第六章铸铁(NXPowerLite)综述

1、l铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%并含并含有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。的多元铁基合金。l铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的材料之一。 l例如，机床床例如，机床床身、内燃机的身、内燃机的汽缸体汽缸体、缸套、缸套、活塞环及轴瓦、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用曲轴等都可用铸铁制造铸铁制造。铸铁曲轴铸铁曲轴内燃机汽缸内燃机汽缸l工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。l1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点l钢的基体钢的基体+

2、G（石墨）（石墨）l基体组织有基体组织有铁素体、珠光体铁素体、珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种三种。F+GF+P+GP+Gl 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。l 消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。l 铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶成分接近于共晶.l 切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。l2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点l 力学性能低。力学性能低。由于由于石墨相当于钢基体中石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏

3、的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且了基体的连续性，且易导致应力集中。易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状FHT + 一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值，数字表示最低抗拉强度值，单位单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。 HT100F+PHT150PHT200 可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团絮絮状状FKTH + 两组数字两组数字KTB + 两组数字两组数字KTZ + 两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ

4、450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低伸长率值，伸长率值，% 铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状FQT + 两组数字两组数字 第一组数字表示最低抗拉第一组数字表示最低抗拉强度值，强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长第二组数字表示最低伸长率值，率值，%。 “QT”表示表示 球墨铸铁代球墨铸铁代号号QT400-15F+PQT600

5、-3PQT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状FRuT + 一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值, MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代表示蠕墨铸铁代号号 RuT260F+PRuT300PRuT420工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Cel二、铸铁的石墨化过程二、铸铁的石墨化过程l1、Fe-Fe3C 和和 Fe-G (石石墨墨)双重相图双重相图lFe3C是亚稳相，在一定是亚

6、稳相，在一定条件下将发生分解：条件下将发生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁l石墨是碳的单质之一，其强石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。度、塑性、韧性几乎为零。l铸铁中的碳除少量固溶于基铸铁中的碳除少量固溶于基体中外体中外, 主要以化合态的渗主要以化合态的渗 碳体碳体(Fe3C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)两种形式存在。两种形式存在。石墨的结构石墨的结构共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体灰铸铁基体灰铸铁L+GL+Fe3Cl2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程l铸铁中的碳原子析出形铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为成石

7、墨的过程称为石墨石墨化化。l铸铁中的石墨可以在结铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出晶过程中直接析出,也可也可以由渗碳体加热时分解以由渗碳体加热时分解得到。得到。l石墨化分两个阶段：石墨化分两个阶段：l在在PSK线以上发生线以上发生的石墨化称为的石墨化称为第一阶第一阶段石墨化段石墨化。l包括包括结晶时结晶时一次石墨一次石墨、二次石墨、共晶石墨二次石墨、共晶石墨的析出的析出和和加热时加热时一次一次渗碳体、二次渗碳体渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解及共晶渗碳体的分解。Pl在在PSK线以下发线以下发生的石墨化称为生的石墨化称为第第二阶段石墨化二阶段石墨化。包包括冷却时共析石墨括冷却时共析石墨的析

8、出和加热时共的析出和加热时共析渗碳体的分解。析渗碳体的分解。l石墨化程度不同，石墨化程度不同，所得到的铸铁类型所得到的铸铁类型和组织也不同。和组织也不同。P石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组织铸铁的显微组织 铸铁类型铸铁类型 第一阶段第一阶段石墨化石墨化 第二阶段第二阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行F+G 灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Le+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Le白口铸铁白口铸铁l3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素l 化学成分的影响化学成分的影响 l碳碳和和硅硅是强烈促进石墨化的

9、元素。是强烈促进石墨化的元素。l碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差性能变差。l碳、硅含量过高碳、硅含量过高,会使石墨数量多且会使石墨数量多且粗大，基体内铁素粗大，基体内铁素体量增多，降低铸体量增多，降低铸件的性能。件的性能。SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响l碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。lAl、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。lS、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍

10、石墨化。等元素阻碍石墨化。 铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高磷含量偏高 (达达0.3%以上以上)。l 冷却速度的影响冷却速度的影响l铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。相图进行，因而促进石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由于快冷时由于过冷度大，过

11、冷度大，结晶将按结晶将按 Fe-Fe3C相相图进行图进行, 不不利于石墨化。利于石墨化。l一、灰铸铁一、灰铸铁l灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的占铸铁总产量的80%以上。以上。l1、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有的，其基体组织有铁素体铁素体、珠珠光体光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌l常对灰铸

12、铁进行孕育处理，以细化片常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。状石墨。l常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 l经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。 孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙l2、热处理、热处理l热处理只改变基体组织，不改变热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。石墨形态。l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。l灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：l 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)l 消除白口组织退火消除白口组织退火 l 表

13、面淬火表面淬火 灰铸铁件灰铸铁件汽缸套汽缸套活塞环活塞环l3、用途、用途l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、壳机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 l石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。l1、组织、组织： 基体基体(F、P)团絮状团絮状Gl铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。黑

14、心可锻铸铁。l2、性能、性能：强度为碳钢的强度为碳钢的00%，接近于铸钢。，接近于铸钢。l名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻。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 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火l3、用途、用途l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，如汽汽车、拖拉机的前后轮壳车、拖拉机的前后轮壳、管管接头、低压阀门接头、低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件l三、三、 球墨铸铁球墨铸铁l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。 l1、组织：、组织：基体（基体（F

15、、F+P、P）+ 球状球状Gl球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。l球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕匀，在球化处理同时还进行孕育处理。育处理。 l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 l2、性能与热处理、性能与热处理l强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是

16、屈球墨铸铁的突出特点是屈强比强比( 0.2 / b)高高, 约为约为0.70.8, 而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。 l球墨铸铁球墨铸铁可进行各可进行各种热处理种热处理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等温等温淬火淬火等等。 l球墨铸铁的热处理特点是：球墨铸铁的热处理特点是：l 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; l 淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高; l 奥氏体中碳含量可控。奥氏体中碳含量可控。制品制品(轧辊与辊环轧辊与辊环)贝氏体基球墨铸铁贝氏体基球墨铸铁l3、用途、用途l承受震动、载承受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如如曲轴、传动曲轴

17、、传动齿轮齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴l四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁l蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代发年代发展起来的一种新型铸铁展起来的一种新型铸铁。l蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。处理和孕育处理得到的。l蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金、 稀土硅铁合金稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织： 基体（基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状蠕虫状G 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体l蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能