第八章铸铁-机械工程材料学

第八章铸铁第一节概述第二节灰铸铁第三节球墨铸铁第四节可锻铸铁第五节蠕墨铸铁第六节特殊性能铸铁亚共析钢过共析钢过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁共析钢共晶白口铁一、铸铁成分、组织和性能特点成分：含有较高的C、Si等元素,P、S等杂质也较多。组织：碳以石墨（G）的形式存在，组织为钢的基体(F、P、F+P)上分布着不同形态的石墨。第一节概述铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。性能:抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、优良的切削加工性。铸造性能比钢好。二、Fe-C双重相图及铸铁中石墨的形成（一）双重铁碳合金相图图中实线表示亚稳定的Fe-Fe3C相图图中虚线表示稳定的平衡Fe-G相图二者主要区别

（二）铸铁中石墨化过程（石墨的形成过程）Ⅰ、1154℃时通过共晶反应形成石墨

LC'→AE'+GⅡ、1154℃~738℃A→GⅡⅢ、738℃时共析反应

AS'→FP'+G碳含量为2.5~4.0%的铸铁石墨化过程：铸铁结晶后可得到三种不同的组织：

F+G、P+G、F+P+G（三）影响石墨化的因素1.化学成分的影响C、Si促进石墨化(通常WC2.5~4.0%,WSi1%~2.5%)；C%、Si%↑→石墨片多、粗大。另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。

S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻止石墨化。2.冷却速度的影响冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散，对石墨化有利。砂型铸造条件下铸铁壁厚化学成分与铸铁组织关系三、铸铁的分类1.白口铸铁：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ石墨化过程全部被抑制按Fe-Fe3C相图进行结晶，碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色。2.灰口铸铁：Ⅰ、Ⅱ石墨化过程充分进行，碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。3.麻口铸铁：Ⅰ石墨化过程部分进行，碳以石墨和Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成麻点。（一）按石墨化程度分1、灰口铸铁：G呈片状2、可锻铸铁：G呈团絮状3、球墨铸铁：G呈球状4、蠕墨铸铁：G呈短小的蠕虫状（二）按石墨形态分2134第二节灰口铸铁一、灰口铸铁的组织、性能和用途片状石墨+金属基体组成依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为：

铁素体灰口铸铁铁素体+珠光体灰口铸铁

珠光体灰口铸铁（一）灰口铸铁的组织铁素体为基体的灰口铸铁G呈片状暗灰色铁素体基体白色铁素体+珠光体为基体的灰口铸铁铁素体珠光体G呈片状珠光体为基体的灰口铸铁G呈片状珠光体（二

）灰口铸铁的性能和用途优良的铸造性能优良的耐磨性和消振性较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能4力学性能（三）灰口铸铁的牌号HT100HT150HT200HT300用途：汽车、拖拉机的气缸、气缸套，机床床身及承受压力、震动的零件等。性能：二、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：为了细化灰铸铁组织，提高铸铁的力学性能，通常在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质铸铁。孕育铸铁的金相组织：细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。故其强度高于普通的灰铸铁。应用：孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮等。大量人工晶核→结晶均匀→截面上组织均匀→性能均匀→断面敏感性小三灰口铸铁的热处理对灰口铸铁进行处理只能改变其基体组织，不能改变石墨的形态和分布。热处理目的消除铸件的内应力、改善切削加工性和表面磨损性能。（一）消除内应力的退火（人工时效）

防止变形开裂，保证尺寸稳定（二）改善切削加工性的退火（高温退火）消除白口组织，使局部Fe3C→G，降低硬度退火工艺：加热到850~900℃

，保温2~5h，随炉冷至

250~400℃

，出炉空冷。退火工艺：加热速度50~100℃，加热温度500~600℃

保温2~8h，炉冷至150~200℃，空冷。（三）表面淬火表面淬火工艺：

感应加热表面淬火火焰加热表面淬火点接触电加热表面淬火淬火后表面组织：细小马氏体＋片状石墨，硬度:59~61HRC。应用：重要的铸铁件，如机床导轨、内燃机缸套等目的：提高表面硬度和耐磨性第三节可锻铸铁

可段铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得到的一种高强度铸铁。（不可锻造，可进行微量的塑性变形）一、可锻铸铁的组织、性能和用途组织：铁素体基体可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁

性能：可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片状石墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，还具有一定的塑性和较高的韧性。可锻铸铁的牌号、力学性能和用途P183表7-2KTH300-06等KTZ450-06等用途：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁铸件，如汽车、拖拉机的轮壳、减速器壳体等。铁素体为基体可锻铸铁G呈团絮状暗灰色珠光体为基体可锻铸铁G呈团絮状暗灰色珠光体二、可锻铸铁的生产首先：浇注成纯白口铸铁其次：石墨化退火F+团絮G900~980Fe3C→A+G770650A→F+G720P→F+GP+团絮G温度时间A→GⅡ第四节球墨铸铁

球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好的塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。一、球墨铸铁的组织、性能和用途组织：F+G球、F+P+G球、P+G球三种性能：

1.

球铁的强度、塑性、冲击韧性高于灰铁、可铁；

2.球铁的屈强比比钢高；

3.优良的铸造性、切削加工性、低的缺口敏感性

4.对其进行热处理可改善其性能，以铁代钢用。用途：用于承受重载荷、受力复杂、力学性能要求较高的零件，如曲轴、连杆、轧辊、缸套、活塞、阀门等。F+G球F+P+G球P+G球二、球墨铸铁的生产加球化剂（稀土镁合金）球化处理加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理目的：降低白口倾向，得到球状石墨。牌号：QT400-18QT600-3QT700-2

1、高温退火：当铸态组织为F+P+Fe3C+G时采用。

退火工艺：加热到900~950℃，保温2~5h后，随炉缓冷至600℃出炉空冷。2、低温退火：当铸态组织为F+P+G采用

退火工艺：

加热到720~760℃，保温2~8h后，随炉缓冷至600℃出炉空冷三、球墨铸铁的热处理（一）退火（为了获得铁素体基体球墨铸铁）热处理特点：共析转变温度高，要在较高温度实现奥氏体化；

C曲线右移，并形成两个“鼻尖”，淬透性比钢好；加热温度和保温时间范围宽，可调整热处理后的基体组织及球铁使用性能。导热性差1、高温正火（完全奥氏体化正火）

将工件加热到880~920℃

，保温3h左右，空冷，得到P+G组织2、低温正火（不完全奥氏体化正火）

将工件加热到840~860℃

，保温一定时间，空冷，得到F+P+G组织正火后为消除铸件中产生的内应力，可增加一次去应力退火（回火），加热到500-600℃，保温3~4h，空冷。（二）正火目的：得到珠光体基体，以提高球墨铸铁强度，硬度和耐磨性高温正火工艺曲线低温正火工艺曲线组织：F+P+G组织：细P+G球墨铸铁的正火工艺曲线（三）调质处理目的：对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。调质工艺：加热温度850-900℃，油或水中淬火，回火温度550-620℃，空冷。组织：回火索氏体加球状石墨组织（四）等温淬火目的：使形状复杂、热处理易变形、开裂的零件，具有良好的综合力学性能，如齿轮、轴承套等。等温淬火工艺：加热温度840-900℃，保温一定时间，250-300℃盐浴炉中等温30-90分钟后空冷。组织：下贝氏体+球状石墨下贝氏体+球状石墨第五节蠕墨铸铁一、蠕墨铸铁中的石墨形态蠕铁中的石墨为短小的蠕虫状，形态弯曲，端部圆钝，长宽比一般为3-10的石墨称为蠕虫状石墨，其石墨形态介于球状石墨和片状石墨之间。

蠕虫状石墨二、蠕墨铸铁的生产蠕墨铸铁对铁液的化学成分要求与球墨铸铁相似，向铁液中加入蠕化剂即可。常用蠕化剂有稀土硅铁或镁与钛、铝组成的复合蠕化剂。石墨蠕化效果常用蠕化率来表述，它指的是检测视场中蠕虫状石墨面积占全部石墨面积的百分数，一般要求不低于50%。其中镁和稀土元素为石墨球化元素，钛、铝等为反球化元素。为了消除镁和稀土元素的白口化影响，通常要用75%硅铁进行孕育处理。三、蠕墨铸铁的力学性能取决于石墨的蠕化率、形态、分布和基体组织。基体组织可分为：铁素体、珠光体、铁素体＋珠光体蠕铸铁的牌号和力学性能类别牌号力学性能蠕化率(%)бb/MPaб0.2/MPaδ(%)HBS铁素体蠕墨铸铁RuT2602601953.0121-197≥50铁素体+珠光体蠕墨铸铁RuT3003002401.5140-217RuT3403402701.0170-249珠光体蠕墨铸铁RuT3803803000.75193-274RuT4204203350.75200-280第六节其他铸铁简介（一）高磷铸铁：普通灰铸铁+Wp0.5%~0.75%，

形成磷共晶（F+Fe3P，P+Fe3P，F+P+Fe3P）

（二）高铬铸铁:

白口铸铁+Wcr14%~20%，以及少量

Mo、Ni、Cu等元素，使组织中出现大量(Cr、Fe)7C3碳化物除了灰铁、可铁和球铁外，还有一些因加入合金元素而具有特殊物理和化学性能的铸铁。一、耐磨铸铁高磷含硼铸铁活塞,水平连续铸造距表层10mm处组织磷共晶为白亮的Fe3P或碳化物基体上分布着粒状的铁素体或珠光体和条状碳化物的三元磷共晶元素

CSiMnCrMoCuTiPB3.232.360.560.100.310.60.16