铸铁的石墨化

项目十二铸铁12.1铸铁的石墨化12.2灰口铸铁12.1铸铁的石墨化12.1.1铁碳合金双重相图在铁碳合金中，碳有两种存在形式，一种是渗碳体(Fe3C)，其中碳的质量分数是6.69%;另一种是游离状态的石墨，用符号G表示，其碳的质量分数是100%。石墨的晶体结构为简单六方晶格，如图12-1所示，原子呈层状排列，同一层面上的原子间距为1.42，原子间的结合力较强，层与层之间的距离为3.40，因此，层与层之间结合力较晶格同一层面上原子间的结合力小，极易沿层与层之间进行滑移，故石墨的强度、硬度、韧性极低，硬度仅为3~5HBS。下一页返回12.1铸铁的石墨化实践证明，若将渗碳体加热到高温下，则渗碳体可分解为铁素体和游离态的石墨，即Fe3C

3Fe+C(G)。这表明石墨是稳定相，而渗碳体是亚稳定相。为了描述这两种相的析出规律，分别引入Fe

Fe3C合金相图和Fe

G相图。为了便于分析和应用，习惯上将这两个相图叠合在一起，称为铁一碳合金双重相图，如图12-2所示。图中实线表示FeFe3C合金相图，虚线表示Fe

G相图，虚线与实线重合的线段都用实线表示。上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化12.1.2铸铁的石墨化过程铸铁中的碳原子以石墨形式析出的过程称为石墨化。铸铁的石墨化可以按照Fe

G相图，由液态和固态中直接生成石墨;也可以按照Fe

Fe3C相图结晶出渗碳体，随后渗碳体在一定条件下分解出石墨。现以过共晶合金的铁液为例，当它以极缓慢的速度冷却，并全部按Fe

G相图进行结晶时，铸铁的石墨化过程可分为以下三个阶段:

第一阶段:它包括过共晶液相沿C'D’冷却时析出的一次石墨(GI)和在1154℃共晶转变时形成的共晶石墨(G共晶)，其反应式为上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化第二阶段:在738℃~1154℃冷却时，过饱和奥氏体沿E'S’线冷却时析出的二次石墨(GII)，其反应式为第三阶段:在冷却至738℃，通过共析转变由奥氏体析出的共析石墨(G共析)，其反应式为上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化上述成分的铸铁液若按Fe

Fe3C相图进行结晶，然后由渗碳体分解出石墨，则其石墨化过程同样可以分为三个阶段。第一阶段:一次渗碳体和共晶渗碳体在高温下分解而析出石墨。第二阶段:二次渗碳体分解析出石墨。第三阶段:共析渗碳体分解而析出石墨。铸铁石墨化的过程是碳原子的一个扩散过程，温度的高低将影响碳原子的扩散。铸铁在高温冷却过程中，第一、第二阶段的石墨化容易进行;第三阶段由于温度较低，碳原子的扩散能力较低，石墨化往往难以进行。根据铸铁石墨化的程度不同，将获得不同基体的铸铁组织。上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化12.1.3影响石墨化的因素铸铁石墨化过程受到许多因素影响，其中最主要的因素是铸铁的化学成分和冷却速度。1.化学成分的影响按对石墨化的作用不同，化学元素(主要是合金元素)可分为两大类:

第一类是促进石墨化的元素，如铸铁中碳、硅等，其中碳、硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中的碳、硅的含量越高，越有利于石墨化的进程。这是因为随着碳的质量分数的增加，液态铸铁中石墨晶核数目增多，故促进了石墨化;而硅与铁原子结合力较强，从而削弱了铁、碳原子间的结合力，上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化而且还会使共晶点的碳的质量分数降低，共晶转变温度升高，这都有利于石墨的析出。硅对石墨化的影响与其含量有关，铸铁中的含硅量在3.0%~3.5%以下时，促进石墨化的作用比较强烈，特别是含硅量在1.0%~2.0%的范围内作用更显著。当含硅量超过3.0%~3.5%时，硅的石墨化作用减弱。第二类是阻碍石墨化的元素，如铸铁中的硫、锰、磷等，其中硫是强烈阻碍石墨化的元素，因为硫不仅增强铁、碳原子之间的结合力，而且形成硫化物后，常以共晶体的形式分布在晶界上阻碍碳原子的扩散;锰也是阻碍石墨化的元素，但它与硫有很强的结合力，形成MnS，减弱了硫对石墨化的有害影响。上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化因而间接地促进了石墨化，故铸铁中应保持一定的含锰量;磷是微弱促进石墨化的元素，但磷在奥氏体和铁素体中溶解度很小，当含量超过一定值后，便会形成磷化物共晶体在晶界析出，使铸铁脆性增加。故在铸铁中要严格控制硫、磷的含量，含锰量要适当。2.冷却速度的影响铸铁在结晶过程中的冷却速度对石墨化的影响很大。若冷却速度较大，因碳原子来不及扩散则石墨化难以充分进行，碳容易以渗碳体的形式存在，从而得到硬脆的白口组织;若冷却速度较小，碳原子有充分的时间进行扩散，而有利于石墨化的进程。上一页下一页返回12.1铸铁的石墨化在铸造生产中，冷却速度的大小主要决定于浇注温度、铸件壁厚、铸型材料等。浇注温度越高，金属液体在凝固前有足够的热量预热铸型，使铸件在结晶过程中具有较低的冷却速度，从而有利于石墨化的进行。对于薄壁铸件，由于冷却速度较快，容易得到白口组织，要获得灰口组织就应增加壁厚或增加铸铁中碳、硅含量。相反厚大铸件，为避免过多、过大的石墨出现，则应适当减少碳、硅含量。上一页返回12.2灰口铸铁铸铁中的碳大部分或全部以游离状的石墨形式存在，断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。根据石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为普通灰铸铁(简称灰铸铁)、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。其中，灰铸铁是工业生产中应用最广泛的一种铸铁材料，在各类铸铁生产中，灰铸铁的生产占总产量的80%以上。下一页返回12.2灰口铸铁12.2.1灰铸铁(1)灰铸铁的化学成分。目前生产中，灰铸铁的化学成分一般为:wc=2.7%~4.0%，wSi=1.0%~2.5%，wMn=0.5%~1.4%，wP≤0.3%，wS≤0.15%，其中碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是限制的元素。(2)灰铸铁的组织。灰铸铁中的碳大部分或全部以片状石墨的形式分布在基体组织上。按基体组织的不同灰铸铁分为三类:铁素体基体灰铸铁;铁素体+珠光体基体灰铸铁;珠光体基体灰铸铁。其显微组织如图12-3所示。上一页下一页返回12.2灰口铸铁

(3)灰铸铁的性能。①力学性能。灰铸铁的组织相当于以钢为基体+片状石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰等元素，这些元素可溶入铁素体而使基体强化，因此其基体的强度与硬度不低于相应的钢。片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，可近似地把它看成是一些微裂纹，它不仅割裂了基体组织的连续性，缩小了基体承受载荷的有效截面，而且在石墨的尖端容易产生应力集中，当铸铁件受拉力或冲击力作用时容易产生脆断。因此，灰铸铁的抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性远比相同基体的钢低很多。铸铁中石墨片的数量越多，石墨片越粗大，分布越不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象越严重，则其抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性越低。上一页下一页返回12.2灰口铸铁灰铸铁的性能，主要取决于基体的组织和石墨的数量、形状、大小及分布状况。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨的存在对其影响不大，因此，灰铸铁的抗压强度、硬度与相同基体的钢相似。灰铸铁的抗压强度一般是其抗拉强度的3~4倍。②其他性能。石墨虽然降低了灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正由于石墨的存在，使铸铁具有一系列其他优良性能。a.优良的铸造性能。灰铸铁的熔点低，流动性好，收缩率小，铸造过程中不易出现缩孔、缩松现象，因此灰铸铁可以浇铸出形状复杂的薄壁零件。b.良好的减振性能。铸铁中的石墨对振动可起缓冲作用，上一页下一页返回12.2灰口铸铁可阻止振动传播，并将振动能量转化为热能，故铸铁具有良好的减振性(铸铁的减振能力比钢大十倍左右)。常用于承受压力和振动的机床底座、机架、机身和箱体等零件。c.良好的减摩性能。石墨本身是一种良好的润滑剂，在使用过程中石墨剥落后留下的孔隙具有吸附、储存部分润滑油的作用，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性。所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造。d.良好的切削加工性能。由于石墨割裂了基体组织的连续性，在切削过程中容易断屑和排屑，且石墨对刀具具有一定的润滑作用，使刀具磨损减小。e.较低的缺口敏感性。铸铁中的石墨就相当于其本身存在了许多微小的裂纹，从而减弱了外加缺口对铸铁的作用。上一页下一页返回12.2灰口铸铁2.灰铸铁的孕育处理为了提高灰铸铁的力学性能，生产中常采用孕育处理的方法来改善石墨的大小及分布。孕育处理是在浇注前向铸铁液中加入一定量的孕育剂，以获得大量的人工晶核，得到细小、均匀分布的片状石墨以及细化基体组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。生产中常用的孕育剂有含硅量75%的硅铁或含硅量60%~75%的硅钙合金，在孕育处理时，这些孕育剂或它们的氧化物(如SiO,CaO等)在铁水中将形成大量的、高度弥散的和难熔的质点，悬浮在铁水中而成为大量的石墨结晶核心，从而获得细小、分布均匀的石墨。上一页下一页返回12.2灰口铸铁孕育铸铁的组织为细密的珠光体加均匀分布的细小片状石墨，所以抗拉强度较高，可达250~350MPa。3.灰铸铁的牌号及用途

孕育铸铁不仅力学性能高，而且由于在孕育铸铁的铁液中，均匀分布着大量外来的结晶核心，结晶过程几乎是在整个铁液中同时进行，使铸铁各个部位截面上的组织与性能都均匀一致，断面的敏感性小，如图12-4所示。因此，孕育铸铁常用作力学性能要求较高，且截面尺寸变化较大的大型铸件。我国灰铸铁的牌号表示方法为“HTxx

x”,“HT‘’表示“灰铁”二字汉语拼音的第一个字母，XXX代表直径30mm单铸试样的灰铸铁的最低抗拉强度值(MPa)。灰铸铁的牌号、性能及用途见表12-1所示。上一页下一页返回12.2灰口铸铁从表12-1中可以看出，灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，同一牌号的铸铁，其抗拉强度随铸件壁厚的增加而降低，因此在设计铸件时，要根据零件的性能要求及壁厚合理地选择相应的铸铁牌号。4.灰铸铁的热处理灰铸铁可以进行热处理，但由于热处理只能改变铸铁的基体组织，不会改变石墨的形状、大小和分布，因此对提高灰铸铁件的强度、塑性、韧性作用不大。生产中灰铸铁件热处理的主要目的是用来消除铸件的内应力、稳定铸件尺寸和改善切削加工性能，提高铸件的表面硬度和耐磨性等。通常采用以下三种热处理方法。上一页下一页返回12.2灰口铸铁

(1)消除内应力退火。铸件在铸造冷却过程中，由于铸件厚薄不均、形状复杂，各部位的冷却速度不同，容易产生较大的内应力，从而导致铸件的变形和开裂，特别是需要切削加工的大型铸件内应力的存在更为严重。因此，对于机床床身、柴油机缸体、精密仪器的铸件等，在进行切削加工之前都要进行消除内应力的退火处理(又称为人工时效)。在选择去应力退火温度时，必须考虑铸铁的化学成分，主要是根据铸铁中硅的含量及是否添加合金元素而定。灰铸铁的退火温度超过550℃时就可能开始发生部分渗碳体的分解，使铸铁组织发生改变，降低强度和硬度，因此灰铸铁去应力退火的加热温度一般为500℃~550℃。上一页下一页返回12.2灰口铸铁加热速度一般在60℃/h~120℃/h,保温时间根据具体铸件的大小、壁厚而定，为了防止冷却过程中产生新的应力，须采用缓慢的冷却速度。

(2)石墨化退火。灰铸铁件的表层及一些薄壁处，在铸造过程中由于冷速较快，可能会出现白口组织，使铸件的硬度、脆性增加，切削加工难以进行，因此需要进行消除白口的石墨化退火处理，来降低硬度。根据铸件原始组织和所要求基体组织的不同可采用低温石墨化退火和高温石墨化退火两种不同的工艺。①低温石墨化退火。铸铁低温石墨化退火时将发生共析渗碳体的分解。低温石墨化退火的工艺是将铸件加热到650℃~700℃。上一页下一页返回12.2灰口铸铁保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却。如果铸铁的原始组织为珠光体+石墨，退火后的组织将是珠光体+铁素体+石墨;如果铸铁的原始组织为珠光体+铁素体+石墨，退火后的组织将是铁素体+石墨，可使铸件的硬度降低并提高塑性。②高温石墨化退火。由于冷却速度及化学成分选择不当，在灰铸铁的基体中常常有自由渗碳体(初生的渗碳体)存在。为了消除自由渗碳体，改善性能，需要进行高温石墨化退火。高温石墨化退火工艺是将铸件在300℃以下装炉，以70~100℃/h加热速度升至900℃~960℃温度，保温一定时间，然后根据所需要的基体组织而确定冷却方式进行冷却。上一页下一页返回12.2灰口铸铁如要求获得塑性、韧性较高的铁素体基体，则在高温保温使渗碳体完全分解后再按低温石墨化退火工艺，在720℃~760℃温度范围进行保温;然后炉冷却至室温或随炉冷至600℃出炉空冷，使奥氏体在缓慢冷却(<400G/h)过程中直接转变成铁素体+石墨;如要求强度高、耐磨性好的珠光体基体组织，则在高温保温后即出炉空冷至室温或空冷至600℃时再以50℃/h~100℃/h的速度冷至300℃以下出炉空冷，这样可以减少新的内应力的产生。退火工艺见图12-5、图12-6。上一页下一页返回12.2灰口铸铁(3)表面淬火。通过表面淬火可以提高灰铸铁件的表面硬度和耐磨性。如机床导轨表面和汽缸套内壁等工件表面，通常采用高频感应加热淬火或接触电阻加热表面淬火。①高频感应加热表面淬火。这种加热淬火方法的优点是加热时间短、氧化脱碳少、变形小、质量好、操作简单。机床导轨采用高频淬火时，淬硬层深度为1.1~2.5mm，硬度>50HRC。②接触电阻加热表面淬火。接触电阻加热表面淬火的原理是利用工频交流电在小于1mm2的面积上用2~5V的电压，500~1000A的电流，利用机床导轨本身作一极，紫铜滚轮为另一极。上一页下一页返回12.2灰口铸铁滚轮在机床导轨上以2~3m/min的线速度连续滚动，滚轮和导轨间产生的电阻热将导轨表面迅速加热，并利用导轨本身自然散热冷却，使工件表面转变为马氏体组织，从而在工件表面形成了深0.25~0.30mm，硬度为50~55HRC的淬硬层。图12-7为接触电阻加热表面淬火的原理图。上一页下一页返回12.2灰口铸铁12.2.2球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前，向一定成分的铁液中加入纯镁、稀土或稀土镁等球化剂进行球化处理及孕育处理后获得大部分或全部为球状石墨的铸铁。

(1)球墨铸铁的化学成分。球墨铸铁的化学成分比灰铸铁严格，其特点是含碳、硅量较高，锰、磷、硫含量较低。球墨铸铁的大致成分如下:wc=3.6%~4.0%、wSi=2.0%~2.8%、wMn=0.6%~0.8%、wS≤0.07%、

wP≤0.1%、wMg=0.03%~0.05%、wRe=0.02%~0.04%。上一页下一页返回12.2灰口铸铁

(2)球墨铸铁的组织。球墨铸铁的组织由球状石墨和基体组成。按球墨铸铁组织中的基体不同可分为铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、铁素体+珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁。不同基体的球墨铸铁组织见图12-8所示。

(3)球墨铸铁的性能。由于球墨铸铁中的石墨呈球状存在，石墨对基体的割裂作用和应力集中作用降低到最小，使得基体比较连续，因此，基体组织的力学性能得以充分发挥。铸铁基体强度的利用率高达70%~90%(灰铸铁基体强度的利用率为30%~50%，因此球墨铸铁的力学性能是铸铁中最高的。同时，球墨铸铁还兼具灰铸铁耐磨、吸振、缺口敏感性低、铸造和切削加工性优良的优点。这些优点使球墨铸铁在工业生产中得到迅速、广泛的应用。上一页下一页返回12.2灰口铸铁目前，球墨铸铁已在很多领域成功地取代铸钢和锻钢来制造各种机械零件，如曲轴、连杆、凸轮轴、齿轮、蜗轮、涡杆、轧辊等。球墨铸铁中的石墨球越小、越分散，球墨铸铁的强度、塑性与韧性越好，反之则差;此外球墨铸铁的力学性能还与其基体组织有关。由于球墨铸铁的过冷倾向较大，在铸造过程中容易出现白口组织，且其液态收缩和凝固收缩较大，容易形成缩孔和缩松，因此，球墨铸铁熔炼工艺和铸造工艺都比灰铸铁的要求高。2.球墨铸铁的牌号、应用我国球墨铸铁的牌号是用“QTxxx一xx”表示，“QT”为“球铁”二字汉语拼音的第一个字母，示球墨铸铁的最小上一页下一页返回12.2灰口铸铁延伸率xxx球墨铸铁的最低抗拉强度值(MPa),xx表(%)。球墨铸铁的牌号、性能及应用见表12-2所示。3.球墨铸铁的热处理由于球墨铸铁中的石墨呈球状，石墨对基体的削弱作用较小，改善其基体组织就可以使球墨铸铁的力学性能和使用性能得到大幅度提高。球墨铸铁的热处理与钢相似，但因其含碳、硅、锰较多，因此，热处理的加热温度较高，保温时间较长。球墨铸铁常采用的热处理方法有以下几种。

(2)消除内应力退火。球墨铸铁与灰铸铁相比，铸造内应力一般高1~2倍。因此，用球墨铸铁制造的零件，特别是形状复杂、壁厚悬殊较大的零件，都应当进行消除内应力的低温退火。上一页下一页返回12.2灰口铸铁球墨铸铁的消除内应力的退火工艺与灰铸铁相似，但加热温度一般控制在550℃~650℃。对于珠光体基体的球墨铸铁，为防止加热温度超过600℃后，可能会发生共析渗碳体的石墨化，所以加热温度应适当降低为550℃~620℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却(冷却速度为30~600G/h)至200℃~250℃出炉空冷。采用这种工艺退火，可消除铸件中残余应力的90%~95%。(2)石墨化退火。球墨铸铁的铸态组织中常会出现不同程度的珠光体和渗碳体，为了改善切削加工性能，消除铸造应力，必须进行石墨化退火，使组织中的渗碳体和珠光体得以分解。根据球墨铸铁铸态组织的不同，退火可分为两种。上一页下一页返回12.2灰口铸铁①低温石墨化退火。当铸态组织中为铁素体+珠光体+石墨或珠光体+石墨，而没有自由渗碳体时，为了获得塑性、韧性较高的以铁素体为基体的球墨铸铁，可进行低温退火，使珠光体中的共析渗碳体分解成铁素体+石墨。低温石墨化退火工艺是将铸件加热至共析温度附近，即720℃~760℃，保温2~8h后，随炉冷至600℃左右，再出炉空冷。②高温石墨化退火。当铸态组织中不仅有珠光体，而且还有自由渗碳体时，为了使渗碳体分解，获得以铁素体为基体的球墨铸铁，需采用高温石墨化退火，高温石墨化退火的工艺是将铸件加热至900℃~950℃，保温2~5h后，随炉冷却至600℃左右，再出炉空冷。球墨铸铁石墨化退火的工艺曲线如图12-9所示。上一页下一页返回12.2灰口铸铁(3)正火。球墨铸铁正火的目的是为了获得珠光体组织，并使晶粒细化，织均匀，从而提高零件的强度、硬度及耐磨性。正火工艺各厂不完全相同，但根据正火的加热温度可分为以下两种。①低温正火。低温正火也称不完全奥氏体化正火，是将工件加热到共析温度范围内(820℃~860℃)，保温一定时间，使基体一部分转变为奥氏体，另一部分铁素体没有发生转变，这时的组织为奥氏体+少量分散的铁素体+球状石墨。冷却是采用出炉空冷、风冷或喷雾等，冷却后的组织为珠光体+少量分散(破碎)铁素体+球状石墨。这种组织除具有一定的强度外，尚具有较好的韧性。上一页下一页返回12.2灰口铸铁②高温正火。高温正火也称完全奥氏体化正火。正火的加热温度一般选取在共析温度范围以上，为880℃~950℃，使基体全部转变为奥氏体组织，保温一定时间后出炉空冷。高温正火后可以获得珠光体+石墨的球墨铸铁。为了增加珠光体的数量，也可采用风冷、喷雾冷却等方法加快冷却速度。由于正火时冷却速度较快，球墨铸铁的导热性较差，正火后铸件内部的应力较大;因此正火后还要进行去应力退火处理，去应力退火的温度一般为550℃~600℃，保温一定时间后空冷。(4)淬火及回火。球墨铸铁经正火处理后可获得较好的综合机械性能，上一页下一页返回12.2灰口铸铁但对于某些要求较高的铸件在正火处理达不到预期效果时，就必须采用淬火与回火的热处理工艺，来提高球墨铸铁件的机械性能，发挥球墨铸铁件的内在潜力。淬火是将球墨铸铁件加热到880℃~920℃，使球墨铸铁的基体在高温下转变为均一的奥氏体，然后放入水中或油中进行冷却，从而得到马氏体和球状石墨的组织。然后再进行不同温度的回火处理。一般球墨铸铁淬火后若进行低温回火处理，低温回火后的组织为回火马氏体+球状石墨，具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造轴承的内外套圈;若淬火后进行中温回火处理，其组织为回火托氏体+球状石墨，具有较高的强度和一定的韧性，可用于制造铣床的主轴;若淬火后进行高温回火处理，其组织为上一页下一页返回12.2灰口铸铁回火索氏体+球状石墨，具有良好的塑性、韧性和强度相结合的综合性能，常用来制造柴油机曲轴、连杆等重要零件。(5)等温淬火。球墨铸铁经等温淬火后可获得高的强度，同时具有较好的塑性和韧性。等温淬火是目前发挥球墨铸铁材料最大潜力的一种热处理方法。如为了满足高速、大马力机器中受力复杂件(如齿轮、曲轴、凸轮轴等)的要求，常把球墨铸铁件进行等温淬火来提高它的综合机械性能。球墨铸铁等温淬火工艺为:将球墨铸铁件加热到550℃~920℃，保温一定时间，使其基体组织成为均匀的奥氏体组织，然后迅速放入到250℃~350℃的盐浴炉中等温30~90min，出炉空冷。上一页下一页返回12.2灰口铸铁等温淬火后的组织为下贝氏体+少量残余奥氏体+少量马氏体+球状石墨。由于等温盐浴炉的冷却能力有限，因此一般只适用于截面尺寸不大的零件。有时等温淬火后的铸件还进行一次低温回火处理，使淬火马氏体转变为回火马氏体，残余奥氏体转变为下贝氏体，可进一步提高强度、塑性与韧性。上一页下一页返回12.2灰口铸铁12.2.3可锻铸铁可锻铸铁又称马铁或玛钢。它是由白口铸铁通过可锻化退火后获得具有团絮状石墨的铸铁。由于石墨呈团絮状分布，削弱了石墨对基本的割裂作用，与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的力学性能，尤其是塑性和韧性有明显提高。必须指出的是，可锻铸铁是不能锻造的。1.可锻铸铁的化学成分、生产过程及分类

(1)可锻铸铁的化学成分。可锻铸铁的生产必须经过两个步骤:第一步先要浇注成白口铸铁件，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。上一页下一页返回12.2灰口铸铁为了保证在一般冷却条件下铸件能够获得全部的白口组织，须使可锻铸铁中的碳、硅含量较低，化学成分一般为wc=2.3%~2.8%，wSi=1.0%~1.6%，wMn=0.3%~0.8%，wS≤0.2%，wp≤0.1%。(2)可锻铸铁的组织。根据可锻铸铁的化学成分、生产过程和退火方法的不同，可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。①黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。黑心可锻铸铁是由白口铁经高温石墨化退火后得到的。黑心可锻铸铁的热处理工艺是把白口铁加热到900℃~960℃,上一页下一页返回12.2灰口铸铁使铸铁组织转变为奥氏体+渗碳体组织，并进行长时间保温(约30h，进行第一阶段石墨化后，渗碳体发生分解，形成团絮状石墨。在随后的缓冷过程中，奥氏体中的过饱和碳充分析出，并附着在已形成的石墨表面，完成第二阶段石墨化(720℃~760℃)，在缓冷至650℃~700℃出炉空冷，得到以铁素体为基体的可锻铸铁。若在第一阶段石墨化后，采用较快速度冷却(100℃/h)，使奥氏体转变为珠光体，就得到以珠光体为基体的可锻铸铁。可锻铸铁的退火工艺见如图12-10所示。目前我国以黑心可锻铸铁生产为主，也生产少量的珠光体可锻铸铁。黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的显微组织如图12-10，图12-11所示。上一页下一页返回12.2灰口铸铁②白心可锻铸铁。白心可锻铸铁是由白口铸铁在950℃~980℃的氧化性气氛中退火而得到的。热处理过程中的主要现象是氧化和脱碳，其正常的基体组织应该是铁素体。但实际上由于脱碳不充分，铸件的外层是铁素体，而内层是珠光体。如果脱碳进行的程度更差些，内部还可能残留一些一次渗碳体，石墨量极少，因此断口呈白色，故称白心可锻铸铁。由于其力学性能，特别是韧性较差，这种铸铁在生产上很少使用。2.可锻铸铁的牌号、性能及应用我国可锻铸铁的牌号是用“KTHxxx-xx”表示，"KT”为“可铁”二字汉语拼音的第一个字母，后面的“H”或“Z”上一页下一页返回12.2灰口铸铁分别表示“黑心”“珠光体”基体的可锻铸铁，xxx表示可锻铸铁的最低抗拉强度值(MPa),xx表示可锻铸铁的最小延伸率(%)。可锻铸铁的牌号、性能及应用见表12-3。

与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的强度和韧性，尤其是珠光体基体可锻铸铁，强度已可与铸钢相媲美。可用于制作承受冲击和振动的零件，如汽车、拖拉机的后桥外壳、管接头、中低压阀门等零件。与球墨铸铁相比，具有质量稳定、铁液处理简单易于组织流水线生产等优点，尤其是大量生产的薄壁件，有些管件的壁厚仅为1.7mm，采用球墨铸铁容易形成白口组织，而用可锻铸铁较为合适。但可锻铸铁退火时间长，生产过程较为复杂，因而生产效率低，成本高，在一定程度上使用受到限制。上一页下一页返回12.2灰口铸铁12.2.4蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪80年代发展起来的一种新型铸铁材料，它是在一定成分的铁液中加入适量使石墨成蠕虫状的蠕化剂(镁钦合金、稀土镁钦合金和稀土镁钙合金等)和孕育剂(硅铁)，获得石墨形态似蠕虫状的铸铁。1.蠕墨铸铁的化学成分、组织和性能(1)蠕墨铸铁的化学成分。蠕墨铸铁的化学成分要求与球墨铸铁相似，即要求高碳、高硅、低硫和低磷。化学成分一般为:

wc=3.5%~3.9%,wSi=2.1%~2.8%、wMn=0.4%~0.8%、wS<0.1%、wP<0.1%。浇注前，上一页下一页返回12.2灰口铸铁还须在上述成分的铁液中加入适量蠕化剂和孕育剂，进行蠕化处理和孕育处理。(2)蠕墨铸铁的组织。蠕墨铸铁的组织是在铸铁的基体上分布着蠕虫状的石墨，其形态类似片状，但石墨片短而厚(一般长厚比为2~10)，头部较圆，介于球状石墨与片状石墨之间。蠕墨铸铁的显微组织见图12-12。

蠕墨铸铁的基体组织在铸态时，铁素体的量约为50%或更高，如果加入铜、镍、锡等珠光体稳定元素，可使珠光体的量提高到70%左右，若再进行正火处理，珠光体的量可达90%~95%。上一页下一页返回12.2灰口铸铁(3)蠕墨铸铁的性能。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。其抗拉强度和伸长率均高于灰铸铁，但低于球墨铸铁;耐热疲劳性及减振性均优于球墨铸铁，与灰铸铁相近;铸造流动性低于灰铸铁但优于球墨铸铁;切削加工性能和球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。因此蠕墨铸铁已开始在生产中广泛使用，主要用来制造大马力柴油机汽缸盖、汽缸套、电动机外壳、机座、机床床身、制动器鼓轮、阀体等零件。上一页下一页返回12.2灰口铸铁2.蠕墨铸铁的牌号及应用蠕墨铸铁的牌号用“RuTxxx”表示，其中“RuT”表示“蠕铁”二字的汉语拼音字首，xxx表示蠕墨铸铁的最低抗拉强度值(MPa)。例如RuT420表示抗拉强度不低于420MPa的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁的牌号、力学性能和应用见表12-4。上一页下一页返回12.2灰口铸铁12.2.5合金铸铁在机械零件中除了要求铸铁一般的力学性能外，常常还要求铸铁具有良好的耐磨性、耐蚀性或耐热性等特殊性能。为了获得上述特殊性能，常向铸铁中加入一定量的合金元素，从而形成合金铸铁，称之为特殊性能铸铁。特殊性能铸铁主要分为三类:抗磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁。1.耐磨铸铁耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。主要是通过激冷或加入合金元素在铸铁中形成耐磨的基体组织和一定数量的硬化相。按其工作条件不同，可分为以下两类。上一页下一页返回12.2灰口铸铁(1)减摩铸铁。在有润滑条件下工作的零件，如机床导轨、汽缸套、活塞环等零件，其组织应为软基体上分布着硬的质点。软基体在磨损后形成的沟槽可以起到储油的作用，而硬化相可以起到支承的作用。生产中常用的合金减摩铸铁是在灰铸铁的基础上加入适量的铜、铬、钥、磷、钒、钦等合金元素，形成的高磷铸铁、磷铜铸铁、铬钥铜铸铁等。(2)抗磨铸铁。在无润滑干摩擦条件下工作的零件，如犁桦、轧辊、球磨机等零件，其组织应具有均匀的高硬度。普通白口铸铁就是抗磨性高的铸铁，但其脆性较大，因此常加入适量的铬、钥、铜、钨、镍、锰等元素，形成高铬白口抗磨铸铁、中锰耐磨球墨铸铁、稀土球墨铸铁等。上一页下一页返回12.2灰口铸铁2.耐蚀铸铁耐蚀铸铁是指在酸、碱条件下具有抗腐蚀能力铸铁。耐蚀铸铁主要用于化工机械，如制造容器、管道、泵、阀门等。为了提高铸铁的耐蚀性，常加入的合金元素有铬、硅、铝、钥、铜、镍等，加入这些元素后，一方面可在铸件表面形成一层致密的保护膜;另一方面提高了铁素体的电极电位，因而提高了铸铁耐酸碱腐蚀的能力。目前