第一章铸铁绪论-最终版

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2.合金化
将某种元素提高到常量范围以上，或者 在基本元素基础上加其它元素，以改善合金的组 织和性能，称为合金化。 改变合金元素的种类、数量以及各元素 的含量范围，可对合金的组织和性能进行有效的 控制。
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3.熔炼条件
Cu .Al 的熔点低，用电阻炉、坩埚炉、反射 炉均可以满足熔化的要求，但有色金属的氧化、吸气比 较严重，容易产生气孔和夹杂的缺陷。所以要特别注意 熔化时的温度控制、熔池表面的覆盖保护，和气体熔渣
成。化学成分中的碳化物形成元素 ( 如 Mn 、 Cr) 或 稳定珠光体形成元素 ( 如 Ni 、 Cu 、 Sn) 越多 , 冷 却速度越快 , 珠光体的数量就越多 , 片间距越小 , 强 度、硬度越高。
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三、珠光体
4.珠光体铸铁的强度受石墨形态的影响很大。 片状石墨使金 属基体受到割裂 , 因而强度、韧 性被严重削弱 , 珠光体 灰口铁的抗拉强度约为 234MPa, 延伸率为零。球状石墨对 基体的损害比较小, 珠光体球墨铸铁的抗拉强度为
(680~785)MPa, 延伸率为 (2~4)% 。
5.珠光体铸铁有比较高的强度、硬度、耐磨性,有一定的塑性 和韧性,加工性也好 , 因而是高 强度铸铁所要求的组织, 但对高韧性球墨铸铁、可锻铸铁则尽量减少珠光体的含量。
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1.石墨结构
四、石墨
无论是片状还是球状石墨, 其结构都 是六方晶系 , 如图 2.4 所示 六 方形结构内的 C 原子距离为 0.1421nm, 层与层之 间的距离为
育作用或用高温退火处理都有助于增加铁素体量。
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三、珠光体
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三、珠光体
珠光体也是奥氏体的共析转变产物 , 由于冷却 速度较快 ,反应按介稳定系进行 , 形成由 Y- Fe 和 Fe3C 组成的机械混合物。 1.纯珠光体基体的抗拉强度为 (686~784)MPa, 硬度 HB170~ 330, 延伸率 (15~25)%, 是一种强度、硬度、韧性都较 理想的基体 , 其性能波动与 Fe 、 Fe3C 层状结构的片 间距有关 , 片间距越小或分散度越大则强度、硬度越高。
1.铸造合金种类
按合金颜色分－黑色合金和有色合金；
黑色合金－铁基合金，铸铁、铸钢。
有色合金－铁基以外的其他金属合金，铜、铝、锌等 按照能否进行塑性加工合金分为变形合金和铸造合金 1. 变形合金： 要求具有良好的高温塑性变形和较低的高温强度， 以便有足够的固态变形能力。 2 .铸造合金： 对固态高温性能没有特殊要求。但要求液态金属有 较低的熔点，良好的流动性和充型能力、较小的收缩性 5/40
铸造合金及熔炼绪论
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铸造合金及熔炼绪论 与铸造合金相关的几个基本概念：
1. 合金：由两种或两种以上的金属元素或金
属元素和非金属元素组成的具有金属特性的
物质、称为合金。 合金除具备纯金属的基本特性外， 还可以拥有纯金属所不能达到的一系列机械 特性与理化特性 , 如高强度、高硬度、高耐 2/40
众所周知，合金的组织决定它的性能，而影响 组织的因素很多。
1.化学成分
2.合金化
3.熔炼条件 4.变质处理 5.液态金属精炼 6.热处理
7.冷却速度
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1.化学成分
是决定组织和性能的主要因素，不仅影响 合金的熔点、凝固温度，而且影响液态金属结晶 以后的固态相变。也就是说决定合金的相组成和 各相之间的比例关系。 例如：（片状石墨转变成球状石墨，就 是因为在灰口铁中加入了0.04％左右的Mg）。
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6.合金铸铁 1）合金铸铁——低合金和高合金铸铁 , 低合金铸铁含合金元素 3% 以 下（1%以下属于高强度铸铁范畴）, 高合金铸铁含 (3～30)% 合金
元素 , 属于耐磨、耐热、耐蚀铸铁范畴。
2）合金元素对组织的作用比较复杂 , 单一元素的性质、数量以及多种 元素的不同组合对合金铸铁都显示出不同的作用 , 它们不仅影响金
2）铁水冷却速度不很快或孕育不良 , 石墨化能力居于中等条
件 , 铁水在这种状态下结晶比较复杂 , 部分铁水可能析出
石墨 , 另一部分铁水可能析出碳化物 , 结果得到由石墨、
碳化物 和金属基体组成的麻口铁。 3）如果铁水冷却缓慢 , 不经过特殊处理 , 凝固结果为灰口铁、 若铁水经过蠕化处理则结晶为蠕墨铸铁 , 如经过球化处理则 获得球墨铸铁。
二、铁素体
三、珠光体
四、石墨
五、碳化物
一、奥氏体
1. 非合金铸铁的奥氏体是一种高温组织，它只在共析温度 以上存在，温度下降到共析转变温度以下即转变为珠光 体（铁素体+渗碳体）或铁素体+石墨。
但高镍或高锰铸铁的奥氏体十分稳定 ,
其共析转变温度降到 室温以下 , 使奥氏体能在
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二、铁素体
3.铸铁含硅量比较高 , 硅置换体心立方晶格中的
铁原子变为含硅铁素体。硅有固溶强化作用 ,
随着含硅量的增加 , 铸铁的强度及硬度提高。
但硅的有效半径大于铁 , 当含硅量大于 3.0%
时 , 铁素体晶格畸变的程度使材料的脆性增大。
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二、铁素体
4. 铁素体是一种高塑性、高韧性、中等强度的金属
属基体的结构 , 而且影响石墨和碳化物的数量、形态及分布状况。
合金元素在灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁中都获得应用, 这些铸铁利用合金化使其性能得到改善,并使品种规格变得更加丰富 多彩。
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§1.2
铸铁的基本相
尽管铸铁的种类牌号繁多 , 但就显微组织而言 , 它们都是 由以下各种金属或非金属相组成的。只是由于组成相的性 质及其相互比例的变化而使铸铁的性能发生了变化。 一、奥氏体
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二、铁素体
2.铁素体的体心立方晶格最大间隙位置 ,一个为四面 体 , 间隙半径 R=0.29f=0.036nm, 另一个为八面 体 , （间隙半径 R=0.154 r0.019nm b 为铁的原
子半径 ) 。而碳的原子半径为0.07nm,比上述间隙 半径大得多 , 碳在铁素体中的溶解度很小 ,727℃ 时为 0.02%C, 温度下降时溶解度更小 , 所以铁素体 是一种微碳固溶体。
球铁加球化剂才可以使片状石墨变为球状。
AI—Si合金加入钛变质可以细化初生a固溶体，加钠、
锑可以细化共晶体a+Si 变质处理的效果与变质剂的性质，处理方法、处理的 时机和处理温度有关。
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5.液态金属精炼
精练就是保护有益元素，同时又清除有害元素的一种冶炼工 艺
例如：真空脱C精练，氩氧混吹精练、可以使不锈钢含
金的性能有着特殊的意义。这是铸造合金研究的主要方向。
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(3)具有较大的断面敏感性
• 断面敏感性：铸件的显微组织和力学性能随着壁厚的变化而变 化的一种属性。 • 厚壁部位的冷却速度缓慢，晶粒（或共晶团）粗大，强度和硬 度较低;
• 薄壁部位的冷却速度快，晶粒细密，强度和硬度较大。
• 由于铸件形状比较复杂，壁厚不均匀，所以同一铸件的不同部 位可能有不同的组织和性能，使铸件因产生内应力而变形。 • 如何提高不同壁厚的组织均匀性，减少铸件的断面敏感性，降 低内应力，是铸造生产中不能回避的技术问题。
基体 , 是高韧性铸铁期望的显微组织 , 如铁素
体球墨铸铁 , 铁素体可锻铸铁的铁素体含量在
80% 以上。与此相反 , 高强度铸铁则限制铁素体的
含量 , 以保证足够的强度、硬度和耐磨性。
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二、铁素体
5.工业铸铁的铁素体含量取决于化学成分、冷却速 度、孕育及热处理条件 , 提高碳、硅含量 , 减 少稳定珠光体的元素 , 降低冷却速度 , 强化孕
3.相：在物质中，凡是成分相同，结构相同并与其他部分以界面 分开的均匀组成部分
如:在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。
铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。 纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。 固态白铜（铜与镍二元合金）是单相的。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。
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4.组织:组织是指用肉眼或显微镜等所观察到的材料的微观
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(4)结晶过程伴随着元素的迁移和偏析
• 如：低熔点的杂质元素P、S、等，向晶界偏析，严重时可能形 成低熔点共晶体，削弱晶界强度，降低韧性，易引起热裂和冷 裂。
• 元素偏析的程度与元素的性质和冷却速度有关，冷却越慢，晶
粒越粗大，元素偏析越严重.
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二、影响铸造合金的组织及性能的冶金因素
0.335nm 。
基面间的碳原子靠极性键即范德瓦尔力结合 , 结合能为 16.7kJ/m01, 这个方向上的抗拉强度不到 20MPa 。 由于层内的共价键能比层间极性键能约大 20 倍 , 因此石墨结构 表现极大的各向异性 , 结晶学上把垂直于基面(0001)的方向称为C 轴方向,平行于基面而垂直于柱面的方向称为α 轴方向。
形貌。 合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的 各种相所组成的。 由不同组织构成的材料具有不同的性能。同一种钢经
过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不同的性能。
例如，45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈 氏体、贝氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。
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一、 铸造合金种类及特性
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一、奥氏体
3. 非合金铸铁的奥氏体固溶碳量对奥氏体的共析转
变影响很大 , 由于 C 是稳定奥氏体的元素 , 随
着溶碳量增加奥氏体将变得更加稳定或共析转变 更困难 , 因而更容易获得数量更多 , 组织更致 密的珠光体基体。
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二、铁素体
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二、铁素体
1.铁素体是奥氏体在平衡条件下的共析转变产物, 其晶体 结构为体心立方晶格,由纯铁原子组成的体心立方晶格称 为α -Fe, 其晶格常数为(0.2860十0.4252×10-5t)nm 。 铁素体是C溶于α -Fe中所形成的间隙固溶体。