工程材料课件第七章铸铁

1、第七章第七章 铸铸 铁铁 概概 论论 铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金。工业铸铁的铁碳合金。工业铸铁含有一定的合金元素和杂质，尤其是含有一定的合金元素和杂质，尤其是P P、S S较多。与较多。与钢相比虽然它的抗拉强度低，韧性和塑性差，但是，钢相比虽然它的抗拉强度低，韧性和塑性差，但是，铸铁由于生产成本低，所用设备和工艺简单，容易铸铁由于生产成本低，所用设备和工艺简单，容易生产、而且有优良的铸造性能、良好的切削加工性、生产、而且有优良的铸造性能、良好的切削加工性、减振性、耐磨性和低的缺口敏感性等，故广泛用于减振性、耐磨性和低的缺口敏感性等，故广泛用于工业中。机床中的

2、铸铁用量约占工业中。机床中的铸铁用量约占60-90%60-90%，汽车拖拉，汽车拖拉机中的铸铁用量约占机中的铸铁用量约占50-70%50-70%，可见铸铁在机械工业，可见铸铁在机械工业中起着很重要的作用。中起着很重要的作用。 1、铸铁的用途、铸铁的用途 制作形状复杂的大型铸件、耐磨抗振部件、低负制作形状复杂的大型铸件、耐磨抗振部件、低负荷无冲击零件等。荷无冲击零件等。 优点优点：熔点低流动性好、具有优良的铸造性能。：熔点低流动性好、具有优良的铸造性能。良好的切削加工性、减震性。生产设备和工艺简单，良好的切削加工性、减震性。生产设备和工艺简单，成本低。成本低。 缺点缺点：强度、塑性、韧性都比钢差

3、。：强度、塑性、韧性都比钢差。 2、铸铁的成分及组织特点、铸铁的成分及组织特点 主要元素：主要元素： C %=2.5 4.0 Si %=1.03.0 其他元素：其他元素： 少量的少量的 Mn、S、P 组织特点组织特点：铸铁中的碳主要是以石墨（：铸铁中的碳主要是以石墨（G）状态存在，）状态存在，而不是渗碳体（而不是渗碳体（Fe3C），所以其室温组织为），所以其室温组织为F、P和石和石墨。墨。 因此，铁碳合金实际上存在两种相图，即因此，铁碳合金实际上存在两种相图，即Fe-FeFe-Fe3 3C C相相图和图和Fe-G Fe-G 相图。相图。 一、一、铸铁石墨化试验铸铁石墨化试验 自然界里碳的最稳定

4、形式是石墨。因此渗碳体在高自然界里碳的最稳定形式是石墨。因此渗碳体在高温下长期加热时会分解成铁和石墨。温下长期加热时会分解成铁和石墨。 试验证明，在如下两种情况铸铁中会有石墨析出而试验证明，在如下两种情况铸铁中会有石墨析出而不是渗碳体。不是渗碳体。 （1 1）当液态铁碳合金在极其缓慢冷却时当液态铁碳合金在极其缓慢冷却时 （2 2）加入促进石墨化元素时，如）加入促进石墨化元素时，如 SiSi二、铁碳合金的双重相图二、铁碳合金的双重相图 第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 铸铁中碳原子析出，并形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中碳原子析出，并形成石墨的过程称为石墨化。 三、铸铁石墨化三、铸铁石墨化

5、 条件、过程及组织条件、过程及组织 过程：过程： 第一阶段第一阶段 从液态铸铁直接结晶出的初从液态铸铁直接结晶出的初生石墨或在生石墨或在11541154通过共晶转变而形成石墨。通过共晶转变而形成石墨。 第二阶段第二阶段 从奥氏体中析出二次石墨。发生在从奥氏体中析出二次石墨。发生在1154-7381154-738之间进行。之间进行。 第三阶段第三阶段 在在738738时通过共析反应而形成的石墨。时通过共析反应而形成的石墨。 条件条件：冷却速度非常缓慢，即过冷度很小，或加：冷却速度非常缓慢，即过冷度很小，或加入促进石墨化元素。入促进石墨化元素。 组织：组织：一、二阶段温度高，石墨化充分进行。一、二

6、阶段温度高，石墨化充分进行。由于由于第三阶段温度低容易控制，可得到三种不同的组织第三阶段温度低容易控制，可得到三种不同的组织 第三阶段完全石墨化第三阶段完全石墨化F FG G 第三阶段部分石墨化第三阶段部分石墨化F+P+GF+P+G 第三阶段没有石墨化第三阶段没有石墨化P+GP+G 四、影响石墨化的因素四、影响石墨化的因素 铸铁的性能取决于石墨化的程度。实践证明铸铁的铸铁的性能取决于石墨化的程度。实践证明铸铁的化学成分和结晶时的冷却速度是影响石墨化的主要因素。化学成分和结晶时的冷却速度是影响石墨化的主要因素。 1 1、 化学成分化学成分 碳和硅是强烈促进石墨化的素。碳和硅是强烈促进石墨化的素。

7、碳含量越多，越有利碳含量越多，越有利于石墨化的形核，促进石墨化。硅的加入，不仅会削弱铁于石墨化的形核，促进石墨化。硅的加入，不仅会削弱铁和碳原子间的结合，又可使共晶温度升高和共晶成分含碳和碳原子间的结合，又可使共晶温度升高和共晶成分含碳量量的的降低，有利于石墨形成。降低，有利于石墨形成。S S是强烈阻止石墨化元素。是强烈阻止石墨化元素。 2 2、冷却速度、冷却速度 冷却速度慢，越有利于石墨化，而快冷则阻止石墨化。冷却速度慢，越有利于石墨化，而快冷则阻止石墨化。铸造时冷速与浇注温度，造型材料，铸造方法和铸件壁厚铸造时冷速与浇注温度，造型材料，铸造方法和铸件壁厚均有关。均有关。 在实际生产中，满足

8、极其缓慢的冷却速度是不现实的。在实际生产中，满足极其缓慢的冷却速度是不现实的。加入较多硅，在生产条件下可实现石墨化。加入较多硅，在生产条件下可实现石墨化。 一、铸铁的分类：一、铸铁的分类： 根据根据石墨化程度石墨化程度和碳在铸铁中的存在形式划分和碳在铸铁中的存在形式划分 1 1、灰口铸铁、灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨形式存在于碳全部或大部分以石墨形式存在于铸铁中，断口呈暗灰色。是工业常用的铸铁。铸铁中，断口呈暗灰色。是工业常用的铸铁。 2 2、白口铸铁、白口铸铁 碳除少数溶入铁素体中外，其余碳除少数溶入铁素体中外，其余的碳全部以渗碳体的形式存在于铸铁中，断口呈银白的碳全部以渗碳体的形式存在于

9、铸铁中，断口呈银白色。有较大的硬脆性，故白口铸铁很少应用，主要用色。有较大的硬脆性，故白口铸铁很少应用，主要用作炼钢原料。作炼钢原料。 3 3、麻口铸铁、麻口铸铁 碳一部分以石墨状态存在，另一碳一部分以石墨状态存在，另一部分以渗碳体存在，断口呈黑白相间的麻点，也有较部分以渗碳体存在，断口呈黑白相间的麻点，也有较大硬脆性，很少应用。大硬脆性，很少应用。第二节第二节 铸铁的分类及常用铸铁铸铁的分类及常用铸铁 根据铸铁中根据铸铁中石墨的形态石墨的形态可划分为：可划分为： 1 1、灰口铸铁、灰口铸铁（简称灰铁）（简称灰铁）石墨呈片状的铸铁石墨呈片状的铸铁。 机械性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，工业

10、上机械性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，工业上应用最广。应用最广。 2 2、可锻铸铁、可锻铸铁 （简称可铁）（简称可铁）石墨呈团絮状的铸铁石墨呈团絮状的铸铁。由白口铸铁经石墨化退火得到，机械性能较灰铁高。由白口铸铁经石墨化退火得到，机械性能较灰铁高。 3 3、球墨铸铁、球墨铸铁 （简称球铁）（简称球铁）石墨成球状分布的铸石墨成球状分布的铸铁铁。在浇注前经球化处理得到，机械性能比灰铁和可。在浇注前经球化处理得到，机械性能比灰铁和可铁高，工艺比可铁简单，还可以通过热处理进一步提铁高，工艺比可铁简单，还可以通过热处理进一步提高机械性能，应用日益广泛。高机械性能，应用日益广泛。 4、蠕墨铸铁、蠕墨铸

11、铁（简称蠕铁）（简称蠕铁）石墨呈蠕虫状分布的铸石墨呈蠕虫状分布的铸铁铁。物理性能，机械性能，及铸造性能介于灰铁和球。物理性能，机械性能，及铸造性能介于灰铁和球铁之间，主要用于汽车行业中薄壁重量轻的各种零件。铁之间，主要用于汽车行业中薄壁重量轻的各种零件。 二、常用铸铁二、常用铸铁 1、灰口铸铁、灰口铸铁化学成分化学成分：C% =2.54.0 Si %=1.02.5 Mn%=0.51.4 微量微量 S、P获得方法：获得方法：将上述成分的铁水缓慢冷却即可获得。将上述成分的铁水缓慢冷却即可获得。 显微组织：显微组织：片状石墨基体组织（片状石墨基体组织（F、F+P、P) 牌牌 号号：字母：字母“HT”

12、+数字（最小抗拉强度）数字（最小抗拉强度） 例：例：HT200 表示灰铁，抗拉强度为表示灰铁，抗拉强度为200MPa应应 用用：成本低，价格低廉，应用广泛。主要应用：成本低，价格低廉，应用广泛。主要应用 机床床身、齿轮箱、皮带轮等。机床床身、齿轮箱、皮带轮等。 2 2、可锻铸铁、可锻铸铁（实际上不可锻实际上不可锻） 石墨呈团絮状的铸铁称为可锻铸铁。具有较高的强石墨呈团絮状的铸铁称为可锻铸铁。具有较高的强度，并有一定的塑性和韧性，其机械性能比灰口铁高。度，并有一定的塑性和韧性，其机械性能比灰口铁高。化学成分化学成分：C%=2.4-2.8 Si%=1.22.0 Mn%=0.41.2 微量微量 S

13、P 获得方法：获得方法：上述成分的铁水快冷得到白口铁，然后重上述成分的铁水快冷得到白口铁，然后重 新加热新加热 到到900 1000度长时间保温（度长时间保温（15小时）缓慢冷却。小时）缓慢冷却。 显微组织显微组织：团絮状石墨基体（团絮状石墨基体（F 、 P） 牌牌 号号：字母（字母（KTH或或KTZ）数字（最低抗拉强度）数字（最低抗拉强度） 数字（最低延伸率）数字（最低延伸率） 例：例：KTH350-10 基体为基体为F KTZ550-04 基体为基体为P 应应 用用：汽车轮壳、后桥壳、制动器等。汽车轮壳、后桥壳、制动器等。 3、球墨铸铁、球墨铸铁 具有球状石墨的铸铁称为球墨铸铁。其强度、塑

14、具有球状石墨的铸铁称为球墨铸铁。其强度、塑性和韧性都比灰口铁高。塑性、韧性比可锻铸铁好。性和韧性都比灰口铁高。塑性、韧性比可锻铸铁好。 化学成分化学成分：C%=3.84.0 Si%=2.02.8 Mn% 0.7 0.7 微量微量 S S 、P P 获得方法：获得方法：上述成分的铁水中加入球化剂（上述成分的铁水中加入球化剂（Mg Ca) 再加入变质剂（孕育剂）进行变质处理。再加入变质剂（孕育剂）进行变质处理。 缓慢冷却获得球墨铸铁。缓慢冷却获得球墨铸铁。 显微组织：显微组织：球状石墨球状石墨 基体（基体（F F+P P) 牌牌 号号：字母：字母“QT”数字（最低抗拉强度）数数字（最低抗拉强度）数 字（最低延伸率）字（最低延伸率） 例：例：QT500-