《材料成型技术》PPT课件

但其抗压强度与钢相近，因此普通灰 铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和 结构，如机座、机床床身、轴承等。
叶轮
发动机飞轮
铸铁中的碳以石墨析出的过程称为石墨化。铸铁的性 能在很大程度上，取决于石墨的数量、大小、形状及分布。 影响石墨化程度的主要因素是化学成分和冷却速度。
① 化学成分 a) 碳和硅。
麻口
珠光体＋铁素体＋石墨
箱体
启 动 阀
铸铁的分类
根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：
（1）白口铸铁
C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。
性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件 （如轧辊、犁铧等）。
（2）灰口铸铁
C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。
灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。
（3）麻口铸铁
磷。磷对铸铁的石墨化影响不显著，但当含磷量超过 0.3％时，有利于提高铸铁的耐磨性，同时也增加了铸铁 的冷脆性，因此磷是有害元素。高强度铸铁则限制在 0.2~0.3％以下。
2）冷却速度
铸铁中碳的石墨化是碳原子在铸铁中析出和聚集的过 程。冷却速度很慢，形成粗大石墨片；冷却速度快，碳原 子以细石墨片析出，另一部分碳原子以渗碳体析出，使铸 铁基体中出现珠光体；冷却速度很快，碳原子全部以渗碳 体析出，而产生白口组织。
第二章 常用铸造合金及其熔铸 第一节 钢铁的生产过程
• 钢铁的冶炼，是一个从铁矿石炼成生铁，由生铁炼成钢水，
并浇注成钢锭的过程，如图2－1所示。
一、炼铁
炼铁多在高炉中进行，其原理如下：将铁矿石、焦炭和石 灰石（熔剂）等，按一定比例配成一批炉料，在高炉中高温下 进行化学反应和熔化（还原反应、造渣反应、渗碳反应）。
％
白口
珠光体 ＋石墨
铁素体＋石墨
ⅠⅡ Ⅲ
ⅣⅤ
0 1 2 3 4 5 6 7 S％
铸铁组织图
硫和锰。硫是强烈反石墨化元素，含硫量高易促使铸 铁形成白口组织，同时硫还形成低熔点共晶体造成铸铁热 脆，是有害元素。
锰虽也阻碍石墨化，但具有稳定珠光体的作用，能提 高铸铁的强度和硬度，并能低硫的有害作用，故是有益 元素。
C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。
性能：脆性大，很少使用。
根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为： 普通灰铸铁：石墨呈片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 球墨铸铁：石墨呈球状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
石 墨 呈 片 状
石墨呈团絮状
石墨呈球状
一、灰铸铁的性能与应用
由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、 完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和 韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能、良好 的吸震性、减磨性和对缺口敏感性低的优点，且切削加工。它常用于 静载下的承压零件和滑动摩擦副的零件。
• 一、铸铁及其熔炼
•
铸铁通常是指含C 2.5~4％、Si 1.0~2.5％接近共晶
成分的铁碳合金。它具有良好的铸造性能，又易于切削
加工，最适宜制造形状复杂的铸件，因此，铸铁是工业
中应用较广的材料，铸铁占机器重量的50％以上。
用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等 ，是工程上最常用的金属材料之一。
铸铁的冷却速度主要受铸型的冷却条件及铸件壁厚的 影响，不同铸型材料的导热能力不同。如金属型比砂型导 热快，冷却速度大，使石墨化受到严重阻碍，易获得白口 组织；而砂型冷却慢，易获得不同组织。如耐磨铸件局部 采用金属型而获得白口组织。
当铸型材料相同时，铸件的壁厚不同，其组织和性能 也不同。壁厚处易形成粗大石墨片，机械性能较差；而壁 薄处冷速快，易形成白口或麻口组织。生产中一般根据铸 件壁厚（重要铸件是指重要部位的厚度，一般铸件则取其 平均壁厚），选 择恰当的铁水化 学成分（主要指 碳、硅），以满 足所需铸铁组织。 如图所示为砂型 铸造和铸件壁厚 和碳、硅含量对 铸铁组织的影响。
孕育铸铁适用于静载下，要求较高强度，耐磨或气密 性的铸件，特别是厚大铸件。
必须指出，孕育前铁水的碳、硅含量不能太高，铁水 温度不能太低。
炼铁过程中，被还原出来的硅、锰及炉料带入的硫、磷也 溶解在铁水中，因此称为高炉生铁。
高炉生铁主要用来炼钢，这种生铁称为炼钢生铁。小部分 供铸造车间熔炼铸铁（铸钢）用，称为铸造生铁。
图2－1 钢铁 的生产过程
宝钢的炼铁炉容积4000多立方米，一天产铁水10000吨
二、炼钢
钢和生铁在化学成分上的主要区别是：钢的含碳量低 （一般小于1.4％），含硅、锰、硫、磷等杂质低。因此， 炼钢的主要任务是将生铁中多余的碳和其它杂质氧化成氧 化物，并通过炉气和渣中去除。
（2）灰铸铁的孕育处理 孕育处理是提高灰铸铁性
能的有效方法，其原理是：先熔炼出相当于白口或麻口组
织的低碳、硅含量(C2.7~3.3％,Si 1.0~2.0％)的高温铁水
（1400~1450℃），然后向铁水中冲入少量细颗粒状或粉
末状孕育剂。孕育剂占铁水重量0.25~0.6％，其材质一般
为含Si75％的硅铁(也可用硅钙
合金)，孕育剂在铁水中形成大
硬度
量弥散的石墨结晶核心，使石
1
墨化作用骤然提高，从而得到
2
细晶粒珠光体和分布均匀的细
片状石墨组织，经处理后孕育
铸铁，它的强度、硬度显著提 高。
表面
中心
表面
孕育处理对大铸件截面硬度的影响
1－孕育铸铁 2－普通灰铸铁
孕育铸铁的另一优点是冷却速度对其组织和性能的影 响很小，因此，铸件上厚大截面的性能较均匀。
1、炼钢的冶金反应 （1）碳、硅、锰的氧化 （2）磷、硫的脱除 （3）脱氧 3、镇静钢和沸腾钢
2、钢的冶炼分类 （1）转炉炼钢 （2）电弧炉炼钢
电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧 高温(通常5000℃一6000℃)加热和熔化金属，金属熔化后 加入铁矿石、熔剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、
锰、磷等元素的氧化。当碳、磷含量合格时，扒去氧 化性炉渣．再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂 和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去钢中的氧和硫。
转炉炼钢
转炉炼钢一次 炼200多吨
浇注成钢锭
第二节 工业生产中常用铸造合金及其熔铸
•
用于生产铸件的金属材料称为铸造合金，常用的是
铸铁、铸钢及铸造有色合金。本节介绍熔铸工艺原理及 应用。