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1、FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.铸铁的基本知识铸铁的基本知识FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.铸铁的种类铸铁的种类按照石墨形态可分为下列五种：按照石墨形态可分为下列五种：灰口铸铁：片状石墨灰口铸铁：片状石墨球墨铸铁：球状石墨球墨铸铁：球状石墨蠕墨铸铁：蠕虫状石墨蠕墨铸铁：蠕虫状石墨白口铸铁：石墨以碳化物形式存在白口铸铁：石墨以碳化物形式存在可锻铸铁：团絮状石墨可锻铸铁：团絮状石墨球墨铸铁球墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN)

2、CO., LTD. 1.1 灰灰铁的组织铁的组织 灰铁代表性的显微镜组织如图灰铁代表性的显微镜组织如图2.4所示。正如这张照片所看到的，灰所示。正如这张照片所看到的，灰铁的显微镜组织由铁的显微镜组织由石墨组织和基地组织构成石墨组织和基地组织构成。而且，灰铁的各性质因这而且，灰铁的各性质因这些组织的状态而变化，铸铁的化学成分及凝固时的冷却速度等会给这些些组织的状态而变化，铸铁的化学成分及凝固时的冷却速度等会给这些组织很大影响。组织很大影响。 1.1.1 石墨组织石墨组织 灰铁的石墨组织由于会灰铁的石墨组织由于会对其各性质对其各性质,特别是机械性特别是机械性质以很大影响质以很大影响。显微镜试显微镜

3、试料截面上观察到的石墨如料截面上观察到的石墨如右图右图,能看到各个片状能看到各个片状,如果如果溶出基地立体地进行观察溶出基地立体地进行观察的话的话,就如就如右下图右下图,意外地有意外地有连续性。连续性。FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.）黒鉛）黒鉛 石墨石墨非常軟脆非常軟脆很软，很脆很软，很脆） 珠光体珠光体交互並層状組織体；交互並層状組織体；硬強度硬強度铁素体和渗碳体交互排铁素体和渗碳体交互排列的层状组织体；硬且列的层状组织体；硬且有强度有强度） 铁素体铁素体 微量微量C（炭素）含（炭素）含鉄；比較的軟伸鉄；比較的軟伸含有微量含有微量C

4、（碳素）的碳素）的铁；比较软有伸展性铁；比较软有伸展性） 渗碳体渗碳体鉄炭素化合物鉄炭素化合物(Fe3C)；非常硬脆非常硬脆铁和碳素的化合物铁和碳素的化合物（ Fe3C）；）；很硬而且脆很硬而且脆） 斯氏体斯氏体燐含三元共晶組織燐含三元共晶組織（Fe-Fe3C-Fe3P)；硬；硬脆溶融温度低脆溶融温度低含磷的三元共晶组织含磷的三元共晶组织（Fe-Fe3C-Fe3P)；既既硬又脆，熔融温度低硬又脆，熔融温度低FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.灰鋳鉄金相組織灰鋳鉄金相組織FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN)

5、CO., LTD.FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD. AB BCDEFUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.ABCFUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.DEFUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.灰铁的基地组织在没有特别的灰铁的基地组织在没有特别的热处理或添加合金的情况下热处理或添加合金的情况下,形形成珠光体或铁素体或此两者的成珠光体或铁素体或此两者的混合组织。混合组织。铁素体（铁素体（F

6、errite）：）：Fe中少量中少量含有被称为含有被称为固溶体的固溶体的碳碳，软软，软软的。在灰铁上，多出现在石墨的。在灰铁上，多出现在石墨的周边。的周边。珠光体（珠光体（Pearlite）：）：如图如图2.8所示所示,组组织呈白和黑的条纹状。是因为以铁素织呈白和黑的条纹状。是因为以铁素体和渗碳体的板状结晶相交成层状的体和渗碳体的板状结晶相交成层状的截面作为观看的形状的。为此，有着截面作为观看的形状的。为此，有着极其强韧的性质，在极其强韧的性质，在硅硅量的低范围里量的低范围里布氏硬度约为布氏硬度约为230，抗拉强度约为，抗拉强度约为880N/mm2。FUJIWA MACHINERY INDUS

7、TRY (KUNSHAN) CO., LTD. 为了改善铸铁的材质，在浇注之前为了改善铸铁的材质，在浇注之前的溶汤里添加粒状的纯硅素（的溶汤里添加粒状的纯硅素（Si），），硅硅铁（铁（Fe-Si），），硅化钙等，这一般被称为硅化钙等，这一般被称为接种。接种。 接种的材质改善就是进行石墨组织接种的材质改善就是进行石墨组织变化，通过接种将变化，通过接种将D型或型或E型石墨变为型石墨变为A型石墨。接种能防止白口化，改善质量型石墨。接种能防止白口化，改善质量效果等效果等。 灰铁的溶解温度越高，石墨就越灰铁的溶解温度越高，石墨就越小，残留成为初晶奥氏体形状。这是小，残留成为初晶奥氏体形状。这是由于高温溶

8、解石墨的核消失，易过冷。由于高温溶解石墨的核消失，易过冷。通过适当的接种，能够改善该石墨组通过适当的接种，能够改善该石墨组织。织。1.2.1 物理的性质物理的性质 灰铁的物理性质不仅取决于化学组成灰铁的物理性质不仅取决于化学组成,其组织也会带来很大的影响。例如其组织也会带来很大的影响。例如,会因会因铸铁中的碳以何种形式存在带来很大的铸铁中的碳以何种形式存在带来很大的差异。因此，灰铁的物理性质不是以点，差异。因此，灰铁的物理性质不是以点，很多是以范围来表示的。很多是以范围来表示的。（1）密度）密度 灰铁的密度受其构成的组织要素的量的灰铁的密度受其构成的组织要素的量的影响。由于石墨特别轻，通过量的

9、增减会对影响。由于石墨特别轻，通过量的增减会对密度产生差异。密度产生差异。下图下图为各种类灰铁的密度。为各种类灰铁的密度。FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.（2）融点）融点灰铁因为是灰铁因为是Fe-C-Si系系3元合金，从凝固元合金，从凝固开始到开始到终了期间存在凝固范围，由于该范终了期间存在凝固范围，由于该范围会因化学组成而变化，所以融点不固定。围会因化学组成而变化，所以融点不固定。凝固开始温度（初晶温度）根据化学组成凝固开始温度（初晶温度）根据化学组成即即碳碳及及硅硅量而变化。量而变化。另一方面，如果增加灰铁中的磷（另一方面，如果增加

10、灰铁中的磷（P），），融融点为点为1228K（955）的话会出现低斯氏体的话会出现低斯氏体磷化铁（磷化铁（Fe3P）和铁素体的疑似和铁素体的疑似2元共元共晶，由于溶解温度显著降低，高温下使用晶，由于溶解温度显著降低，高温下使用需要注意。因此，作为灰铁的融点，应在需要注意。因此，作为灰铁的融点，应在13901520K（11171247）的范围内。）的范围内。铁素体（Si，O%）珠光体渗碳体石墨斯氏体奥氏体（C，0.9%）马氏体（C，0.9%）灰铁组织构成要素各密度灰铁组织构成要素各密度FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD. 如前所述如前所述,灰

11、铁的组织是灰铁的组织是由石墨组织和基地组织构成的。由石墨组织和基地组织构成的。石墨的强度和基地比较，小石墨的强度和基地比较，小得得可以忽视，石墨量越是增加铸可以忽视，石墨量越是增加铸铁的强度就越低。另外，即使铁的强度就越低。另外，即使是同样石墨组织的情况下，因是同样石墨组织的情况下，因基地组织，强度变化显著。灰基地组织，强度变化显著。灰铁的基地如果从珠光体变化为铁的基地如果从珠光体变化为铁素体的话抗拉强度和硬度也铁素体的话抗拉强度和硬度也会显著降低，如果成为贝氏体会显著降低，如果成为贝氏体的话这些值就会显著上升。的话这些值就会显著上升。成熟度：对于由铸铁的碳素饱和成熟度：对于由铸铁的碳素饱和度

12、推定的标准的抗拉强度，实际度推定的标准的抗拉强度，实际的抗拉强度比如下公式所示。的抗拉强度比如下公式所示。成熟度成熟度 RG=B100/B=B100/(102-82.5Sc)比较硬度：由铸铁的抗拉强度推比较硬度：由铸铁的抗拉强度推定的标准的布氏硬度和实际的硬定的标准的布氏硬度和实际的硬度公式度公式如下如下。比较硬度比较硬度 RH=HB/HB=HB/(100+4.3B)FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD. JIS G 5501-1989 灰铁品灰铁品 上根据上根据机械性能可分为机械性能可分为FC100、150、200、250、300及及350

13、这这6种。种。 灰铁的抗拉强度受所占截面石墨灰铁的抗拉强度受所占截面石墨部部面积的影响。因此，认为抗拉强度与表面积的影响。因此，认为抗拉强度与表示石墨量的碳素饱和度（示石墨量的碳素饱和度（Sc）和碳素当和碳素当量（量（CE）值之间有关联值之间有关联。左图。左图所示所示的的是是碳素饱和度及碳素当量和抗拉强度的碳素饱和度及碳素当量和抗拉强度的关系。关系。 表表2.7所示的是为制造所示的是为制造JIS G 5501的的灰铁品的各种类标准的灰铁品的各种类标准的C及及Si量。量。FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.图图2.13所示的是灰铁的抗拉强度和

14、压所示的是灰铁的抗拉强度和压缩强度的关系缩强度的关系,压缩强度的值为抗拉压缩强度的值为抗拉强度的强度的34倍倍压缩强度和抗拉强度 灰铁的情况下，抗拉及压缩试验上应力歪曲的关系认为不是直线，是从应力负荷的初期阶段一点点塑性变形。而且该变形是抗拉方面比较大。弹性系数为方便起见，显示了在抗拉试验上负荷开始点上接线的倾斜。如图如图2.14所示所示,灰铁的弹性系数在灰铁的弹性系数在75140GPa的范围的范围里。里。FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD. 灰铁硬度考虑了其粗糙组织采用压灰铁硬度考虑了其粗糙组织采用压痕面积宽的布氏硬度。其值在痕面积宽的布

15、氏硬度。其值在120300的的范围里，其变化与石墨量和基地组织相范围里，其变化与石墨量和基地组织相关连。关连。 灰铁由于内部的缺口和认为的片状灰铁由于内部的缺口和认为的片状石墨大量分散在组织中，其冲击值极小，石墨大量分散在组织中，其冲击值极小，一般夏氏冲击式样吸收的能量为一般夏氏冲击式样吸收的能量为28104J/m2程度。程度。FC150：机性质没什么问题的壳、罩类机性质没什么问题的壳、罩类FC200FC200：小型汽缸体及汽缸头，离合盘，小型汽缸体及汽缸头，离合盘，齿轮箱，液压泵体，水泵，涡轮壳，齿轮箱，液压泵体，水泵，涡轮壳，排气管，刹车毂等排气管，刹车毂等FC250：汽缸体及汽缸头，飞轮

16、，汽缸汽缸体及汽缸头，飞轮，汽缸套，活塞，传动箱，轴承盖，刹车毂，套，活塞，传动箱，轴承盖，刹车毂，离合盘等离合盘等FC300：大型刹车毂，离合盘，汽缸大型刹车毂，离合盘，汽缸体及汽缸头等体及汽缸头等FC350：汽缸，阀座，压力板，齿轮箱等汽缸，阀座，压力板，齿轮箱等FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.铁素体基地：铁素体基地：FCD400A珠光体基地：珠光体基地：FCD600铁素体与珠光体混合基地铁素体与珠光体混合基地机械性能：机械性能：抗拉强度：抗拉强度： 硬度：硬度： 延伸率：延伸率：石墨数：石墨数：抗拉强度抗拉强度 延伸率延伸率 硬度

17、硬度HB 基地基地400Mpa 15% 121197 F450Mpa 12% 143217 F500Mpa 7% 187255 F+ P550Mpa 5% 192269 P+ F600Mpa 3% 192269 P700Mpa 2% 245295 P一般要求一般要求100个个/mm2基地组织：基地组织：一般可允许一般可允许5%碳化物碳化物球化率：一般要求球化率：一般要求80%FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.球墨铸铁的种类球墨铸铁的种类(1)按照牌号按照牌号(材质材质),可分为以下几类可分为以下几类:QT400-15/18 ,延伸性与冲击

18、性能好延伸性与冲击性能好,耐寒耐寒 ,如转向节如转向节QT450-12:HUB类类QT500-7/10:QT550-5:SABS壳体壳体/支架支架QT600-3:TFS CD90CASE-BQT700-2:JOHN DEERE YOKE / SUPPOTFJW:球铁代号为球铁代号为FCD中国中国 GB QT日本日本 JIS FCD德国德国 DIN GGGFUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.球墨铸铁的种类球墨铸铁的种类(2)富士和生产的大多数球铁为高硅高钼球铁富士和生产的大多数球铁为高硅高钼球铁,如如:排气管排气管涡轮壳涡轮壳ELBOW其主要

19、特性为其主要特性为: 耐高温耐高温, 耐腐蚀耐腐蚀.Mo 0.5 1.1%Si 3.75 4.5%FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.球墨铸铁产生机理球墨铸铁产生机理(1)：原汤原汤 + 球化剂球化剂 =球墨铸铁球墨铸铁片状石墨片状石墨球状石墨球状石墨元素元素： 镁 Mg 钙 Ca 铈 Ce 镧 La 钇 Y载体载体: 金属 Mg 合金 NiMg 镁硅铁 MgFeSi 混合稀土金属FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.OSMg大颗粒的MgO, MgS and Mg-Si-oxide小颗粒的

20、MgO, MgS and Mg-Si-oxide=+球墨铸铁产生机理球墨铸铁产生机理(2)FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.FJW使用球化剂使用球化剂:MgFeSi球化剂球化剂Mg + S = MgSCa + S = CaSRE + S = RE-SMg + Si + 3O = MgSiO32Mg + Si + 4O = Mg2SiO4Mg- 吸收率吸收率:60 - 80%Mg残留量残留量:0.025%球化剂的种类球化剂的种类金属金属 Mg 合金合金 NiMg 镁硅铁镁硅铁 MgFeSi 混合稀土金属混合稀土金属球化剂组成球化剂组成Mg:56%Si :4050%Ca:1.83%Al: 1.5%RE:1.53%FUJIWA MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) CO., LTD.球化不良的原因球化不良的原因铁水的化学成分铁水的化学成分球化温度球化温度球化