22常用合金铸件的生产

铸铁石墨化(Graphitization)
从铁水或铸铁组织中结晶出或析出石墨的过程。
影响石墨化的因素主要是铁水的化学成分和冷却速度。
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化学成分对石墨化的影响(Composition)
❖ C和Si: 是促进石墨化的元素。C是形成石墨的元素，但它 只有在Si的促进作用下才能以石墨的形态析出。如果含Si 量很低，<0.5％时，即使含碳量很高也不会析出石墨。铸 铁中C和Si的含量越高，析出的石墨就越多，也就越粗大， 基体中的铁素体也就越多，结果铸铁的强度和硬度就比较 低。相反，C和Si的含量比较低，析出的石墨就比较少， 也比较细小，基体中的珠光体就比较多，铸铁的强度和硬 度比较高，但是C、Si含量过低就不能析出石墨，就会形 成白口铸铁。
第二章 常用合金铸件的生产
用于铸造的金属材料种类繁多，有铸铁、铸钢、铸 造铝合金等，其中铸铁件应用最多，占铸件总重量的 45％～90％。
2-1 铸铁件生产 2-2 铸钢件生产 2-3 有色合金铸件生产 ★复习题
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第一节 铸铁件生产
铸铁(Cast iron)：主要由铁、碳、硅组成的含碳量大 于2.11％的合金的总称。在机械制造业中应用十分广 泛。
❖ 白口铸铁(White cast iron)：C主要以Fe3C形式出现的铸铁，断 口呈银白色。性能：又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器
零件中很少采用。主要用途：炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。
❖ 灰铸铁（Grey cast iron）：C主要以片状石墨形式出现的铸铁， 断口是灰色。 性能：具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性
能，广泛应用。
❖ 球墨铸铁(Nodular or ductile cast iron )：铁水经球化处理使
石墨大部分或全部呈球状的铸铁。 性能：具有良好的力学性能。
❖ 可锻铸铁(Malleable cast iron )：白口铸铁通过石墨化退火，使
碳主要以团絮状石墨形式存在。 性能：有较高韧性的铸铁。实际是不能锻造的。
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❖工艺性能：
铸造性能好(缺陷少)，铸造工艺简便，铸造后成品率比较 高； 切削加工性能好（excellent machinability）。由于石墨割 裂了金属基体，在切削加工时灰铸铁的切削容易脆断，形 成崩碎切屑。同时石墨是固体润滑剂，能够减轻刀具的磨 损。灰铸铁硬度比较适中，便于进行切削。 灰ห้องสมุดไป่ตู้铁很脆，又没有塑性，不能锻造。 灰铸铁在焊接时容易产生白口组织和裂纹，故焊接性能很 差。 不能通过热处理来改变石墨的形态，所以灰铸铁不能用热 处理来改善力学性能。
2.影响灰铸铁组织和性能的因素（Effect of Various Factors
on Structure and Properties of Gray Cast Iron )
性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的 是石墨，包括石墨的形态，石墨的大小，还有它的数 量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响石 墨化的因素。
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性能特点
❖ 耐磨性好（good resistance to adhesive wear and galling ）。 石墨有润滑作用,而且石墨剥落后形成为微小的空洞， 可以储存润滑油，因此灰铸铁的耐磨性能很好。适 于导轨、衬套、活塞环等。
❖ 减振性好（outstanding sound and vibration damping characteristics ）。石墨割裂了金属的基体，就能阻碍 振动的传播，并且吸收振动的能量，转化成热能消 耗掉。所以灰铸铁的减振性能比较好。适于机床床 身、钢琴键盘的框架等。 10
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化学成分对石墨化的影响(Composition)
❖ S：是强烈阻止石墨化的元素。使得铸铁形成白口组织。 除此之外还增大铸铁的收缩率，降低铁水的流动性。所 以S是有害元素，应该严格控制。
❖ Mn：是微弱阻止石墨化的元素。Mn还能起到脱S的作用来 消除S的有害影响。因此在铁水中应保持Mn的一定含量。
铸铁中C有两种存在形式：一种是碳化铁(Cementite)； 另一种是石墨(Graphite)。
铸铁中石墨形态又可分为片状石墨(Flakes)、球状石 墨(Spheroids )、团絮状石墨(Rounded clumps)和蠕 虫状石墨(Vermicular or Compacted )。
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一、分类 根据碳的存在形式和石墨的形态不同
相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。 根据基体组织不同，灰铸铁分为三类：铁素体灰铸铁(F)， 铁素体－珠光体灰铸铁(F-P)，珠光体灰铸铁(P) 。 片状石墨是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰铸铁的 基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但 由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。
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性能特点
❖ 力学性能较差：
b≤20MPa，=0,布氏硬度约3HBS，故其强度、硬度、 塑性几乎都是趋于0。相当于在钢的基体上存在大量裂 纹和空洞，在石墨片的尖角造成严重的应力集中。由于 片状石墨对基体的割裂作用，使得灰铸铁的抗拉强度、 塑性比碳钢要低的多。灰铸铁几乎没有什么塑性和韧性。 由于石墨片对于灰铸铁承受压应力的影响比较小，所以 灰铸铁的抗压强度和硬度与同样基体的碳钢差不多。
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白口铸铁 球墨铸铁
灰铸铁
可锻铸铁
后退4
❖ 蠕墨铸铁(Compacted or vermicular graphite cast iron )：大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。是新发 展起来的铸铁。
❖ 麻口铸铁(Motted cast iron)：一种介于白口铸铁和 灰铸铁之间的铸铁。其中碳部分以碳化铁形式出 现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰、白色 相间。它也很硬很脆，很少用。
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二、灰铸铁 (Gray cast iron)
铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底 座、箱体类铸件。 1.灰铸铁的成分、组织和性能
化学成分：
C＝2.8%～3.8％； Si＝1.2％～2.7％； Mn＝0.5％～1.3％； P≤0.3％；S≤0.15％
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显微组织(Structure )
金属基体Matrix:(铁素体-Ferrite，珠光体-Pearlite ) +片状石墨-Graphite flakes 。