（本科）金属工艺学基础（上）第8章 铸铁ppt课件（全）

1、金属工艺学基础（上）第8章 铸铁第8章 铸 铁设计制作人：陈妙婷箱体启动阀铸铁是c2.11%的铁碳合金,并且还含有较多的硅、锰、硫、磷等元素。铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均较低，但铸铁熔炼简便、具有优良的铸造性能，很高的减摩和耐磨性，良好的消振性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列优点。铸铁广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和国防工业各部门在各类机械中，铸铁件约占5070；在机床和重型机械中，则可达6090。 1、铸铁的特点8.1 认识铸铁 根据碳在铸铁中存在的形式的不同铸铁可分为：白口铸铁 碳全部或大部分以渗碳体形式存在，因断裂时断口呈白亮颜色，故称白口铸铁。 灰口铸铁

2、 它是碳全部或大部分以片状石墨形式存在的铸铁，断口呈暗灰色。 可锻铸铁 石墨呈团絮状；蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状。合金铸铁 在灰铸铁或球墨铸铁中加入一些合金元素，可使铸铁具有某些特殊性能，2、铸铁的分类 根据铸铁中石墨形态，铸铁可分为：灰口铸铁 石墨以片状形式存在的铸铁。球墨铸铁 铁液经过球化处理，使石墨以球状形式存在的铸铁。蠕墨铸铁 石墨以蠕虫状形式存在的铸铁。可锻铸铁 白口铸铁通过可锻化退火，使石墨以团絮状形式存在的铸铁。图 铸铁中石墨形态示意图a)片状 b)团絮状 c)球状 d)蠕虫状在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在：一是固溶在F、A中，二是化合物态的渗碳体(Fe3C)，三是游离态石墨（G

3、）。渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨（Fe3C3Fe+G）。石墨为稳定相，其强度、硬度和塑性都很差。8.2 铸铁的石墨化铁碳合金双重相图LL+亚稳系+Fe3C亚稳系L +Fe3C稳定系L +GCESPQGC%6.69FeT JNA1稳定系+G亚稳系 +Fe3C稳定系 +G2.080.684.257381154 1、铸铁的石墨化过程铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。 按照FeG相图，可

4、将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化： 铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在1154通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在1154738温度范围内奥氏体沿ES线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在738通过共析反应析出共析石墨。 影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。 2、影响铸铁石墨化的因素内因-化学成分 分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化； 在铸铁中，1%Si对石墨化的作用

5、相当于1/3%C，所以有： 碳当量CE=C%+1/3Si%内因-化学成分2、S 是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成低熔点(约980)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量在0.15%以下。 锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5%1.4%。内因-化学成分磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于0.3%时

6、，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。外因-冷却速度在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。1）灰铸铁金相组织 灰口铸铁化学成分的一般范围是：c2.54.0，Si1.02.2，Mn0.51.3，s0.15，p0.3。灰口铸铁组织

7、由金属基体和片状石墨两部分组成的。在金相显微镜下观察，灰口铸铁的石墨呈片状；其基体可分为珠光体、珠光体十铁素体、铁素体三种。8.3 常用铸铁一、灰铸铁F+片状石墨（F+P）+片状石墨P+片状石墨2）灰铸铁牌号 用“HT”加一组数字表示，HT为“灰铁”汉语拼音首字母，数字表示最小拉伸强度。如HTl50，表示拉伸强度b150MPa的灰铸铁。3）灰铸铁的性能 缺口敏感性低。抗压强度高。加工性能好。铸造性能好。4）灰铸铁的热处理 消除应力退火是将灰铸铁缓慢加热到500600，保温一段时间，随炉降至200后出炉空冷。消除白口组织的退火是将灰铸铁加热到850950，保温25h，然后随炉冷却到400500，

8、出炉空冷，使渗碳体在高温和缓慢冷却中分解，用以消除白口组织，降低硬度，改善切削加工性。为了提高某些铸件的表面耐磨性，常采用表面淬火等方法，使工作面(如机床导轨)获得细小的马氏体基体十石墨组织。为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常采用孕育处理。它是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂(硅铁或硅钙合金)，使铁液在凝固时产生大量的人工晶核，从而获得细晶粒珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁具有较高的强度和硬度，具有断面缺口敏感性小的特点，因此孕育铸铁常作为力学性能要求较高，且断面尺寸变化大的大型铸件。如机床床身等。5）灰铸铁的孕育处理HT100低载荷和不重要零

9、件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等HT150 承受中等应力（抗弯应力小于100N/mm2）的零件，如支柱、底座、齿轮箱、工作台、刀架、端盖、阀体、管路附件及一般无工作条件要求的零件HT200、HT250 承受较大应力（抗弯应力小于300N/mm2）和较重要零件，如汽缸体、齿轮、机座、飞轮、床身、缸套、活塞、刹车轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压缸等HT300、HT350承受高弯曲应力（小于500N/mm2）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身、高压油压缸、滑阀壳体等6）灰铸铁的牌号、力学性能和用途举例 叶轮 发动机飞轮 应用铁液经球化处理和孕育处理，使石墨呈球状

10、的铸铁称为球墨铸铁。它是在浇注前，往铁水中加入一定量球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂(硅铁或硅钙合金)，使铸铁中的石墨呈球状析出。二、球墨铸铁牌号由QT与两组数字组成（其中QT表示“球铁”二字汉语音的字首，第一组数字代表最低抗拉强度值，第二组数字代表最低伸长率）例如：QT40018、QT50007、QT60003、QT70002等1）牌号及用途QT40018、QT40015、QT40010承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、农机具零件，中低压阀门，上、下水及输气管道、压缩机上高低压气缸，电机机壳，齿轮箱，飞轮壳等QT50007 机器座架、传动轴、飞轮、电动机架、

11、内燃机的机油泵齿轮、铁路机车车辆轴瓦等QT60003、QT70002、QT80002载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、汽缸套，部分磨床、铣床、轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体，桥式起重机大小滚轮等 QT90002 高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮，内燃机曲轴，凸轮轴等 球墨铸铁管道接口 应用 由于球墨铸铁中石墨呈球状，对金属基体的割裂作用较小，使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度高于其它铸铁，球墨铸铁有一个突出优点是其屈强比较高，因此对于承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替铸钢。球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高，而成本却接近于灰口铸铁，并保留了

12、灰口铸铁的优良铸造性能、切削加工性、减摩性和缺口不敏感等性能。因此它可代替部分钢作较重要的零件，对实现以铁代钢，以铸代锻起重要的作用，具有较大的经济效益。 2）性能特点 生产球墨铸铁时必须要进行脱硫处理、球化处理(浇注前必须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂)和孕育处理(球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理)。 3）处理方法4）热处理 在生产中经过退火、正火、调质处理、等温淬火等不同的热处理后，球墨铸铁可获得铁素体、铁素体+珠光体、珠光体和贝氏体等不同的基体组织；也可获得贝氏体、马氏体、托氏体、索氏体和奥氏体等基体组织。图 球墨铸铁的显微组织示意图a)铁素体球墨铸铁 b)铁素体+珠

13、光体球墨铸铁 c)珠光体球墨铸铁 蠕墨铸铁因其石墨很象蠕虫而命名。 蠕墨铸铁是将蠕化剂（稀土镁钛合金、稀土镁钙合金、镁钙合金等），置于浇包内的一侧。另一侧冲入铁液，蠕化剂熔化而成的。蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，它的抗拉强度、屈服点、伸长率、疲劳强度均优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁；而铸造性能、减震能力、导热性、切削加工性均优于球墨铸铁，与灰铸铁相近。三、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的牌号由RuT与一组数字表示。其中RuT表示“蠕铁”二字汉语拼音的字首，后面三位数字表示其最小抗拉强度值 例如：RuT260、RuT300、RuT340、RuT380等1）牌号及用途 RuT260

14、 增压器废气进气壳体气车底盘零件等RuT300 排气管，变速箱体，汽缸盖，液压件，纺织机零件，钢锭模等RuT340 重型机床件，大型齿轮箱体、盖、座，飞轮，起重机卷筒等RuT380RuT420 活塞环，汽缸套，制动盘，钢珠研磨盘，吸淤泵体等 应用：主要用来制造大功率柴油机缸盖、气缸套、电动机外壳、机座、机床床身、阀体、玻璃模具、起重机卷筒、纺织机零件以及钢锭模等铸件。排气管 进气管 蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能和热传导性、耐疲劳性及减振性与灰铸铁相近。蠕墨铸铁较球墨铸铁在性能上的优越性在于它具有优良的抗热疲劳性以及优良的导热性，而且其铸造性能、减振性能也

15、优于球墨铸铁。 2）性能 蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁的成分要求基本相似，即高碳、低硫及一定成分的硅、锰。3）化学成分 蠕墨铸铁是在具有上述成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理后获得的。蠕化处理后还要进行孕育处理，以获得良好的蠕化效果。我国目前采用的蠕化剂主要有稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金。4）蠕化处理可锻铸铁又俗称为马铁。是将白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而获得的具有团絮状石墨的铸铁。 由于石墨铁呈团絮状，大大减轻了对基体的割裂作用，塑性与韧性有明显的提高；但可锻铸铁实际上是不能锻造的。四、可锻铸铁其牌号由“KTH”或“KTZ”与两组数字表示。其中“KT”表示“可锻”二字的汉

16、语拼音字首；“H”和“Z”分别表示“黑”和“珠”的汉语拼音的字首；牌号后边第一组数字表示最小抗拉强度值；第二组数字表示最小伸长率。例如：KTH30006、KTH33008、KTZ55004、KTZ65002等1）牌号及用途 KTH30006 弯头、三通管件、中低压阀门等 KTH33008 扳手、犁刀、犁柱、车轮壳等KTH35010、KTH37012 汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳、转向节壳、制动器及铁道零件等 KTZ45006、KTZ55004、KTZ65002、KTZ70002 载荷较高和耐磨损零件，如曲轴、凸轮轴，连杆、齿轮、活塞环、轴套、 耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等 可锻铸铁

17、分为黑心(铁素体)可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两种类型。2）组织及性能图 可锻铸铁的显微组织示意图a)铁素体可锻铸铁 b)铁素体+珠光体可锻铸铁 生产过程分为两步，第一步先铸成白口铸铁件，第二步再经高温长时间的可锻化退火，使渗碳体分解出团絮状石墨。3）生产过程五、合金铸铁 在灰铸铁或球墨铸铁中加入一些合金元素，可使铸铁具有某些特殊性能，这些铸铁称为合金铸铁或特殊性能铸铁。 铸铁合金化的目的有两个：一是为了强化铸铁组织中金属基体部分并辅之以热处理，获得高强度铸铁；另一个是赋予铸铁以特殊性能，如耐热、耐磨、耐蚀等。 耐磨铸铁 在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但

18、白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的耐磨表面，其它部位采用砂型。同时调整铁水的化学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而心部为灰口铸铁组织，有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产。耐磨铸铁 为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常将铸铁的磷含量提高到0.4%0.6%(高磷铸铁），生成磷共晶（F+Fe3P, P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈断续网状的形态分布在珠光体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基础上，还可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的

19、耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、奥贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁。 耐热铸铁 在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。加入Al、Si、Cr等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，从而改善铸铁的耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。常用耐热铸铁的成分和性能耐蚀铸铁 耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入Si、Cr、Al、

20、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保护膜，或使基体电极电位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁。第八章思考题参考答案或提示8.1.什么是铸铁？与钢相比，铸铁有何特点？答：参见p1168.2、根据碳在铸铁中的存在形式不同，铸铁分为哪几类?答：参见p1168.3、试述石墨对铸铁性能的影响。答：参见p117-1188.4、灰铸铁石墨化过程中，若第一、第二阶段完全石墨化，第三阶段石墨化完全进行、部分进行、没有进行时，问它们各获得什么组织的铸铁?答：参见p1178.5、从综合力学性能和工艺性能来比较灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。答：答：8.6、独立思考完成8.7、灰铸铁具有哪些优良的性能?答：参见p1198.8、什么是灰铸铁的孕育处理?孕育处理的目的是什么?答：参见p1198.9、铸件为什么要进行去应力退火?答：白口铸铁中的碳完全以化合碳的形式存在，不出现石墨。特别是高全金白口铸铁，在铸造过程中产生较大的铸造应力