第五章铸铁

1、白口铸铁白口铸铁性能脆硬，工性能脆硬，工业很少应用。业很少应用。改变铁碳体改变铁碳体系中碳的存系中碳的存在形式，让在形式，让碳以石墨的碳以石墨的形式存在，形式存在，wc为为2.11%-5.0%的铁的铁碳合金则是碳合金则是工业上最常工业上最常用的铸铁！用的铸铁！第五章第五章 铸铸 铁铁知识要点知识要点熟悉铸铁的石墨化过程熟悉铸铁的石墨化过程掌握常用的几种铸铁的组织和应用掌握常用的几种铸铁的组织和应用铸铁及其特点简介铸铁及其特点简介性能特点性能特点铸铁铸铁含碳量含碳量W c2.11% 并含有并含有Si、Mn、S、P等元素的多元铁基合金。等元素的多元铁基合金。铸造切削性能优良铸造切削性能优良强度、塑

2、性、韧性比较差强度、塑性、韧性比较差减震、成本低减震、成本低第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 知识要点知识要点石墨化的三个阶段石墨化的三个阶段铸铁室温下的组织铸铁室温下的组织影响石墨化的因素影响石墨化的因素一、石墨化过程一、石墨化过程 (分为三个阶段）分为三个阶段）石墨简介石墨简介 石墨化：铸铁中石墨的形成过程。石墨化：铸铁中石墨的形成过程。简单六方晶格，片层状，强、简单六方晶格，片层状，强、塑、韧很低。塑、韧很低。石墨中碳的质量分数近似于石墨中碳的质量分数近似于100%。 （1 1）液态石墨化阶段：）液态石墨化阶段： 从液相中直接结晶出石墨：从液相中直接结晶出石墨： L GL GI I

3、 (Wc 4.26%) (Wc 4.26%) 通过共晶反应形成的石墨：通过共晶反应形成的石墨： 11541154： Lc gLc gE E+ G+ G共共 （2 2）中间石墨化阶段）中间石墨化阶段 1154 1154 从从738 738 冷却过冷却过程中从程中从A A相中析出的石墨相中析出的石墨: : G GIIII； (3) (3) 低温石墨化阶段低温石墨化阶段 在在738 738 通过共析反应形成的通过共析反应形成的石墨：石墨： s s p p + G + G共析共析液态石墨液态石墨化阶段化阶段中间石墨中间石墨化阶段化阶段低温石墨低温石墨化阶段化阶段3 3 铸铁石墨化过程对室温组织的影响铸

4、铁石墨化过程对室温组织的影响 液态石墨液态石墨化阶段化阶段中间石墨中间石墨化阶段化阶段低温石墨低温石墨化阶段化阶段 高、低温石墨进行高、低温石墨进行彻底彻底室温组织：室温组织：F + G低温石墨化低温石墨化不彻底不彻底室温组织：室温组织： F + P + G低温石墨化低温石墨化未进行未进行室温组织：室温组织： P + G铸铁的基体组织取决于低温石墨化阶段。铸铁的基体组织取决于低温石墨化阶段。二二、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素 1 1、化学成分的影响、化学成分的影响 2 2、冷却速度、冷却速度 增加增加含碳量含碳量，有利于有利于石墨的形核；石墨的形核；对石墨化过程有利；对石墨化过程有利；

5、增加增加含硅量含硅量, 提高共晶温度，降低共提高共晶温度，降低共晶点成分，也晶点成分，也有利于有利于石墨的析出。石墨的析出。冷却速度愈冷却速度愈低低，愈，愈有利于有利于石墨化过程。石墨化过程。生产中调整生产中调整C、Si的含量控制的含量控制铸铁的组织。铸铁的组织。第二节第二节 铸铁的分类和应用铸铁的分类和应用 知识要点知识要点四种灰口铸铁的石墨形态、组织及应用四种灰口铸铁的石墨形态、组织及应用 一一、灰口铸铁的组织特点、灰口铸铁的组织特点 二二、灰口铸铁的性能特点、灰口铸铁的性能特点钢钢/ /铁基体铁基体 + + 石墨石墨FF+PPG片片G团絮团絮G球球与钢相比：抗拉强度低，较高的抗压强度与钢

6、相比：抗拉强度低，较高的抗压强度塑塑、韧性差韧性差铸造性能好，可切削加工性能好铸造性能好，可切削加工性能好减摩性好，消振性好，耐磨性好减摩性好，消振性好，耐磨性好成本低成本低THE END 三三、灰口铸铁的分类、灰口铸铁的分类普通灰口铸铁（简称灰铸铁）：普通灰口铸铁（简称灰铸铁）：片状石墨片状石墨可锻铸铁：可锻铸铁：团絮状石墨团絮状石墨球墨铸铁：球墨铸铁：球状石墨球状石墨蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：蠕虫状石墨蠕虫状石墨 四四、常用的灰口铸铁、常用的灰口铸铁 1. 1. 普通灰口铸铁普通灰口铸铁( (灰铸铁灰铸铁) ) 组织组织： P+G片片P+F+G片片F+G片片成分成分：C：2.54.0%，Si：1

7、.02.5%，少量，少量Mn ,S ,P 等。等。性能性能： 抗压不抗拉，强度低、塑性韧性差；抗压不抗拉，强度低、塑性韧性差； 耐耐 磨、消磨、消振性好；缺口敏感性低；振性好；缺口敏感性低；工艺工艺：铁水浇注，常孕育处理以细化石墨片，提高强度。：铁水浇注，常孕育处理以细化石墨片，提高强度。(a)(b)(c)F+GF+P+GP+G灰铸铁的微观组织FP牌号牌号：HT + 数字数字 表示表示最低抗拉强度最低抗拉强度。HT200应用广泛，如应用广泛，如机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机的汽缸、汽缸套等。机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机的汽缸、汽缸套等。机床床身机床床身工作台工作台汽缸套汽缸套 2 2

8、、球墨铸铁：石墨为、球墨铸铁：石墨为球状球状成分：成分： C：3.84.0%，Si ：2.02.8%， Re: 0.030.05%组织：组织：F + G （球）；（球）； F + P + G (球球)； P + G (球球)； (a)(b)(c)F+GF+P+GP+G工艺：球化处理工艺：球化处理+孕育处理，可以孕育处理，可以 热处理强化。热处理强化。性能：性能： 良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、韧性；良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、韧性； 优异的铸造性，可切削加工性及低的缺口敏感性。优异的铸造性，可切削加工性及低的缺口敏感性。 （可热处理或合金化（可热处理或合金化 ）；）； 牌号：牌号

9、： QT + QT + 数字数字- -数字数字 球铁球铁最低抗最低抗拉强度拉强度断后延断后延伸率伸率QT450-10 球墨铸铁已代替中碳钢和中碳合金钢制造发动机曲轴、连球墨铸铁已代替中碳钢和中碳合金钢制造发动机曲轴、连杆和机床的主轴等零件。杆和机床的主轴等零件。 F + G : F + G :汽车拖拉机汽车拖拉机底盘零件底盘零件；阀体、阀盖；阀体、阀盖； F + P + G :F + P + G :机油泵齿轮；机油泵齿轮； P + G :P + G :代替中碳钢制造代替中碳钢制造柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。应用应用球墨铸铁的牌号、性能和应用球墨铸铁的

10、牌号、性能和应用 3 3、可锻铸件：、可锻铸件： 石墨为石墨为团絮状团絮状 （不可锻造）（不可锻造） 成分成分：C：2.42.8%；Si：1.22.0%；少量；少量 Mn , S , P等元素。等元素。 工艺工艺： 将亚共晶白口铸铁进行石墨化退火（将亚共晶白口铸铁进行石墨化退火（900 C-980 C 保温保温15小时左右）小时左右） ，Fe3C在固态下分解形成团絮状石墨。在固态下分解形成团絮状石墨。 组织组织： F + G团团； P + G团团 (a)(b)性能性能：介于灰铸铁和球墨铸铁之间，：介于灰铸铁和球墨铸铁之间，韧性较好，但不可锻造韧性较好，但不可锻造 应用应用：形状复杂、承受冲击载

11、荷的薄壁零件。（汽车的前后轮形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。（汽车的前后轮壳，减速器的外壳等）壳，减速器的外壳等） （相对于片状石墨，团絮状石墨对基体的切割作用小）。（相对于片状石墨，团絮状石墨对基体的切割作用小）。 工艺时间长，成本高，应用受限，被球铁代替。工艺时间长，成本高，应用受限，被球铁代替。4 4、蠕墨铸铁：石墨呈、蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状和和球状球状 （少量）（少量） 性能性能： 蠕虫状石墨长宽比小，尖端圆钝对基体切割作用小。蠕虫状石墨长宽比小，尖端圆钝对基体切割作用小。 抗拉强度、塑性、疲劳强度抗拉强度、塑性、疲劳强度 灰铸铁灰铸铁 导热性导热性、铸造性、可切削性铸造性、可

12、切削性 球墨铸铁球墨铸铁 组织组织：F + G （蠕虫状、球状）；（蠕虫状、球状）； F + P + G （蠕虫状、球状）；（蠕虫状、球状）； P + G （蠕虫状、球状）（蠕虫状、球状） 成分成分：C：3.53.9%；Si：2.22.8%； 少量少量Mn ,P ,S 等；等； 工艺工艺：蠕墨化处理：蠕墨化处理应用：应用：热循环载荷条件下的钢锭模，玻璃模具，柴油机汽缸、热循环载荷条件下的钢锭模，玻璃模具，柴油机汽缸、气缸盖、排气管、刹车件等。气缸盖、排气管、刹车件等。课堂讨论题有一薄壁零件，铸造后又硬又脆，请分析原有一薄壁零件，铸造后又硬又脆，请分析原因。如何改善（提高）该零件的塑性？分因。如

13、何改善（提高）该零件的塑性？分析其中的机理。析其中的机理。三、合金铸铁三、合金铸铁 高 强 度 合 金 铸 铁 ：高 强 度 合 金 铸 铁 ： 加 入加 入Cr ,Ni ,Cu ,Mo 等；用于制造等；用于制造曲轴、曲轴、连杆连杆等等，可代替，可代替45、40Cr钢。钢。 向铸铁中添加一些合金元素可获得一些向铸铁中添加一些合金元素可获得一些合金铸铁合金铸铁，满足高强，满足高强度、耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能要求。度、耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能要求。耐热铸铁：耐热铸铁：加入加入Al ,Cr ,Si等；等； 用于制造用于制造加热炉的炉底板、加热炉的炉底板、烟道挡板烟道挡板等）等） 耐蚀铸铁：耐蚀铸铁： 加入加入Ai ,AL ,Cr ,Mo ,Cu ,Ni等；等； 用于制造用于制造化工行业管道、阀门化工行业管道、阀门等等。 中硅球墨铸铁中硅球墨铸铁Wsi：5-6%高铝球墨铸铁高铝球墨铸铁WAl：20-24%高铬球墨铸铁高铬球墨铸铁WCr：26-30%稀土镁球墨铸铁基础上添加稀土镁球墨铸铁基础上添加Cu（0.51.0%）、）、Mo（0.31.2%）形成的高强度铸铁。形成的高强度铸铁。稀土高硅铸铁稀土高硅铸铁Wsi：14-16%中铝耐蚀铸铁中铝耐蚀铸铁WAl：4-