《特种性能铸铁》PPT课件.ppt

第四章 特种性能铸铁 Special performance cast iron,第四章 特种性能铸铁,第一节 减摩铸铁第二节 冷硬铸铁第三节 抗磨铸铁第四节 耐热铸铁第五节 耐蚀铸铁,第一节 减摩铸铁,1.定义 摩擦系数小、磨损少、抗咬合性好。2.影响磨损的因素：成分、组织、性能和条件。（润滑、载荷、速度、表面质量）3.磨损机理,一.石墨对铸铁减摩性的影响 石墨的作用:(1)固体润滑剂；(2)储存润滑剂促进油膜形成。片状石墨成膜能力强，球状石墨成膜能力弱，蠕墨介于两者之间。,二.基体组织对铸铁减摩性的影响理论：越硬越耐磨，但，不易成膜，综合P最好，细小P最好。在轻微磨损下：B下最好，M次之，P最差严重磨损时，都差不多,三.常用的减摩铸铁普通灰铁、球铁即是，例如 机床、活塞环（一）含磷铸铁原理：二元、三元磷共晶断续网状分布（硬质 点）提高耐磨性 图4-3 一般含磷0.40.7%特点：流动性好，提高3050%表4-2 铸造应力大（P降低导热性、磷共晶膨 胀、磷共晶与基体导热系数不同）应用：机床导轨、气缸套、摩阻零件（刹车瓦）,高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶 100,高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶 100,2.钒钛铸铁成分：V：0.30.5%，Ti：0.150.35%原理：V、Ti与C、N形成化合物硬质点 细化晶粒（P、G）F少 表4-3应用：机床导轨、活塞环、缸套（加Cu、B）,3.硼铸铁 成分：0.030.08%原理：形成硼碳化物，偏析在晶界 网状分 布，含磷时，形成磷硼碳化物，硬度更高（B阻遏石墨化）应用：气缸套、活塞环 表4-4,第二节 冷硬铸铁,冷硬铸铁通过一定的工艺方法，使铸件激冷层的组织形成白口或麻口，铸件内部组织仍保持灰口的铸铁。组织：外层 白口，内层 灰口，中间 麻口性能：外硬、内韧应用：摩擦磨损、磨料磨损一、化学成分、组织特点 激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键，1、成分：C、Si C调整硬度（C多，渗碳体多）Si调整深度（Si多，深度浅）石墨化,普通白口铸铁共晶组织,合金元素：增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）影响硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si（最弱）影响麻口：C、S、P 减小麻口 Cr、Al、Mn、V增加麻口 2、组织 白口层：普通冷硬铸铁（P+Fe3C）低合金冷硬铸铁（S+B上+Fe3C）高合金铸铁（B+M少量+Fe3C）麻口层：白口（与上相同）+G,二、冷硬铸铁的获得与性能特征1、获得：成分、工艺 控制 工艺：激冷 金属型 复合铸造 双金属铸铁 影响激冷层工艺因素：（1）炉料性质 炉料白口多，铸件白口多（2）熔炼工艺 铁液温度，过热温度越高，静置时间越长，白口越多（形核能力降低）。浇铸温度越低，白口越多。（3）铸型工艺 冷铁厚度：壁厚大，冷铁厚度大 一般 冷铁厚度/铸件厚度 1：2-4,成分：碳、硅减少白口层，但不能太少，碳少硬度不够。图4-5，图4-6 合金元素 图4-92、性能：白口硬度高，但脆性大 麻口硬度低，但韧性好 图4-8，图4-9三、冷硬铸铁的应用 主要应用于各种轧辊（耐磨，白口，强度要求高，麻口）轧辊的生产方法：一体铸造，溢流铸造，离心铸造 图4-10、11、12,第三节 抗磨铸铁,1、定义：抵抗磨料磨损 相对耐磨性=标准磨损/试样磨损2、耐磨原理：磨料磨损 磨料对金属刮削 金属硬度、磨料硬度、外加力相对耐磨性 与金属硬度、磨粒硬度的关系 Ha/Hm 0.71.1 耐磨性最好 图4-14 0.71.1 耐磨性开始变差 1.11.3 耐磨性不变 0.71.1，1.31.7 增加硬度无意义。因此，单纯提高硬度，对铸铁而言，不能提高耐磨性，硬度高，脆性大，反而降低耐磨性。,一、普通白口铁1、成分：高C低Si，Si1%,Mn1%一般不含或少量的合金元素2、组织：P+Fe3C Ld3、性能：脆性大、耐磨性差4、应用：铧犁，磨粉机的磨片导板,二、镍硬白口铁1、成分：在普通白口铁中 加入一定量的镍46%，铬2-8%，2、组织：M+A3、性能：提高硬度韧性4、应用：轧辊，球磨机，杂质泵 镍短缺昂贵元素，尽量少用，我国少用。,（一）、低铬白口铁1、成分：在普通白口铁的基础上加入少量的铬元素Cr=15%2、组织性能：形成(Fe,Cr)3C提高硬度，提高韧性（原渗碳体是蜂窝状,对基体割裂）(Fe,Cr)3C形态，部分网状和板条状3、应用：球磨机,（二）中铬白口铁1、成分：Cr=711%2、组织：M3C、M7C3混合物3、性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间 表4-164、应用：取代镍硬铸铁,3.高铬白口铸铁,2、成分：Cr=1228%（1）Cr、C重要元素，影响形成M7C3 的数量 碳化物数量=12.33（%C）+0.55（%Cr）-15.2 C：一般调节碳量调节 M7C3 的数量 Cr/C：影响M7C3相对数量，一般大于5能获得大部分，高铬还能提高淬透性 图4-22,（2）Mo、Mn、Cu提高淬透性Mo：提高淬透性（融入A中），提高硬度（Mo2C）Cu：提高淬透性，降低Ms线，2%左右Mn：提高淬透性，提高硬度(Fe,Mn)3C，降低Ms线，和Mo共同作用，提高淬透 性更大。1%常用：15 Cr-3 Mo，15 Cr-3 Mo-1 Cu，20 Cr-2 Mo-1 Cu,3、铸造工艺 1）充分补缩（与铸钢相同）2）浇铸系统按灰铁计算 各断面面积增加2030%即可 3）不适宜用冲天炉熔炼（铬烧损）4）浇铸温度不要太高，比液相线高55即可,4、热处理 特点：有二次碳化物的析出和溶入（基体过多地融入了碳及合金元素，加热时，易析出，温度再高，又溶入。）二次碳化物的析出，提高Ms线，获得M多，减少残余A。但，使C曲线左移，降低淬透性。淬火温度随铬量的增大而增大5、性能 强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）取决于基体和M7C3 M7C3规则排列强度可达3100MP,1、腐蚀：化学、电化学、机械、生物腐蚀等，电化学腐蚀最严重 图4-312、提高耐蚀途径：形成保护膜、形成单相组织、提高基体的电极电位。3、方法:加入合金元素，加入量：（固溶体中）塔曼定律，1/8、2/811/8 表4-31 质量百分数 原子份数,一、高硅耐蚀铸铁1、成分：Si 14.418%，图4-32、332、组织：F+G+硅铁化合物（脆性）3、性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、氟化物 加稀土、铜，可提高韧性4、应用：耐酸铸件,二、含铝耐蚀铸铁1、成分：Al=46%（高了，脆性大）2、组织：P+F+G+Fe3Al（少量）3、性能：耐碱蚀、耐热性好4、应用：化工泵、叶片,三、高铬耐蚀铸铁1、成分：Cr=24-35%，C量要低 图4-34 图4-35、36 要求：Cr10C+12.5%2、组织：F+A+（Fe、Cr）3C3、性能：耐氧化性酸，盐酸，力学性能好4、应用：砂泵、矿浆泵等,四、高镍耐蚀铸铁1、成分：Ni=13.5-36%表4-332、组织：A+G3、性能：抗换原性腐蚀介质的腐蚀4、应用：耐碱蚀元件总之：要看工况条件（酸、碱）决定选哪种铸铁耐蚀。没有适合所有条件的材料。,碳在-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，简称为铁素体()；最大溶碳量为727时的wc=0.0218%，最小为室温时的wc=0.0008%；性能为：b180280MPa、0.2100170MPa、30%50%，k160200J/2、硬度80HB。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，()，最大溶碳量为1495时的0.09。,铁素体（Ferrite）,碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体(A)，最高溶碳量为1148时的wc=2.11；奥氏体具有高塑性、低硬度和强度，其力学性能为：b400MPa、40%50%、170220HB。奥氏体主要存在于727以上的高温范围内，利用这一特性，工程上常将钢加热到高温奥氏体状态下进行塑性成形。,奥氏体（Austenite）,渗碳体（Cementite）,渗碳体是指晶体点阵为复杂正交点阵，化学式近似于Fe3C的一种间隙式化合物，用符号Fe3C表示，其含碳量为wc=6.69%，渗碳体具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大，其力学性能指标大致为：硬度800HB、抗拉强度(b)30MPa、伸长率()0、冲击韧度(k)0。,珠光体（Pearlite）,FFe3C的一种机械混合物，用符号P表示，其组织为层片状结构，综合了铁素体和渗碳体优点，其综合力学性能好。,莱氏体（Ledeburite）,莱氏体是由AFe3C组成的一种机械混合物，用符号Ld表示，其组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，主要体现了渗碳体特点，硬而脆。,Fe-Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+Fe3C,6.69%C,(A+Fe3C),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+Fe3C,(F+Fe3C),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,(P+Fe3C),