金属工艺学15.ppt

第十二章铸铁 1铸铁概述 铸铁的概念 含碳量大于2 11 一般为2 5 4 0 铁碳合金 含Si Mn S P等元素 铸铁的特点 历史上使用较早最便宜的金属材料之一铸造性能极好 且只能用铸造成形生产成本低 工艺简单 减震性耐磨性好 切削加工性好应用广 主要用于制造各种机器零件铸铁的分类按的碳存在形式按化学成分 铸铁的石墨化石墨化的概念 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化C的存在形式 铸铁 石墨的晶体结构 石墨的性能HBS3 5 b 20MPa 0ak 0 石墨对铸铁性能的影响G 分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢 耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能 熔点 流动性 收缩率 Fe Fe3C相图和Fe G相图 石墨化的过程 第一阶段 过共晶铸铁L G共晶 亚共晶铸铁LC AE G第二阶段 AG第三阶段 AS FP G 铸铁的石墨化 铸铁 738 1154 738 共晶石墨 一次石墨 二次石墨 1154 共析石墨 影响石墨化的主要因素 成分促进石墨化元素 C Si Al Cu Ni Co等 阻碍石墨化元素 Cr W Mo V Mn S等 工艺 1 冷却速度 快速冷却 按Fe Fe3C相图转变缓慢冷却 按Fe G相图转变 石墨化充分 2 温度 高温长时间保温有利于石墨化 铸铁的石墨化 灰口铸铁类型与石墨形态灰铸铁 片状可锻铸铁 团絮状球墨铸铁 珠状 球状 蠕墨铸铁 蠕虫状 铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织 灰铸铁 石墨成片状分布牌号 HT 如HT100 表示 b 100MPa 直径 30mm 2常用铸铁的特点与应用 灰铸铁 成分 WC 2 5 4 0 WSi 1 0 3 0 WMn 0 5 1 3 WS 0 15 WP 0 3 普通铸铁性能 孕育铸铁性能 浇注前在铁水中加Si Fe Si Ca等孕育剂 使P细化 G细而均匀 壁厚敏感性小 强度 塑韧性明显提高 b 力学性能差 缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显消震性好 是钢的十倍 G组织松软 对振动的传递起削弱作用铸造性好 接近共晶成分 熔点低 流动性好 凝固收缩小 降低了内应力切削加工性好 G使切屑易断 还可润滑刀具 灰铸铁 热处理 不能改变石墨的形态去应力退火 500 550 防止机加工 使用时变形或开裂 高温退火 850 950 表面 薄壁等白口处Fe3C G 硬度 切削加工性 表面淬火 提高导轨表面 汽缸体内壁等的耐磨性 应用 如 机床床身 导轨 汽缸体等 水泵叶轮 发动机飞轮 可锻铸铁 玛钢 牌号 如KT300 6 表示 b 300 6 组织 钢基体 团絮状G 可锻铸铁 白口铸铁经长时间石墨化退火 900 960 使 Fe3CG 分解 铁素体可锻铸铁 珠光体可锻铸铁 性能 强度 塑韧性优于HT 低于QT 铁素体可锻铸铁 有一定的强度 塑性 韧性较好珠光体可锻铸铁 强度 硬度 耐磨性好 有一定的塑性 韧性 12 有一定的塑性变形能力 但不能锻造 应用 形状复杂 承受冲击和振动载荷的零件 汽车拖拉机的后桥外壳 管接头 低压阀门等 可锻铸铁 玛钢 球墨铸铁 球墨铸铁 在铁水浇注前加球化剂 稀土Mg 使G球化 最理想状态 牌号 如QT700 2 表示 b 700 2 组织 钢基体 F F P P S回火 B下 球状G 性能 强 塑 韧 弯曲 疲劳明显优于灰铸铁 球状G对基体的割裂作用小 其综合机械性能接近于钢缺点 消振性能低 退火 去应力退火 500 600 低温退火 720 760 P G F 塑韧性 切削加工性 高温退火 900 950 P Cm G F 塑韧性 切削加工性 正火 F P P 细化组织 强度 耐磨性 低温正火 840 860 P F G 塑韧性较好 高温正火 880 920 P G 少量F 强度较高 调质 850 900 油淬 550 600 回火 回火S G等温淬火 840 900 300 等温 下B G调质 等温淬火后综合机械性能好 但仅适于小尺寸零件 球墨铸铁 热处理 球墨铸铁 球墨铸铁制造步骤 1 严格要求化学成分 对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高 降低球墨铸铁中锰 磷 硫的含量 2 铁液出炉温度比灰铸较铁更高 以补偿球化 孕育处理时铁液温度的损失 3 进行球化处理 即往铁液中添加 球化剂 4 进行孕育处理 5 球墨铸铁流动性较差 收缩较大 因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸 多应用冒口 采用顺序凝固原则 6 进行热处理 应用 受力复杂 负荷较大 要求耐磨的铸件 替代部分铸钢 锻钢件 P球墨铸铁 内燃机曲轴 凸轮轴 连杆 轧辊等F球墨铸铁 阀门 汽车后桥 犁铧 收割机导架等 球墨铸铁 连杆 管道接口 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁 在铁水浇注前加蠕化剂而得 牌号 如RuT420 表示 b 420组织 钢基体 蠕虫状G 性能 强度 塑韧性优于灰铸铁 应用 高压热交换器 汽缸盖 液压阀等 稀土硅铁合金 稀土硅铁钙合金 蠕墨铸铁 高强度合金铸铁 加入Cr Ni Cu Mo等 增加基体中珠光体数量并细化珠光体 从而显著提高铸铁强度耐热合金铸铁 加入Si Al Cr等 使铸件表面形成一层致密的SiO2 Al2O3 CrO3等氧化膜耐蚀合金铸铁 加入Si Al Cr Cu Ni等 在铸铁表面形成致密的保护膜 减少各相间的电位差耐磨合金铸铁 白口铸铁表层 灰口铸铁心部 强度好 激冷铸铁 高磷铸铁 高铬耐磨铸铁等 合金铸铁 铸钢 钢号 如ZG25钢 w C 0 25 性能 强度和塑性 韧性高于铸铁 但铸造流动性能差 收缩率大 热处理 退火或正火 细化晶粒 消除魏氏组织及铸造应力 组织 P F用途 形状复杂 需一定强度 塑性 韧性的零件机车车辆 船舶 重型机械齿轮 轴 轧辊 机座 缸体 外壳 阀体等 铸钢 特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素 得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁 1 耐磨铸铁在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬度 白口铸铁就属这类耐磨铸铁 但白口铸铁脆性较大 不能承受冲击载荷 因此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 同时调整铁水的化学成分 利用高碳低硅 保证白口层的深度 而心部为灰口铸铁组织 有一定的强度 用激冷方法制造的耐磨铸铁 已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产 为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性 常将铸铁的磷含量提高到0 4 0 6 高磷铸铁 生成磷共晶 F Fe3P P Fe3P或F P Fe3P 呈断续网状的形态分布在珠光体基体上 磷共晶硬度高 有利于耐磨 在此基础上 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 从而使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高 如高铬耐磨铸铁 奥 贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁 衬板 弯管 1 耐磨铸铁 加铬 耐热铸铁 在高温下工作的铸铁 如炉底板 换热器 坩埚 热处理炉内的运输链条等 必须使用耐热铸铁 加入Al Si Cr等元素 一方面在铸件表面形成致密的氧化膜 阻碍继续氧化 另一方面提高铸铁的临界温度 使基体变为单相铁素体 不发生石墨化过程 从而改善铸铁的耐热性 球墨铸铁中 石墨为孤立分布 互不相连 不形成气体渗入通道 故其耐热性更好 扇形扩散器 托架 耐蚀铸铁 耐蚀铸铁主要用于化工部件 如阀门 管道 泵 容器等 普通铸铁的耐蚀性差 因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀 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 课堂练习 灰口铸铁中C主要以 石墨 形式存在 可制造 床身 导轨 可锻铸铁中G的形态为 团絮状 可制造 管接头 阀门 球墨铸铁中G的形态为 球状 可制造 曲轴 连杆 蠕墨铸铁中G的形态为 蠕虫状 可制造 热交换器 影响石墨化的主要因素是 化学成分 和 冷却速度 球墨铸铁的强度 塑韧性均较