《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
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。
％
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，并能降低硫的有害作用，故是有益 元素。
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
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。
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、
（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
• 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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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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。