第9章 铸铁 - 副本

1、第第9 9章章 铸铸 铁铁 第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 第二节第二节 铸铁的分类铸铁的分类 第三节第三节 灰铸铁灰铸铁 第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁 第五节第五节 球墨铸铁球墨铸铁 第六节第六节 合金铸铁合金铸铁 亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢 过共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁 工工 业业 纯纯 铁铁 共共 析析 钢钢 共共 晶晶 白白 口口 铁铁 铸铁的特点：铸铁的特点： 历史上使用较早，最便宜的金属材料之一；历史上使用较早，最便宜的金属材料之一； 接近共晶成分，熔点低，流动性好，接近共晶成分，熔点低，流动性好，铸造性能极好铸造性能极好； 铸铁的减震性耐磨性好

2、；对切削加工性有利；铸铁的减震性耐磨性好；对切削加工性有利； 成分：含碳量成分：含碳量2.11%4%2.11%4%的铁碳合金，组织中有莱氏体。的铁碳合金，组织中有莱氏体。 组织：碳主要以组织：碳主要以石墨（石墨（GG）的形式存在，塑性、韧性很差。的形式存在，塑性、韧性很差。 组织为组织为钢的基体钢的基体(F(F、P P、F+P)F+P)上分布着不同形态的石墨。上分布着不同形态的石墨。 与钢的主要不同：含有较高的与钢的主要不同：含有较高的C C、SiSi、MnMn；P P、S S等杂质也较多。等杂质也较多。 如：机床床如：机床床 身、内燃机身、内燃机 的汽缸体的汽缸体、缸缸 套、活塞环套、活塞环

3、 及轴瓦、曲及轴瓦、曲 轴等都可用轴等都可用 铸铁制造铸铁制造. 铸铁曲轴铸铁曲轴 内燃机汽缸内燃机汽缸 1 1、如何获得、如何获得GG？ 2 2、为何液态铁碳合金结晶下来生成、为何液态铁碳合金结晶下来生成FeFe3 3C C，而不是，而不是G G？ 3 3、C C到底以到底以FeFe3 3C C还是还是GG存在，条件？存在，条件？ 第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 铸铁中碳原子形成石墨的过程。铸铁中碳原子形成石墨的过程。 1 1、双重铁碳合金相图、双重铁碳合金相图 1 1、图中、图中实线实线 表示亚稳定的表示亚稳定的 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图 2 2、图中、图中虚线虚线

4、 表示稳定的平表示稳定的平 衡衡Fe-GFe-G相图相图 二者主要区别二者主要区别 2 2、铸铁中石墨化过程、铸铁中石墨化过程 由渗碳体由渗碳体一定条件下一定条件下加热时分解得到：加热时分解得到：FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（GG） 阶段阶段 共晶温度以上成石墨的过程共晶温度以上成石墨的过程 L LC CA AE E+G +G 阶段共析温度或以下形成石墨的过程阶段共析温度或以下形成石墨的过程 A AS S F FP P+G +G G GI、G GII II、G GIII III、共晶 、共晶GG、共析、共析GG、 FeFe3 3C CI I 、FeFe3 3C CII II、 Fe

5、Fe3 3C CIII III、共晶 、共晶FeFe3 3C C 、共析、共析FeFe3 3C C 、 化学成分和冷却速度的影响：化学成分和冷却速度的影响： 问：问：为何生产中有些铸铁件的边缘附近常常很硬，不容易加工？为何生产中有些铸铁件的边缘附近常常很硬，不容易加工？ （2 2）冷却速度）冷却速度慢慢，有利于原子的扩散，对石墨化有利。，有利于原子的扩散，对石墨化有利。 第二节第二节 铸铁分类铸铁分类 （1 1）灰铸铁：）灰铸铁：石墨化过程充分进行，碳主要以石墨形式存在，断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。口呈灰暗色。 一、按石墨化程度一、按石墨化程度 （2 2）白口铸

6、铁：）白口铸铁：、石墨化过程全部被抑制，按石墨化过程全部被抑制，按Fe-FeFe-Fe3 3C C相图进相图进 行结晶，碳以行结晶，碳以FeFe3 3C C形式存在，断口呈银白色。形式存在，断口呈银白色。 （3 3）麻口铸铁：）麻口铸铁： 石墨化过程部分进行，碳以石墨和石墨化过程部分进行，碳以石墨和FeFe3 3C C两两 种形式存在，断口黑白相间构成麻点。种形式存在，断口黑白相间构成麻点。 Fe3C 按按第第II II阶段阶段石墨化程度不同，可以得到三种不同的组织，都称之石墨化程度不同，可以得到三种不同的组织，都称之 为灰铸铁：为灰铸铁： F+GF+G、P+G P+G 、F+P+GF+P+G

7、 L+G L+Fe3C 铁素体为基体的灰铸铁铁素体为基体的灰铸铁 GG呈片状呈片状 暗灰色暗灰色 铁素体铁素体 基体白色基体白色 珠光体为基体的灰铸铁珠光体为基体的灰铸铁 G呈片状呈片状 珠光体珠光体 铁素体铁素体 + + 珠光体为基体的灰铸铁珠光体为基体的灰铸铁 铁素体铁素体 珠光体珠光体 GG呈片状呈片状 1 1、灰铸铁：、灰铸铁：G G呈片状呈片状 2 2、可锻铸铁：、可锻铸铁： G G呈团絮状呈团絮状 3 3、球墨铸铁：、球墨铸铁： G G呈球状呈球状 二、按石墨形态分二、按石墨形态分 2 2 1 1 3 3 第三节第三节 普通灰铸铁普通灰铸铁 一一 、灰铸铁的成分和组织、灰铸铁的成分

8、和组织 根据第根据第II II阶段石墨化进行的程度不同，可分为：阶段石墨化进行的程度不同，可分为： F F 灰铸铁灰铸铁 F F + P+ P 灰铸铁灰铸铁 P P 灰铸铁灰铸铁 1 1、组织：片状石墨、组织：片状石墨 + + 金属基体组成金属基体组成 碳当量：碳当量：CE%=C%+1/3Si%CE%=C%+1/3Si%，接近，接近共晶共晶 成分：成分：2.73.6%C，1.02.2%Si， 砂型铸造条件下铸铁壁厚砂型铸造条件下铸铁壁厚 化学成分与铸铁组织关系化学成分与铸铁组织关系 冷却速度对石墨化过程的影响冷却速度对石墨化过程的影响 铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较 （4）切削性能好

9、）切削性能好石墨起到断屑的作用，不粘刀。石墨起到断屑的作用，不粘刀。 （1）力学性能低）力学性能低 2 2、灰铸铁的性能、灰铸铁的性能 （3）铸造性能好）铸造性能好流动性好，成分接近于共晶，收缩率小。流动性好，成分接近于共晶，收缩率小。 G破坏了基体的连续性，抗破坏了基体的连续性，抗 拉强度和塑韧性比钢差。抗拉强度和塑韧性比钢差。抗 压和硬度取决于基体，适合压和硬度取决于基体，适合 做成受压件，如：机床床身做成受压件，如：机床床身 （2）耐磨性、消振性好）耐磨性、消振性好石墨本身有润滑、吸收振动的作用。石墨本身有润滑、吸收振动的作用。 3 3、灰铸铁的牌号、灰铸铁的牌号 HT100 HT150

10、 HT200 HT300HT100 HT150 HT200 HT300 用途：汽车、拖拉机的气缸、气缸套，机床床身及用途：汽车、拖拉机的气缸、气缸套，机床床身及 承受压力、振动的零件等。承受压力、振动的零件等。 “灰铁灰铁”+ +最低抗拉强度最低抗拉强度 灰铸铁的强度与铸件厚度有关，有些标注铸件壁厚。灰铸铁的强度与铸件厚度有关，有些标注铸件壁厚。 二、灰铸铁的孕育处理二、灰铸铁的孕育处理 1 1、孕育铸铁：孕育铸铁：浇注前向铁水加入少量浇注前向铁水加入少量孕育剂孕育剂，形成细小分布的，形成细小分布的 石墨，减小石墨对组织的割裂的不利影响，这种称为孕育铸铁。石墨，减小石墨对组织的割裂的不利影响，

11、这种称为孕育铸铁。 2 2、应用：孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸变化、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：机床的机身、凸轮、液压件、齿轮等。较大的大型铸件，如：机床的机身、凸轮、液压件、齿轮等。 硅铁硅铁硅钙硅钙 如：如：HT100200 HT100200 增加到增加到 HT250350HT250350 用途用途: 大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250) 制造承受压力和震动的大型零件，制造承受压力和震动的大型零件，如：机床床身、各种箱体、如：机床床身、各种箱体、 壳体、泵体、缸体。壳体、泵体

12、、缸体。 三、灰铸铁的热处理三、灰铸铁的热处理 铸铁的性能主要铸铁的性能主要取决于石墨的形态和分布取决于石墨的形态和分布，热处理只对基体有影响，热处理只对基体有影响， 对提高力学性能效果不大。对提高力学性能效果不大。 1 1、去应力退火：、去应力退火： 消除冷却过程中的内应力（时效）消除冷却过程中的内应力（时效） 长时间放置消除内应力长时间放置消除内应力/ /或人工时效或人工时效 3 3、石墨化退火：、石墨化退火： 消除白口组织，使局部消除白口组织，使局部FeFe3 3CGCG，降低硬度，降低硬度 汽缸套汽缸套 2 2、表面淬火：、表面淬火： 提高表面硬度和耐磨性，提高表面硬度和耐磨性， 如：

13、机床导轨、缸体内壁等如：机床导轨、缸体内壁等 目的目的：消除铸件的内应力、改善切削加工性和表面磨损性能。：消除铸件的内应力、改善切削加工性和表面磨损性能。 第四节第四节 可可 锻锻 铸铸 铁铁 可锻铸铁是由可锻铸铁是由白口铸铁白口铸铁经长时间经长时间石墨化退火石墨化退火得到的一种具有团得到的一种具有团 絮状絮状G G的铸铁。（的铸铁。（不可锻造不可锻造，可进行少量的塑性变形），可进行少量的塑性变形） 团絮状团絮状GG减轻了对金属基体的割裂作用和应力集中减轻了对金属基体的割裂作用和应力集中 又称：马铁、玛钢；又称：马铁、玛钢； 表示具有一定的塑性表示具有一定的塑性=2-12=2-12 ；韧性；韧

14、性a ak k30J/cm30J/cm2 2 可锻铸铁管件可锻铸铁管件 用于制造管类零件和农机具等大批量的中小型或薄壁零件。用于制造管类零件和农机具等大批量的中小型或薄壁零件。 首先：首先： 浇注成纯白口铸铁（浇注成纯白口铸铁（C C、SiSi含量较低）含量较低） F+F+团絮团絮G G 900980900980 FeFe3 3CA+GCA+G 770770 650650 AF+GAF+G P+P+团絮团絮GG 温度温度 时间时间 一一 、可锻铸铁的组织与性能、可锻铸铁的组织与性能 抑制抑制II II阶段阶段 I I和和II II阶段都进行阶段都进行 KTHKTH KTZKTZ 白口铸铁白口铸

15、铁 其次：其次： 石墨化退火石墨化退火 GGII II 铁素体为基体可锻铸铁铁素体为基体可锻铸铁 GG呈团絮状呈团絮状 暗灰色暗灰色 珠光体为基体可锻铸铁珠光体为基体可锻铸铁 GG呈团絮状呈团絮状 暗灰色暗灰色 珠光体珠光体 名为可锻，实不可锻！名为可锻，实不可锻！ 可锻铸铁的牌号、力学性能和用途可锻铸铁的牌号、力学性能和用途P179P179表表9-39-3 KTH300-06 KTH300-06 等等 KTZ450-06KTZ450-06等等 （F+F+团絮状团絮状G G）黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁；（；（P+P+团絮状团絮状G G）白心白心P P可锻铸铁可锻铸铁 2 2、可锻铸铁比灰铸铁强度

16、高，还具有一定的塑性和较高的韧性。、可锻铸铁比灰铸铁强度高，还具有一定的塑性和较高的韧性。 二、可锻铸铁的分类二、可锻铸铁的分类 （F+F+团絮状团絮状GG）：塑韧性较）：塑韧性较HTHT好，适合铸造薄壁类零件好，适合铸造薄壁类零件 （P+P+团絮状团絮状GG）：虽强硬度较高，但塑韧性差，应用不多。）：虽强硬度较高，但塑韧性差，应用不多。 1 1、“可铁可铁”+ +最低抗拉强度最低抗拉强度+ +伸长率伸长率 生产周期长、工艺复杂，逐渐被生产周期长、工艺复杂，逐渐被QTQT替代替代 一、球墨铸铁的成分一、球墨铸铁的成分 球化剂对石墨化不利，碳：球化剂对石墨化不利，碳：3.6%C3.6%C，2.2

17、2.7%Si2.22.7%Si 高碳高硅：有利于石墨化，并获得共晶成分；高碳高硅：有利于石墨化，并获得共晶成分； S S、P P含量严格控制：避免消耗过多的球化剂；含量严格控制：避免消耗过多的球化剂； 孕育剂：使孕育剂：使G G细小细小 第五节第五节 球墨铸铁球墨铸铁 铁水中加入铁水中加入球化剂球化剂使石墨球化，再加入少量使石墨球化，再加入少量孕育剂孕育剂促进石墨促进石墨 化，具有良好的力学性能，铸造性能好，成本低，生产方便。化，具有良好的力学性能，铸造性能好，成本低，生产方便。 稀土镁稀土镁 二、球墨铸铁的组织和性能二、球墨铸铁的组织和性能 组织组织：F+GF+G球、球、F+P+GF+P+G

18、球、球、P+GP+G球三种球三种 性能：性能：石墨呈石墨呈球状，球状，极大减轻了对基体的割裂作用，极大减轻了对基体的割裂作用，力学性能远高于力学性能远高于 一般铸铁，接近钢；同时具有一般铸铁，接近钢；同时具有HTHT的优点，工业应用广。的优点，工业应用广。 “以铁代钢、以铸代锻以铁代钢、以铸代锻” 铸铁曲轴铸铁曲轴 核燃料贮存运输容核燃料贮存运输容 器器(QT450-10) 用于承受重载荷、受力复杂、力学性能要求较高的零件，如曲用于承受重载荷、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。轴、连杆、轧辊、缸套、活塞、阀门等。 F+GF+G球球 P+GP+G球球 F

19、+P+GF+P+G球球 3 3、球墨铸铁的牌号、球墨铸铁的牌号 牌号：牌号： QT600-03 QT700-02 QT600-03 QT700-02 “球铁球铁”+ +最低抗拉强度最低抗拉强度+ +伸长率伸长率 （1 1）低温退火：）低温退火：无渗碳体时使用无渗碳体时使用。 退火工艺：退火工艺： 加热到加热到720760 720760 ，保温，保温36h36h后，后， 随炉缓冷至随炉缓冷至600 600 出炉空冷出炉空冷 （2 2）高温退火：）高温退火：分解渗碳体和分解渗碳体和P P。 退火工艺：加热到退火工艺：加热到900950 900950 ，保温，保温25h25h后，随后，随 炉缓冷至炉

20、缓冷至600 600 出炉空冷。出炉空冷。 四、球墨铸铁的热处理四、球墨铸铁的热处理 1 1、退火、退火 热处理特点：热处理特点：石墨对基体影响最小，可以通过热处理石墨对基体影响最小，可以通过热处理改变改变 基体组织基体组织，提高力学性能。，提高力学性能。 目的：获得目的：获得F+GF+G，提高塑韧性，改善切削性，消除铸造应力，提高塑韧性，改善切削性，消除铸造应力， 高温正火工艺曲线高温正火工艺曲线低温正火工艺曲线低温正火工艺曲线 组织：组织：F+P+GF+P+G组织：细组织：细P+GP+G 球墨铸铁的正火工艺曲线球墨铸铁的正火工艺曲线 2 2、正火、正火 目的：得到目的：得到P+G/P+F+

21、GP+G/P+F+G，以提高强度，硬度和耐磨性，以提高强度，硬度和耐磨性 3 3、调质处理、调质处理 目的：对要求目的：对要求综合力学性能综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴等。较高的零件，如连杆、曲轴等。 4 4、等温淬火、等温淬火 组织：组织： 目的：使形状复杂、热处理易变形、开裂的零件，具有良好的目的：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。综合力学性能，如齿轮、轴承套等。 S S回回+ +球球G G 组织：组织：B B下 下+ +球 球G G 下贝氏体下贝氏体+ +球状石墨球状石墨 工工 业业 铸铸 铁铁 的的 成成 分分 范范 围围 与与 组

22、组 织织 铸铁的分类与牌号表示方法铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁铸铁 名称名称 石墨石墨 形态形态 基体基体 组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 灰灰 铸铸 铁铁 片片 状状 FHT + 一组数字一组数字 数字表示最低抗拉强度值，单位数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。 “HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。 HT100 F+P HT150 P HT200 可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团 絮絮 状状 F KTH + 两组数字两组数字 KTZ + 两组数字两组数字 KTH300-06 P KTZ450-06 KTHKTH、KTZKTZ分别为黑心、分别为黑心、 珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号； 第一组数字表示最低抗第一组数字表示最低抗 拉强度值，拉强度值，MPaMPa；第二；第二 组数字表示最低伸长率组数字表示最低伸长率 值，值，% % 铸铁的