第八章 铸铁

1、u第一节 铸铁的石墨化u第二节 灰铸铁u第三节 球墨铸铁u第四节 蠕墨铸铁u第五节 可锻铸铁u第六节 合金铸铁根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为三类： 1.白口铸铁 2.灰口铸铁 3.麻口铸铁根据灰口铸铁中石墨形态的不同，又可分为： （1）灰铸铁 （2）球墨铸铁 （3）蠕墨铸铁 （4）可锻铸铁一、一、铁铁碳合金双重相图碳合金双重相图图8-1 石墨的晶体结构 碳在铸铁中存在的形式有渗碳体（Fe3C）和游离状态的石墨（G）两种。渗碳体若加热到高温 ，又可分解为铁素体与石墨，即Fe3C3Fe+C(G)。第一节 铸铁的石墨化 描述铁碳合金结晶过程的相图应有两个，即Fe-Fe3C相图和Fe-C(G

2、)相图。为了便于比较和应用，习惯上把这两个相图合画一起，称为铁碳合金双重相图，如图8-2所示。图8-2 铁碳合金双重相图二二、石墨化过程、石墨化过程（二）石墨化过程铸铁的石墨化过程可分为如下三个阶段： 第一阶段（液态阶段）： 一次渗碳体和共晶渗碳体在高温下分解出石墨； 中间阶段（共晶-共析阶段）： 二次渗碳体分解而析出石墨； 第二阶段（共析阶段）： 共析渗碳体分解而析出石墨。（一）石墨化方式 1.按照Fe-C(G)相图，由液态和固态中直接析出石墨。 2.按照Fe-Fe3C相图结晶出渗碳体，随后渗碳体在一定条件下分解出石墨。三三、影响、影响石墨化的石墨化的因素因素(一)化学成分的影响 1碳和硅

3、强烈促进石墨化元素； 2锰 阻止石墨化的元素； 3硫 强烈阻止石墨化的元素； 4磷 微弱促进石墨化的元素。 为了综合考虑碳和硅的影响，通常把含硅量折合成相当的含碳量，并把这个碳的总量称为碳当量CE，即（二）冷却速度的影响 冷却速度对石墨化程度的影响，用碳铁合金双重相图解释如下：由于Fe-C(G)相图较Fe-Fe3C相图更为稳定，因此成分相同的铁液在冷却时，冷却速度越缓慢，即过冷度较小时，越有利于按Fe-C(G)相图结晶，析出稳定相石墨的可能性就越大；反之，冷却速度越快，即过冷度增大时，越有利于按Fe-Fe3C相图结晶，析出介稳定相渗碳体的可能性就越大。第二节 灰铸铁（二）灰铸铁的组织 灰铸铁的

4、显微组织特征是片状石墨（实际是立体的多枝石墨团）分布在各种基体组织上。多枝石墨团的立体形态，如图8-3所示。一、一、灰铸铁灰铸铁的化学成分、组织和性能的化学成分、组织和性能（一）灰铸铁的化学成分 铸铁中碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是应限制的元素。图8-3 扫描电子显微镜下的片状石墨形态由于第二阶段石墨化程度的不同，可以获得三种不同基体组织的灰铸铁： 1铁素体灰铸铁，如图8-4a所示。 2珠光体+铁素体灰铸铁， 如图8-4b所示。 3珠光体灰铸铁 ，如图8-4c所示。图8-4 灰铸铁的显微组织（200 x）a）铁素体灰铸铁 b）珠光体+铁素体灰铸铁 c）珠光体灰铸铁 （三）

5、灰铸铁的性能1.力学性能 灰铸铁组织相当于钢为基体加片状石墨。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和弹性模量远比相应基体的钢低，如图8-6所示。图8-6 灰铸铁与低碳钢的应力-应变曲线比较二、灰铸铁的二、灰铸铁的孕育处理孕育处理2.其它性能 石墨的存在，使铸铁具有一系列其它优良性能：铸造性能良好、减磨性好、减振性强、切削加工性能良好、缺口敏感性较低。 孕育处理：浇注前往铁液中加入少量孕育剂，改变铁液的结晶条件，获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的组织。图8-7 300mm300mm铸铁件截面上的硬度分布1孕育铸铁 2普通灰铸铁三、灰铸铁的牌号和应用三、灰铸铁的牌号和应用 灰铸铁的牌号、组织、性

6、能和用途举例见书中表格。“HT”表示“灰铁”， 后面三位数字表示直径30mm单铸试棒的最小抗拉强度值（MPa）。1.去应力退火消除铸件的内应力和稳定尺寸；2.除铸件白口、改善切削加工性的退火消除铸件的白口组织；3.表面淬火提高铸件表面的硬度及耐磨性。四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理图8-8 接触电阻加热表面淬火示意图一、一、球墨铸铁球墨铸铁的化学成分、组织和性能的化学成分、组织和性能（二）球墨铸铁的组织第三节 球墨铸铁（一）球墨铸铁的化学成分 与灰铸铁相比，含碳与含硅量高，含锰量较低，含硫与含磷量低，并含有一定量的稀土与镁。图8-9 扫描电子显微镜下的球状石墨形态（950 x）图8-10

7、球墨铸铁的显微组织a)铁素体球墨铸铁(250 x) b)珠光体+铁素体球墨铸铁(250 x) c)珠光体球墨铸铁(200 x) d)贝氏体球墨铸铁(500 x) 生产中常见的有铁素体球墨铸铁、珠光体+铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁，其显微组织如图8-10所示。（三）球墨铸铁的性能1.力学性能 球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性高于其他铸铁；冲击疲劳抗力高于中碳钢；塑性和韧性却低于钢。2.其他性能 球墨铸铁有球状石墨存在，具有铸造性能、减磨性、切削加工性等；但易产生白口现象，铸件也容易产生缩松等缺陷。二、球墨铸铁的牌号和用途二、球墨铸铁的牌号和用途 球墨铸铁的牌号、基本组织和性能见书

8、中表8-3。牌号中的“QT”代表“球铁”，后面两组数字分别表示其最小的抗拉强度值（MPa）和伸长率值（%）。三、球墨铸铁的三、球墨铸铁的热处理热处理（一）热处理特点热处理工艺与钢相比，存在以下一些特点： 1.加热温度较高，淬火冷却速度可较慢。 2.高温下的保温时间要比钢长些。 3.加热速度要缓慢。 4.当基体组织完全奥氏体化后，通过控制加热温度和保温时间，可调整奥氏体中的含碳量，以改变球墨铸铁热处理后的组织和性能。（二）热处理方法 去应力退火 退火 高温石墨化退火 石墨化退火 低温石墨化退火 高温正火 正火 低温正火 等温淬火 调质处理球墨铸铁常用的热处理方法如下：图8-11 球墨铸铁高温石墨

9、化退火工艺曲线图8-12 球墨铸铁低温石墨化退火工艺曲线图8-14 球墨铸铁低温正火工艺曲线图8-13 球墨铸铁高温正火工艺曲线图8-15 珠光体+分散铁素体球墨铸铁的显微组织（100 x）第四节 蠕墨铸铁一、一、蠕墨铸铁的化学成分蠕墨铸铁的化学成分 与球墨铸铁相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土与镁。二二、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的组织与性能的组织与性能 蠕墨铸铁中石墨形似片状，但石墨片短而厚，端部较钝、较圆，如图8-17所示。 蠕墨铸铁集体组织在铸态时，铁素体量约为50%或更高，通过加入Cu、Ni、Sn等珠光体稳定元素，可使铸态珠光体量提高至70%左右，若再进行正火处理，珠光体量

10、可达90%95% 。 性能：强度、韧性、疲劳极限、耐磨性及抗热疲劳性能都比灰铸铁要塑性、韧性和强度都比球墨铸铁低。此外，其铸造性能、减振性、导热性以及可加工性都优于球墨铸铁，并接近于灰铸铁。 蠕墨铸铁的牌号表示方法与灰铸铁相似：“RuT”表示蠕墨铸铁，后面三为数字表示其最小抗拉强度值（MPa）。图8-17 蠕虫状石墨的显微组织（100 x）图8-18 可锻铸铁的可锻化退火工艺曲线铁素体可锻铸铁退火工艺珠光体可锻铸铁退火工艺第五节 可锻铸铁一、一、可锻铸铁的化学成分和组织可锻铸铁的化学成分和组织（二）可锻铸铁的组织 黑心可锻铸铁的组织为铁素体和团絮状石墨，其显微组织如图8-19a。 珠光体可锻铸

11、铁的组织为珠光体和团絮状石墨，其显微组织如图8-19b。（一）化学成分 生产中，碳量C=2.2%2.8%，含硅量Si=1.0%1.8%，锰含量Mn=0.4%1.2%,含硫与含磷量尽可能降低。图8-19可锻铸铁的显微组织a）铁素体可锻铸铁（200 x） b）珠光体可锻铸铁（100 x）二、可锻铸铁的牌号、二、可锻铸铁的牌号、性能性能及用途及用途 牌号：“KT”表示“可铁”，H表示黑心可锻铸铁；Z表示珠光体可锻铸铁（白心可锻铸铁用B表示）。后面的两组数字分别表示最小的抗拉强度（MPa）和伸长率（%）。 力学性能：优于灰铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁，与球墨铸铁相比，具有铁水处理简易、质量稳定、废

12、品率低等优点。 用途：常用可锻铸铁制作一些截面较薄而形状较复杂，工作时受振动而强度、韧性要求较高的零件。第六节 合金铸铁一、一、耐磨耐磨铸铁铸铁二二、耐热耐热铸铁铸铁（一）铸铁的耐热性 铸铁的耐热性主要指它在高温下抗氧化和抗热生长的能力。 热生长现象指铸铁的体积产生不可逆的胀大。图8-20 磷共晶的显微组织（400 x） 高磷铸铁 减磨铸铁 磷铜钛铸铁 铬钼铜铸铁 抗磨铸铁铸铁产生热生长现象的主要原因是： 1.空气中氧渗入铸铁内部，生成密度小而体积大的氧化物； 2.渗碳体在高温下发生分解，析出密度小而体积大的石墨； 3.工作温度超过相变温度，引起铸铁基体组织变化而引起体积的变化。（二）提高铸铁耐热性的途径防止铸铁的