工程材料-第八章-铸钢与铸铁12-19

1第八章铸铁碳钢合金钢铸钢与铸铁有色金属及其合金黑色金属2第一节铸铁概述灰口铸铁与白口铸铁的区别：成分不同—白口铸铁是Fe-C合金，灰口铸铁是以Fe-C-Si-Mn为主要元素的多元合金组织不同—在灰口铸铁中，碳主要以晶态G存在，组织中不存在Le性能不同—不存在高脆性的Le，脆性小，多种工程应用3人们通常所说的铸铁，指的就是灰口铸铁

在机床制造中，铸铁件用量60~90%41、碳的三种存在形式：①溶于α-Fe或γ-Fe中形成F或A；②形成渗碳体(Fe3C)；③游离态石墨(G)。石墨强度、硬度和塑性都很差。石墨为稳定相。

渗碳体为亚稳相，Fe3C→3Fe+C

一、铸铁成分（C＞2.11%；2.5-4%）二、铸铁的的石墨化过程和特点石墨的晶体结构——简单六方晶格Si(1-3%）,Mn(0.5–1.4%）,P(0.01–0.5%）,S(0.02–0.2%）;Gr,Ni,Mo,Cu–合金铸铁（提高机械性能、耐磨、耐腐蚀、耐热）5亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图，6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。2、铸铁的石墨化过程第一阶段：≥1154℃

一次石墨：过共晶铸铁液体结晶

共晶石墨：L4.25A2.08+G(共晶)第二阶段：1154℃～738℃

二次石墨：A→G第三阶段:738℃

共析石墨：

A0.68→Fp’+G(共析)1154℃7①温度和冷却速度缓慢冷却，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。影响石墨化的主要因素：②合金元素促进石墨化的元素(C、Si、A1、Cu、Ni、Co等）阻碍石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn等)两大类。S强烈促进白口化，控制＜0.15%生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。

83、铸铁的组织特征和分类名称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+GF+P+GP+G麻口铸铁部分进行部分进行不进行Le’+P+G白口铸铁不进行不进行不进行Le’+P+Fe3C表3-20铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织铸铁组织：石墨和基体（F、P、F+P）9根据石墨形态：普通灰口铸铁

片状；可锻铸铁

团絮状；球墨铸铁

球状；蠕墨铸铁

蠕虫状。球状石墨各种铸铁的石墨形态（未腐蚀）片状石墨団絮状石墨蠕虫状石墨10由于石墨的存在，使铸铁具备下列特殊性能：①优良的切削加工性；脆性切屑②铸造性能好；石墨膨胀③减磨性及耐磨性很高；石墨有好润滑作用,并能存油④优异的消振性；石墨削减振动的传递⑤低的缺口敏感性。大量石墨的割裂作用4、铸铁的性能特点石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨对基体的严重割裂致灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低。压缩强度不受影响11第二节灰口铸铁（80%）（1）牌号“HT”—“灰铁”，数字—最低抗拉强度。

HT100、HT200、HT300（表3-22）性能：强度较低，韧性较差应用：承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等Ｆ、Ｐ和Ｆ+Ｐ三种基体12图3-14灰口铸铁的显微组织F+G片F+P+G片P+G片石墨片的三维形貌13（2）影响灰铸铁组织和性能的因素②冷却速度:铸件壁厚越薄，冷速越快，越易形成白口铁①化学成分:控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法主要C（2.5~4.0%）、Si（1.0~2.0%）促进石墨化。Mn（0.5～1.4%）：阻止石墨化，促进P基体的形成。生成MnS;P：促进石墨化，↓强度(0.12%)，↑耐磨性(0.3%);S(0.15%):有害，强烈促进白口化。不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织灰口铸铁的机械性能主要取决于石墨的形态、含量和分布14（3）孕育铸铁经孕育处理（变质处理）后的灰铸铁叫孕育铸铁。

孕育的目的：获得细小均匀的石墨片，细化基体组织，提高强度和硬度常用的孕育剂:硅铁和硅钙合金、碳类孕育处理前孕育处理后15b．消除铸件白口、降低硬度的退火（高温退火）在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨；c．表面淬火高频、火焰、激光，50HRC~55HRC（4）灰铸铁的热处理及应用a．去应力退火（人工时效）

500℃～550℃，防止变形和开裂

热处理只改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高灰铸铁整体机械性能作用不大，消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。船用柴油机汽缸体(HT-300)16第三节、球墨铸铁

石墨呈球状，综合机械性能接近钢且铸造性好，成本低廉；（1）球墨铸铁的成分和球化处理成分要求比较严格：

3.6~3.9%C，2.2~2.8%Si，0.6~0.8%Mn,＜0.07%S，＜0.1%P球化处理必须伴随着孕育处理球化剂（稀土镁），石墨球化孕育剂（硅铁和硅钙），石墨球细小、均匀分布17图3-16球墨铸铁的显微组织例：QT420-10、QT600-2、QT800-2“QT”，球铁，最低抗拉强度和延伸率。（2）球墨铸铁的牌号、组织和性能18性能特点：强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(

0.2/

b)高,约为0.7~0.8,而钢一般只有0.3~0.5，疲劳强度较好牌号基体机械性能bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HBQT400-17F40025017600179QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505－147-241QT600-2P6004202－229-302QT700-2P7004902－229-302QT800-2P8005602－241-321QT1200-1下B1200840130038HRC代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴、轧辊等。19铸铁曲轴(3)球墨铸铁的热处理退火：Ｆ，高温退火或低温退火正火：Ｐ，并细化组织，提高强度和耐磨性调质：回火Ｓ，好的综合性能等温淬火：下Ｂ，高强度及良好的塑韧性球墨铸铁管道接口与钢大致相同核燃料贮存运输容器(QT350-22)20

第四节、蠕墨铸铁牌号RuT300、RuT420RuT，蠕铁+最低抗拉强度组织：蠕虫状，短片较钝蠕墨铸铁20世纪60年代发展起来的一种新型高强铸铁材料。强度接近于球墨铸铁，一定的韧性、较高的耐磨性；和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.蠕墨铸铁中的石墨21蠕墨铸铁的强度、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。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常用于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。如高压热交换器、汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀等22由白口铸铁通过退火处理得到的石墨→团絮状较高的强度、塑性和冲击韧性，不可锻，部分代替碳钢第五节、可锻铸铁牌号KT350-10，Ｆ可锻铸铁；KTZ600-3，Ｐ可锻铸铁

23可锻铸铁的生产和热处理：第一步，铸造纯白口铸铁第二步，长时间石墨化退火处理G完全由渗碳体分解得到24可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的薄壁零件，如轮毂，减速器壳、汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。可锻铸铁管件25灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁石墨形态片状团絮状球状基体组织F，F＋P，PF，PF，F＋P，P，B下牌号及含义HT×××KT（Z）×××-××QT×××-××工艺铁水经缓冷，G化去应力退火表面淬火先浇注成白口，后石墨化退火铁水+球化+孕育热处理与钢同性能特点强度较低，韧性较差韧性较好，但不可锻造强度高，韧性好，可与钢媲美应用承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的薄壁零件，如：车轮外壳，管接头、活塞环可用球铁代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等26第六节合金铸铁耐磨铸铁

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。常将铸铁的磷的质量分数提高，生成磷共晶，硬度高，有利于耐磨。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。如高铬耐磨铸铁、奥－贝球墨铸铁等。

耐热铸铁在高温下工作的铸铁（炉底板、换热器、坩埚、炉内运输链条等），加入Al、Si、Cr等元素，主要形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化。耐蚀铸铁主要用于化工部件（阀门、管道、泵、容器等）。加入Si、Cr、Al、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。27第七节铸钢1.碳素铸钢的化学成分及机械性能从机械性能看：W(c)↑→屈服强度和抗拉强度↑

W(c)>0.45%时，屈服强度增加很少，但塑性和韧性下降从铸造性能看：W(c)↑→降低钢的熔化温度，增加钢水的流动性，钢中气体、夹杂也能减少。28ZG25、ZG35、ZG45铸钢W(C)=0.35%牌号：ZG+平均碳质量分数29牌号：ZG+σs-σb302.铸钢的组织特征和热处理铸造冷却：粗大的奥氏体晶粒→魏氏体组织。热处理：退火或正火。热处理后的组织：颗粒比较细小的P+F魏氏体组织特点：铁素体沿晶界分布并呈针状插入珠光体内，使钢的塑性和韧性下降，不能直接使用。1.有一灰口铸铁铸件，经检查发现石墨化不完全，尚有渗碳体存在试分析其原因，并提出使这一铸件完全石墨化的方法？

答：原因：高温下没长时间保温，

铸造时冷却过快，有阻碍石墨化的元素，杂质元素硫成分比较多。方法：在高温下长时间保温、缓慢冷却、加入促进石墨化的元素。铸钢和铸铁部分的习题

2.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

答：片状石墨对基体有割裂作用，引起应力集中，抗拉强度和塑性都低。细片状石墨：减轻对基体有割裂作用，提高强度。

球状石墨：应力集中较低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。

蠕虫状石墨：强度接近于球墨铸铁，有一定的韧性和耐磨性。

团絮状石墨：应力集中较低，具有较高的强度、塑性和冲击韧性。3.试比较各类铸铁之间的性能的优劣顺序，与钢相比有什么优缺点？

答：

灰口铸铁是价格便宜，是应用最广泛的铸铁材料各项性能一般。球墨铸铁的石墨成球状具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合性能接近于钢。蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料，它的强度接近于球墨铸铁，并有一定的韧性和较好的耐磨性同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。可锻铸铁有较高的强度塑性和冲击韧性。合金铸铁除一般的机械性能外，常常还具有良好的耐磨性，耐蚀性和耐热性等。

抗拉强度