铸铁教学课件

1、第六章第六章 铸铸 铁铁 1.1.概述概述 铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称。其含碳铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称。其含碳量超过了在共晶温度时奥氏体的饱和含碳量。铸铁与钢的量超过了在共晶温度时奥氏体的饱和含碳量。铸铁与钢的主要区别在于铸铁比碳钢含碳和硅更高，且硫、磷等杂质主要区别在于铸铁比碳钢含碳和硅更高，且硫、磷等杂质含量也较高。常用铸铁含量也较高。常用铸铁具有良好的铸造性能、耐磨性、减具有良好的铸造性能、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。 2.2.铸铁的分类铸铁的分类 铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外铸铁中的碳除少量可

2、熔于铁素体外, ,其余部分因结晶条其余部分因结晶条件不同，可以形成件不同，可以形成渗碳体渗碳体或。或。 根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为三类根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为三类 ： 2 2）白口铸铁）白口铸铁 碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，其性能硬而脆，切削加工困难，很少直接使用。但可以用其性能硬而脆，切削加工困难，很少直接使用。但可以用作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、轧辊等。轧辊等。 3 3）麻口铸铁）麻口铸铁 碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳体

3、存在，断口呈黑白相间，这类铸铁脆性较大，所以很碳体存在，断口呈黑白相间，这类铸铁脆性较大，所以很少使用。少使用。 1 1）灰口铸铁）灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁，按石墨存在的形断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁，按石墨存在的形式又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。如图式又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。如图6-16-1所示。所示。 3. 3.石墨在铸铁中的作用石墨在铸铁中的作用 铸铁性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常铸铁性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常用铸铁中碳主要以石墨

4、的形式存在，用符号用铸铁中碳主要以石墨的形式存在，用符号“g”g”表示表示, ,其强其强度（度（b b=20mpa=20mpa）、硬度（）、硬度（3 35hbs5hbs）、）、塑性（塑性（00）、）、韧性韧性都很低，石墨具有不明显的金属特性（如导电性）。都很低，石墨具有不明显的金属特性（如导电性）。 常用铸铁的性能与其组织具有密切关系，其组织可以常用铸铁的性能与其组织具有密切关系，其组织可以看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般铸铁的抗组成，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般铸铁的抗拉强度

5、、硬度、屈服点、塑性、韧性比钢低（但抗压强度拉强度、硬度、屈服点、塑性、韧性比钢低（但抗压强度与钢相当），与钢相当），不能锻造不能锻造。石墨的含量越多，越粗大，分布。石墨的含量越多，越粗大，分布越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。但是它的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良但是它的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减磨性等好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减磨性等以及缺口敏感性。以及缺口敏感性。4.4.铸铁的石墨化及影响因素铸铁的石墨化及影响因素 1 1）石墨化过程）

6、石墨化过程 铸铁中石墨的形成过程铸铁中石墨的形成过程, ,称为称为石墨化石墨化。铸铁结晶过程中，。铸铁结晶过程中，石墨化若能充分进行或大部分进行，则能获得灰口铸，反石墨化若能充分进行或大部分进行，则能获得灰口铸，反之将会得到白口铸铁。之将会得到白口铸铁。 铁碳合金结晶时，碳更易形成渗碳体，但在具有足够铁碳合金结晶时，碳更易形成渗碳体，但在具有足够扩散时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可以通过扩散时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可以通过渗碳体在高温下分解获得。渗碳体在高温下分解获得。 石墨化过程分三阶段：高温石墨化，从液相中析出石墨化过程分三阶段：高温石墨化，从液相中析出石墨（石墨（g

7、+ g共晶共晶）；）； 中温石墨化，指共晶和共析温度之中温石墨化，指共晶和共析温度之间，从奥氏体中析出的二次石墨间，从奥氏体中析出的二次石墨（ g ）；低温石墨化，）；低温石墨化，是指共析转变及以后析出的石墨是指共析转变及以后析出的石墨（g共析共析）。）。 石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述三个阶段不一定都充分进行，其中三个阶段不一定都充分进行，其中 阶段温度较高，碳阶段温度较高，碳原子的扩散能力强，石墨化容易进行。按这三个阶段石墨原子的扩散能力强，石墨化容易进行。按这三个阶段石墨化程度不同灰口铸铁的化程度不同灰口铸铁的基体组织基体组织

8、会不同，如有会不同，如有f、f+p、p 除上述三个阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下除上述三个阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下退火，也能使渗碳体分解获得石墨。这也是生产可锻铸铁的退火，也能使渗碳体分解获得石墨。这也是生产可锻铸铁的方法。方法。 2）影响石墨化的因素）影响石墨化的因素 化学成分化学成分 碳和硅是碳和硅是强烈促进强烈促进石墨化的元素，而硫、石墨化的元素，而硫、锰是锰是阻碍阻碍石墨化的元素。磷是微弱促进石墨化的元素，但石墨化的元素。磷是微弱促进石墨化的元素，但会使铸铁脆性增大，要严格控制磷的含量。会使铸铁脆性增大，要严格控制磷的含量。 冷却速度冷却速度 缓慢冷却时碳原子扩散

9、充分，易形成稳定缓慢冷却时碳原子扩散充分，易形成稳定的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中凡影响冷却速度的的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中凡影响冷却速度的因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热性越差，越有利于石墨化。性越差，越有利于石墨化。 5.灰铸铁灰铸铁 1 1）化学成分、组织和性能化学成分、组织和性能 灰铸铁的生产工艺简单，灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁。约占铸铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁。约占铸铁总量的铁总量的80%80%以上。以上。 化学成分一般为化学成分一般为 c c= =（

10、2.72.73.63.6）% %；si si =(1.0=(1.02.52.5 ) ) % %；mn mn =(0.5=(0.51.3)%1.3)%； p p 0.3%0.3%；s 0.15%s 0.15%。 组织特征组织特征是是片状片状石墨分布于钢的基体上。有以下三种：石墨分布于钢的基体上。有以下三种：f+g片片 ； p+f+ g片片； p+ g片片 ； 灰铸铁的灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分布状态，同时也与基体组织有关布状态，同时也与基体组织有关。由于石墨的力学性能几。由于石墨的力学性能几乎等于零，所以灰铸铁的力学性能明显低于钢，也低于

11、其乎等于零，所以灰铸铁的力学性能明显低于钢，也低于其它铸铁件。又因其性能与基体组织有关，具有珠光体基体它铸铁件。又因其性能与基体组织有关，具有珠光体基体的灰铸铁强度较高。因其的灰铸铁强度较高。因其抗压强度较高抗压强度较高，约为抗拉强度的，约为抗拉强度的34倍，所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如倍，所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床机床床身、底座、支柱等。床身、底座、支柱等。 2）灰铸铁的）灰铸铁的孕育孕育处理处理 在铸铁液中在铸铁液中加入加入少量的少量的孕育剂孕育剂（即加入含质量（即加入含质量4%的硅的硅铁或硅钙合金）以形成大量的晶核，获得极为细小的片状石铁或硅钙合金）以形成大

12、量的晶核，获得极为细小的片状石墨和珠光体基体。经过这样墨和珠光体基体。经过这样处理后处理后的铸铁称为的铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。3）灰铸铁的牌号）灰铸铁的牌号 如：如： ht200“灰铁灰铁”字汉语字汉语拼音首字母拼音首字母bmin=200mpa其性能和用途，详见教材其性能和用途，详见教材p91表表6-1 4）灰铸铁的热处理）灰铸铁的热处理 只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布。主要作用是消除应力、改善切削加工性、大小和分布。主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等，分别有去应力退火、消除提高表面的硬度和耐磨性等

13、，分别有去应力退火、消除白口、降低硬度退火，表面淬火。白口、降低硬度退火，表面淬火。 6.球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁是指铸铁液经过球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理球化处理，使石墨全部或，使石墨全部或大部分呈大部分呈球状球状分布的铸铁。分布的铸铁。 球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的球化剂和孕育剂球化剂和孕育剂 ，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。成球状。 1）化学成分、组织和性能化学成分、组织和性能 为保证获得数量较多、形为保证获得数量较多、形状圆整、分布均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅的含状圆整、分布

14、均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅的含量一般高于灰铸铁，量一般高于灰铸铁， 其中其中c c= =（3.6 3.6 3.9 ）% %； si si =(2.0=(2.03.13.1 ) ) % %； mn mn =(0.6=(0.60.3)%0.3)%；p p 0.1%0.1%；s 0.07%s 0.07%。 组织特征组织特征是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体是是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体是由铁素体和珠光体组成的。通过热处理可获得以下不同由铁素体和珠光体组成的。通过热处理可获得以下不同组织：组织： f+g球球 ； f + p + g球球； p+ g球球； b下下+ g球球。 球墨铸铁的球

15、墨铸铁的力学性能力学性能比灰铸铁高得多，珠光体、贝比灰铸铁高得多，珠光体、贝氏体球墨铸铁的力学性能可与钢媲美，特别是强度与钢氏体球墨铸铁的力学性能可与钢媲美，特别是强度与钢接近，屈强比达到接近，屈强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，但比钢差。铸铁好，但比钢差。 常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见p93表表 6-2。 球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减振性、减摩球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但与灰铸铁相性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但与灰铸铁相比存在收缩率大、流动性稍

16、差、白口倾向大等缺陷。比存在收缩率大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。2）球墨铸铁的牌号）球墨铸铁的牌号 如如qt600-3“球铁球铁”字汉字汉语拼音首字母语拼音首字母bmin=600mpa min=3%3）球墨铸铁的热处理）球墨铸铁的热处理 退火退火 目的是为了获得铁素体基体，提高塑性和韧性。目的是为了获得铁素体基体，提高塑性和韧性。根据铸造组织不同，采用的退火方法有：去应力退火、根据铸造组织不同，采用的退火方法有：去应力退火、低温退火、高温退火。低温退火、高温退火。 正火正火 目的是为了增加基体组织中的珠光体的数量，细目的是为了增加基体组织中的珠光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨

17、性。正火后常采化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。正火后常采用消除应力的回火。用消除应力的回火。 调质处理调质处理 目的是为了得到回火索氏体基体，以获得较高的目的是为了得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。综合力学性能。低温正火（不完全奥氏体化正火）低温正火（不完全奥氏体化正火）高温正火（完全奥氏体化正火）高温正火（完全奥氏体化正火） 等温淬火等温淬火 目的是为了得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、目的是为了得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。高强度和较好的韧性。 7. 可锻铸铁可锻铸铁 1）可锻铸铁的生产）可锻铸铁的生产 一般是先浇注成白口铸铁，一般是先浇注成白口铸铁

18、，然后通过高温石墨化退火使渗碳体分解得到然后通过高温石墨化退火使渗碳体分解得到团絮状团絮状石墨。石墨。根据退火工艺不同可得铁素体基体可锻铸铁和珠光体基根据退火工艺不同可得铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁。体可锻铸铁。 2 2）可锻铸铁的）可锻铸铁的化学成分、组织和性能化学成分、组织和性能 为保证浇为保证浇注后获得全部白口组织可锻铸铁的含碳和硅量一般较低注后获得全部白口组织可锻铸铁的含碳和硅量一般较低c c= =（2.22.22.82.8）% %； si si =(1.0=(1.01.81.8 ) ) % %；mn mn =(0.4=(0.41.2)%1.2)%； p p 0.2%0.2%

19、； s 0.18% s 0.18%。 根据石墨化退火工艺不同，可分铁素体基体和珠光根据石墨化退火工艺不同，可分铁素体基体和珠光基体的可锻铸铁，铁素体基体可锻铸铁具有较好的塑性基体的可锻铸铁，铁素体基体可锻铸铁具有较好的塑性和韧性；而珠光体基体可锻铸铁具有较高的强度。但由和韧性；而珠光体基体可锻铸铁具有较高的强度。但由于石墨化退火工艺复杂，生产效率低，所以其应用受到于石墨化退火工艺复杂，生产效率低，所以其应用受到限制。限制。 3 3）可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号及及应用应用 如：如：“kth”kth”表示铁素体可锻铸铁；表示铁素体可锻铸铁；“ktz”ktz”表示珠光表示珠光体可锻铸铁；体可锻铸铁

20、； “ “ktz5504”ktz5504”“珠珠” 光体光体 “可可”锻铸锻铸“铁铁”字汉语拼字汉语拼音首字母音首字母bmin=550mpamin=4% 适用于制造薄壁、形状复杂且要求有一定韧性的小型适用于制造薄壁、形状复杂且要求有一定韧性的小型铸件。如水管接头、汽车后桥壳、轮毂、减速器壳、散热铸件。如水管接头、汽车后桥壳、轮毂、减速器壳、散热器进水管等。器进水管等。其力学性能及用途，见其力学性能及用途，见p95表表 6-3。 蠕墨铸铁的力学性能蠕墨铸铁的力学性能 介于灰铸铁与球墨铸铁之间。介于灰铸铁与球墨铸铁之间。而铸造性能、减振性、导热性优于球墨铸铁，切削加工而铸造性能、减振性、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。基本组织有铁素体、铁素体性比灰铸铁差。基本组织有铁素体、铁素体-珠光体和珠珠光体和珠光体三种。光体三种。 石墨呈