分析出這些因素對組織的影響情況，從而可通過控制形成的組織類型和數(shù)量來控制鑄件的性能。所以，鑄造技術人員必須具備熟練應用鐵—碳平衡圖的能力，這樣才能在生產實踐中對鑄件產生的各類問題進行有理論依據(jù)的分

2、析和找出有針對性的解決辦法。2.1鑄鐵的分類鑄鐵是一種以Fe、C、Si為基礎的多元合金，其中碳含量（質量分數(shù)）為2.0%~4.0%。鑄鐵成分中除C、Si外，還有Mn、P、S，號稱五大元素。在鑄鐵中加入Al、Cr、Ni、Mn等合金元素，可滿足耐熱、抗磨、耐腐蝕等性能要求，所形成的合金鑄鐵又稱為特種鑄鐵。按使用性能，鑄鐵可被分為工程結構件鑄鐵與特種性能鑄鐵兩大類（見表14）。表14鑄鐵的分類類別組織斷口工程結構件鑄鐵灰鑄鐵基體+片狀石墨灰口球墨鑄鐵基體+球狀石墨灰口蠕墨鑄鐵基體+蠕蟲狀石墨（+少量球狀石墨）灰口可鍛鑄鐵基體+團絮狀石墨生坯：白口退火后：

3、灰口抗磨鑄鐵基體+滲碳體白口43特種性能鑄鐵冷硬鑄鐵表層：基體+滲碳體內層：基體+石墨表層：白口內層：灰口耐熱鑄鐵基體+片狀或球狀石墨灰口耐腐蝕鑄鐵基體+片狀或球狀石墨灰口2.2鐵—碳雙重相圖2.2.1鐵—碳雙重相圖的基本概念表示合金狀態(tài)與溫度、成分之間關系的圖形稱為合金相圖，是研究合金結晶過程中組織形成與變化規(guī)律的工具。在極緩慢冷卻條件下，不同成分的鐵—碳合金在不同溫度時形成各類組織的圖形為鐵—碳合金相圖。鑄鐵中的碳能以石墨或滲碳體兩種獨立相存在，因此鐵—碳相圖存在兩重性，即鐵—石墨（C）相圖與鐵—滲碳體（Fe3C）相圖。在一定條件下，F(xiàn)e—Fe

4、3C系相圖可以向Fe—C系相圖轉化，所以Fe—C為穩(wěn)定系平衡相圖，F(xiàn)e—Fe3C為亞穩(wěn)定系相圖（見圖16）。43圖16　Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C雙重相圖鑄鐵中的高碳相只有兩種：石墨與滲碳體，石墨（G）為100%的碳，滲碳體（Fe3C）含碳量僅為6.67%。在生產中常用的三角試塊的尖端處為白口，此處碳以Fe3C出現(xiàn)；三角試塊厚的部位為灰口，此處碳以G形式出現(xiàn)。這說明，同一成分的鑄鐵既可按Fe—Fe3C相圖結晶，也可按Fe—C相圖結晶，因此，研究鑄鐵時，必須研究鐵—碳合金的雙重相圖。2.2.2鐵—碳相圖與鑄鐵的結晶鑄鐵在凝固過程中要經過三個結晶

5、階段，即析出初相、共晶轉變、43共析轉變，在這三個階段中分別析出不同的組織，見表15。表15　鑄鐵結晶的三個階段結晶過程結晶發(fā)生的臨界線結晶產物圖標初析階段液相線以下析出初生相（1）BC及BC’線以下析出初生奧氏體（2）C’D’線以下析出初生石墨（3）CD線以下析出初生滲碳體共晶階段固相線以下發(fā)生共晶轉變（1）ECF線以下發(fā)生共晶轉變，共晶組織為共晶奧氏體+共晶滲碳體（2）E’C’F’線以下發(fā)生共晶轉變，共晶組織為共晶奧氏體+共晶石墨共析階段共析線以下發(fā)生共析轉變（1）PSK線以下發(fā)生共析轉變，奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w（滲碳體+鐵素體）（2）P’S’K’

6、線以下發(fā)生共析轉變，奧氏體轉變?yōu)殍F素體+石墨　　在三個階段的結晶中要記住兩個臨界點：共晶點與共析點?！　」簿c的意義是：當鐵液溫度到達共晶溫度、鐵液成分到達共晶成分時，鐵液就會發(fā)生共晶轉變。Fe-C（石墨）系中，共晶點C’的成分是w（C）4.26%；Fe-Fe3C系中，共晶點C的成分是w（C）4.30%?！　」参鳇c的意義是：當鑄鐵凝固冷卻到共析溫度、成分到達共析點成分時，將發(fā)生共析轉變。Fe-C（石墨）系中，共析點S’的成分為w（C）0.69%；Fe-Fe3C系中，共析點S的成分為w（C）0.76%?！　≡阼F—碳相圖中：43　　具有共晶成分的鑄鐵，

7、稱共晶鑄鐵；　　小于共晶成分的鑄鐵，稱亞共晶鑄鐵；　　大于共晶成分的鑄鐵，稱過共晶鑄鐵?！　≡阼T鐵的凝固過程中，要記住四條特性曲線，即液相線、固相線（共晶轉變線）、碳在奧氏體中的溶解曲線和共析線。　　在雙重相圖、兩個臨界點、四條特性曲線下，三個階段結晶中所形成的鑄鐵組織不同，記住在不同條件下形成的各類組織是十分重要的。表16為結晶過程中的兩個臨界點與四條特性曲線。表16　鑄鐵結晶過程中的兩個臨界點和4條特性曲線名稱曲線或臨界點特性圖標液相線BCD和BC’D’線（1）該線稱為液相線，此線以上為液相區(qū)，用L表示（2）鐵液冷卻至此線時，開始結晶并析出初相

8、（3）BC或BC’線以下皆析出初生奧氏體，用A或γ表示（4）在CD線以下析出初生滲碳體，用Fe3C表示（5）在C’D’線以