铸造合金及其熔炼(铸铁).讲义.ppt

第三章铸造合金及其熔炼培训要点：第一节铸铁及其熔炼1.灰铸铁灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨形态决定的。分为以下三种：图3-1灰铸铁的组织（2）化学成分对灰铸铁组织和性能的影响铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。1）碳和硅碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。灰铸铁碳的质量分数大多在2.6%～3.6%，硅的质量分数在1.2%～3.0%。2）锰和硫锰和硫都是阻碍石墨化的元素，但两者共同存在时，会形成高熔点的MnS，不仅无阻碍石墨化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，锰能削弱硫的有害作用。此外，锰能促使珠光体形成并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁中锰的质量分数一般为0.6%～1.2%。3）磷磷使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，故计算碳当量时，应计入磷的含量。4）合金元素灰铸铁的低合金化是提高其力学性能、使用性能及节省材料的重要途径，低合金灰铸铁可以含有一种或几种合金元素，其总的质量分数一般在3%以下，合金元素的作用主要有以下几方面：（3）冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响图3-4铸件壁厚（冷速）和化学成分对铸铁组织的影响（4）孕育铸铁1）原铁液化学成分的选择Ⅰ—白口区Ⅱa—麻口区Ⅱ、Ⅱb.Ⅲ—灰口区锰在孕育铸铁中的作用，除中和硫外，还能增加珠光体含量。所以，孕育铸铁锰的质量分数含量一般较高，为0.8%～1.0%。
硫、磷作为有害元素，都会降低铸铁强度，应加以限制，一般硫的质量分数限制在0.1%以下，磷的质量分数限制在0.15%以下。2）孕育剂孕育剂主要含有促进石墨化元素。孕育剂的种类很多，选用的原则是孕育效果好且价格低廉。3）孕育处理方法一般孕育处理的方法是将孕育剂均匀地加在出铁槽的铁液流上，使其随铁液冲入铁液包内。孕育剂的加入时间应占出铁时间的60%以上，并在出铁接近三分之一时加入，保证孕育剂与铁液均匀混合。出铁完毕后可适当搅拌。这种孕育处理方法又称炉前孕育或一次孕育。孕育处理后的铁液应在规定时间内浇完，以防孕育衰退。为缩短从孕育到凝固的时间，防止孕育衰退，加强孕育效果，减少孕育剂用量，目前已发展了许多瞬时孕育方法，如浇包漏斗随流孕育、硅铁棒孕育、喂丝孕育、型内孕育等。孕育剂的加入量应严格控制。孕育剂的加入量与铁液成分、铸件壁厚、孕育剂种类和孕育方式有关。一般炉前孕育的加入量为铁液重量的0.2%～0.5%，瞬时孕育为0.08%～0.2%。4）炉前控制在生产过程中，为及时检查铁液的化学成分，确定孕育剂的加入量并检查孕育效果，避免浇注后出现废品，必须在炉前采取简单、迅速、较正确的检查，并据此采取相应的措施。图3-5三角试块的形状及尺寸此外，炉前采用的检查方法还有炉前快速化学分析法、直读光谱分析法、热分析法、炉前快速金相法等。（5）灰铸铁的发展（自学）目前，全世界铸铁生产中，灰铸铁约占60%～80%以上。因此不断提高灰铸铁的力学性能，发展高强度灰铸铁时铸铁材质发展的重要方向之一。其途径有：2.球墨铸铁表3-3球墨铸铁单铸试块的牌号及性能图3-7球墨铸铁组织在球墨铸铁中，由于石墨呈球状或团粒状，对基体的割裂作用很小，因而金属基体的强度可以得到充分发挥，而且石墨的存在使球墨铸铁具有钢所不能及的减振和耐磨性，因此，球墨铸铁具有良好的力学性能。
在球墨铸铁的生产过程中，为了保证石墨球化，减少铸件缺陷和提高力学性能，要严格控制球墨铸铁的化学成分，选择良好的球化剂和孕育剂，采用合理的球化处理工艺。（2）化学成分的选择及其影响球墨铸铁的化学成分对其组织、力学性能和铸造性能等有很大的影响，因此，必须合理地选择。1）碳和碳当量碳对球墨铸铁性能的影响不仅与含量有关，还和碳当量的高低有关。
碳能促进石墨化，减少白口倾向。碳能促进镁的吸收，改善球化。由于石墨呈球状，适当提高含碳量并不削弱力学性能。碳当量高能改善流动性，增加凝固时的体积膨胀，当铸型刚度大时能促使铸件减少缩松，刚度小时则增加缩松。但碳当量过高时会引起石墨漂浮。因此，碳当量应控制在合适的范围内，在不出现石墨飘浮的前提下，应尽量提高碳当量，一般碳当量的质量分数选择在共晶点附近（4.6%～4.7%），碳的质量分数尽量高一些，一般为3.5%～3.9%。2）硅硅明显促进石墨化，以孕育剂方式添加的硅作用更显著。因此，球墨铸铁在选定碳当量后，原铁液应采用高碳低硅的原则，终硅量以孕育剂方式添加。增加含硅量可增加铁素体量，铁素体球墨铸铁的终硅量比珠光体球墨铸铁高一些。但硅使常温冲击韧度降低，脆性转变温度提高，因此，硅不宜过高，特别是在低温下工作的零件，其含硅量应低一些为好。通常珠光体球墨铸铁的硅的质量分数为1.7%～2.6%，铁素体球墨铸铁的硅的质量分数为2.5%～3.2%。3）锰与灰铸铁不同的是，球墨铸铁