工程材料及机械制造基础第八章铸铁

1、1ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所1ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所v铸铁的概念铸铁的概念v铸铁与钢相比有何特点。铸铁与钢相比有何特点。v石墨化的概念，影响石墨化的因素石墨化的概念，影响石墨化的因

2、素v铸铁的分类和组织、用途铸铁的分类和组织、用途v石墨形态对铸铁性能的影响石墨形态对铸铁性能的影响2ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所2ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所一、铸铁的成分和特性一、铸铁的

3、成分和特性v铸铁铸铁：含碳量超过：含碳量超过2.11%2.11%并含有较多硅、锰、并含有较多硅、锰、 硫、磷等元素的多元铁碳合金。硫、磷等元素的多元铁碳合金。v工业上常用工业上常用铸铁成分铸铁成分： C:2.4-4.0%C:2.4-4.0%，Si Si：0.6-3.0%0.6-3.0%， MnMn：0.4-1.2%0.4-1.2%，P0.3%P0.3%， S 0.15%S 0.15%。3ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光

4、制造技术技术研究所研究所3ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所机械性能较差机械性能较差耐磨性好耐磨性好减震性好减震性好缺口敏感性低缺口敏感性低铸造性能和切削加工性能良好铸造性能和切削加工性能良好生产简便生产简便, ,价格低廉。价格低廉。v特点：特点：4ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, EC

5、JTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所4ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所v应用：应用：广泛应用于机械制造、冶金、广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通运输等部门。石油化工、交通运输等部门。尤其在机床制造（制造尤其在机床制造（制造机床床机床床身、导轨身、导轨）工业用量很大。）工业用量很大。内燃机汽缸内燃机汽缸铸铁曲轴铸铁曲轴5ILMTAM Insti

6、tute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所5ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所一般来说，铸铁中的碳以一般来说，铸铁中的碳以石墨形式存在时，石墨形式存在时，才能被广泛应用。才能被广泛应用。铸铁中的碳除少量固溶于基体铸铁中的碳除少量固溶

7、于基体中外，主要以化合态的渗碳体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的和游离态的石墨石墨(G)两种形式存在。两种形式存在。6ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所6ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研

8、究所二、铸铁的石墨化二、铸铁的石墨化1 1、 Fe-FeFe-Fe3 3C C与与Fe-CFe-C（石墨）（石墨）双重相图双重相图Fe3C是亚稳相，在一定条件是亚稳相，在一定条件下将发生分解：下将发生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁7ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所7ILMTAM Institute of Laser Manufactu

9、re Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所石墨的结构及性能石墨的结构及性能石墨是石墨是C C的一种的一种结晶形态，具有六结晶形态，具有六方晶格。方晶格。Wc=100%Wc=100%石墨本身的强度石墨本身的强度和塑性非常低。和塑性非常低。其强度、塑性、韧性其强度、塑性、韧性几乎为零。几乎为零。（ b b =20MPa =20MPa； 0 0）组织松软，可起润组织松软，可起润滑剂作用。滑剂作用。石墨是稳定相石墨是稳定相8ILMTAM Institute of Laser Man

10、ufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所8ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所 因此，要描述铁碳合金因此，要描述铁碳合金的相图应有两个。即可用的相图应有两个。即可用FeFeFeFe3 3C C（图中实线）与（图中实线）与FeFeC C（图中虚线）由图可（图中虚线）由

11、图可见，虚线在实线上方，表见，虚线在实线上方，表明明FeFeC C系较系较FeFeFeFe3 3C C系更系更为稳定。为稳定。石墨析出的条件：石墨析出的条件：（1 1）含）含碳、硅碳、硅较高的铁水在较高的铁水在缓冷缓冷时直接析出石墨。时直接析出石墨。（2 2）已经形成的渗碳体）已经形成的渗碳体在高温长时间退火可使在高温长时间退火可使渗碳体分解析出石墨碳。渗碳体分解析出石墨碳。L+GL+Fe3C9ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进

12、材料激光制造技术技术研究所研究所9ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所 在同一温度下，石墨在液相、奥氏体和铁素体在同一温度下，石墨在液相、奥氏体和铁素体中的溶解度分别低于渗碳体在这些相中的溶解度。中的溶解度分别低于渗碳体在这些相中的溶解度。同时，同时，Fe-CFe-C系的共晶温度比系的共晶温度比Fe-FeFe-Fe3 3C C系相应的温度系相应的温度要高。要高。L+GL+Fe3C10ILMTAM I

13、nstitute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所10ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所 复线铁碳相图，是在实线的复线铁碳相图，是在实线的Fe-Fe3CFe-Fe3C相图上再叠加上虚线的相图上再叠加上虚线的Fe-GFe-G相图，不同

14、点在于：相图，不同点在于： （1 1）Fe- CFe- C共晶、共析温度高些，共晶、共析温度高些，1154,738 1154,738 （2 2）Fe- CFe- C共晶、共析成分左移，共晶、共析成分左移，4.26%,0.68%4.26%,0.68% （3 3）溶解度曲线向左移）溶解度曲线向左移, 2.08%, 2.08% （4 4）液相线）液相线CDCD稍高于稍高于Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图 共晶：共晶：L Lclcl- C +A- C +AE E (1154) (1154) 共析：共析：A As1s1- C +F - C +F (738 (738) )11ILMTAM Inst

15、itute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所11ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所2 2、石墨化的过程、石墨化的过程石墨化：铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。石墨化：铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。 一次结晶和共晶

16、石墨化一次结晶和共晶石墨化共析石墨化共析石墨化二次结晶（二次结晶（11547381154738）石墨化第一阶段石墨化第一阶段三次结晶（三次结晶（ 738738 室温）室温）石墨化第二阶石墨化第二阶段段12ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所12ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华

17、东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所石墨化过程分为二个阶段：石墨化过程分为二个阶段：第一阶段：第一阶段：高于共析转变温度的石墨化称石墨化第一阶高于共析转变温度的石墨化称石墨化第一阶段。段。在在11541154时通过共晶反应而形成石墨时通过共晶反应而形成石墨LdLdA+CA+C在在11541154738738冷却过程中，由奥氏体中不断析出冷却过程中，由奥氏体中不断析出二次石墨即二次石墨即C C2 2AA+CAA+CIIII (1154738) (1154738)包括结晶时一次石墨、二次石墨、包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗共晶石墨

18、的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解的分解. .P13ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所13ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所第二阶段：第二阶段：共析转变

19、或共析转变或低于低于共析转变温度的石墨共析转变温度的石墨化称石墨化第二阶段。化称石墨化第二阶段。在在738738通过共析反应形成石墨通过共析反应形成石墨 AsAsFp+CFp+C包括冷却时共析石墨包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析的析出和加热时共析渗碳体的分解。渗碳体的分解。P14ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所14ILMTAM Institute of Laser Manufacture T

20、echnology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所15ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所3 3、 影响石墨化的主要因素影响石墨化的主要因素-是铸铁的成分和冷却速度。是铸铁的成分和冷却速度。促进石墨化的元素：碳和硅是强烈的促进石墨化促进石墨化的元素：碳和硅是强烈的促进石墨化元素。元素。P P促进

21、石墨化微弱。促进石墨化微弱。（1 1）化学成分的影响）化学成分的影响SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影碳、硅含量对铸铁石墨化的影响响16ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所16ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东

22、交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化,但但其含量高时易在晶界上其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高耐磨铸铁中磷含量偏高 (达达0.3%以上以上)。阻碍石墨化的元素：阻碍石墨化的元素： 。加加锰锰Mn+SMnS，削弱硫的危害。，削弱硫的危害。17ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学

23、先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所17ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所缓慢冷却有利于扩散，石墨化过程可充分进行，缓慢冷却有利于扩散，石墨化过程可充分进行，结晶也的石墨又多又大；结晶也的石墨又多又大；而快冷则阻碍石墨化，促使白口化。而快冷则阻碍石墨化，促使白口化。（2 2）冷却速度的影响）冷却速度的影响铸铁的冷却速度主要决定于铸铁的冷却速度主要决定于铸件的壁厚和铸型材料。铸件的壁

24、厚和铸型材料。例如铸铁在砂型中冷却比在例如铸铁在砂型中冷却比在金属型中冷却慢；铸件越厚金属型中冷却慢；铸件越厚，冷却越慢。这样的铸件有，冷却越慢。这样的铸件有利于石墨化。利于石墨化。铸铁的组织和性能随壁厚的变化而变铸铁的组织和性能随壁厚的变化而变化的现象称为壁厚敏感性化的现象称为壁厚敏感性18ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所18ILMTAM Institute of Laser Manufact

25、ure Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所三、铸铁分类三、铸铁分类-根据石墨化程度不同根据石墨化程度不同灰口铸铁灰口铸铁麻口铸铁麻口铸铁白口铸铁白口铸铁铸铁分类铸铁分类绝大多数绝大多数C C以石墨形式存在，以石墨形式存在，断口呈暗灰色。断口呈暗灰色。应用广泛应用广泛。绝大多数绝大多数C C以以FeCFeC3 3形式存在，形式存在，断口呈银白色。断口呈银白色。无使用价值无使用价值。石墨化程度介于石墨化程度介于灰口铸铁和白灰口铸铁和白口铸铁之间，口铸铁之间，应用很少应用很少。

26、19ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所19ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所四、铸铁牌号表示方法四、铸铁牌号表示方法 20ILMTAM Institute of Laser Manufacture T

27、echnology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所20ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁的分类与牌号表示方法（续）21ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials

28、, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所21ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所第第2 2节节 常用铸铁常用铸铁工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。v灰口铸铁灰口铸铁按石墨的形态分类按石墨的形态分类：灰铸铁灰铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁片状石墨片状石墨团絮状团絮状球状球状蠕虫状蠕虫

29、状-石墨形态石墨形态灰口铸铁的分类灰口铸铁的分类工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷缓冷快冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体铁素体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体球墨铸铁球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体铁素体可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火石墨化退火中速冷却缓冷珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁铁素体铁素体蠕墨铸铁蠕墨铸铁Si/Mg/Ce24ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJ

30、TU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所24ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所一、一、 灰铸铁灰铸铁 碳大部或全部以片状石墨形式碳大部或全部以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，存在，其断口呈暗灰色，故称为故称为灰铸铁灰铸铁。 灰铸铁是一种价格灰铸铁是一种价格便宜便宜的结构的结构材料，在铸铁生的中，灰铸铁产材料，在铸铁生的中，灰铸铁产量约占量约占80%80%

31、以上。以上。（一）、灰铸铁的成分、组织与性能（一）、灰铸铁的成分、组织与性能成分：灰铸铁的化学成分一般为：成分：灰铸铁的化学成分一般为：C：2.7%3.6%，Si：1.0%3%， Mn：0.4%1.2%，S0.15%；P0.3%。25ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所25ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Ma

32、terials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所组织：组织：灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，墨化过程形成的，由金属基体和片状石墨两部分组成。由金属基体和片状石墨两部分组成。其其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。 （1 1）铁素体灰铸铁（铁素体）铁素体灰铸铁（铁素体+ +片状石墨）；片状石墨）； （2 2）铁素体珠光体灰铸铁（铁素体）铁素体珠光体灰铸铁（铁素体+ +珠光体珠光体+ +片状片状石墨）；石墨）； （3 3）

33、珠光体灰铸铁（珠光体）珠光体灰铸铁（珠光体+ +片状石墨）。片状石墨）。26ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所26ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素

34、体加珠光体灰铁素体加珠光体灰铸铁铸铁石墨片的三维形石墨片的三维形貌貌27ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所27ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所性能性能灰铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：灰铸铁

35、的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：机械性能：机械性能较差机械性能：机械性能较差耐磨性好耐磨性好减震性好减震性好缺口敏感性低缺口敏感性低铸造性能和切削加工性能良好铸造性能和切削加工性能良好28ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所28ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华

36、东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所（二）、灰铸铁的孕育处理（二）、灰铸铁的孕育处理 孕育处理（或称变质处理）：在浇注前往铁水中投加少量孕育处理（或称变质处理）：在浇注前往铁水中投加少量硅铁硅铁、硅钙合金、硅钙合金等作孕育剂，使铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石等作孕育剂，使铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。墨片及基体组织得到细化。 经过孕育铸铁称为经过孕育铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁，其不仅强度有很大提高，而且，其不仅强度有很大提高，而且塑性和韧性也有所改善。因此，孕育铸铁常用作力学性能要求较高塑性和韧性也有所改善。因此，孕育铸铁常用作力学性能

37、要求较高、截面尺寸变化较大的大型铸铁件。、截面尺寸变化较大的大型铸铁件。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙29ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所29ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研

38、究所（三）灰铸铁的热处理（三）灰铸铁的热处理 灰铸铁可以通过热处理改变基灰铸铁可以通过热处理改变基体组织，体组织，但不能改变石墨的形但不能改变石墨的形态和分布态和分布，因而对提高灰铸铁，因而对提高灰铸铁的力学性能作用不大。的力学性能作用不大。灰铸铁件灰铸铁件汽缸套汽缸套活塞环活塞环灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强，热处理强化效果不大。化效果不大。30ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技

39、术研究所研究所30ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所 灰铸铁的热处理主要是为了减小铸铁的内应力，灰铸铁的热处理主要是为了减小铸铁的内应力，提高表面硬度和耐磨性等。提高表面硬度和耐磨性等。 常用的热处理工艺有以下几种：常用的热处理工艺有以下几种：1 1去应力退火去应力退火消除铸造内应力，防止铸件开裂惑减少变形消除铸造内应力，防止铸件开裂惑减少变形2 2表面淬火表面淬火有些铸铁件如机床导轨、缸体内壁，

40、因要求较高的有些铸铁件如机床导轨、缸体内壁，因要求较高的表面硬度和耐磨性，要进行表面淬火。淬火后表面的表面硬度和耐磨性，要进行表面淬火。淬火后表面的硬度可达硬度可达505055HRC55HRC。3 3消除铸件白口，降低硬度的退火消除铸件白口，降低硬度的退火 常用高温退火（石墨化退火）来降低其硬度，便常用高温退火（石墨化退火）来降低其硬度，便于切削加工。于切削加工。31ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研

41、究所31ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所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)变速箱体变速箱体32ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所32IL

42、MTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所可锻铸铁俗称玛钢、马铁。可锻铸铁俗称玛钢、马铁。 可锻铸铁相对灰铸铁有较高的强度，塑可锻铸铁相对灰铸铁有较高的强度，塑性和韧性也有很大的提高，因其具有一定性和韧性也有很大的提高，因其具有一定的塑性变形的能力，故得名可锻铸铁。的塑性变形的能力，故得名可锻铸铁。强强度为碳钢的度为碳钢的00%，接近于铸钢。，接近于铸钢。注意：实际上可锻铸铁并不能锻。注意：实际上可锻铸铁并不

43、能锻。 二、二、 可锻铸铁可锻铸铁石墨呈团絮状的灰口铸石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。墨化退火获得的。可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 由于石墨呈团絮状，减轻由于石墨呈团絮状，减轻了石墨对金属基体的割裂作了石墨对金属基体的割裂作用和应力集中。用和应力集中。33ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所（一）可锻铸铁的组织与性能（一）可锻铸铁的

44、组织与性能 为了保证在一般冷却条件下获得白口铸铁件，又要在为了保证在一般冷却条件下获得白口铸铁件，又要在退火时使渗碳体易分解，并呈团絮状石墨析出，就要退火时使渗碳体易分解，并呈团絮状石墨析出，就要严格控制铁水的化学成分。与灰铸铁相比，碳和硅的严格控制铁水的化学成分。与灰铸铁相比，碳和硅的含量要低一些，以保证铸件获得白口组织。但也不能含量要低一些，以保证铸件获得白口组织。但也不能太低，否则退火时难以石墨化，延长退火周期。太低，否则退火时难以石墨化，延长退火周期。 可锻铸铁的成分一般为：可锻铸铁的成分一般为：C C：2.2%2.2%2.8%2.8%，Si Si：1.2%1.2%1.8%1.8%，M

45、nMn：0.4%0.4%0.6%0.6%，P0.1%P0.1%，S S 0.25%0.25%。34ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所34ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所铁素体基体铁素体基体的可锻铸铁

46、的可锻铸铁珠光体基体珠光体基体的可锻铸铁的可锻铸铁可锻铸铁分类可锻铸铁分类可锻铸铁断口呈可锻铸铁断口呈黑灰色黑灰色，俗称黑心，俗称黑心可锻铸铁，这种铸铁件的强度与塑可锻铸铁，这种铸铁件的强度与塑性与韧性均较灰口铸铁的高，非常性与韧性均较灰口铸铁的高，非常适合铸造薄壁零件，是最为常用的适合铸造薄壁零件，是最为常用的一种可锻铸铁。一种可锻铸铁。可锻铸铁件断口呈可锻铸铁件断口呈白色白色，俗称白心，俗称白心可锻铸铁，这种可锻铸铁具有较高可锻铸铁，这种可锻铸铁具有较高的强度、硬度和耐磨性，塑性和韧的强度、硬度和耐磨性，塑性和韧性则较低。应用不多。性则较低。应用不多。35ILMTAM Institute

47、of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所35ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 36ILMTAM Inst

48、itute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所（1 1）牌号）牌号 可锻铸铁的牌号是由三个字母及两组数字组成。前两可锻铸铁的牌号是由三个字母及两组数字组成。前两个字母个字母“KT”KT”是是“可铁可铁”两字的汉语拼音的第一个字母两字的汉语拼音的第一个字母，第三个字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别，第三个字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别代表最低抗拉强度和伸长率的数值。代表最低抗拉强度和伸长率的数值。 如如KTH300K

49、TH3000606表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为为300MPa300MPa，最低伸长率为，最低伸长率为6%6%。 KTZ450KTZ4500606表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为为450MPa450MPa，最低伸长率为，最低伸长率为6%6%。KTH300KTH3000606黑心可锻黑心可锻铸铁铸铁最低抗拉强度最低抗拉强度伸长率伸长率（二）可锻铸铁的牌号及用途（二）可锻铸铁的牌号及用途37ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materi

50、als, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所37ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所（2 2）用途）用途可锻铸铁具有铁水处理简单、质可锻铸铁具有铁水处理简单、质量稳定、容易组织流水生产、低量稳定、容易组织流水生产、低温韧性好等优点，广泛应用于温韧性好等优点，广泛应用于汽汽车、拖拉机制造行业，常用来制车、拖拉机制造行业，常用来制造形状复杂、承受冲击

51、载荷的薄造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁、中小型零件。壁、中小型零件。可锻铸铁管件可锻铸铁管件38ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所38ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所三、三、 球墨铸铁球墨铸铁 铁水

52、经过球化处理而使石墨大部分或全部呈球铁水经过球化处理而使石墨大部分或全部呈球状的铸铁称为球墨铸铁。状的铸铁称为球墨铸铁。 球化处理球化处理是在铁水浇注前加入少量的是在铁水浇注前加入少量的球化剂（如纯镁、镁合金、稀土硅铁镁合金）球化剂（如纯镁、镁合金、稀土硅铁镁合金）及孕育剂，使石墨以球状析出。及孕育剂，使石墨以球状析出。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。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。球化剂为镁、稀土和稀土镁。为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。理同时还进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用

53、孕育剂为硅铁和硅钙合金。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁39ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所39ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所2. 组织组织-基体基体（F、F+P、P）+ 球状球状G球墨铸铁按其基体

54、组织不同，可分为：球墨铸铁按其基体组织不同，可分为：（1 1）铁素体球墨铸铁；（）铁素体球墨铸铁；（2 2）铁素体珠光体球墨铸铁；）铁素体珠光体球墨铸铁；（3 3）珠光体球墨铸铁三种。）珠光体球墨铸铁三种。 1.1.成分成分 球状铸铁的化学成分一般为：球状铸铁的化学成分一般为：C C：3.6%3.6%，SiSi：2.0%2.0%3.9%3.9%，MnMn：0.6%0.6%0.8%0.8%，S0.07%,P0.1%S0.07%,P0.1%。与灰铸铁相比，它的碳、硅含量较。与灰铸铁相比，它的碳、硅含量较高，以有利于石墨球化。高，以有利于石墨球化。（一）球墨铸铁的组织与性能（一）球墨铸铁的组织与性能

55、40ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所40ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球

56、墨铸铁中的石墨球球 41ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所41ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所3. 性能与用途性能与用途强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比。球墨铸铁的突出

57、特点是屈强比( 0.2 / b)高高, 约为约为0.70.8, 而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。 由于球墨铸铁中的石墨呈球状，其割裂基体的作用及应力集由于球墨铸铁中的石墨呈球状，其割裂基体的作用及应力集中现象大为减小，可以充分发挥金属基体的性能，所以，它的中现象大为减小，可以充分发挥金属基体的性能，所以，它的强度和塑性强度和塑性已超过灰铸铁，接近铸钢已超过灰铸铁，接近铸钢。 （1） 性能性能（2）牌号）牌号 球墨铸铁的牌号是由球墨铸铁的牌号是由“球铁球铁”两字的汉语拼音的第一个字母两字的汉语拼音的第一个字母“QT”及两级数字组成，两组数字分别代表其最低抗拉强度和及两级数字组成，两组数字分

58、别代表其最低抗拉强度和伸长率。如伸长率。如QT40018表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为400MPa，最低伸长率为，最低伸长率为18%。QT400QT4001818球铁球铁最低抗拉强度最低抗拉强度伸长率伸长率42ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所42ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced

59、 Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所（3）用途）用途可以代替碳素铸钢、合可以代替碳素铸钢、合金铸钢和可锻铸铁，制金铸钢和可锻铸铁，制造一些受力复杂，强度造一些受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件要求较高的零件. .如内如内燃机曲轴、凸轮轴、连燃机曲轴、凸轮轴、连杆，减速箱齿轮及轧钢杆，减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。机轧辊等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴43ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technolog

60、y for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所43ILMTAM Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU华东交通大学华东交通大学 先进材料激光制造先进材料激光制造技术技术研究所研究所由于球状石墨对基体的割裂作用小，所以通过热处理由于球状石墨对基体的割裂作用小，所以通过热处理改变球状石墨的基体组织，对提高其力学性能有重要作改变球状石墨的基体组织，对提高其力学性能有重要作用。用。（二）球墨铸铁的热处理（二