第七章铸 铁

1、第七章 铸 铁第七章 铸 铁本章提要：本章提要： 介绍铸铁的特点、分类、编号，以及碳在铸铁中的存在形式，铸铁的石墨化过程； 常见铸铁的成分、组织、性能以及相应的热处理特点 简要介绍特殊性能铸铁7.1 7.1 铸铁概述铸铁概述7.2 7.2 常用铸铁常用铸铁主要内容第七章 铸 铁7.1 概 述一、铸铁的特点及分类一、铸铁的特点及分类1. 1. 成分成分 C2.11%wt的铁碳合金称为铸铁，特点是含有较高的C和Si，同时也含有一定的Mn、P、S等杂质元素。3. 3. 性能性能 缺点：强度、塑性及韧性较差，不能锻造 优点：具有良好的铸造性，具有高的减摩性、切削加工性和低的缺口敏感性 2. 2. 组织

2、组织 铸铁中C、Si含量较高，C大部分、甚至全部以游离状态石墨（G）形式存在。4. 分类分类白口铸铁白口铸铁 渗碳体，莱氏体组织灰口铸铁灰口铸铁 石墨麻口铸铁麻口铸铁 渗碳体 + 石墨q 普通灰口铸铁普通灰口铸铁 G呈片状；q 孕育铸铁孕育铸铁 G呈细片状；q 可锻铸铁可锻铸铁 G呈团絮状q 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 G呈蠕虫状；q 球墨铸铁球墨铸铁 G呈球状。7.1 概 述1 1）根据）根据C C的存在形式，可以将铸铁分为：的存在形式，可以将铸铁分为：2 2）根据石墨形态，灰口铸铁可以分为：）根据石墨形态，灰口铸铁可以分为：名名 称称石石 墨墨 化化 程程 度度显微组织显微组织灰口铸铁灰口铸铁按按

3、Fe-G 相图结晶、转变相图结晶、转变F + G较高较高F + P + G中等中等P + G麻口铸铁麻口铸铁较低较低Le + P + G白口铸铁白口铸铁按按 Fe-Fe3C 相图结晶、转变相图结晶、转变Le + P + Fe3C灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织 钢基体钢基体 + G7.1 概 述二、铸铁的石墨化二、铸铁的石墨化1. Fe-G相图相图7.1 概 述 虚线为稳定的Fe-G平衡相图 ，实线为亚稳定Fe-Fe3C平衡相图； 不同的结晶过程可以分别按照这两种相图结晶 Fe3C是亚稳相，在长时间加热条件下，会分解成Fe和石墨 石墨为六方晶格，基面上原子以共价键结合，基面之间原子以范氏键结合，易

4、形成层片状特点； 石墨的强度、硬度，塑性及韧性极低。 7.1 概 述2. 铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程G结晶：过共晶成分结晶：过共晶成分 L L + GI 共晶转变共晶转变 L4.26 A2.08+G（共晶共晶） (1154)G析出：析出： AA+GII (1154738 )共析转变共析转变 A0.68F + G（共析共析）( 738) F G（738 以下以下）高温下，原子扩散能力强，前两个阶段石墨化过程进行的比较完全2) 冷却速度冷却速度 缓慢冷却有利于石墨化的进行。铸铁壁厚、化学成分与铸铁组织的关系 7.1 概 述3. 影响铸铁石墨化因素影响铸铁石墨化因素1) 化学成分化学成分 合金

5、元素可以分为促进石墨化元素促进石墨化元素（C、Si）和阻碍石墨化阻碍石墨化元素元素（S、Mn、Cr、W、V、Mo）三、铸铁的性能三、铸铁的性能1. 力学性能力学性能 强度、塑韧性比钢低强度、塑韧性比钢低: G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效 截面，并引起应力集中。 耐磨性好耐磨性好: 石墨有利于润滑、储油。2. 其它性能其它性能 缺口敏感性低：缺口敏感性低： 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显 消震性好消震性好： 钢的十倍， G 组织松软 铸造性好铸造性好： 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。 切削加工性好切削加工性好： G 使切屑易断，还可润滑刀具。7.2 常用铸铁一、灰口铸铁一、灰

6、口铸铁1. 灰口铸铁的牌号、成分与组织1) 牌号：新标准GB5612-85，HT（灰铁）+三位数字（最低-），表7-1。其中，HT100为F基，HT150为F+P基，HT200-250为P基，HT250-350为孕育铸铁。2) 成分：2.5-3.6%C，1.1-2.5%Si，0.6-1.2%Mn及少量S和P。3) 组织：G呈片状，按基体分为F、F+P及P灰口铸铁，分别适用于低、中、较高负荷，图7-4。500F+P基体基体+ 片状片状GF基体基体+ 片状片状GP基体基体+ 片状片状G2. 灰口铸铁的性能与应用 性能：与普通碳钢相比 ，机械性能低 ；耐磨性与消震性好 ； 工艺性能好 应用：机床床身

7、、导轨、缸体、机座等水泵水泵 叶轮叶轮发动机飞轮发动机飞轮7.2 常用铸铁3. 灰口铸铁的孕育处理 浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂，使P细化、G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。4. 灰口铸铁的热处理去应力退火 500550，防止机加工、使用时变形或开裂。高温退火 850900, 表面、薄壁等白口处CmG, 硬度, 切削加工性表面淬火 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。高频淬火、火焰淬火、激光淬火等7.2 常用铸铁二、可锻铸铁二、可锻铸铁1. 可锻铸铁的牌号、成分与组织1）牌号：按GB978-67，KT（可铁）+ H、Z、B（黑心、珠光体、白心）+ 三位数字（最低b）+ 二位

8、数字（最低）。2）成分：2.2-2.8%C，1.0-2.0%Si，0.4-1.2%Mn及少量S和P。3）组织：钢基体（F和P）+ 团絮状G7.2 常用铸铁可锻铸铁是白口铸铁通过退火处理后得到的一种铸铁可锻铸铁是白口铸铁通过退火处理后得到的一种铸铁2. 可锻铸铁的生产1) 得到全部的白口铸铁2) 黑心可锻铸铁：将白口铁加热至950-1000，保温约15h，共晶Fe3CA+团絮状G。从高温冷却至720-750，AG，在这个温度区间以3-5/h速度通过共析温区，AF+团絮状G；也可在略低于共析温度保温15-20h，共析Fe3CF+团絮状G，最后得到F可锻铸铁。2) P可锻铸铁：加热后冷却至800-8

9、60，AG，然后出炉空冷使共析Fe3C不断分解，最后得到P可锻铸铁，图7-6。7.2 常用铸铁3. 可锻铸铁的性能与应用 性能：具有较高的强度、塑性和冲击韧性 应用：管接头、低压阀门等可锻铸铁并不能够通过锻造来制造零件，可锻铸铁并不能够通过锻造来制造零件，“可锻可锻”只表示其强度、塑性较高只表示其强度、塑性较高7.2 常用铸铁1. 球墨铸铁的牌号、成分、组织与性能球墨铸铁的牌号、成分、组织与性能1）牌号）牌号：按GB1348-78，QT（球铁）+ 三位数字（最低b）+ 两位数字（最低）。如 QT700-2 ，表示 b700， 2 。2 ）成分成分：C、Si质量分数较高，Mn质量分数较低 3 ）

10、组织组织：钢基体（F 、F + P 、P、 回火S、下B ) + 球状G 4）性能）性能：较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有相当良好的塑性及韧性。 7.2 常用铸铁三、球墨铸铁三、球墨铸铁 在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg）使G球化F+P基体基体 500F基体基体 1002. 热处理热处理退火：退火：去应力退火去应力退火，500 600。 低温退火低温退火，720760， PG + F ，塑韧性、切削加工性塑韧性、切削加工性高温退火高温退火，900950， P, CmG + F ，塑韧性、切削加工性塑韧性、切削加工性 正火：正火： P% ，细化组织，强度、耐磨性，细化组织，强度、耐磨性低温正火

11、低温正火，840860， P + F + G ，塑韧性较好。，塑韧性较好。高温正火高温正火，880920， P + G + 少量少量F ，强度较高。，强度较高。不完全不完全A化正火化正火完全完全A化正火化正火调质：调质：850900油淬油淬 + 550600回火回火回火回火S + G 等温淬火等温淬火： 840900 + 300等温等温下下B+G调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件7.2 常用铸铁四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁 在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号：牌号：“RuTRuT”表示表示“蠕铁蠕铁”，如，如 RuT420 ，表示表示 b

12、420 。组织：组织：钢基体钢基体+ + 蠕虫状蠕虫状G性能：性能：强度、塑韧性优于灰铸铁。强度、塑韧性优于灰铸铁。应用：应用：高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。进气管进气管排气管排气管7.2 常用铸铁五、特殊性能铸铁五、特殊性能铸铁 加合金元素，提高耐磨、耐蚀、耐热性耐磨铸铁：耐磨铸铁：机床的导轨、托板，发动机的缸套，球蘑机的衬板、磨机床的导轨、托板，发动机的缸套，球蘑机的衬板、磨球等球等 耐热铸铁：耐热铸铁：高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁，热生长高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁，热生长是指氧化性气氛沿石墨片边界和裂纹渗入铸铁内部，形成内氧化是

13、指氧化性气氛沿石墨片边界和裂纹渗入铸铁内部，形成内氧化以及因渗碳体分解成石墨而引起体积的不可逆膨胀以及因渗碳体分解成石墨而引起体积的不可逆膨胀 耐蚀铸铁：耐蚀铸铁：铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素，能在铸铁表面形成铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素，能在铸铁表面形成一层连续致密的保护膜，可有效地提高铸铁的抗蚀性；而在铸铁一层连续致密的保护膜，可有效地提高铸铁的抗蚀性；而在铸铁中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素，可提高铁素体的电中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素，可提高铁素体的电极电位，以提高抗蚀性；另外，通过合金化，还可获得单相金属极电位，以提高抗蚀性；另外，通过合金化，还可获得单相金属基体组织，减少铸铁中的微电池，从而提高其抗蚀性。基体组织，减少铸铁中的微电池，