铸铁及铸钢课件

1、第十章 铸铁及铸钢铸铁的石墨化过程铸铁的定义、分类及特点铸钢简介常用铸铁的特点与应用1 铸铁概述铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%4.0%) 铁碳合金 （含Si、Mn、S、P等元素，C、Si为主要元素）铸铁的特点： 历史上使用较早最便宜的金属材料之一铸造性能极好，且只能用铸造成形生产成本低，工艺简单，减震性、耐磨性好，切削加工性好应用广主要用于制造各种机器零件 C在铁碳合金中的存在形式:固溶在 F、A 中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）石墨（G）的性能HBS 35 b20MPa 0 ak 0石墨对铸铁性能的影响G 分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢 耐磨性

2、 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能其中碳主要以石墨形状存在，断口为暗灰色，常见的铸铁件多数是灰口铸铁。铸铁的分类:完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存在，断口呈银白色。灰口铸铁：白口铸铁：碳以Fe3C、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间。麻口铸铁：Fe-Fe3C相图和FeG相图（双重相图）铸铁的石墨化过程:石墨化铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程第一阶段：过共晶铸铁 共晶、亚共晶铸铁第二阶段：第三阶段：共晶石墨一次石墨二次石墨共析石墨铸铁的石墨化过程:成分促进石墨化元素 C、Si、Al、Cu、Ni、Co等阻碍石墨化元素 Cr、W、Mo、V

3、、Mn、S等工艺冷却速度：快速冷却按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却按 FeG 相图转变，石墨化充分温度：高温长时间保温有利于石墨化 影响石墨化过程的主要因素:铸铁类型 石 墨 化 程 度 显微组织 第一阶段 第二阶段 第三阶段 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 部分进行 不进行 F+G F+P+G P+G 麻口铸铁 部分进行 部分进行 不进行 Ld+P+G 白口铸铁 不进行 不进行 不进行 Ld+P+Fe3CII 铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织 灰口铸铁的分类:灰铸铁 片状可锻铸铁团絮状 球墨铸铁珠状（球状）蠕墨铸铁蠕虫状 灰口铸铁类型 与

4、石墨形态牌号：HT灰铸铁最低b铁素体+片状石墨铁素体+珠光体+片状石墨 珠光体+片状石墨 灰铸铁石墨成片状分布2 常用铸铁的特点与应用成分范围： WC=2.5%4.0%，WSi=1.0%3.0%，WMn=0.5%1.3%，WS0.15%，WP0.3%如 ：HT100 ，表示 b100MPa普通（灰）铸铁性能： b 、（）（力学性能差,但其抗压强度接近钢）缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用，表面粗糙， 对疲劳极限影响不明显消震性好（是钢的十倍） G组织松软，对振动的传递起削弱作用铸造性好 熔点低、流动性好、凝固收缩小、内应力低切削加工性好G 使切屑易断，还可润滑刀具耐磨性好石墨本身就是良好的固体润

5、滑剂，又可储存润滑油。焊接性能很差，且不能用于锻造。 灰铸铁石墨成片状分布孕育处理前孕育处理后硅铁硅钙 浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂 G细而均匀，壁厚敏感性小 P细化，强度、塑性、韧性明显提高 灰铸铁石墨成片状分布孕育铸铁：分类牌号显微组织基体石墨普通灰铸铁HT100F +少量P粗片HT150F + P较粗片HT200P中等片孕育铸铁HT250细 P较细片HT300S 或 T细片HT350HT400 灰铸铁石墨成片状分布热处理特点去应力退火 (低温退火、又称人工时效) ： 500550，防止机加工、使用时变形或开裂高温退火（消除白口组织退火 ）： 850900, 使表面、薄

6、壁等处Fe3C G, 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只改变基体组织，不能改变石墨的形态 灰铸铁石墨成片状分布 应用制造承受压力和震动的零件 如：机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等 灰铸铁石墨成片状分布水泵叶轮发动机飞轮灰铸铁齿轮箱牌号 ： KT -分类牌 号壁厚mmbMPa%硬度HBF基体KT300-6123006120163KT330-8123308120163KT350-101235010120163KT370-121237012120163P基体KT450-54505152219KTZ500-45004179241KTZ600-36003201269K

7、TZ700-27002240270铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁（玛钢、马铁）石墨成团絮状分布可锻铸铁最低b最低由白口铸铁经长时间石墨化退火而得 可锻铸铁石墨成团絮状分布生产过程 ：性能特点： 强度、塑韧性优于HT，低于QT铁素体可锻铸铁：有一定的强度，塑性、韧性较好 珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性 有一定的塑性变形能力（12%），但不能锻造可锻铸铁管件 可锻铸铁石墨成团絮状分布 可锻铸铁石墨成团絮状分布应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件 （汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）铁素体球墨铸铁珠光体+铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁石墨成球状分

8、布牌号 ： QT -球墨铸铁最低b最低生产过程球化处理 在铁水浇注前同时加入： 球化剂（Mg或稀土Mg） 孕育剂（硅铁和硅钙合金） 使 G 球化如 ：QT700-2 ，表示 b700， 2牌号基体机械性能 bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P8005602241-321 QT1200-1下B1200840130038HRC 球墨铸铁石墨成球状分

9、布热处理特点退火 去应力退火，500 600。 低温退火，720760， PG + F ，塑韧性、切削加工性 高温退火，900950， P, Fe3C G + F ，塑韧性、切削加工性 正火 P% ，细化组织，强度、耐磨性 低温正火，840860， P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火，880920， P + G + 少量F ，强度较高。调质 850900油淬 + 550600回火 回火S + G等温淬火 840900 + 300等温 下B+G 球墨铸铁石墨成球状分布 球墨铸铁石墨成球状分布 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件下B+G钢基体 (F 、F+P、P、S回火、

10、B下) + 球状G组织特点：球墨铸铁中的石墨球（经深腐蚀） 球墨铸铁石墨成球状分布性能特点：强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁其综合机械性能接近于钢缺点：消振性能低应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件 （替代部分铸钢、锻钢件）P 球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等F 球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等管道接口 铸铁曲轴轧辊与轧环连杆 球墨铸铁石墨成球状分布 蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布牌号 ： RuT 蠕墨铸铁最低b珠光体基体铁素体基体生产过程在铁水浇注前加蠕化剂（稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金）如： RuT420 ，表示 b420MPa组织 钢基体+ 蠕虫状 G圆滑

11、的石墨边缘牌号bMPa0.2MPa%硬度HB基体不 小 于RuT4204203350.75200280PRuT3803803000.75193274PRuT3403402701.0170249P+FRuT3003002401.5140217F+PRuT2602601953121197F 蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布性能特点：强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁， 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。 蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁进气管排气管应用：制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件 （钢锭模、玻璃模具、汽缸盖、排气阀、 液压

12、阀、耐压泵、高压热交换器等） 蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布玻璃模具制动鼓 蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体 数量并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成一层致密的 SiO2、 Al2O3、CrO3等氧化膜耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致 密的保护膜，减少各相间的电位差耐磨合金铸铁：白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好） 激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等 合金铸铁工业铸铁的成分范围与组织工业铸铁的成分范围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

13、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蠕化剂球化剂P+GF+GF+GP+GP+GF+GP+GF+GP+Fe3CZG- 如 ZG200-400，表示：s200 、b400 ZG+钢号 如：ZG25 钢， w(C)=0.25 % 2 铸钢牌号 ：钢号化学成分, %机械性能CMnSisMPabMPa5%akkJ/m2ZG150.12-0.220.35-0.650.20-0.452004002540600ZG250.22-0.320.50-0.800.20-0.452404502032450ZG350.32-0.420.50-0

14、.800.20-0.452805001625350ZG450.42-0.520.50-0.800.20-0.453205801220300ZG550.52-0.620.50-0.800.20-0.453506501018200铸铁与铸钢的强度比较2 铸钢组织： PF强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。性能：热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力轧辊外壳 形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如： 机车车辆、 船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等2 铸钢用途：课堂练习（三）铸铁与碳钢都属于铁-碳合金，铸铁的含碳量一般为 , 而钢的含碳量范围是 。灰铸铁中G主要以 形式存在，可制造 。可锻铸铁中G的形态为 ，可制造 。球墨铸铁中G的形态为 ，可制造 。蠕墨铸铁中G的形态为 ，可制造 。影响石墨化的主要因素是 和 。球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通灰铸铁高，是因为 。HT200牌号中“HT”表示（ ）,“200”表示（ ）。填空：1. 铸铁与碳素钢的根本区别在于： A、 铸铁的含碳量高，碳素钢的含碳量低； B、铸铁中硫、磷的含量高，而碳钢中低； C、 铸铁