铁的基础知识

铁的基础知识及铁的分类生铁是指把铁矿石4放到高炉中冶炼5而成的产品，也叫“铣铁”。生铁是高炉产品，可分为6普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。生铁是含碳量2.11%~6.67%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。生铁的杂质元素主要是硅、硫、锰、磷等。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。4铁的主要矿石有：赤铁矿Fe2O3，含铁量在50%~60%之间；磁铁矿Fe3O4，含铁量60%以上有磁性，还有褐铁矿2Fe2O3-·3H2O、菱铁矿FeCO3和黄铁矿FeS2，它们的含铁量低一些，但比较容易冶炼。中国的铁矿资源非常丰富，著名的产地有湖北大冶、东北鞍山等。5单质铁的制备一般采用冶炼法。以赤铁矿Fe2O3和磁铁矿Fe3O4为原料，与焦炭和助溶剂在熔矿炉内反应，焦炭燃烧产生CO2气，CO2气与过量的焦炭接触就生成CO气，CO气和氧化铁作用就生成金属铁。C+O2=CO2CO2+C=2COFe3O4+CO=3Fe+CO2Fe2O3+CO=2Fe+CO2FeO+CO=FeO+CO26另一种理解是：生铁、铁合金属于炉料，即治炼用原料。铸铁是用生铁（主要是铸造生铁）治炼后的产品。1.生铁生铁是含碳量大于2％（2.11%）的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%~4.0%，并含Si、Mn、S、P等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。生铁生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）量分组，按含磷（P）量分级，按含硫（S）量分类。1）炼钢生铁炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C状存在。故硬而脆，断口呈白色。主要用作炼钢原料和可锻铸铁原料，炼钢生铁见下表所示。炼钢用生铁（根据GB717-82）：铁号代号L04L08L102）铸造用生铁铸造生铁硅含量为1.25~3.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。软、易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。铸造生铁见下表所示：铸造用生铁（根据YB/T14–91）铁号牌号铸34铸30铸26铸22铸18铸14代号Z34Z30Z26Z22Z18Z143）球墨铸造用生铁球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：球墨铸铁用生铁（根据GB1412-85）牌号Q10Q12Q16此外现在应用的还有含钒生铁、铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁，见下面两个表：含钒生铁（根据GB5025-85）铁号牌号钒02钒03钒04代号F02F03F04F05铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁（根据GB9949-88）铁号NMZ34NMZ30NMZ26NMZ22NMZ18NMZ142.铸铁7铸铁是含碳大于2.11%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。7根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。见下表：对任何一种特种铸铁而言，首先是要求具备一定的使用性能，如抗磨、耐热等。但由于是用来制造机器零件，就需要保证有一定的机械性能，主要是强度和塑性，为此需要在铸铁的化学成分设计上，考虑同时满足特定的使用性能和一定的机械性能这两方面的要求。1）铸铁牌号的表示方法各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。见下表：铸铁名称、代号及牌号表示方法（根据GB5612-85）牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。合金元素用国际元素符号表示，含量大于或等于1%时，用整数表示：小于1%时一般不标注。常规元素（C、Si、Mn、S、p）一般不标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。2）白口铸铁白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。3）灰口铸铁铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体-铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁三类。由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度低、塑性和韧性趋于零的组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性差，不能进行压力加工。为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一下量的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布，经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸铁。灰口铸铁的牌号、性能组织及用途见下表：表4-21灰口铸铁的牌号、组织及用途4）可锻铸铁可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体（F）基本+团絮状石墨；珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状石墨。另一类是白心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为基体，大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁牌号、性能（根据GB9440-88）见下两表：黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁注：①试样直径12mm只适于铸铁主要壁厚小于10mm的铸铁。②牌号KTH30006适于气密性零件。③牌号B系列为过渡牌号。白心可锻铸铁牌号KTB350-04KTB380-12KTB400-05KTB450-07黑心可锻铸铁主要用于制造汽车、拖拉机零件及机床附件、如轮壳、弹簧支座、阀门等。珠光体可锻铸铁则用于制造曲轴、连杆、轮轴、活塞环等。5）球墨铸铁在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化。由于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。根据GB1348-88球墨铸铁牌号分为单铸和附铸试块两类；单铸试块分八个牌号见下表：单铸试块牌号QT400-18QT400-15QT450-10QT500-7主要金相组织铁素体铁素体铁素体铁素体+珠光体牌号QT600-3QT700-2QT800-2QT900-2主要金相组织珠光体+铁素体珠光体珠光体或回火组织贝氏体或回火马氏体附铸试块分为五个牌号见下表：附铸试块牌号QT400-18AQT400-15AQT500-7AQT600-3AQT700-2A主要金相组织铁素体铁素体铁素体+珠光体珠光体+铁素体珠光体注：牌号后面的字母A系表示该牌号在附铸试块上测定的机械性能，以区别上表的单试块测定的性能。除上述介绍几种常用铸铁外，还有抗磨白口铸铁、冷硬铸铁，耐热铸铁等。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构，改善并提高其机械性能，因此，铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。