第二章 常用合金铸件的生产

1、第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。素的多元铁基合金。铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一。同时它具有优良的铸造性、切削加工性、减摩性、吸振之一。同时它具有优良的铸造性、切削加工性、减摩性、吸振性、低的缺口敏感性、生产简便、成本低廉等优点，是应用最性、低的缺口敏感性、生产简便、成本低廉等优点，是应用最广泛的材料之一。比如，在汽车发动机中，铸铁占广泛的材料之一。比如，在汽车发动机中，铸铁占

2、80%80%。同钢。同钢一样，铸铁也是一样，铸铁也是FeFe、C C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（碳含量大于高（碳含量大于2.112.11），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。制方法。 第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产铸铁应用举例铸铁应用举例铸铁曲轴铸铁曲轴机床床身机床床身单缸柴油发动机缸体单缸柴油发动机缸体2.1.1 2.1.1 铸铁分类铸铁分类铸铁分类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分铸铁分

3、类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分特征，可将铸铁分为特征，可将铸铁分为5类。类。1、灰口铸铁、灰口铸铁2、球墨铸铁、球墨铸铁3、白口铸铁、白口铸铁4、可锻铸铁、可锻铸铁5、合金铸铁、合金铸铁断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在断口呈银白色，碳除少量溶于铁素体外，其余以渗碳断口呈银白色，碳除少量溶于铁素体外，其余以渗碳体形式存在体形式存在白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳的可锻过处理，石墨白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳的可锻过处理，石墨呈团絮状。虽

4、有较高的韧性，但不可锻。呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。低合金、中合金（低合金、中合金（510%）和高合金）和高合金灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁球墨铸铁球墨铸铁铸铁铸铁名称名称石墨石墨形态形态基体基体组织组织编编 号号 方方 法法牌号实例牌号实例灰铸铁灰铸铁片状片状FHT + 一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值（Mpa）“HT”表示灰铸铁代号表示灰铸铁代号HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁可锻铸铁团团絮絮状状FKTH +两组数字两组数字KTB +两组数字两组数字KTZ +两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450

5、-06球墨铸铁球墨铸铁球状球状FQT + 两组数字两组数字第一组数字表示最低抗拉强第一组数字表示最低抗拉强度值，度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率第二组数字表示最低伸长率值，值，%。“QT”表示表示 球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕蠕虫虫状状FRuT + 一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值, MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法铸铁的分类与牌号表示方法 2.1.2 2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化石墨是碳的单质之一，其

6、强度、塑性、韧性几乎为零。铸石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)(G)两种形式存在两种形式存在。在前面介绍过在前面介绍过Fe-FeFe-Fe3 3C C相图，按这相图，按这张相图自液态冷却下来的张相图自液态冷却下来的Fe-CFe-C合金固合金固态一般为态一般为铁素体及渗碳体铁素体及渗碳体两相。两相。实际实际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。是稳定相。因此描述铁碳合金组织转因此描述铁碳

7、合金组织转变的相图实际上有两个，变的相图实际上有两个，一个是一个是Fe-Fe-FeFe3 3C C系相图，另一个是系相图，另一个是Fe-GFe-G系相图。系相图。把两者迭合在一起，就得到一个双重把两者迭合在一起，就得到一个双重相图。相图。Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图L+GL+Fe3CFe-Fe3C和和Fe-G双重相图双重相图D1 1、铸铁的石墨化、铸铁的石墨化铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出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。石墨

8、化分三个阶段石墨化分三个阶段 液相冷却到液相冷却到CD后，开后，开始析出一次石墨始析出一次石墨（GI）DC 液相冷却液相冷却ECF线线后，开后，开始发生共晶转变始发生共晶转变第一阶段第一阶段LC+G共晶共晶AE1154C第二阶段第二阶段DC 在在共晶温度和共析温度之共晶温度和共析温度之间（间（1154738C），），碳碳在奥氏体中的溶解度降低，在奥氏体中的溶解度降低，开始析出二次石墨（开始析出二次石墨（GII）+GIIASAE1154738C第三阶段第三阶段+G共析共析FP738CAS 在在共析温度时，发生共析共析温度时，发生共析转变转变共晶铸铁的石墨经过程共晶铸铁的石墨经过程石墨形态石墨形态

9、基体组织基体组织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、二第一、二阶段石墨阶段石墨化化 第三阶段第三阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行F+G 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Le+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Le白口铸铁白口铸铁2、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素（1）化学成分的影响）化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素碳和硅是强烈促进石墨化的元素

10、碳、硅含量过低，易出现白碳、硅含量过低，易出现白口组织，口组织，力学性能和铸造性力学性能和铸造性能变差。能变差。碳、硅含量过高碳、硅含量过高, ,会使石墨数会使石墨数量多且粗大，量多且粗大，基体内铁素体基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。量增多，降低铸件的性能。白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响麻口铸铁麻口铸铁 碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C2.54.0%C，1.03.0%Si1.03.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用等元素对石墨化有促进作用 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化等元素

11、阻碍石墨化磷可微弱促进石墨化，磷可微弱促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高只有耐磨铸铁中磷含量偏高 (达达0.3%以上以上)。所以：硫含量限制在所以：硫含量限制在0.1-0.15%0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。以下，高强度铸铁则应更低。 使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。硫量高硫量高易促使易促使碳碳以以FeFe3 3C C 白口组织白口组织；硫量高硫量高 热脆性；热脆性； 限制在限制在0.5%0.5%以下，高

12、强度铸铁则限制在以下，高强度铸铁则限制在0.20.3%0.20.3%以下。以下。锰是弱阻碍石墨化元素锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。高铸铁强度和硬度的作用。一般控制在一般控制在0.610.61.2%.2%之间之间（2）冷却速度的影响）冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe - G相相图进行，因而促进石墨化。图进行，因而促进石墨化。 快冷时由于过冷度大，结晶将按快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进行相图进行, 不利于石墨化不利于石墨化1 1）铸型材料）铸型材

13、料2 2）铸件壁厚）铸件壁厚 u 随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都 增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。u 铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。素体基体。铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁白口铸铁：白口铸铁：灰口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体+

14、铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体珠光体+ +铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：P+G片片P+F+G片片F+G片片 在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。以获得所需要的组织。2.1.3 2.1.3 铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点钢的基体钢

15、的基体+G（石墨）（石墨）基体组织有基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。三种。F+GF+P+GP+G 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。 消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶成分接近于共晶. 切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 力学性能低。力学性能低。由于石由于石墨相当于钢基体中的墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了

16、裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易基体的连续性，且易导致应力集中。导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较2.1.4 常用常用铸铁铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占类铸铁的总产量中，灰口铸铁占80%80%以上。以上。 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。1 1、成分和牌号、成分和牌号2.54.0%C，1.03.0%Si，0.251.0%Mn，0.020.20%S，0.050.50%PHT三位数字三位数字HT为灰铁汉语拼音的字首为灰

17、铁汉语拼音的字首后续的三位数表示直径为后续的三位数表示直径为30mm铸件铸件试样的最低抗拉强度试样的最低抗拉强度b（MPa）2 2、组织特点、组织特点灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁（1 1）力学性能低）力学性能低其其抗拉强度（抗拉强度（120-250Mpa）和塑性韧性（和塑性韧性（ 0）都远远低于钢。但都远远低于钢。但是，灰口铸铁在

18、受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻，是，灰口铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻，其其抗压强度是抗拉强度的抗压强度是抗拉强度的2.52.54 4倍倍。所以常用。所以常用灰口铸铁制造机床灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件床身、底座等耐压零部件。（2 2）耐磨性与消震性好）耐磨性与消震性好由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，存在，灰口铸铁的消震性优于钢灰口铸铁的消震性优于钢。（3 3）工艺性能好）工艺性能好由于由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，灰口铸铁

19、含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，由于石。另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。于钢。 灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：3 3、性能特点、性能特点4 4、灰口铸铁的孕育处理、灰口铸铁的孕育处理细化片状石墨，提高力学性能细化片状石墨，提高力学性能目的目的细珠光体基体上分布着细小片状石墨细珠光体基体上分布着细小片状石墨组织组织原因原因在铸造之前

20、向铁液中在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（或称变质剂加入了孕育剂（或称变质剂硅铁和硅钙合金硅铁和硅钙合金），结晶时石墨晶核数目增多，），结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。更为均匀地分布在基体中。结果结果不仅不仅强度有较大提高（强度有较大提高（b=250-400Mpa ），而，而且塑性和韧性也有改善且塑性和韧性也有改善。同时，由于孕育剂的加。同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁入，还可使铸铁对冷却速度的敏感性显著减少对冷却速度的敏感性显著减少，使各部位都能得到均匀一致的组织。使各部位都能得到均匀一致的组织。举例举例HT250、HT300、HT350经孕育

21、处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁，也称变质铸铁孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后必须指出：必须指出： 孕育铸铁原铁水的碳（孕育铸铁原铁水的碳（2.8-3.2%2.8-3.2%）、硅（）、硅（1-2%1-2%）含量不能太高（太高）含量不能太高（太高孕育后强度低）；孕育后强度低）； 原铁水出炉温度不应低于原铁水出炉温度不应低于14001400； 经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。 5 5、灰口铸铁的热处理、灰口铸铁的热处理热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨的形态和分布状态，热处理只改变铸铁的基体组

22、织，不改变石墨的形态和分布状态，但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。 消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)将铸件缓慢加热至将铸件缓慢加热至500600C适当保温（每适当保温（每100mm截面保温截面保温2h）后，随）后，随炉缓冷至炉缓冷至150200C出炉空冷，内应力可以消除出炉空冷，内应力可以消除90%。 灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有： 消除白口组织退火（高温退火）消除白口组织退火（高温退火）将铸件加热至将铸件加热至850950C保温保温14h后，随炉缓冷至后，随炉缓冷至400500

23、C出炉空冷，出炉空冷，最终得到最终得到铁素体或铁素体加珠光体基体铁素体或铁素体加珠光体基体，从而消除白口、降低硬度。，从而消除白口、降低硬度。 表面淬火表面淬火针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表面进行淬火处理，淬火后表面组织为面进行淬火处理，淬火后表面组织为马氏体加石墨马氏体加石墨。 6、用途、用途制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件, 适用适用于静载荷下，要求较高强度、硬于静载荷下，要求较高强度、硬度、耐磨性或气密性的铸件，特度、耐磨性或气密性的铸件，特别是别是厚大截面铸件。如重型机床如

24、重型机床床身床身、各种箱体、壳体、泵体、各种箱体、壳体、泵体、缸体缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体牌号牌号铸件壁厚铸件壁厚/mm/mm 最小抗拉强度最小抗拉强度 b b/MPa/MPa显微组织显微组织用途用途基体石墨HT1002.5102030102030501301009080F+P粗粗片状片状适于制造载荷小、对摩擦和磨损无特殊适于制造载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要的简单铸件，如防护罩、要求的不重要的简单铸件，如防护罩、盖、手轮、支架、以及钢锭模、冶矿设盖、手轮、支架、以及钢锭模、冶矿设备中的高炉平

25、衡锤、炼炉重锤等备中的高炉平衡锤、炼炉重锤等HT1502.510203010203050175145130120F+P较粗较粗片状片状用于制造承受中等载荷的铸件，如机座、用于制造承受中等载荷的铸件，如机座、刀架、床身、工作台、箱体、轴承座、刀架、床身、工作台、箱体、轴承座、支架、带轮、端盖、泵体、阀体、阀盖、支架、带轮、端盖、泵体、阀体、阀盖、进排气管等进排气管等HT2002.510203010203050220195170160P中等中等片状片状用于制造承受较大载荷和要求一定气密用于制造承受较大载荷和要求一定气密性或耐蚀性等重要铸件，如机床床身、性或耐蚀性等重要铸件，如机床床身、立柱、齿轮箱

26、、汽缸、活塞、刹车轮、立柱、齿轮箱、汽缸、活塞、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体等联轴器盘、中等压力阀体等HT2504.010203010203050270240220200P较细较细片状片状适于制造汽缸、油缸、衬筒、泵体、阀适于制造汽缸、油缸、衬筒、泵体、阀体、齿轮箱体、齿轮、划线平板、水平体、齿轮箱体、齿轮、划线平板、水平仪、内燃机的活塞环等仪、内燃机的活塞环等HT300102030203050290250230S或或T细小细小片状片状适于制造承受高载荷、耐磨和高气密性适于制造承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件，如重型机床、剪床、压力机重要铸件，如重型机床、剪床、压力机及自动车床的床身、机座

27、、机架，高压及自动车床的床身、机座、机架，高压液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸轮、衬套，大型发动机的曲轴、汽缸体、轮、衬套，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸套等汽缸套等HT350102030203050340290260S或或T细小细小片状片状灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途二、二、 球墨铸铁球墨铸铁在浇注前向铁水中加入在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，进行球化处理和孕育处理，则可获得则可获得石墨呈球状分布的铸铁石墨呈球状分布的

28、铸铁，称为，称为球墨铸铁，简称球墨铸铁，简称“球铁球铁”。1 1、成分和牌号、成分和牌号3.53.9%C 为了获得共晶成分的铸件为了获得共晶成分的铸件0.020.06%RE，0.030.06%Mg球化剂球化剂S0.06%硫与镁、稀土具有很强的亲和力硫与镁、稀土具有很强的亲和力2.02.6%Si镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理P0.1%，0.61.0%Mnl牌号表示：牌号表示： QT数字数字数字数字QT为球铁汉语拼音的字首为球铁汉语拼音的字首两组的数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率 QT40017 球化剂为稀土镁合金，加入

29、量一般为铁水重量的球化剂为稀土镁合金，加入量一般为铁水重量的1.0-1.0-1.6%1.6%。常用的孕育剂为含硅。常用的孕育剂为含硅75%75%的硅铁，加入量为铁水的硅铁，加入量为铁水重量的重量的0.4-1.0%0.4-1.0%。 孕育剂的作用：孕育剂的作用：促进铸铁石墨化，防止球化元素促进铸铁石墨化，防止球化元素( (如镁如镁) )所所造成的白口倾向造成的白口倾向 。 球化处理工艺有球化处理工艺有冲入法冲入法和和型内球化法型内球化法 。铁水合金球化剂硅铁粉铁水包出铁槽草木灰反应室反应室铸件铸件冒口冒口积渣包积渣包2 2、球化和孕育处理工艺、球化和孕育处理工艺 球化剂的作用：球化剂的作用：促使

30、石墨在结晶时呈球状析出。促使石墨在结晶时呈球状析出。3 3、组织特征、组织特征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 球墨铸铁的显微组织由球墨铸铁的显微组织由球形石墨和球形石墨和金属基体金属基体两部分组成。随着成分和两部分组成。随着成分和冷却速度的不同，球铁在铸态下的冷却速度的不同，球铁在铸态下的金属基体可分为金属基体可分为铁素体、铁素体加铁素体、铁素体加珠光体、珠光体珠光体、珠光体三种。三种。4 4、性能特点、性能特点 球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率

31、高。与灰口铸铁相比，高。与灰口铸铁相比，具有较高的强度、硬度和塑性具有较高的强度、硬度和塑性。 球状石墨直径越小，越分散，力学性能越好。球状石墨直径越小，越分散，力学性能越好。 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低。 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁强度较高，但塑性和韧性较低强度较高，但塑性和韧性较低。 强度是碳钢的强度是碳钢的7090%，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。 屈强比屈强比( 0.2 / b)高高, 约为约为0.70.

32、8, 而钢一般只有而钢一般只有0.60.8。 b=450500 MPa ; =17%b=600800 MPa ; =2% 球墨铸铁可以通过退火、正火、调质、等温淬火等热处理使基球墨铸铁可以通过退火、正火、调质、等温淬火等热处理使基体形成不同组织，从而改善其性能。体形成不同组织，从而改善其性能。承受震动、载荷大承受震动、载荷大的零件，的零件，如曲轴、如曲轴、传动齿轮传动齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴5 5、用途、用途牌号牌号抗拉强抗拉强度度b/MPa屈服强度屈服强度0.2/MPa伸长率伸长率/%布氏硬度布氏硬度HBW基体组织基体组织应用举例应

33、用举例QT400-1840025018120175F承受冲击和振动承受冲击和振动的零件，如汽车的零件，如汽车和拖拉机的轮毂、和拖拉机的轮毂、驱动桥壳体、农驱动桥壳体、农机零件，中低压机零件，中低压阀门及输气、输阀门及输气、输水管道水管道QT400-1540025015120180FQT450-1045031010160210FQT500-75003207170230F+PQT550-55503505180250F+PQT600-36003703190270P+F负荷大、受力复负荷大、受力复杂的零件，如汽杂的零件，如汽车、拖拉机的凸车、拖拉机的凸轮轴、连杆、曲轮轴、连杆、曲轴等轴等QT700-2

34、7004202225305PQT800-28004802245335P或或SQT900-29006002280360M回回或或T+S高强度齿轮，如高强度齿轮，如汽车上的螺旋齿汽车上的螺旋齿轮，拖拉机上的轮，拖拉机上的减速齿轮，内燃减速齿轮，内燃机曲轴等机曲轴等球墨铸件的分类、牌号、组织及用途球墨铸件的分类、牌号、组织及用途三、三、 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁是可锻铸铁是由白口铸铁经长时间石墨化退火而获得的一由白口铸铁经长时间石墨化退火而获得的一种高强度铸铁，种高强度铸铁，又叫玛钢。白口铸铁中的渗碳体在退火过程又叫玛钢。白口铸铁中的渗碳体在退火过程中中分解出团絮状石墨分解出团絮状石墨，所以明显减轻

35、了石墨对基体的割裂。，所以明显减轻了石墨对基体的割裂。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。KTKTHH、Z Z或或B B数字数字数字数字牌号中的牌号中的“KT”KT”表示表示“可铁可铁”二字汉语拼音的大写字头；二字汉语拼音的大写字头；“H”H”表示表示“黑心黑心”，“Z”Z”表示珠光体基体，表示珠光体基体， “B”B”表示白心表示白心 ；牌号后面的两组数字分别表示牌号后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率最低抗拉强度和最低延伸率。 KTH350KTH3501010KTZ550KTZ5500404KTB400KTB4000505

36、1 1、牌号表示：、牌号表示： 通常是将白口铸件加热到通常是将白口铸件加热到900980900980温度，一般保温温度，一般保温60806080小时，小时，炉冷炉冷使其中渗碳体分解让使其中渗碳体分解让“第一阶段石第一阶段石墨化墨化”充分进行形成团絮状石墨。充分进行形成团絮状石墨。 待待炉冷至炉冷至770770650650再长时间保温再长时间保温让让“第二阶段石墨化第二阶段石墨化”充分进行，充分进行，这样处理后获得这样处理后获得“黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁”。可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。 若取

37、消第二阶段的若取消第二阶段的770770650650长时间保温，只让第一阶段石长时间保温，只让第一阶段石墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体加团絮状石墨的体共存的基体加团絮状石墨的“白心可锻铸铁白心可锻铸铁”。 2 2、热处理、热处理 可锻铸铁的显微可锻铸铁的显微组织组织 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3、用途、用途用于制造形状复杂且承受振动用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如载荷的薄壁小型件，如汽车、汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、拖拉机

38、的前后轮壳、管接头、低压阀门低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件类别类别牌号牌号试样试样直径直径d/mm抗拉强度抗拉强度b/MPa屈服强度屈服强度0.2/MPa伸长率伸长率/%硬度硬度HBW应用举例应用举例铁素体可锻铁素体可锻铸铁铸铁KTH300-0612或153006不大于150弯头、三弯头、三通、螺丝通、螺丝扳手、汽扳手、汽车及拖拉车及拖拉机前后轮机前后轮壳、减速壳、减速器壳、制器壳、制动器等动器等KTH330-083308KTH350-1035020010KTH370-1237012珠光体可锻珠光体可锻铸铁铸铁KTZ450-064502706150220曲轴、凸曲轴、凸轮轴、连轮轴、

39、连杆、活塞杆、活塞环、耙片、环、耙片、万向接头、万向接头、棘轮、传棘轮、传动链条等动链条等KTZ550-045503404180230KTZ650-026504302210260KTZ700-027005302240290可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途四、四、 蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等 蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状蠕虫状G 铁素体基体

40、铁素体基体珠光体基体珠光体基体蠕墨铸铁的性能特蠕墨铸铁的性能特点：点：（1 1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨 铸铁相近。铸铁相近。（2 2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3 3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4 4）耐磨性比灰口铸铁好，为）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300HT300的的2.22.2倍以上。倍以上。（6 6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁

41、。近于球墨铸铁。（5 5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和代替高蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。锻铸铁生产复杂的大型铸件。如钢锭模、玻璃模具、如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。泵的泵体等。 玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快

42、冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce第二节第二节 铸钢件生产铸钢件生产 v一种重要的铸造合金；一种重要的铸造合金；v产量仅次于灰铁；产量仅次于灰铁；v约为可锻铸铁和球墨铸铁的总和。约为可锻铸铁和球墨铸铁的总和。2 2 合金钢合金钢1 1）低合金钢）低合金钢2 2）高合金钢）高合金钢Me5%Me5%Me5%一）铸钢的分类、性能、牌号及应用一）铸钢的分类、性能、牌号及应用 1 1 碳素钢碳素钢1 1）低碳钢）低碳钢2 2）中碳钢）中碳钢3 3）高碳钢）高碳钢C0.25%C0.25

43、%C=0.250.45%C=0.250.45%C=0.500.60%C=0.500.60%铸造性能差、应用较少。铸造性能差、应用较少。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能差、应用较少。铸造性能差、应用较少。ZG40MnZG40Mn、ZG40CrZG40Cr、ZG30CrMnSi ZG30CrMnSi 分类分类ZGMn13ZGMn13、ZG1Cr13ZG1Cr13、ZG1Cr18Ni9 ZG1Cr18Ni9 性能性能机械性能：机械性能：铸钢的强度、塑性和韧性较好，综合机械性能高；铸钢的强度、塑性和韧性较好，综合机械性能高；铸造性能：铸造性能： 熔点高熔点高 , , 钢液易氧化

44、钢液易氧化; ; 流动性差流动性差; ; 收缩量大收缩量大; ; 易产生铸造缺陷易产生铸造缺陷; ;二）铸钢的生产特点二）铸钢的生产特点 2. 2. 铸钢的铸造性能差铸钢的铸造性能差1. 1. 铸钢的熔炼铸钢的熔炼炼钢电炉炼钢电炉 为防止缩孔，应在铸钢件厚壁处设置冒口和冷铁，为防止缩孔，应在铸钢件厚壁处设置冒口和冷铁，创造顺序凝固条件；创造顺序凝固条件； 为防止热裂，应当提高型砂及型芯砂的容让性，具为防止热裂，应当提高型砂及型芯砂的容让性，具体做法是采用颗粒大而均匀的硅砂，或在型砂和型体做法是采用颗粒大而均匀的硅砂，或在型砂和型芯中加入锯屑或焦碳芯中加入锯屑或焦碳提高铸型退让性。提高铸型退让性

45、。铸钢的铸造工艺铸钢的铸造工艺 l铸钢浇注温度高，凝固温度范围大，因此其流动性比铸铸钢浇注温度高，凝固温度范围大，因此其流动性比铸铁差，收缩大，易产生粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、变铁差，收缩大，易产生粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、变形和裂纹等缺陷。形和裂纹等缺陷。增大浇铸系统截面积，保证足够的浇注温度等措施，提增大浇铸系统截面积，保证足够的浇注温度等措施，提高铁液的充型能力。高铁液的充型能力。型砂和型芯必须具有较高的耐火性、良好的透气性和退型砂和型芯必须具有较高的耐火性、良好的透气性和退让性，型砂中常加入糖浆、木屑等。让性，型砂中常加入糖浆、木屑等。铸型表面涂以耐火度较高的硅砂粉或锆砂粉涂料，以防铸

46、型表面涂以耐火度较高的硅砂粉或锆砂粉涂料，以防止粘砂。止粘砂。采用顺序凝固法，并可用较多的冒口和冷铁。采用顺序凝固法，并可用较多的冒口和冷铁。壁厚均匀的大型铸件，可开设多道内浇道，让钢液均匀、壁厚均匀的大型铸件，可开设多道内浇道，让钢液均匀、迅速地充满铸型。迅速地充满铸型。铸钢齿轮的铸型工艺铸钢齿轮的铸型工艺3. 3. 铸钢的热处理铸钢的热处理 由于铸钢件存在许多铸造缺陷由于铸钢件存在许多铸造缺陷, , 机械性能差机械性能差, , 特别特别是塑性低。此外还存在较大的是塑性低。此外还存在较大的铸造应力铸造应力。 铸钢经退火后，晶粒将进一步得以细化铸钢经退火后，晶粒将进一步得以细化，机械性能，机械

47、性能将更好。将更好。 铸钢经退火后的组织为铁素体珠光体，通常铸钢经退火后的组织为铁素体珠光体，通常退退火：火：C C 0.35% 0.35%，正火：正火：C C 0.35% 0.35%。钢号钢号旧旧钢号钢号化学成分的质量分数（化学成分的质量分数（%）用途举例用途举例CSiMnP、SZG200400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韧性高的各种用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等机械零件，如机座、箱体等ZG230450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韧性较高的各用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀种机械零

48、件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等体、砧座等ZG270500ZG350.400.500.900.04用于轧钢机机架、轴承座、连杆、用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等曲轴、缸体、箱体等ZG310570ZG450.500.600.900.04用于负荷较高的零件，如大齿轮、用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等缸体、制动轮、棍子等ZG340640ZG550.600.600.900.04用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等第三节第三节 铸造有色合金铸造有色合金一）铸造铜合金一）铸造铜合金1 1铸造黄铜铸造黄铜 (Cu-Zn) 铸 造 黄 铜 有 相 当 高 的 力 学 性 能 ， 如铸 造 黄 铜 有 相 当 高 的 力 学 性 能 ， 如b b=250450Mpa=25