工程材料8铸铁

1、 8 铸铁铸铁 8.1 概述概述 8.1.1 成分和特点成分和特点 铸铁是wC2.11(一般wC=2.54)的铁碳合金。其中碳多以石墨的形式存在。 主要组成元素是铁、碳、硅。比碳钢含有较多的硫、磷等杂质元素的多元合金。 铸铁具有许多优良的性能及生产方法简便、成本低廉等优点。故应用广泛。 若按重量百分比计算，在各类机械中，铸铁件约占4070，在机床和重型机械中，则可达6090。 8.1.1 成分和特点成分和特点 在普通铸铁基础上，加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。 碳在铸铁中既可形成化合状态的渗碳体(Fe3C)，也可形成游离状态的石墨(G)。 根据碳的存在形式的不同，铸铁可分为白口铸铁、麻口铸

2、铁、灰口铸铁三类。1.白口铸铁：白口铸铁：碳除少量溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银银白色白色，故称白口铸铁。其性能硬而脆，很难切削加工，故很少直接用来制造各种零件。 2.麻口铸铁：麻口铸铁：碳一部分以石墨形式存在；另一部分以自由渗碳体形式存在，断口上呈黑白相间的麻点黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。这类铸铁也具有较大的硬脆性，故工业上很少应用。3.灰口铸铁：灰口铸铁：碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以游离状态的石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色暗灰色，故称灰口铸铁。 灰口铸铁中的碳主要以石墨形式存在，使它具有良好的可加工性、减摩性、减振性及铸造性能等，而且熔炼工艺与设备简

3、单，成本较低，目前主要应用灰口铸铁。 8.1.2 铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程 石墨的形态、大小、数量和分布对铸铁的性能有着重要的影响。石墨数量的多少和基体的类别都与铸铁的石墨化过程有关。 若将铸铁在高温下进行长时间加热，渗碳体将分解为铁和石墨，因此，石墨才是稳定相。（ Fe3C 3FeC ） 按Fe-Fe3C相图进行结晶，得到白口铸铁；按Fe-C相图进行结晶，发生石墨化过程。石墨化石墨化：指铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。：指铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。1、Fe- Fe3C和和Fe- C双重相图双重相图2、铸铁冷却时和加热时石墨化过程、铸铁冷却时和加热时石墨化过程包括包括: 从液

4、体中析出一次石墨; 由共晶反应而生成的共晶石墨； 由奥氏体析出二次石墨； 由共析反应而生成的共析石墨。 介稳定的渗碳体在高温下长时间加热时,会发生分解产生石墨化,即Fe3C=3Fe+C 凡石墨化过程发生在凡石墨化过程发生在ECF线（温度）以上，为线（温度）以上，为第一阶段石墨化第一阶段石墨化； 发生在发生在ECF线和线和PSK线之间为线之间为第二阶段石墨化第二阶段石墨化； 发生在发生在PSK线（温度）上，为线（温度）上，为第三阶段石墨化第三阶段石墨化。1）铸铁冷却时的石墨化过程）铸铁冷却时的石墨化过程2）铸铁加热时的石墨化过程）铸铁加热时的石墨化过程:第一阶段第一阶段石墨化石墨化第二阶段第二阶

5、段石墨化石墨化第三阶段第三阶段石墨化石墨化 铸件冷却速度越慢,即过冷度较小时,越有利于石墨化过程充分进行； 3、影响铸铁石墨化和铸铁组织的因素、影响铸铁石墨化和铸铁组织的因素 碳、硅、磷是促进石墨化的元素； 锰和硫是阻碍石墨化的元素。 铸件冷却速度较快, 即过冷度增大时，不利于石墨化的进行。 1）化学成分的影响）化学成分的影响2）冷却速度的影响）冷却速度的影响 1)按石墨化程度分类： 石墨化程度不同，得到的铸铁类型和组织亦不同。4. 铸铁的分类铸铁的分类铸铁类型石墨化程度显微组织断口颜色第一阶段第二阶段第三阶段灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行不进行FGF

6、PGPG灰暗色麻口铸铁部分进行部分进行不进行LdPG灰白相间白口铸铁不进行不进行不进行LdPFe3C银白色灰铸铁为例灰铸铁为例:P基体基体+ GF+P基体基体+ GF基体基体+ G石墨化程度不同，得到的不同铸铁基体组织。石墨化程度不同，得到的不同铸铁基体组织。FGGGPFP 2)按石墨的形态分类按石墨的形态分类： 石墨化后，石墨的形态有以下几种：铸铁类型灰铸铁孕育铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁球墨铸铁石墨形态粗片状细片状蠕虫状团絮状球状石墨形态不同，铸铁的性能有较大差异。片状片状蠕虫状蠕虫状团絮状团絮状球状球状 1、牌号、牌号： HT 如HT150、HT200、HT250等。 “HT”表示“灰铁”， “

7、HT”后边的三个数字代表最低 抗拉强度值。 8.2.1 灰铸铁灰铸铁 2、组织、组织： 普通灰铸铁是由基体和片状石墨两部分组成的。铁素体灰铸铁（铁素体灰铸铁（FG片片）；）；铁素体珠光体灰铸铁（铁素体珠光体灰铸铁（FP G片片）；）；珠光体灰铸铁（珠光体灰铸铁（P G片片）。）。 根据钢基体组织的不同，可分为： 8.2 常用铸铁常用铸铁断口的外貌呈浅烟灰色，故称为灰铸铁。 C 2.73.6%；Si 12.2%；Mn 0.51.3% P0.3%；S0.15%。 用于制造汽车的汽缸、汽缸套、机床床身等受压和震动的零件。 孕育铸铁孕育铸铁可用于制造压力机的机身、重负荷机床的床身、高压液压筒等零件。

8、抗拉强度比较低；随基体不同而异。P多，强度高，塑韧性低。石墨片越大，强度和塑韧性愈低。 耐磨性与消震性好； 工艺性能好，如铸造流动性、可切削性能优于钢。经孕育处理的灰铸铁强度级别较高，如HT250、HT300、HT350等。称为孕育铸铁孕育铸铁。4、灰铸铁的性能特点：、灰铸铁的性能特点：3、成分特点：、成分特点：5、用途、用途：表81 8.2.2 可锻铸铁可锻铸铁1、牌号：、牌号： KT字母字母 如KTH300-06、KTH350-10、 KTZ450-06、KTZ650-02等。“KTH”和“KTZ”分别表示铁素体(黑心)可锻铸铁和珠光体可锻铸铁；代号后边的第一组数字表示最低抗拉强度值,第二

9、组数字代表最低延伸率。 由基体组织和团絮状石墨构成。团絮状石墨特征为表面形状不规则。 可锻铸铁的生产过程是：先制得白口铸铁件，然后经石墨化退火。2、组织特征：、组织特征：石墨化退火：石墨化退火：9001000、保温、保温15h后，炉冷至后，炉冷至650 ，空冷。，空冷。可锻铸铁的可锻化退火工艺曲线可锻铸铁的可锻化退火工艺曲线 适合制造壁薄（25mm），形状复杂，承受震动和冲击载荷的零件。如汽车后桥、轮壳、减速器壳、管接头等。 C 2.4%2.8%；Si 1.2%2.0%；Mn 0.4%1.2% P 0.10%；S0.20%。3、成分特点：、成分特点：4性能特点性能特点: 可锻铸铁的强度和韧性均

10、较灰铸铁为高。5、用途：、用途：表表82 8.2.3 球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁是铁水经球化处理及孕育处理后而获得的一种铸铁。 球化剂有：镁、稀土或稀土镁。孕育剂有：硅铁和硅钙。1、牌号：、牌号：QT 如如QT400-17、QT600-02等。等。 “QT”表示球墨铸铁，其后第一组数字代表最低抗拉强度值，第二组数字代表最低延伸率值。2、组织特征：、组织特征：显徽组织由金属基体和球状石墨两部分组成。石墨的外观接近于球形，如图所示。4、性能特点、性能特点:3、成分特点：、成分特点： C34%；Si22.8%；Mn0.60.8% P0.1%；S0.04%；RE （稀土） 0.030.05%。 用于受

11、力复杂、综合性能要求较高但无较大冲击的机械零件。已在一些机器上代钢使用，如汽车发动机的曲轴、凸轮轴、车床主轴等。 抗拉强度和弯曲疲劳极限比灰铸铁高； 塑性及韧性比灰铸铁好； 消震能力比灰铸铁低； 可通过热处理强化方法提高它的力学性能。5、用途：、用途：表表83 8.2.4 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是由铁水经变质处理和孕育处理所获得的一种铸铁。 变质元素(又称蠕化剂)有：稀土硅铁镁合金、稀土硅铁钙合金或混合稀土等。2、牌号：、牌号： RuT 如 RuT 400。 “RuT” 表示蠕墨铸铁；代号后边的数字表示最低抗拉强度值。1组织特征组织特征: 蠕墨铸铁的显微组织是由金属基体和蠕虫状石墨组成。5

12、、用途：表、用途：表84 用于制造在热循环及较大温度剃度下工作的零件，如柴油机汽缸盖、汽缸套、钢锭模等。3、成分特点：、成分特点： C3.5%3.9%；Si2.2%2.8%；Mn0.4%0.8% P 、S 0.10%。 力学性能优于灰铸铁,接近于铁素体基体球墨铸铁；4、性能特点、性能特点: 具有良好的铸造性能及导热性； 切削加工性优于球墨铸铁。 8.3 合金铸铁（合金铸铁（p174） 铸铁的热处理铸铁的热处理 热处理的目的：通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能。 灰铸铁的热处理形式有：退火、正火和表面热处理。 球墨铸铁的热处理形式有：退火、正火、调质、等温淬火、感应加热淬火和表面化学热处理等

13、。一）灰铸铁的热处理一）灰铸铁的热处理 1消除内应力的退火消除内应力的退火 对一些形状复杂的铸件,往往要进行消除内应力的退火处理(又称人工时效)。 人工时效的规范为：缓慢加热（60120/h）到500550，保温一定时间后炉冷到150220出炉冷却。2消除铸件白口消除铸件白口,改善切削加工性的退火改善切削加工性的退火2消除铸件白口消除铸件白口,改善切削加工性的退火改善切削加工性的退火 灰铸铁的表层及一些薄截面处易产生白口,需进行退火处理。 工艺规程是： A 厚壁铸件：加热至850950，保温23 h； B 薄壁铸件：加热至800850，保温25 h。3高高(中中)频感应加热表面淬火频感应加热表

14、面淬火 为提高某些铸件的表面硬度,可采用表面淬火。高(中)频感应加热表面淬火是生产中应用较广的方法。二）球墨铸铁的热处理二）球墨铸铁的热处理1正火正火 1）正火的目的）正火的目的 为获得珠光体组织,并使晶粒细化,组织均匀。 2）正火工艺）正火工艺 可分为高温正火和中温正火，如图所示。2淬火及回火淬火及回火2淬火及回火淬火及回火 为提高球墨铸铁件的力学性能,可将球铁进行淬火和回火处理。淬火及回火后组织,除有球状石墨外,其它与碳钢相同。3等温淬火等温淬火 为了满足受力复杂件的要求, 常把球铁件进行等温淬火来提高它的综合力学性能。4化学处理化学处理 对要求表面耐磨或抗氧化,耐腐蚀的球铁件,可采用类似于钢的化学热处理。 如气体氮化,渗硼和渗硫等。小结小结重点要求重点要求 1.灰铸铁、可锻铸铁和灰铸铁、可锻铸铁和 球墨铸铁球墨铸铁 的成分，组织，性能特点，牌的成分，组织，性能特点，牌号及用途。号及用途。 2.铸铁的石墨化原理，石墨的形态、大小对铸铁性能