第七章铸铁

1、第五章第五章 铸铁铸铁Cast Iron第七章 铸铁重点：重点：铸铁牌号、含义铸铁牌号、含义各种铸铁的性能特点及用途各种铸铁的性能特点及用途一、铸铁的成分、组织和性能特点一、铸铁的成分、组织和性能特点1 1、铸铁的成分特点、铸铁的成分特点理论上理论上含含C：2.11% 6.69% 的铁碳合金都属于铸铁的铁碳合金都属于铸铁.工业上工业上常用铸铁的常用铸铁的含碳量含碳量一一 般在：般在：2.50%4.00%.第一节第一节 概论概论a、含碳量、含碳量b、含硅量、含硅量铸铁是以铸铁是以铁铁-碳碳-硅硅为主的为主的多元铁基合金多元铁基合金： Si：1.003.00%c、其它元素、其它元素含有较多的硫、磷

2、杂质：含有较多的硫、磷杂质： P：0.010.50%，S：0.020.20%为了提高铸铁的性能，添加少量为了提高铸铁的性能，添加少量 Cr、Ni、Cu、Al、Mo、 V等等2、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点铸铁的组织是由铸铁的组织是由基体基体和和石墨石墨组成。组成。铸铁的基体铸铁的基体钢中的基体组织钢中的基体组织铁素体铁素体珠光体珠光体铁素体铁素体+ +珠光体珠光体 石墨决定了铸铁与钢不同的性能石墨决定了铸铁与钢不同的性能（石墨：简单六方晶格，两底面间距较大，结合力弱，（石墨：简单六方晶格，两底面间距较大，结合力弱，易形成片状碎片强度，易形成片状碎片强度，塑性极低接近于零塑性极低接近于零）。）

3、。l铸铁组织与钢相比，最大的不同就是含有铸铁组织与钢相比，最大的不同就是含有石墨石墨（G） ;在钢的基体上分布着不同形态的石墨。在钢的基体上分布着不同形态的石墨。铸铁的组织特点铸铁的组织特点: l石墨的结晶特点石墨的结晶特点0.340nm0.142nm容易形成片状石墨容易形成片状石墨石墨的晶体结构石墨的晶体结构力学性能力学性能Fe3C 硬而脆硬而脆, 硬度硬度800HB，能轻易划破玻璃，能轻易划破玻璃， 塑性几乎为零。塑性几乎为零。G 抗拉强度约为抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零，伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为硬度仅为3HB。铸铁的力学性能主要取决于基体组织及铸铁的力学性能主

4、要取决于基体组织及石墨的数量、石墨的数量、形状、大小和分布形状、大小和分布。 分布于基体上的分布于基体上的石墨石墨可视为可视为空洞空洞或或裂纹裂纹. . 切削性能好。切削性能好。 力学性能低。力学性能低。3、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 G G 分布于基体中分布于基体中 空洞、裂纹空洞、裂纹 有效承载面积降低有效承载面积降低 、受力时石墨尖端处产生应力集中受力时石墨尖端处产生应力集中 力学性比碳钢力学性比碳钢石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。 石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削弱作用。弱作用。铸铁的成分接近共

5、晶成分，因此铸铁的熔点铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点低（约为低（约为1200左右），液态流动性好左右），液态流动性好石墨强度、硬度、塑性低。石墨强度、硬度、塑性低。 耐磨性能好。耐磨性能好。 消振性能好。消振性能好。 铸造性能好。铸造性能好。二、铸铁中的石墨化过程二、铸铁中的石墨化过程 石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。l 铁碳合金中，铁碳合金中，C C的存在方式有两种：的存在方式有两种： Fe3C 和和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，是一种亚稳定相，G是是一种稳定的相一种稳定的相。 Fe3C 3 Fe +C（高温）（高温）

6、l 由于条件的不同由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图，铁碳合金存在两种相图 ：Fe -Fe3C 亚稳系状态图亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图稳定系状态图铁碳双重相图铁碳双重相图为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一的相图称铁碳双重相图的相图称铁碳双重相图0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLE L+ + + L+ + Fe3C + Fe3CL+Fe3CI0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLEL+ 第一阶

7、段石第一阶段石墨化墨化第 二第 二阶 段阶 段石 墨石 墨化化第三阶段石第三阶段石墨化墨化l第一阶段第一阶段(液态阶段液态阶段) ：过共晶铸铁过共晶铸铁 L G共晶、亚共晶铸铁共晶、亚共晶铸铁：LC AE+Gl第二阶段：第二阶段： A Gl第三阶段：第三阶段： AS FP+G铸铁的石墨化铸铁的石墨化过程过程7381154738共晶石墨共晶石墨一次石墨一次石墨二次石墨二次石墨1154共析石墨共析石墨石墨化后得到的组织石墨化后得到的组织石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段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充分进行充分进行充分进

8、行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+GF+P+GP+G灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 第三阶段第三阶段不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3C共晶合金的石墨化过程麻口铸铁麻口铸铁石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行P+Ld+G+Fe3C各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织铸铁类型铸铁类型石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶

9、段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段灰口铸铁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部分进行不进行不进行F+GF+P+GP+G麻口铸铁麻口铸铁部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行Ld+P+G+Fe3C亚共晶白口亚共晶白口共晶白口共晶白口过共晶白口过共晶白口不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3CFe -C合金结晶过程中为什么一般形成合金结晶过程中为什么一般形成Fe -Fe3C而不是而不是Fe - G ？u 从热力学上，从热力学上，G比比Fe3C要稳定；要稳定；u 从动力

10、学上，渗碳体的成分与铁液更接近，从动力学上，渗碳体的成分与铁液更接近， Fe的排列与的排列与A也有相似之处。也有相似之处。因而，因而，A中析出渗碳体较易形核，而中析出渗碳体较易形核，而G的晶体的晶体结构与结构与A相差较大，不易从相差较大，不易从A中形核和长大。中形核和长大。铁碳合金中，铁碳合金中，C以何种形式存在取决于化学成以何种形式存在取决于化学成分和冷却速度。分和冷却速度。l成分成分促进石墨化元素（促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等）等）阻碍石墨化元素（阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）等）l工艺工艺(1) 冷却速度：冷却速度：快速冷却快速冷却按按 Fe-Fe

11、3C相图转变相图转变 缓慢冷却缓慢冷却按按 FeG 相图转变，相图转变， 石墨化充分石墨化充分(2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化温度：高温长时间保温有利于石墨化影响石墨化的主要因素：影响石墨化的主要因素：三、铸铁的分类三、铸铁的分类灰口铸铁：灰口铸铁：片状片状球墨铸铁：球墨铸铁：球状球状可锻铸铁：可锻铸铁：团絮状团絮状蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：蠕虫状蠕虫状根据根据C的存在形式的存在形式白口铸铁：白口铸铁：Fe3C麻口铸铁：麻口铸铁：Fe3C+G灰口铸铁：灰口铸铁：G铸铁铸铁 灰口铸铁：灰口铸铁： （根据（根据G形态）形态）第二节第二节 灰口铸铁灰口铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。产量约

12、占铸灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。产量约占铸铁总产量的铁总产量的80%以上。以上。1 1、组织、组织l铁素体铁素体(F) 基体基体 + 片状石墨片状石墨(G)；l铁素体铁素体(F)和珠光体和珠光体(P)基体基体+ 片状石墨片状石墨(G)；l珠光体珠光体(P)基体基体+片状石墨片状石墨(G)。 根据石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：根据石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：灰铸铁的显微组织对比灰铸铁的显微组织对比F+GP+GF+P+G 石墨片粗大，力学性能低，石墨片粗大，力学性能低， 铸件组织对冷却速度很敏感。铸件组织对冷却速度很敏感。l普通灰口铸铁的主要缺点普通灰口铸铁的主要

13、缺点 同一铸件同一铸件薄截面薄截面上可能出现上可能出现白口白口或或麻口组织麻口组织，而厚而厚截面上截面上则可能出现大量的则可能出现大量的石墨片或过量的石墨片或过量的F，结果力学性能不均匀。结果力学性能不均匀。为了细化灰铸铁的组织，提高灰铸铁的力学为了细化灰铸铁的组织，提高灰铸铁的力学性能，生产上采用性能，生产上采用孕育处理孕育处理或或称变质处理称变质处理l孕育处理孕育处理孕育处理孕育处理就是在尚未浇铸的过热（就是在尚未浇铸的过热（1400以上以上)铁铁水中加入少量的孕育剂，搅拌后进行浇铸，使石墨水中加入少量的孕育剂，搅拌后进行浇铸，使石墨片显著细化，而得到片显著细化，而得到孕育铸铁（变质铸铁）

14、孕育铸铁（变质铸铁）是在是在细密的珠光体基体细密的珠光体基体上分布着上分布着均匀细小的石墨片均匀细小的石墨片，常用的变质剂：常用的变质剂：硅铁合金、硅钙合金硅铁合金、硅钙合金l孕育铸铁的金相组织孕育铸铁的金相组织其强度高于普通灰铸铁，铸件整个截面上的组织和其强度高于普通灰铸铁，铸件整个截面上的组织和性能比较均匀一致，因而断面敏感性小性能比较均匀一致，因而断面敏感性小 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 2、热处理、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理只改变基体组

15、织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。，热处理强化效果不大。v工业上最常用的是工业上最常用的是PF灰口铁，因其综合力灰口铁，因其综合力学性能好。学性能好。v按照按照GB/T9439-1988规定，灰铸铁的牌号用规定，灰铸铁的牌号用 HT3、牌号、牌号HT 最低抗拉强度最低抗拉强度MPa灰口铁灰口铁如：如： HT150灰口铸铁灰口铸铁最低抗拉强度为最低抗拉强度为150MPa 制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件, ,如如机床床身、各种箱体、壳体、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸

16、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4、用途、用途灰口铸铁的牌号、力学性能和用途灰口铸铁的牌号、力学性能和用途类别类别牌号牌号铸件铸件壁厚壁厚/mm力力 学学 性性 能能用用 途途 举举 例例b/MPabb/MPabc/MPaHBS铁素体铁素体灰铸铁灰铸铁HT100所有所有尺寸尺寸100260500140低负荷不重要零件，低负荷不重要零件，如防护罩、手轮、重如防护罩、手轮、重锤等锤等铁素体铁素体+珠珠光体光体灰铸铁灰铸铁HT15015-30150330650150-200 中等负荷零件，如机中等负荷零件，如机座、变速箱体、皮带座、变速箱体、皮带轮、轴承座、

17、支架等轮、轴承座、支架等珠光体珠光体灰铸铁灰铸铁HT20015-30200400750170-220 较大负荷重要零件，较大负荷重要零件，如齿轮、支座、汽缸、如齿轮、支座、汽缸、飞轮、床身、轴承座飞轮、床身、轴承座等等HT25015-302504701000190-240孕育（变孕育（变质）质）灰铸铁灰铸铁HT30015-303005401100187-225 高负荷、耐磨和高气高负荷、耐磨和高气密性重要零件，如齿密性重要零件，如齿轮、凸轮、活塞环、轮、凸轮、活塞环、机床床身等机床床身等HT35015-303506101200197-269HT40020-30400680-207-2691、组

18、织：、组织： 基体基体(F、P)团絮状团絮状G；铁素体铁素体(F)+团絮状团絮状 (G)石墨呈团絮状的灰口铸铁。石墨呈团絮状的灰口铸铁。 可锻铸铁是先将铁水浇铸成白口铸铁，然后经石墨可锻铸铁是先将铁水浇铸成白口铸铁，然后经石墨化退火，使渗碳体发生分解形成化退火，使渗碳体发生分解形成团絮状石墨团絮状石墨的一种的一种韧性铸铁。韧性铸铁。 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 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 因石墨呈团絮状，对基体的切割作用小，故可锻因石墨呈团絮状，对基体的切割作用小，故可锻铸铁铸铁具有高的强度、塑性和抗冲击能力具有高的强度、塑性和抗冲击能力。 白心可锻铸铁白

19、心可锻铸铁生产工艺复杂，退火周期长，性能生产工艺复杂，退火周期长，性能与黑心可锻铸铁相近，与黑心可锻铸铁相近，故应用少故应用少。 可锻铸铁可锻铸铁的生产周期长，工艺复杂，成本高，已的生产周期长，工艺复杂，成本高，已逐渐逐渐被球墨铸铁代替被球墨铸铁代替。2、性能：、性能： 强度：强度：为碳钢的为碳钢的4070%，接近于铸钢，接近于铸钢。 延伸率可达：延伸率可达： = 12%，名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻3、编号、编号GB/T9440 - 1988 KTH 350 10 最低伸长率最低伸长率 % %最低抗拉强度，最低抗拉强度，MPa黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁KTZ 550 04 最低伸长率最

20、低伸长率 % %最低抗拉强度，最低抗拉强度，MPaP可锻铸铁可锻铸铁用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如动载荷的薄壁小型件，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4、用途、用途类类 别别牌号牌号应用举例应用举例黑心可黑心可锻铸铁锻铸铁KTH300-06KTH330-08KTH35010KTH37012汽车、拖拉机的后桥外壳、转向汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上机构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等铁道

21、扣板和农具等珠光体珠光体可锻铸铁可锻铸铁KTZ550-04KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等臂，活塞环等第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁在尚未浇铸的一定成分的铁水中加入一定量的在尚未浇铸的一定成分的铁水中加入一定量的球化剂（球化剂（如如Mg、Ce、RE 等等）进行球化处理，并加）进行球化处理，并加入少量的孕育剂（入少量的孕育剂（Si-Fe、 Si-Ca合金）合金）以促进石墨以促进石墨化，在浇铸后得到具有球状石墨的铸铁。化，在浇铸后得到具有球状石墨的铸铁。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. . 措施：措施：球化剂孕育剂球化剂孕育剂1、组织、组织根据基体的不同球墨铸铁为：根据基体的不同球墨铸铁为：lF+球状石墨球状石墨lF+P+球状石墨球状石墨lP+球状石墨球状石墨由于石墨呈球状，对基体的割裂作用小，应力集中小由于石墨呈球状，对基体的割裂作用小，应力集中小2、性能、性能球墨铸铁既具有灰铸铁球墨铸铁既具有灰铸铁良好铸造性、耐