第二节常用铸造合金

第二节常用铸造合金第1页，课件共37页，创作于2023年2月一、铸铁（2）灰口铸铁指碳主要以石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。强度低塑性差，但铸造性能好，是工业中应用最广的铸铁。根据碳在铸铁中的存在形式分类（1）白口铸铁指碳主要以Fe3C形式出现的铸铁，断口呈银白色。极硬且脆，很难切削加工。多制作耐磨零件，如犁、铧、磨球等，或制造冷硬铸铁件，如轧辊。（3）麻口铸铁属于白口铁和灰口铁之间的过渡组织，其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。断口灰白相间。硬、脆，难加工，很少应用。第2页，课件共37页，创作于2023年2月其中灰口铸铁又以“G”形态的不同，分为：（普通）灰铸铁C以片状“G”可锻铸铁团絮状“G”球墨铸铁球状“G”；蠕墨铸铁蠕虫状“G”第3页，课件共37页，创作于2023年2月1、灰铸铁脆性材料

（1）珠光体灰铸铁P+“G”片HT200（2）珠光体-铁素体灰铸铁P+F+“G”片HT150（3）铁素体灰铸铁F+“G”片HT1001)、灰铸铁的组织显微组织：金属基体+“G”片第4页，课件共37页，创作于2023年2月⑵耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。⑷铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2）、铸铁的性能特点⑴力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较第5页，课件共37页，创作于2023年2月3)、影响灰铸铁组织和性能的主要因素

分析三种灰铸铁：

C化合=0时,为F灰铸铁。强度硬度最差，很少用。C化合=0.8%时，为P灰铁，石墨片细小，分布均匀，强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。

C化合<0.8%时,为（P+F）灰铸铁，石墨片较粗大，强度低，适于一般机件。其铸造性能和减振性均优于前者，应用最广。结论：必须控制石墨化程度来控制铸铁的组织和性能。铸铁的石墨化：在铸铁组织中形成石墨的过程。第6页，课件共37页，创作于2023年2月影响铸铁组织和性能的主要因素与影响铸铁石墨化的因素是一致的，即为化学成分和冷却速度。（1）化学成分C、Si、Mn、S、P碳和硅对铸铁的组织和性能起着决定性的影响碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。硅是强烈促进石墨化的元素。含硅量过少，即使高含碳量石墨也不宜析出，容易形成白口组织。在灰铸铁中，C：2.5-4.0%；Si：1.0-3.0%。第7页，课件共37页，创作于2023年2月S：硫是强烈阻碍石墨化的元素，能促进铸铁白口化，形成热脆性，并降低流动性，增大收缩，产生热裂。有害元素，应严格限制其含量在0.1%以下。Mn:锰与硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提高铸铁的强度。锰是阻碍石墨化的元素，增加白口倾向。生产中常加入0.6～1.2%锰铁，控制铸铁组织。P:磷对石墨化影响不显著，磷含量大于0.3%时会形成硬而脆的磷共晶，能提高铸铁的耐磨性，但又会形成冷脆性，对于灰铸铁含磷量应限制在0.15%以下。

第8页，课件共37页，创作于2023年2月冷却速度越慢，越有利于石墨化过程的进行。（2）冷却速度在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩散能力，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。对于薄壁件容易得到白口组织，要获得灰口组织就应增加碳、硅含量；反之亦然。冷却速度对铸铁组织的影响冷却速度主要取决于铸型材料和铸件壁厚。

第9页，课件共37页，创作于2023年2月铸铁成分（C+Si）和铸件壁厚（冷速）对铸铁组织的影响第10页，课件共37页，创作于2023年2月4)灰铸铁的牌号及应用第11页，课件共37页，创作于2023年2月5)、灰铸铁的孕育处理（变质处理：变质铸铁、高强度铸铁）为提高灰铸铁强度，尽量使石墨片细化，对其需进行孕育处理。即在铸造前向铁液加入孕育剂Si75-Fe，结晶时增加石墨晶核数目，使石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。孕育铸铁的应用：孕育铸铁适合于生产要求较高强度、高耐磨性和减震的重要铸件，尤其是厚大截面的铸件。第12页，课件共37页，创作于2023年2月活塞环6)、灰铸铁的热处理热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状和分布1）消除内应力的退火大型、复杂的或精度要求较高铸件（如：床身、机架）在机加工前进行去应力退火：500-600℃保温后炉冷。汽缸套气缸套2）消除铸件白口，改善切削加工性退火：850-900℃保温,使Fe3C分解，炉冷至400℃后空冷。3）表面淬火第13页，课件共37页，创作于2023年2月用途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。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体第14页，课件共37页，创作于2023年2月1)、定义及性能：可锻铸铁是白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火，获得具有团絮状石墨的铸铁。由于石墨呈团絮状，故抗拉强度↑，塑、韧↑。2、可锻铸铁玛铁黑心可锻铸铁

珠光体可锻铸铁

可锻铸铁的石墨化退火第15页，课件共37页，创作于2023年2月2)、牌号及应用第16页，课件共37页，创作于2023年2月3）、用途用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。可锻铸铁管件第17页，课件共37页，创作于2023年2月黑心可锻铸铁件第18页，课件共37页，创作于2023年2月4)、可锻铸铁的生产生产周期长（50-70h），工艺复杂，成本高；C、Si含量低，熔点高（1300℃

），结晶范围大，导致流动性差，收缩大。需高温浇注、顺序凝固第一：先铸出白口铸铁坯；毛坯在退火前不能有石墨存在，否则将导致废品。第二：进行石墨化退火。C：2.4~2.8%；Si：<1.4%白口铁可锻铸铁的石墨化退火工艺第19页，课件共37页，创作于2023年2月3、球墨铸铁（球铁）1947年1)、定义：在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。2)、组织：对基体割裂作用进一步减轻。第20页，课件共37页，创作于2023年2月3)、球墨铸铁的生产（1）铁液的化学成分:

C↑(3.6-4.0%)，Si（2-2.6%），

S、P↓球化剂（稀土镁合金)的作用：使石墨呈球状析出；加入量1-1.6%铁液质量。孕育剂(硅铁75%Si)的作用：促使石墨化，防白口。加入量0.4-1%铁液质量。（2）球化剂和孕育剂第21页，课件共37页，创作于2023年2月(4)球墨铸铁的铸造工艺特点1铁液高温出炉：经球化及孕育处理温度要降低40℃

；2采用顺序凝固：球铁收缩大，易形成缩孔缩松；收缩会随铸型的刚度而改变。3严格控制S含量及型砂中的水分：易产生皮下气孔。铸件的外壳强度很低，球状石墨析出引起的膨胀力很大。若铸型的刚度不足，铸件外壳将向外胀大，造成铸件内部的铁水不足，在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。

第22页，课件共37页，创作于2023年2月（5）球墨铸铁的热处理1）退火最终获得铁素体球铁。当铸态组织为F+P+Fe3C+G时，进行高温退火，将铸件加热到900～950℃，保温3～6h，随炉冷到600℃，出炉空冷。当铸态组织为F+P+G时，进行低温退火，将铸件加热到720～760℃左右，保温2～8h，炉冷到600℃，出炉空冷，获得铁素体基体的球铁。第23页，课件共37页，创作于2023年2月2）正火

目的：增加基体中P量，以提高强度、硬度及耐磨性。高温正火:880℃～920℃,细珠光体+石墨+F（少量）低温正火:840℃～860℃，P+F基体的球墨铸铁球墨铸铁中的牛眼状铁素体组织

珠光体基球墨铸铁正火后冷却速度越快，F含量越少；但会引起内应力，需进行消除应力退火。第24页，课件共37页，创作于2023年2月3）调质用于一些要求较高或截面较大的球铁件，如大型曲轴和连杆。860-900℃+550-620℃;4）等温淬火获得高强度、一定塑性及韧性的B球铁。加热到860-900℃，在250-300℃的等温盐浴等温处理0.5-1.5h后空冷。制品(轧辊与辊环)组织贝氏体基球墨铸铁第25页，课件共37页，创作于2023年2月6)、球墨铸铁的牌号及应用用途承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。第26页，课件共37页，创作于2023年2月1)蠕墨铸铁的组织特征4、蠕墨铸铁石墨形态介于片状和球状石墨之间，呈短片状，片端钝而圆，类似蠕虫。灰口铸铁中石墨片的特征是片长、较薄、端部较尖；球墨铸铁中的石墨大部分呈球状；是近年来发展起来的一种新型工程材料第27页，课件共37页，创作于2023年2月2)蠕墨铸铁的性能力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相近；强韧性不如球铁。3)蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途断面敏感性较灰铸铁小，厚大截面上性能较均匀。

第28页，课件共37页，创作于2023年2月蠕墨铸铁的强度、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。第29页，课件共37页，创作于2023年2月第30页，课件共37页，创作于2023年2月铸钢特点：力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，焊接性能优良，适于采用铸、焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。

铸钢用途：承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁，大型轧钢机机架、大齿轮等。二、铸钢15%摇枕侧架第31页，课件共37页，创作于2023年2月1.铸钢的分类、性能和应用铸造碳钢易于制取、较经济，占80%以上铸造合金钢ZGMn13铸造火车道岔第32页，课件共37页，创作于2023年2月1）低碳铸钢含碳量<0.25%，如ZG200-400，组织为：F+少量P强度、硬度低，塑性韧性好；导电、导磁性较好。通常利用软磁特性制造电机零件。但熔点高，流动性差，易氧化、热裂倾向大，铸造困难。应用较少。1.铸钢的分类、性能和应用第33页，课件共37页，创作于2023年2月2）中碳铸钢含碳量0.25-0.45%，如ZG230-450~ZG310-570，组织为F+P。强度、硬度较高，塑性韧性较低。流动性好，氧化热裂倾向小；但导热性差，易产生应力。应用最多。1.铸钢的分类、性能和应用第34页，课件共37页，创作于2023年2月3）高碳铸钢含碳量0.5-0.6%，ZG340-640。组织为P+少量F。硬度高，塑性低。流动性好，收缩较小，不易粘砂；热裂倾向小。但导热性差，铸件内应力及冷裂倾向大。仅适用于制造耐磨铸件，如轧辊。1.铸钢的分类、性能和应用第35页，课件共37页，创作于2023年2月铸造性能差∵熔点高，浇注温度高，流动性差，易氧化