教学要求熟悉石墨形态与基体组织对铸铁性能的影响掌握灰铸铁球

第七章铸铁教学要求：熟悉石墨形态与基体组织对铸铁性能的影响掌握灰铸铁、球墨铸铁的典型牌号、性能特点、热处理工艺和主要用途；了解可锻铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁的牌号、性能及应用。第七章铸铁§7.1概述§7.2铸铁的石墨化§7.3常用铸铁本章小结习题第七章铸铁§7.1概述§7.2铸铁的石墨化§7.3常用铸铁本章小结习题§7.1概述五代后周铸造的40吨重的“沧州铁狮子”，宋朝嘉祐年间铸造的重达53吨、高22米的“当阳铁塔”等§7.1概述铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅(1%~3%)、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点应用最广泛的材料之一

内燃机汽缸铸铁曲轴§7.1概述例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造.铸铁产量占钢铁产量1/7~1/10，7000万吨农机40~60%汽车50~70%机床60~90%§7.1概述分类：白口铸铁灰口铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁白口铸铁

C主要以渗碳体形态存在，硬而脆，很难切削加工，所以很少直接用来制造各种零件灰口铸铁C以片状石墨形式存在，力学性能不高，但它的生产工艺简单、价格低廉，而且还具备其它方面的特性，故在工业中应用最广球墨铸铁

C以球状石墨形式存在，力学性能不仅较灰铸铁高，而且还可以通过热处理进一步提高。所以它在生产中常用作受力大且重要的铸件。蠕墨铸铁

C以蠕虫状石墨形式存在，性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。它是近年来发展起来的新型铸铁可锻铸铁

C以团絮状石墨形式存在其力学性能(特别是韧性和塑性)较灰铸铁高，并接近于球墨铸铁。它在薄壁复杂铸铁件中应用较多。含1.4%C钢的组织黑心可锻铸铁

铁素体基体第七章铸铁§7.1概述§7.2铸铁的石墨化§7.3常用铸铁本章小结习题§7.2铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化过程

铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）石墨其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁组织中石墨的形成过程称－铸铁的石墨化共晶白口铸铁F基体球墨铸铁存在两个铁碳相图：

Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C§7.2铸铁的石墨化方式一：按Fe-Fe3C相图由渗碳体加热时分解:Fe3C→3Fe+G方式二：按Fe-G相图在E’C’F’线及以上发生的石墨化

一次石墨GI共晶石墨G共晶：L

C´→AE´+G共晶P’S’K’线以上发生的石墨化，二次石墨GⅡP’S’K’线，共析石墨：

A

S´

→F

p´+G共析P’§7.2铸铁的石墨化二、影响石墨化的因素⑴化学成分的影响

碳和硅－强烈促进石墨化碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能SiC白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响§7.2铸铁的石墨化S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。

P虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度。铸铁中的磷共晶§7.2铸铁的石墨化二、影响石墨化的因素（2）冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化.WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

第七章铸铁§7.1概述§7.2铸铁的石墨化§7.3常用铸铁本章小结习题§7.3常用铸铁一、灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。获得方法：炉前处理1、成分：C%：2.6~3.6%；Si%:1.2％～3.0％----保证石墨化Mn%：1.2~3.0%----去S少量P、S一、灰铸铁

2、组织

铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌第一、二阶段G化充分进行，第三阶段G化：

完全－F基

不完全－F+P基

没进行－P基§7.3常用铸铁一、灰铸铁3、性能

力学性能主要决定于基体和石墨的分布状态。灰铸铁基体的强度与硬度不低于相应的钢灰铸铁的抗拉强度很低，塑性、韧性几乎为零。灰铸铁的抗压强度远高于抗拉强度(约为3～4倍)珠光体基体的灰铸铁比其它两种基体的灰铸铁具有较高的强度、硬度与耐磨性。铁素体灰铸铁§7.3常用铸铁一、灰铸铁3、性能其它性能：铸造性能优良。(2)减摩性好。(3)减振性强。(4)切削加工性良好(5)缺口敏感性较低。§7.3常用铸铁一、灰铸铁4、牌号铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字“HT”表示灰铸铁代号。数字表示抗拉强度值，单位MPa。HT100F+PHT150PHT2005、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：①消除内应力退火(又称人工时效)②消除白口组织退火③表面淬火

灰铸铁件汽缸套活塞环6、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)变速箱体二、球墨铸铁石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.1、组织：基体（F、F+P、P、B下）+球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅钙稀土镁为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。

常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。球墨铸铁的显微组织

铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体球墨铸铁

珠光体球墨铸铁

球墨铸铁中的石墨球2、性能强度是碳钢的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。塑性、韧性较钢差力学性能较其它铸铁好缺点：白口倾向大、铸件易产生缩松、工艺要求高F基—塑韧性高P基—强度高耐磨性较好3、热处理球墨铸铁可进行各种热处理：退火正火淬火加回火等温淬火退火1）去应力退火----无特殊情况都要进行2）G化退火----消除Fe3C和P正火----增加P量及分散度1）高温正火→P基体2）低温正火→

P和分散的F基体淬火及回火淬火→细片M+球状G+A’高温回火→S回中温回火→T回低温回火→M回等温淬火→B下制品(轧辊与辊环)贝氏体基球墨铸铁4、牌号铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字

“QT”表示球墨铸铁代号第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%。QT400-15F+PQT600-3PQT700-25、用途承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴三、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁.蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。1、组织：

基体（F、F+P、P）+蠕虫状G

蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体铁素体基体2、性能蠕墨铸铁力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。较球铁有更好的抗热疲劳性及导热性，铸造性能、减振性能等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3、用途：蠕墨铸铁常用于制造承受热的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具制动鼓铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例蠕墨铸铁蠕虫状F“RuT”表示蠕墨铸铁代号RuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。RuT260F+PRuT300PRuT4204、牌号可锻铸铁可锻化退火工艺曲线

四、可锻铸铁石墨呈团絮状的灰口铸铁由白口铸铁经可锻化退火获得可锻铸铁的可锻化退火黑心可锻铸铁

珠光体可锻铸铁

1、组织：

基体(F、P)＋团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。2、性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻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4、牌号

铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例可锻铸铁

团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%

§7.3常用铸铁五、合金铸铁简介合金铸铁是含有一定量的合金元素的铸铁。1、耐磨铸铁（1）合金减摩铸铁：高磷铸铁、磷铜钛铸铁、铬钼铜铸铁、钒钛铸铁等。减摩铸铁在有润滑的条件下工作时，具有减小摩擦系数、保持油膜连续、抵抗咬合或擦伤等减摩作用，如机床的导轨和拖板、发动机缸套和活塞环、各种滑块和轴承等。铬钼合金铸铁制气门座环§7.3常用铸铁五、合金铸铁简介1、耐磨铸铁（2）抗磨白口铸铁：普通白口铸铁加入适量的Cr、Mo、Cu、W、Ni、Mn等合金元素形成。在无润滑的干摩擦条件下工作时，具有较高的抗磨作用。这类铸铁适合于在干摩擦、受磨料磨损条件下工作的零件，如轧辊、抛丸机叶片、球磨机磨球、犁铧等。牌号：KmTBMn5W3球磨机磨球§7.3常用铸铁2．耐热铸铁加入Si、Al、Cr等合金元素，表面在高温下能形成致密的氧化膜促使铸铁获得单相铁素体组织，减少组织转变引起的长大现象。硅系耐热铸铁成本低，综合性能好，应用较广，如RTSi5、RQTSi5等。§7.3常用铸铁

3．耐蚀铸铁加入大量的Si、A1、Cr、Ni、Cu等合金元素，建立致密而又完整的保护膜，提高铸铁基体的电极电位，最好获得单相基体加孤立分布的球状石墨组织。耐蚀铸铁的种类：高硅铸铁、高镍铸铁、高铬铸铁、高铝铸铁等。耐蚀铸铁在腐蚀性介质中工作时具有抗腐蚀的能力。它广泛地应用于化工部门，用来制造管道、阀门、泵类、反应锅及盛贮器等。高硅耐蚀铸铁应用最为广泛，它们在含氧酸类(如硝酸、硫酸)中均有较好的耐蚀性如：STSi15、STSi11Cu2RE等。

高硅铸铁产品第七章铸铁§7.1概述§7.2铸铁的石墨化§7.3常用铸铁本章小结习题本章小结铸铁是含碳量大于2.11%，一般为2.5%—5%并且含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金铸铁的特点：优良的铸造性能、切削加工性、耐磨性和减振性，生产成本较低。铸铁类型牌号获得方法组织特点性能应用灰铸铁HT150炉前处理基体+片状G抗压强度高于抗拉强度几乎无塑性和韧性球墨铸铁QT600-3球化处理+孕育处理基体+球状G力学性能最好塑韧性低于钢蠕墨铸铁RuT380蠕化处理+孕育处理基体+蠕虫状G强度、韧性比HT高不如QT可锻铸铁KTH330-08KTZ650-02白口铸铁进行可锻化退火基体+团絮状G优于HT，接近QT习题7-1铸造生产中，为什么铸铁的碳、硅含量低时易形成白口?而同一铸铁件上，为什么其表层或薄壁处易形成白口?7-2在铸铁的石墨化过程中，如果第一、第二阶段完全石墨化，而第三阶段分别为完全、部分或未石墨化时，问它们各获得哪种基体组织的铸铁?7-3机床的床