6.1灰铸铁及其应用(课件）--2022-2023学年高二劳动版《金属材料及热处理（第三版）》

模块六 铸 铁 模块六 铸铁 任务二　球墨铸铁及其应用 任务一　灰铸铁及其应用 01 灰铸铁及其应用 灰铸铁的组织是在钢的基体上分布着一些片状石墨。按基体组织不同，灰铸铁又可分为铁素体灰铸铁、铁素体—珠光体灰铸铁和珠光体灰铸铁三种，其显微组织如图6-2所示。 任务一　灰铸铁及其应用 一、灰铸铁的组织与性能 灰铸铁的性能主要取决于基体的性能和石墨的数量、形状、大小和分布情况。由于石墨的强度和塑性几乎为零，所以石墨的存在就像在钢的基体上分布着许多细小的孔洞和裂纹，破坏了基体组织的连续性，减小了基体的有效承载面积，并且在石墨的尖角处容易产生应力集中，所以灰铸铁的强度、塑性和韧性远不如钢，而且石墨数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象就越严重，灰铸铁的强度、塑性和韧性就越差。但灰铸铁的抗压强度、硬度主要取决于基体，石墨的存在对其影响不大，所以灰铸铁的抗压强度和硬度与相同基体的钢相近。 石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但也使其获得了一些优异的性能，如良好的铸造性能和切削加工性能，较高的耐磨性、减振性和较低的缺口敏感性。 任务一　灰铸铁及其应用 热处理只能改变灰铸铁的基体组织，不能改变石墨的形状（可锻铸铁除外）、数量、大小和分布，因而对提高灰铸铁力学性能的作用不大，灰铸铁采用热处理的主要目的是减小铸件的内应力、消除白口组织、提高表面硬度和耐磨性。而孕育处理可以改变石墨的数量、大小和分布，因此生产中通常采用孕育处理来提高灰铸铁的强度和塑性。 任务一　灰铸铁及其应用 二、灰铸铁的孕育处理和热处理方法 1．孕育处理 孕育处理是在灰铸铁浇铸前向铁液中加入一定量的硅铁、硅钙合金作孕育剂，使铁液内产生大量高度弥散的人工晶核，从而获得细小、均匀分布的片状石墨和细小的珠光体基体。经过孕育处理的铸铁称为孕育铸铁，不仅强度、塑性、韧性都比普通灰铸铁高，而且组织致密，整个截面性能均匀（即截面尺寸敏感性降低），常用来制造力学性能要求较高，特别是截面尺寸变化较大的大型铸铁件。灰铸铁孕育处理前后的显微组织如图6-3 所示。 任务一　灰铸铁及其应用 （1）去应力退火（人工时效） 铸件形状复杂，壁厚不均匀，在冷却过程中，由于各个部位冷却速度不同会产生较大的内应力，内应力的产生不仅在冷却过程中可能使铸件产生变形或裂纹，而且在铸件切削加工过程中，由于内应力的重新分配，也会引起铸件变形。所以形状复杂、精度要求高、尺寸较大的铸件，在切削加工前都要进行一次消除内应力的退火，如加工机床床身、机架等均要先进行去应力退火。 任务一　灰铸铁及其应用 （2）石墨化退火（高温退火） 由于铸件冷却速度较快，常会使铸件表面、转角处或薄壁处出现白口组织，导致铸件硬度升高，给切削加工带来困难。为了降低硬度，必须采用高温退火，使渗碳体分解为石墨。高温退火可使渗碳体石墨化，从而降低硬度，改变切削加工的性能。 （3）表面淬火 有些大型铸铁件的工作表面要求有较高的硬度和耐磨性，如机床导轨的表面、内燃机气缸的内壁，都要进行表面淬火，淬火后表面硬度可达50～55 HRC。 任务一　灰铸铁及其应用 灰铸铁的牌号由“HT”（“灰铁”两字汉语拼音首字母）加一组数字（最低抗拉强度）组成。如HT200 表示最低抗拉强度为200 MPa 的灰铸铁。灰铸铁的牌号及用途见表6-1。 任务一　灰铸铁及其应用 三、灰铸铁的牌号及用途 石墨化及其影响因素 铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以从液体或奥氏体中直接析出，也可以先结晶出渗碳体，再由渗碳体在一定条件下分解得到（Fe3C → 3Fe+C）。 影响石墨化的主要因素是铸铁的化学成分和冷却速度。 任务一　灰铸铁及其应用 1．化学成分的影响 铸铁中的各种元素按其对石墨化的作用不同，可以分为两大类：一类是促进石墨化的元素，如碳、硅、铝、镍、铜和钴等，其中碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅含量高，析出的石墨量多，石墨片的尺寸也粗大。另一类是阻碍石墨化的元素，如铬、钨、钼、钒、锰、硫等，它们均阻碍渗碳体分解，即阻碍石墨化。 任务一　灰铸铁及其应用 2．冷却速度的影响 冷却速度对石墨化的影响也很大。当铸铁结晶时，缓慢冷却有利于原子扩散，石墨化过程可充分进行，结晶出的石墨又多又大；而快速冷却则会阻碍石墨化，促使渗碳体形成（白口化）。 铸铁的冷却速度主要取决于铸件的壁厚和铸型材料，例如铸铁在砂型中冷却比在金属型中冷却慢，铸件壁厚时比壁薄时冷却慢等。 任务一　灰铸铁及其应用 任务一　灰铸铁及其应用 1．什么是铸铁？铸铁可分为哪几种类型？ 2．灰铸铁与钢相比其组织和性能有何特点？经过孕育处理后的铸铁性能有何变化？ 3．试确定机床齿轮箱所采用的材料和热处理方法。 $