工程材料学-8铸铁

1、 工工 程程 材材 料料 学学南京航空航天大学 梁文萍第八章 铸铁 8.2 8.2 灰铸铁灰铸铁 8.3 8.3 可锻铸铁可锻铸铁 8.4 8.4 球墨铸铁球墨铸铁 8.5 8.5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 8.1 8.1 概述概述学习要求和难点 学习重点：学习重点：1.铸铁的分类与编号铸铁的分类与编号 。2.铸铁的组织与性能特点铸铁的组织与性能特点 。3.影响石墨化的因素。影响石墨化的因素。400 C1400 C1200 C1000 C800 C600 C1600 CFe1% C2% C3% C4% C5% C6% C6.70% CLgad钢钢铸铸 铁铁引言引言n铸铁是铸铁是含碳量大于含碳量大于2.

2、11%2.11%并含并含有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素的的多元铁基合金多元铁基合金。n铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的材料之一。 铸铁曲轴铸铁曲轴 8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程nFeFe3 3C C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：是亚稳相，在一定条件下将发生分解： FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）石墨）n铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的

3、的渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)和游离态的和游离态的石墨石墨(G)(G)两种形式存在。两种形式存在。n石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。1 1、渗碳体的分解、渗碳体的分解 8.1 8.1 概述概述台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉 2 2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程n铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中结晶过程中直接析出直接析出, ,也可以由渗碳体加热也可以由渗碳体加热时时分解分解得到。得到。 8.1 8.1 概述概述P 石墨化分两个阶段石墨化分两个阶段：n在在PSKPSK线以上发线以上发生的石墨化称为生的石墨化称为第一阶第一阶段石

4、墨化段石墨化。n包括结晶时一次石墨、包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的二次石墨、共晶石墨的析出；加热时一次渗碳析出；加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。渗碳体的分解。Pn在在PSKPSK线以线以下发生的石墨化称下发生的石墨化称为为第二阶段石墨化第二阶段石墨化。包括冷却时共析石包括冷却时共析石墨的析出和加热时墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。共析渗碳体的分解。n石墨化程度不同，石墨化程度不同，所得到的铸铁类型所得到的铸铁类型和组织也不同和组织也不同。 8.1 8.1 概述概述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

5、段第一阶段石墨化石墨化 第二阶段第二阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行 F+G F+G 灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行 F+P+G F+P+G未进行未进行 P+G P+G部分进行部分进行未进行未进行 Le+P+GLe+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行 Le Le白口铸铁白口铸铁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） 8.1 8.1 概述概述 8.1 8.1 概述概述SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、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l碳、硅含量过高

6、碳、硅含量过高石石墨数量多且粗大墨数量多且粗大基基体内铁素体量增多体内铁素体量增多降低铸件的性能降低铸件的性能. . 3 3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素 化学成分的影响化学成分的影响 n碳碳和和硅硅是强烈促进石墨化的元素。是强烈促进石墨化的元素。n碳、硅含量过低碳、硅含量过低易出现白口组织易出现白口组织力学性能和铸造力学性能和铸造性能变差。性能变差。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化, ,但其含量高时易在晶界但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的上形成硬而脆的磷共晶磷共晶，降低铸铁的强度，只有降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高耐磨铸铁中磷含量偏高 (

7、(达达0.3%0.3%以上以上) )。n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。nAl Al、CuCu、NiNi、CoCo等元素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。nS S、MnMn、CrCr、WW、MoMo、V V等元素阻碍石墨化。等元素阻碍石墨化。 8.1 8.1 概述概述 8.1 8.1 概述概述WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由于过快冷时由于过冷度大，结晶冷度大，结晶将按将按 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图进行相图进行, , 不不利于石墨化

8、。利于石墨化。 冷却速度的影响冷却速度的影响n冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe - GFe - G相图进行，因而促进石墨化。相图进行，因而促进石墨化。 8.1 8.1 概述概述7.1.2 7.1.2 铸铁的成分及性能特点铸铁的成分及性能特点 1. 1. 成分特点成分特点：nC C、SiSi、MnMn含量较高，杂质元含量较高，杂质元素素S S、P P也较多。也较多。 wc: 2.5%4.0%,: 2.5%4.0%, wSi: 1.0%3.0%,: 1.0%3.0%, wMn: 0.5%1.4%: 0.5%1.4%。共晶白口铸铁共晶白口铸铁F

9、基体球墨铸铁基体球墨铸铁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工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较n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。n减振性能好。减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。n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. .n

10、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 2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点l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，易导致裂纹或空洞，易导致应力集中。应力集中。 8.1 8.1 概述概述 8.1 8.1 概述概述铸铁铸铁特殊性能铸铁特殊性能铸铁白口铸铁白口铸铁麻口铸铁麻口铸铁灰口铸铁灰口铸铁 碳存在形态碳存在形态 组织性能特点组织性能特点石墨形态石墨形态普通灰口铸铁普通灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁F F基体铸铁基体铸铁P P基体铸铁基体铸铁F+PF+P基体铸铁基体铸铁基体

11、组织基体组织耐磨铸铁耐磨铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐热铸铁耐热铸铁8.1.3 8.1.3 铸铁的分类铸铁的分类铸铁的分类铸铁的分类铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编号方法编号方法 牌牌 号号 实实 例例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状F FHTHT + + XXXXXXHTHT-灰铸铁代号灰铸铁代号XXXXXX-最低抗拉强度值，最低抗拉强度值，MPaMPa。HT100HT100F+PF+PHT150HT150P PHT200HT200 可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团絮絮状状F FKTHKTH + XXX+ XXXKTHKTH-黑心黑心KTBKTB-白心白心KTZKTZ-珠光体珠光体X

12、XXXXX-最低抗拉强最低抗拉强 度，度，MPaMPa；XXXX-最低伸长率最低伸长率,%,% KTH300-KTH300-0606表表F F心心P PKTB + XXX+XXKTB + XXX+XXKTB350-KTB350-0404P PKTZ + XX+KTZ + XX+XXXXKTZ450-KTZ450-0606铸铁的分类与牌号表示方法铸铁的分类与牌号表示方法 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 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状F F QT + XXX+QT + XXX+XXXX QT QT- - 球墨铸铁代号；球墨铸铁代号；

13、 XXX-XXX-最低抗拉强度值，最低抗拉强度值， MPaMPa； XXXX-最低伸长率值，最低伸长率值，%。QT400-15QT400-15F+PF+PQT600-3QT600-3P PQT700-2QT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状F F RuTRuT + XXX + XXX RuTRuT-蠕墨铸铁代号；蠕墨铸铁代号； XXXXXX-最低抗拉强度值最低抗拉强度值, , MPaMPa。RuT260RuT260F+PF+PRuT300RuT300P PRuT420RuT420 铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁的分类与牌号表示方法（续） 灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱n灰铸铁是指石墨呈

14、片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的占铸铁总产量的80%80%以上。以上。 1 1、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓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慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有的，其基体组织有铁素体铁素体、珠珠光体光体和和铁素体铁素体+ +珠光体珠光体三种。三种。 8.2 8.2 灰铸铁灰铸铁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灰灰 铸铸铁铁 的的显显 微微组组 织织 孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅

15、钙n灰铸铁的灰铸铁的孕育处理孕育处理细化片状石墨。细化片状石墨。n常用的孕育剂有常用的孕育剂有硅铁硅铁和和硅钙硅钙合金。合金。 n经孕育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。 8.2 8.2 灰铸铁灰铸铁 8.2 8.2 灰铸铁灰铸铁灰铸铁件灰铸铁件汽缸套汽缸套活塞环活塞环 2 2、热处理、热处理n热处理只改变基体组织，不改变热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。石墨形态。n灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%3050%，热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。n灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有： 消除内应力退火消除内应力退火( (又称人工时效又称人工

16、时效) ) 消除白口组织退火消除白口组织退火 表面淬火表面淬火 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 3 3、用途、用途n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。 8.2 8.2 灰铸铁灰铸铁n石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。 1 1、组织、组织： 基体基体(F (F、P)P)团絮状团絮状G Gn铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心

17、可锻铸铁。黑心可锻铸铁。 2 2、性能、性能：强度为碳钢的：强度为碳钢的000%0%，接近于铸钢。，接近于铸钢。n名为可锻，实不可锻。名为可锻，实不可锻。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 8.3 8.3 可锻铸铁可锻铸铁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 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 8.3 8.3 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁管件可锻铸铁管件 3 3、用途、用途n形状复杂且承受振动载荷的形状复杂且承受振动载荷的薄壁薄壁小型件小型件，如汽车、拖拉机的前后，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。轮壳、管

18、接头、低压阀门等。 8.3 8.3 可锻铸铁可锻铸铁硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均匀，为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。在球化处理同时还进行孕育处理。 l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。n石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. . 1 1、组织、组织：基体（基体（F F、F+PF+P、P P）+ + 球状球状G Gn球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。n球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。 8.3 8.3 球墨铸铁球

19、墨铸铁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 球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 2 2、性能与热处理、性能与热处理n强度是碳钢的强度是碳钢的7090%7090%。球墨铸铁的突出特点是。球墨铸铁的突出特点是屈强屈强比比( ( 0.20.2 / / b b) )高高, , 约为约为0.70.8, 0.70.8, 而钢一般只有而钢一般只有0.30.50.30.5。 l球墨铸铁可进球墨铸铁可进行各种热处理行各种热处理, ,如退火、正火、如退火、正火、淬火加回火、淬火加回火、等温淬火等。等温淬火等。 8.3 8.3 球墨铸铁球墨铸铁制品制品(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 球墨铸铁的热处理特点：球墨铸铁的热处理特点：n奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; ; n淬透性比碳钢高淬透性比碳