第六章 铸铁(修)

1、 工程材料与热加工基础工程材料与热加工基础 第六章 铸铁 航空制造工程系 第六章第六章 铸铁铸铁 1.铸铁的石墨化；铸铁的石墨化； 2.工业常用铸铁；工业常用铸铁； 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 3.知识窗；知识窗； 4.学习指导学习指导 目的：目的： 掌握常用铸铁的性能掌握常用铸铁的性能 特点；特点； 掌握铸铁的牌号；掌握铸铁的牌号； 了解铸铁的应用；了解铸铁的应用； 6.1 铸铁的分类及石墨化 铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。 6.1.1 铸铁的分类铸铁的分类 1白口铸铁白口铸铁 2麻口铸铁 3灰口铸铁 （1）灰铸铁 碳主要以片状石墨形式出现的铸铁； （2）可锻铸铁 碳主要以

2、团絮状石墨形式出现的铸铁； （3）球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式出现的铸铁； （4）蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。 6.1.2铸铁的石墨化铸铁的石墨化 铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化石墨化。影响铸铁 石墨化的因素较多，其中化学成分和冷却速度是影响 石墨化的主要因素。 1化学成分的影响化学成分的影响 碳和硅都是强烈促进石墨化的元素碳和硅都是强烈促 进石墨化的元素；磷也是促进石墨化的元素，但其作 用较弱；硫是强烈阻碍石墨化的元素 2冷却速度的影响冷却速度的影响 冷却速度快，铸铁容易产生白口铸铁组织； 冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充 分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组

3、织。 6.2.1 灰口铸铁灰口铸铁 1灰铸铁的化学成分、组织和性能灰铸铁的化学成分、组织和性能 （1）化学成分 灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。 (2)组织 由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体 (F)+片状石墨(G)；铁素体(F)珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体 (P)+片状石墨(G)。 6.2.1 灰口铸铁灰口铸铁 （3）性能 力学性能 石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多 钢所不及的优良性能 优良的性能： 良好的铸造性能 良好的减震性 较低的缺口敏感性

4、良好的切削加工性 良好的减摩性 良好的抗压性能 6.2.1 灰口铸铁灰口铸铁 类 别牌号用 途 举 例 铁素体 灰铸铁 HTl00 低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、 支架等 铁索体珠光 体灰铸铁 HT150 承受中等应力的零件，如底座、床身、工 作台、阀体、管路附件及一般工作条件要 求的零件 珠光体 灰铸铁 HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、 齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸 等 HT250 孕育铸铁 HT300 床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、 机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、 泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的 曲轴、汽缸体、汽缸盖等 HT350 6.

5、2.2 球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过 球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、 浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂， 使石墨呈球状析出。 6.2.2 球墨铸铁球墨铸铁 1球墨铸铁的化学成分、组织和性能 球墨铸铁的化学成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%， wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）组织 球墨铸铁的组织可分为四种类型： 铁素体(F)+球状石墨(G)， 铁索体(F)-珠光体(P)+球状石墨(G)， 珠光体(P)+球状石墨(G)， 下

6、贝氏体(B下)+球状石墨(G)。 为铁素体球墨铸铁的显微组织。 图6-3 铁素体球墨铸铁显微组织 6.2.2 球墨铸铁球墨铸铁 （3）性能 球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石 墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基 体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基 体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸 铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。 它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构 钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰铸铁 的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球 墨铸铁中的石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越 均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好。

7、 6.2.2 球墨铸铁球墨铸铁 基体类型牌号用途举例 铁素体 QT400-15 QT400-10 阀体，汽车、内燃机车零件，机 床零件，减谴器壳 铁素体+珠光体QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦 珠光体 QT700-2 QT800-2 柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、 缸套，活塞环，部分磨床、铣 床、车床的主轴等 下贝氏体QT900-2 汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速 齿轮柴油机凸轮轴 6.2.4 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生产过程是： 首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化 退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。 6.2.4 可锻铸铁可锻铸铁 1可锻

8、铸铁的化学成分、组织和性能 1）可锻铸铁的化学成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%， wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 2）可锻铸铁的组织有二种类型： 铁素体(F)+团絮状状石墨(G)；珠光体(P)+团絮状石墨(G)。 3)性能 由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，因 此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不 能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样， 其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁 具有较高的强度、硬度和耐磨性。 6.2.4 可锻铸铁可锻铸铁 类 别牌号应用举例 黑心可 锻铸铁 K

9、TH300-06 KTH330-08 KTH35010 KTH37012 汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机 构、弹簧钢板支座等，机床上用的 扳手，低压阀门，管接头，铁道扣 板和农具等 珠光体 可锻铸 铁 KTZ550-04 KTZ700-02 曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂， 活塞环等 知识窗 1耐磨铸铁 耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。根据工作条件的不同， 分为以下两类： (1)抗磨铸铁 在干摩擦及抗磨料磨损条件下工作的零件，如轧辊、犁 铧、抛丸机叶片、球磨机磨球等，应具有均匀的高硬度 和必要的韧性。 白口铸铁 白口铸铁生产简便，价格低廉，但脆性大，适用于冲击 载荷不大的犁铧等抗磨铸件和清理抛丸机

10、中的铁丸等。 知识窗 冷硬铸铁 在造型时，在铸件要求抗磨的部位作成金属型，其余 部位用砂型，并适当调整化学成分(如降低含硅量)， 使其要求抗磨处得到白口组织，而其余部位韧性较好， 可承受一定的冲击。生产中采用此类“激冷”方法获 得的抗磨铸铁称为冷硬铸铁，主要用于制造轧辊、车 轮、凸轮轴等。 高铬白口铸铁 向白口铸铁中加入少量的铬、钼、钨、钒、硼等元素， 使之形成合金渗碳体，可提高其抗磨性，但韧性改善 不多。高铬白口铸铁合金元素含量高，价格昂贵，但 用其制造的零件比高锰钢提高寿命几倍甚至十几倍， 最终经济效益十分显著。 知识窗 中锰耐磨球墨铸铁 含有wMn=5%95%，wSi=3.3%5%的中

11、锰耐磨球墨铸铁，铸态组织为马氏体、奥氏 体、碳化物和球状石墨，具有较高的耐磨性 和较好的强度与韧性，不需贵重合金元素， 可用冲天炉熔炼，成本低，可代替高锰钢或 锻钢制造受冲击的一些抗磨零件。中锰耐磨 球墨铸铁适用于制造犁铧、粉碎机锤头、球 磨机磨球、衬板等。 知识窗 (2)减摩铸铁 在润滑条件下工作的零件，如机床导轨、汽缸套、活 塞环、轴承等，其组织应为软基体上分布硬质点(强 化相)。软基体磨损后形成沟槽，起储油和润滑作用， 硬质点起支承作用。常用的减摩铸铁有普通高磷铸铁 和合金高磷铸铁。 在孕育铸铁中加入磷(wP=0.4%0.6%)，磷在铸铁中 以磷共晶形式存在，呈断续网状分布，形成坚硬骨架

12、， 能大大提高铸铁的耐磨性，这种铸铁称为普通高磷铸 铁。在普通高磷铸铁基础上加入适量的铬、钼、钨、 铜、钒、钛等元素，以细化组织，增加珠光体含量， 形成高硬度的碳化和氮化物，提高铸铁的韧性、强度 和耐磨性，这种铸铁称为合金高磷铸铁，可制作发动 机缸套、机床导轨等零件。 知识窗 2耐热铸铁 耐热铸铁是指可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合 使用要求的铸铁。“生长”是指由于氧化性气体沿石墨片边界 和裂纹渗入铸铁内部造成的氧化，以及因Fe3C分解而发生的石 墨化引起铸件体积膨胀。向铸铁中加入铝、硅、铬等元素，使 铸件表面形成一层致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜，能明 显提高高温下的

13、抗氧化能力，同时能够使铸铁的基体变为单相 铁素体。此外，硅、铝可提高相变点，使其在工作温度下不发 生固态相变，可减少由此而产生的体积变化和显微裂纹。铬可 形成稳定的碳化物，提高铸铁的热稳定性。 常用的耐热铸铁有中硅铸铁、高铬铸铁、镍铬硅铸铁等，主要 用于制造加热炉附件，如炉底板、送链构件、换热器等。 知识窗 3耐蚀铸铁 耐蚀铸铁是指能耐化学、电化学腐蚀的铸铗。 在铸铁中加入铬、硅、铝、钼、铜、镍等合 金元素，可使铸件表面形成一层致密的保护 膜，还可提高铁索体的电位，增加铸铁的耐 蚀能力。耐蚀铸铁种类很多，应用较广的是 高硅(wSi10%18%)铸铁，其组织为：含 硅铁素体+石墨+Fe3Si2。高硅铸铁广泛用于 制造化工、石油、化纤、冶金等工业设备。 学习指导学习指导 本章基本要求：本章基本要求： 本章主要介绍铸铁的分类、组织、性能和应用等内容。通过本章的学 习，要求学生掌握铸铁的分类；学生要理解铸铁的组织与性能的关系， 特别要理解铸铁中的石墨对铸铁性能的影响；学生要熟悉常用铸铁的牌 号、性能特点及应用范围。 本章学习要点：本章学习要点： 1铸铁分类：白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁和 合金铸铁 2影响石墨化的因素：化学成分和冷却速度 3灰铸铁的孕育处理：在浇注前向铁水中加入少量的孕育剂（如硅铁、 硅钙合金等），改变铁水的结晶条件，