第十一章 铸铁

1、第十一章第十一章 铸铁铸铁引引 言言o 铸铁：铸铁： WcWc2.112.11的铁碳合金，的铁碳合金，FeFe，C C，SiSi为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金多元铁基合金o 化学成分：化学成分：C C：2.5-4.02.5-4.0 SiSi：1.0-3.01.0-3.0o 特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本低，耐磨性能、减震性能好。低，耐磨性能、减震性能好。o 用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油化工，交通运输等。化工，交通运输等。o 例如，机床例如，机床

2、床身、内燃床身、内燃机的汽缸体机的汽缸体、缸套、活塞缸套、活塞环及轴瓦、环及轴瓦、曲轴等都可曲轴等都可用铸铁制造用铸铁制造. .铸铁曲轴铸铁曲轴内燃机汽缸内燃机汽缸本章提纲本章提纲o 概述概述o 灰铸铁灰铸铁o 球墨铸铁球墨铸铁o 可锻铸铁可锻铸铁第一节第一节 概述概述o 铸铁中的石墨形态与分布铸铁中的石墨形态与分布一、铸铁中碳的分布形式与一、铸铁中碳的分布形式与 石墨的形态石墨的形态1.1.碳的分布形式碳的分布形式 （1 1）溶于铁晶格间隙中，）溶于铁晶格间隙中，形成间隙固溶体形成间隙固溶体 （2 2）与）与FeFe形成形成FeFe3 3C C （3 3）游离的石墨）游离的石墨共晶白口铸铁共

3、晶白口铸铁球墨铸铁球墨铸铁一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态2.2.石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形片状片状蟹状蟹状团絮状团絮状球形球形蠕虫状蠕虫状二、铸铁的分类二、铸铁的分类按石墨存在的形式及石墨形态分类按石墨存在的形式及石墨形态分类o 灰口铸铁灰口铸铁 C C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色o 球墨铸铁球墨铸铁 C C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在全部或大部分以游离的球形石墨形式存在o 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 C C全

4、部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在o 可锻铸铁可锻铸铁 C C全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性o 白口铸铁白口铸铁 C C全部或大部分以化合态的全部或大部分以化合态的FeFe3 3C C形式存在，呈白亮色形式存在，呈白亮色o 麻口铸铁麻口铸铁 灰口白口铁的混合组织灰口白口铁的混合组织工业工业铸铁铸铁的成的成分范分范围与围与组织组织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷快冷中速冷却中速冷却中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷快冷快冷白口铸铁白口铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰

5、铸铁铁素体灰铸铁铁素体铁素体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体可锻铸铁可锻铸铁铁素体铁素体可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火石墨化退火中速冷却中速冷却缓冷缓冷珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁铁素体铁素体蠕墨铸铁蠕墨铸铁Si/Mg/CeSi/Mg/Ce灰口铸灰口铸铁铁 的的显微组显微组织织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球

6、 蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火共晶白口铸铁共晶白口铸铁第二节第二节 灰口铸铁灰口铸铁o 概述概述 灰口铸铁中石墨呈灰口铸铁中石墨呈片状片状，断口呈灰色，是，断口呈灰色，是使用最多的铸铁，占铸铁总量的使用最多的铸铁，占铸铁总量的8080以上。以上。灰口铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁通过孕灰口铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁通过孕育处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰育处理，使石墨的片层变

7、细，强度高于普通灰铁，牌号表示：铁，牌号表示：HT100HT100，HT150HT150，HT200 HT200 属普通灰铁属普通灰铁 HT300HT300，HT350HT350，HT400 HT400 属孕育灰铁属孕育灰铁灰口铸铁金相组织灰口铸铁金相组织 2.1 2.1 灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织o 铸铁冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织铸铁冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织o 冷却速度减小时，铸铁组织依次为：麻口铸冷却速度减小时，铸铁组织依次为：麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁、铁素体灰口铸铁铁、铁素体灰口铸铁2.1 2.1 灰口铸铁的

8、组织灰口铸铁的组织 o 所有灰口铸铁组织特征：钢的基体片状石墨所有灰口铸铁组织特征：钢的基体片状石墨o 按基体组织分：按基体组织分： 铁素体基；铁素体基； 珠光体基；铁素体珠光体基珠光体基；铁素体珠光体基石墨的晶体结构石墨的晶体结构 石墨的晶体结构如右图。简单石墨的晶体结构如右图。简单六方点阵，基面碳原子呈六角六方点阵，基面碳原子呈六角网目状，相邻两层基面间网目网目状，相邻两层基面间网目是错开的。同一层内，碳原子是错开的。同一层内，碳原子之间为共价键，结合较强。层之间为共价键，结合较强。层层间为分子键，结合弱。导致层间为分子键，结合弱。导致石墨基面易滑动，具有润滑作石墨基面易滑动，具有润滑作用

9、。石墨本身的强度和塑性非用。石墨本身的强度和塑性非常低。常低。由于铁液化学成分、冷却速度由于铁液化学成分、冷却速度以及铁液处理方法不同，铸铁以及铁液处理方法不同，铸铁中的碳除了少量固溶于铁素体中的碳除了少量固溶于铁素体外，既可以形成石墨碳，也可外，既可以形成石墨碳，也可以形成渗碳体。以形成渗碳体。灰灰 口铸口铸铁铁 的显的显 微组微组 织织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，但石墨对铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，但石墨对铸铁的力学性能的影响具有决定性意义。铸铁含铸铁的力学

10、性能的影响具有决定性意义。铸铁含有比钢更多的能引起铁素体固溶强化的硅锰和其有比钢更多的能引起铁素体固溶强化的硅锰和其他元素，因此，铸铁的强度和硬度都要比钢强些。他元素，因此，铸铁的强度和硬度都要比钢强些。同时，石墨也会降低铸铁的拉伸、韧性等性能。同时，石墨也会降低铸铁的拉伸、韧性等性能。主要原因？主要原因？p305一、要求石墨数量减少、片变细小、分布均匀、一、要求石墨数量减少、片变细小、分布均匀、形状从片状改变为团状或球状，进而提高铸形状从片状改变为团状或球状，进而提高铸铁的力学性能。铁的力学性能。二、铸铁的力学性能会随基体组织中珠光体数量二、铸铁的力学性能会随基体组织中珠光体数量增加而提高，

11、要求在珠光体基体分布的石墨增加而提高，要求在珠光体基体分布的石墨数量少，片要细小，分布均匀。数量少，片要细小，分布均匀。改善途径改善途径2.2 铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程o 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。石墨化。o 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。也可以由渗碳体加热时分解得到。Po 铁碳合金的结晶过程和铁碳合金的结晶过程和组织形成规律，可用组织形成规律，可用FeFe3C相图和相图和FeC（石墨）相图综合在一（石墨）相图综合在一起形成的铁碳双重相图起形成的铁碳双重相图

12、来描述（右图）。图中来描述（右图）。图中实线表示实线表示FeFe3C相图，相图，虚线表示虚线表示FeC（石墨）（石墨）相图。虚线与实线重合相图。虚线与实线重合的线条都用实线表示。的线条都用实线表示。右图可见，虚线在实线右图可见，虚线在实线的上方或左上方。表明的上方或左上方。表明FeC（石墨）系较（石墨）系较 FeFe3C系更为稳定。系更为稳定。复线铁碳相图复线铁碳相图Po 对比对比FeFe3C相图和相图和FeC（石墨）相图，（石墨）相图，发现在同一温度条件下，发现在同一温度条件下，稳定相石墨在溶液、奥稳定相石墨在溶液、奥氏体和铁素体中的溶解氏体和铁素体中的溶解度比亚稳相渗碳体溶解度比亚稳相渗碳

13、体溶解度小，奥氏体度小，奥氏体-石墨共晶石墨共晶和共析的平衡反应温度和共析的平衡反应温度高于奥氏体高于奥氏体-渗碳体共晶渗碳体共晶和共析的，奥氏体和共析的，奥氏体-石墨石墨共晶点和共析点的含碳共晶点和共析点的含碳量也分别低于奥氏体量也分别低于奥氏体-渗渗碳体共晶点和共析点的碳体共晶点和共析点的含碳量。含碳量。o 石墨化温度阶段石墨化温度阶段 o第一阶段：从铸铁液相中结晶第一阶段：从铸铁液相中结晶出一次石墨（过共晶合金）和出一次石墨（过共晶合金）和通过共晶反应结晶出共晶石墨；通过共晶反应结晶出共晶石墨；或通过渗碳体在共晶温度以上或通过渗碳体在共晶温度以上高温分解形成石墨。高温分解形成石墨。o中间

14、阶段：从铸铁奥氏体相中中间阶段：从铸铁奥氏体相中析出二次石墨，或通过渗碳体析出二次石墨，或通过渗碳体在共晶温度和共析温度间发生在共晶温度和共析温度间发生分解而形成石墨分解而形成石墨; ;o第二阶段：在铸铁的共析转变第二阶段：在铸铁的共析转变过程中析出石墨，或通过渗碳过程中析出石墨，或通过渗碳体在共析温度附近及以下分解体在共析温度附近及以下分解形成石墨。形成石墨。P铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例） 石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组织铸铁的显微组织 铸铁类型铸铁类型 第一阶段第一阶段石墨化石墨化 第二阶段石第二阶段石

15、墨化墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行F+G（石墨片）（石墨片） 灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Ld+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Ld白口铸铁白口铸铁2.3 2.3 影响石墨化的因素影响石墨化的因素o 合金元素的影响合金元素的影响铸铁中常见的合金元素有：铸铁中常见的合金元素有：C C，SiSi，P P，MnMn，S S等。等。1.C1.C，SiSi，P PC C，Si Si 强烈促进石墨化，调整其含量可控制强烈促进石墨化，调整其含量可控制铸铁的组织和性能，铸铁的组织和性能，P P能促进石墨化，作用能促进石墨化，作用

16、较小。较小。SiSi，P P能使共晶点左移能使共晶点左移 合金元素的影响合金元素的影响2.Mn2.Mn，S S的影响的影响阻碍石墨化阻碍石墨化MnMn溶于溶于FeFe3 3C C中，增加中，增加FeFe与与C C的结合力，从而阻止石的结合力，从而阻止石墨化。少量的墨化。少量的S S就能形成就能形成FeSFeS或或MnSMnS，以，以FeSFeSFeFe共晶共晶形式分布于晶界，阻碍形式分布于晶界，阻碍C C原子扩散；原子扩散；S S可以降低铁水可以降低铁水的流动性，恶化铸件性能。的流动性，恶化铸件性能。Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Nb、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg，Nb为中性元

17、素，Nb之前为石墨化元素，之后为反石墨化元素，各元素位置离Nb越远，其作用越强。 p309影响石墨化的因素影响石墨化的因素o 冷却速度的影响冷却速度的影响铸铁的凝固冷却速度主要依靠铸件的壁厚，铸铸铁的凝固冷却速度主要依靠铸件的壁厚，铸件壁愈厚，冷却件壁愈厚，冷却速度愈小。冷速速度愈小。冷速慢有利于按慢有利于按Fe-CFe-C相图进行结晶，相图进行结晶，石墨化越容易进石墨化越容易进行。冷速快有利行。冷速快有利于形成白口铁于形成白口铁不同不同C+SiC+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织 o C和和Si时影响铸铁组织时影响铸铁组织和性能的主要元素，为和性能

18、的主要元素，为综合考虑它们的影响，综合考虑它们的影响，引入碳当量（引入碳当量（Ceq）和共）和共晶度（晶度（Sc）的概念。）的概念。o 随着铸铁碳当量和共晶随着铸铁碳当量和共晶度的增加，石墨的数量度的增加，石墨的数量增多且变得粗大，铁素增多且变得粗大，铁素体数量增加，石墨的数体数量增加，石墨的数量增多且变得粗大，铁量增多且变得粗大，铁素体数量增加。右图为素体数量增加。右图为铸铁的共晶度和壁厚与铸铁的共晶度和壁厚与铸铁组织的关系。铸铁组织的关系。三、石墨与基体对铸铁组织性能的影响三、石墨与基体对铸铁组织性能的影响o 石墨十分松软而脆弱，抗拉强度在石墨十分松软而脆弱，抗拉强度在20MPa以下，伸长

19、率趋近于零。因此，石墨就像基以下，伸长率趋近于零。因此，石墨就像基体组织中的孔洞和裂缝，可以把铸铁看成是体组织中的孔洞和裂缝，可以把铸铁看成是含有大量孔洞和裂缝的钢。含有大量孔洞和裂缝的钢。o 石墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显石墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。著影响。o 改善石墨形状是提高铸铁性能的一条最重要改善石墨形状是提高铸铁性能的一条最重要的途径。的途径。 o 铸铁基体中铁素体相铸铁基体中铁素体相越多，铸铁塑性越好；越多，铸铁塑性越好；基体中珠光体数量越基体中珠光体数量越多，则铸铁的抗拉强多，则铸铁的抗拉强度和硬度越高（见右度和硬度越高（见右图）。图）。 o 只有当石墨

20、为团絮状、蠕虫状或球状时，改只有当石墨为团絮状、蠕虫状或球状时，改变基体组织才能显示出其对性能的影响。变基体组织才能显示出其对性能的影响。o 强化铸铁时，一方面要改变石墨的数量大小、强化铸铁时，一方面要改变石墨的数量大小、形态和分布，尽量减少石墨的有害作用；另形态和分布，尽量减少石墨的有害作用；另一方面又可通过合金化、热处理或表面处理一方面又可通过合金化、热处理或表面处理方法调整基体组织，提高基体性能，以改变方法调整基体组织，提高基体性能，以改变铸铁的强韧性。铸铁的强韧性。四四 孕育铸铁孕育铸铁o 由于普通灰铁由于普通灰铁G G片粗大，强度低，片粗大，强度低，o 从而发展了孕育铸铁从而发展了孕

21、育铸铁o 孕育铸铁：在浇铸前向铁水中加入少量可以孕育铸铁：在浇铸前向铁水中加入少量可以成为成为G G结晶核心的物质（孕育剂），使铸铁结晶核心的物质（孕育剂），使铸铁中片状石墨细化，称为孕育处理，经孕育处中片状石墨细化，称为孕育处理，经孕育处理的铸铁称为孕育铸铁。理的铸铁称为孕育铸铁。o 孕育剂：孕育剂：SiFeSiFe合金（合金（7575SiSi），），SiSiCaCa合金，合金，SiSiCaCaReRe合金，合金，SiSiBaBaCaCa合金等合金等硅铁硅铁硅钙硅钙孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后o 孕育铸铁的特点孕育铸铁的特点1.1.成分成分 C C，SiSi含量低于普通灰铁。含量

22、低于普通灰铁。MnMn含量高于灰铁，目的含量高于灰铁，目的 在于中和在于中和S S的影响，获得的影响，获得P P和提高强度。和提高强度。2.2.组织：基体组织为珠光体，细小的片状石墨分布于基体中组织：基体组织为珠光体，细小的片状石墨分布于基体中3.3.性能：与普通灰铁相比，性能：与普通灰铁相比， 抗拉强度，耐磨性明显提高，抗拉强度，耐磨性明显提高， 伸长率、冲击韧性伸长率、冲击韧性a ak k提高较少。提高较少。五五 灰铸铁合金化及热处理灰铸铁合金化及热处理o 合金化合金化 为进一步改善灰铁的力学性能，加入少量的为进一步改善灰铁的力学性能，加入少量的CrCr，NiNi，CuCu，MoMo，V

23、V，TiTi，主要作用：，主要作用： 进一步强化基体进一步强化基体 细化石墨片和改善其分布细化石墨片和改善其分布 TiTi细化晶粒细化晶粒 CuCu，MoMo提高耐热性提高耐热性o 热处理热处理o热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。o灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有： 消除应力退火：消除应力退火：500500 石墨化退火（消除白口铁退火）石墨化退火（消除白口铁退火）铸件表面冷速快，易形成白口铁，为降低其硬度铸件表面冷速快，易形成白口铁，为降低其硬度及脆性，便于机加工，需进行石墨化退火及脆性，便于机加工，需

24、进行石墨化退火900-950 900-950 ，2-5h2-5h，使共晶，使共晶Fe3CFe3CA AG G 表面淬火表面淬火 灰铸铁件灰铸铁件汽缸套汽缸套活塞环活塞环灰铸铁合金化及热处理灰铸铁合金化及热处理o 制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件, ,如机床床身、各种箱体、壳如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)(HT-250)变速箱体变速箱体六六 灰铸铁的用途和牌号灰铸铁的用途和牌号灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号o 灰铸铁牌号由灰铸铁牌号由“灰铁灰铁”

25、二字拼音字首二字拼音字首“HT”和其后和其后的数字组成，数字表示最低抗拉强度的数字组成，数字表示最低抗拉强度b b，例如，例如HT200HT200。第三节第三节 可锻铸铁可锻铸铁一、概述一、概述o 亦称玛铁，玛钢。是由白口铁经过退火而制得的一亦称玛铁，玛钢。是由白口铁经过退火而制得的一种高强度铸铁，种高强度铸铁，石墨呈团絮状的灰口铸铁石墨呈团絮状的灰口铸铁，性能优于，性能优于灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳钢，可部分代替灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳钢，可部分代替碳钢，合金钢和有色金属。碳钢，合金钢和有色金属。o 可锻铸铁实际并不能锻造加工，只是塑性较好而已可锻铸铁实际并不能锻造加工，只是塑

26、性较好而已o 分类分类 黑心可锻铸铁：黑心可锻铸铁：KTH300KTH3000606 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 KTZ450-06KTZ450-06 白心可锻铸铁白心可锻铸铁 KTB380-12KTB380-12如何制造白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁？如何制造白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁？o 白心可锻铸铁是将铸成的白口铸件放置在退火箱中白心可锻铸铁是将铸成的白口铸件放置在退火箱中围以氧化介质（铁磷、炼钢炉渣），密封后放在炉围以氧化介质（铁磷、炼钢炉渣），密封后放在炉内加热退火。加热的目的在于使铸铁中的碳扩散到内加热退火。加热的目的在于使铸铁中的碳扩散到铸件表面，碳在铸件表面的氧化将铸铁中的碳大部

27、铸件表面，碳在铸件表面的氧化将铸铁中的碳大部分脱除，使铸件的组织和含碳量和钢相似，断口呈分脱除，使铸件的组织和含碳量和钢相似，断口呈白色。白色。o 黑心可锻铸铁是将铸成的白口铸件置于箱中围以中黑心可锻铸铁是将铸成的白口铸件置于箱中围以中性介质（高炉炉渣、细砂），密封后放在炉内加热性介质（高炉炉渣、细砂），密封后放在炉内加热退火，使铸件中的退火，使铸件中的渗碳体渗碳体发生分解、形成团絮状石发生分解、形成团絮状石墨，断口心部呈暗黑色，断口边缘因碳脱除呈灰白墨，断口心部呈暗黑色，断口边缘因碳脱除呈灰白色。色。o 白口铸铁脱碳应采用怎样的热处理？白口铸铁脱碳应采用怎样的热处理？ 退火温度：退火温度：9

28、801050，保温时间，保温时间35天，天，适用于薄片。适用于薄片。o 黑心可锻铸铁应采用怎样的热处理？黑心可锻铸铁应采用怎样的热处理？ 加热温度：加热温度：870950，时间短。，时间短。 为什么黑心可锻铸铁需要加热温度低，时间短？为什么黑心可锻铸铁需要加热温度低，时间短？二、二、 可锻铸铁的化学成分可锻铸铁的化学成分o 获得合乎要求的白口铸铁是生产可锻铸铁的前提，获得合乎要求的白口铸铁是生产可锻铸铁的前提，所以选择好化学成分，目的在于保证铸件呈现白口，所以选择好化学成分，目的在于保证铸件呈现白口，又保证白口逐渐在随后退火时渗碳体能较快地分解，又保证白口逐渐在随后退火时渗碳体能较快地分解，保

29、证铸铁浇铸后获得白口铁组织非常重要。保证铸铁浇铸后获得白口铁组织非常重要。o 为此，促进石墨化元素应降低，阻碍石墨化元素可为此，促进石墨化元素应降低，阻碍石墨化元素可相对提高。相对提高。（C C、SiSi；MnMn、CrCr、S S）问题：为什么生产可锻铸铁时，铸件必须凝固为白口问题：为什么生产可锻铸铁时，铸件必须凝固为白口铸铁呢？铸铁呢？P314P314 二、二、 可锻铸铁的化学成分可锻铸铁的化学成分o 由于由于C C，SiSi强烈促进石墨化，所以含量不能太高，加少量孕强烈促进石墨化，所以含量不能太高，加少量孕育剂育剂AlAl，BiBi。阻碍石墨化元素锰、铬、硫等可适当提高。阻碍石墨化元素锰

30、、铬、硫等可适当提高。 可锻铸铁的化学成分可锻铸铁的化学成分( (w w/%)/%)可锻铸铁名称可锻铸铁名称C CSiSiMnMnS SP PCrCr黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁2.32.33.23.21.01.01.61.60.30.30.60.60.00.05 50.150.150.00.04 40.10.10.00.02 20.050.05白心可锻铸铁白心可锻铸铁2.82.83.43.40.30.31.01.00.30.30.80.80.00.05 50.250.250.00.04 40.10.10.00.03 30.10.1 三、三、 可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产可锻铸铁生产分两个步骤。可

31、锻铸铁生产分两个步骤。 o 第一步，先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，第一步，先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨；到团絮状石墨；o 第二步，进行长时间的石墨化退火处理。第二步，进行长时间的石墨化退火处理。将白口铸铁加热到将白口铸铁加热到900 900 960 960 ，长时间保温，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过程。随后以较快的速度（墨化过程。随后以较快的速度（100 /h100 /h）冷却通过）冷却通过共析转

32、变温度区，得到共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁珠光体基体的可锻铸铁。三、三、 可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产 若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至720 720 760 760 后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在三阶段石墨化，在650 650 700 700 出炉冷却至室温，出炉冷却至室温，可以得到可以得到铁素体基体的可锻铸铁。铁素体基体的可锻铸铁。 为了缩短时间，并细化组织，提高机械性能，可为了缩短时间

33、，并细化组织，提高机械性能，可在铸造时采取孕育处理。孕育剂能强烈阻碍凝固时形在铸造时采取孕育处理。孕育剂能强烈阻碍凝固时形成石墨和退火时促进石墨化。成石墨和退火时促进石墨化。采用采用0.001%0.001%硼、硼、0.006%0.006%铋和铋和0.008%0.008%铝的孕育剂，铝的孕育剂，可将退火时间由可将退火时间由7070多小时缩多小时缩短至短至3030小时。小时。 四、四、可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火四、可锻铸铁的组织四、可锻铸铁的组织o 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁如果白口铁在退火过

34、程如果白口铁在退火过程中，石墨化充分进行，则中，石墨化充分进行，则退火后可得到铁素体基体退火后可得到铁素体基体团絮状石墨组织，该类团絮状石墨组织，该类铸铁心部呈黑绒色，表层铸铁心部呈黑绒色，表层因退火有时脱碳而呈白亮因退火有时脱碳而呈白亮色，故称黑心可锻铸铁。色，故称黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 四、可锻铸铁的组织四、可锻铸铁的组织o 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 如果石墨化进如果石墨化进行的不充分，退行的不充分，退火后的组织为珠火后的组织为珠光体团絮状石光体团絮状石墨，则为珠光体墨，则为珠光体可锻铸铁可锻铸铁珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 o 白心可锻铸铁白心可锻铸铁在长期退火过程中

35、，发生氧化脱碳得到的，表在长期退火过程中，发生氧化脱碳得到的，表层为铁素体，心部为珠光体团絮状石墨，层为铁素体，心部为珠光体团絮状石墨，其断口颜色表层呈黑绒色，心部白色，故称其断口颜色表层呈黑绒色，心部白色，故称白心可锻铸铁。白心可锻铸铁。力学性能差，生产工艺复杂，应用较少。力学性能差，生产工艺复杂，应用较少。四、可锻铸铁的组织可锻铸铁的组织五、可锻铸铁的性能五、可锻铸铁的性能o 组织特点组织特点 石墨团絮状分布，对基体割裂和破坏少，石墨石墨团絮状分布，对基体割裂和破坏少，石墨尖端引起的应力集中小，因而可锻铸铁力学性能尖端引起的应力集中小，因而可锻铸铁力学性能比灰口铸铁高（石墨片状），接近球墨

36、铸铁。比灰口铸铁高（石墨片状），接近球墨铸铁。o 性能特点性能特点优点：成本低，质量稳定，铁液易处理，便于流水优点：成本低，质量稳定，铁液易处理，便于流水生产线生产，适宜生产形状复杂，薄壁铸件，加工生产线生产，适宜生产形状复杂，薄壁铸件，加工性好，易切削。性好，易切削。缺点：不能焊接缺点：不能焊接可锻铸铁的牌号和机械性能可锻铸铁的牌号和机械性能分分类类 牌牌 号号铸铁铸铁壁厚壁厚mmmm试棒试棒直径直径mmmm抗拉抗拉强度强度 b b MPaMPa延伸延伸率率 % %硬度硬度 HBHB 应用举例应用举例铁铁素素体体基基 KT300-6KT300-6121216163003006 6120163

37、120163弯头、三通等管件弯头、三通等管件KT330-8KT330-8121216163303308 8120163120163螺丝扳手等，犁刀、犁柱、螺丝扳手等，犁刀、犁柱、车轮壳等车轮壳等KT350-10KT350-10121216163503501010120163120163汽车拖拉机前后轮壳、减速汽车拖拉机前后轮壳、减速器器KT370-12KT370-12121216163703701212120163120163壳、转向节壳、制动器等壳、转向节壳、制动器等 珠珠光光体体基基 KT450-5KT450-5 16164504505 5152219152219曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、

38、曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、 KTZ500-4KTZ500-4 16165005004 4179241179241活塞环、轴套、万向接头、活塞环、轴套、万向接头、KTZ600-3KTZ600-3 16166006003 3201269201269棘轮、扳手、传动链条棘轮、扳手、传动链条第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁o 40年代末年代末50年代初，铁液中添加镁或铈，年代初，铁液中添加镁或铈，使铸铁中石墨直接凝固后为球状；使铸铁中石墨直接凝固后为球状；o 50年代初，我国采用纯镁作球化剂成功制年代初，我国采用纯镁作球化剂成功制成球墨铸铁，但处理工艺复杂，铸造缺陷严成球墨铸铁，但处理工艺复杂，铸造缺陷

39、严重，影响球墨铸铁推广；重，影响球墨铸铁推广；o 60年代，稀土镁复合球化剂应用和球化处年代，稀土镁复合球化剂应用和球化处理工艺的变革推动了球墨铸铁的发展理工艺的变革推动了球墨铸铁的发展o 将普通灰铁成分的铁液进行球化处理和孕育处将普通灰铁成分的铁液进行球化处理和孕育处理，使石墨以球状存在，由此获得的铸铁。理，使石墨以球状存在，由此获得的铸铁。o 优点优点 从球状石墨对铸铁基体连续性的破坏和缺口效应的从球状石墨对铸铁基体连续性的破坏和缺口效应的大小来看，其优于片状石墨和团絮状石墨，球形的石墨大小来看，其优于片状石墨和团絮状石墨，球形的石墨对基体的破坏作用和在基体中引起的应力集中显著下降。对基体

40、的破坏作用和在基体中引起的应力集中显著下降。球墨铸铁具有比灰铁高的多的强度，塑性和韧性，同时球墨铸铁具有比灰铁高的多的强度，塑性和韧性，同时也有良好的耐磨性和减震性，也有良好的耐磨性和减震性， 其综合机械性能接近于其综合机械性能接近于钢。因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中钢。因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用得到了广泛的应用。 第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁石墨的形状对力学性能的影响石墨的形状对力学性能的影响o 石墨球越规整，球径越小，分布越均匀，球石墨球越规整，球径越小，分布越均匀，球铁的力学性能越高。铁的力学性能越高。o 球化剂质量不高，添加量不足，或铁

41、液的含球化剂质量不高，添加量不足，或铁液的含硫量过高以致球化元素在硫化合后剩余少量硫量过高以致球化元素在硫化合后剩余少量时，会产生石墨球化不良的现象。形成的团时，会产生石墨球化不良的现象。形成的团片状或厚片状石墨将显著降低疲劳极限。片状或厚片状石墨将显著降低疲劳极限。p317石墨的球化石墨的球化一、球化方法一、球化方法 加入球化剂，使石墨结晶为球形加入球化剂，使石墨结晶为球形. .球化剂：球化剂：MgMg，稀土硅铁合金，稀土，稀土硅铁合金，稀土 硅铁镁合金（应用最广泛）硅铁镁合金（应用最广泛）孕育处理：由于球化处理只能在铁液中孕育处理：由于球化处理只能在铁液中有石墨核心时，才能促进石墨生成球有

42、石墨核心时，才能促进石墨生成球形，而常用的球化剂都强烈阻碍石墨形，而常用的球化剂都强烈阻碍石墨化，因此，在球化处理同时，必须进化，因此，在球化处理同时，必须进行孕育处理（石墨化处理），获得球行孕育处理（石墨化处理），获得球径小，数量多，圆度好，分布均匀的径小，数量多，圆度好，分布均匀的球状石墨球状石墨孕育剂：孕育剂：7575的硅铁合金的硅铁合金硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁 球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织和性能o 组织组织金属基体球状石墨金属基体球状石墨金属基体：铁素体基，珠光体基，贝氏体基金属基体：铁素体基，珠光体基，贝氏体基铁素体基球墨铸铁（高韧性球墨铸铁），其中铁素体基球墨铸铁（高韧性

43、球墨铸铁），其中F F占占8080以上，有优良的抗拉强度，塑性和冲击韧以上，有优良的抗拉强度，塑性和冲击韧性，伸长率可达性，伸长率可达1010以上，制作汽车，拖拉机底以上，制作汽车，拖拉机底盘等盘等. . 球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织和性能珠光体基体球墨铸铁中珠光体占珠光体基体球墨铸铁中珠光体占8080，是球墨铸，是球墨铸铁中应用最多的，抗拉强度高于铁素体基体球墨铁中应用最多的，抗拉强度高于铁素体基体球墨铸铁，屈强比可达铸铁，屈强比可达0.7-0.80.7-0.8，常用来制作汽车，拖，常用来制作汽车，拖拉机曲轴拉机曲轴. .贝氏体基球墨铸铁是由等温淬火获得，高强度，贝氏体基球墨铸铁是由等

44、温淬火获得，高强度，高硬度，高疲劳极限，良好的冲击韧性。用于承高硬度，高疲劳极限，良好的冲击韧性。用于承受受交变负荷和高耐磨零件，如汽车，拖拉机的受受交变负荷和高耐磨零件，如汽车，拖拉机的传动齿轮传动齿轮. .珠光体基体球墨铸铁金相组织珠光体基体球墨铸铁金相组织 铁素体球墨铸铁金相铁素体球墨铸铁金相 混合基体球墨铸铁金相组织混合基体球墨铸铁金相组织 制品制品( (轧辊与辊环轧辊与辊环) )贝氏体基球墨铸铁贝氏体基球墨铸铁o 不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。球墨铸铁的牌号和机械性能球墨铸铁的牌号和机械性能 机械性能机械性能 牌号牌号基体基体 b b MPaMP

45、a 0.20.2 MPaMPa % %HBHB应应 用用 举举 例例QT400-18QT400-18铁素体铁素体4004002502501818130130180180 汽车、拖拉机床底盘零汽车、拖拉机床底盘零件；件；16-6416-64大气压阀门的阀大气压阀门的阀体、阀盖体、阀盖QT400-15QT400-15铁素体铁素体4004002502501515130130180180QT450-10QT450-10铁素体铁素体4504503103101010160160210210QT500-7QT500-7铁素体铁素体+ +珠光体珠光体5005003203207 7 170170230 230

46、机油泵齿轮机油泵齿轮QT600-3QT600-3珠光体珠光体+ +铁素体铁素体6006003703703 3190190270270 柴油机、汽油机曲轴；柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸空压机、冷冻机缸体、缸套套QT700-2QT700-2珠光体珠光体7007004204202 2225225305305QT800-2QT800-2珠光体珠光体8008004804802 2245245335335QT900-2QT900-2下贝氏体下贝氏体9009006006002 2 280280360 360 汽车、拖拉机传动齿轮汽车、拖拉机传动齿轮球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织和性能 球墨铸铁和球墨铸铁和4545钢的疲劳强度钢的疲劳强度 材材 料料 对称弯曲疲劳强度对称弯曲疲劳强度 /MPa/MPa 光滑试样光滑试样 光滑带孔光滑带孔试样试样 带台肩试样带台肩试样 带孔、带台带孔、带台肩试样肩试样 珠光体珠光体球墨铸铁球墨铸铁 255 255 100% 100% 205 205 80% 80% 175 175 68% 68% 155 155 61% 61% 4545号钢号钢 305 305 100% 100% 225 225 74% 74% 195 195 64% 64% 155 155 51% 5