第八章铸铁-机械工程材料学

1、第八章第八章 铸铁铸铁第一节第一节 概述概述第二节第二节 灰铸铁灰铸铁第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁第六节第六节 特殊性能铸铁特殊性能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一、铸铁成分、组织和性能特点一、铸铁成分、组织和性能特点成分：成分：含有较高的含有较高的C、Si等元素等元素, P、S等杂质也较多。等杂质也较多。组织：组织：碳以碳以石墨（石墨（G）的形式存在，组织为的形式存在，组织为钢的钢的基体基体(F、P、F+P)上分布着不同形态的石墨

2、。上分布着不同形态的石墨。第一节第一节 概述概述铸铁铸铁是碳含量大于是碳含量大于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。性能性能:抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、 优良的切削加工性。优良的切削加工性。铸造性能比钢好。铸造性能比钢好。二、二、Fe-C双重相图及铸铁中石墨的形成双重相图及铸铁中石墨的形成（一）双重铁碳合金相图（一）双重铁碳合金相图图中图中实线实线表表示亚稳定的示亚稳定的Fe-Fe3C相图相图图中图中虚线虚线表表示稳定的平示稳定的平衡衡Fe-G相图相图二者主要区别二者主要区别 （二）铸铁

3、中石墨化过程（石墨的形成过程）（二）铸铁中石墨化过程（石墨的形成过程）、1154时通过共晶反应形成石墨时通过共晶反应形成石墨 LCAE+G、1154 738 A G、738 时共析反应时共析反应 AS FP+G碳含量为碳含量为2.54.0%的铸铁的铸铁石墨化过程：石墨化过程：铸铁结晶后可得到三种不同的铸铁结晶后可得到三种不同的组织：组织： F+G、P+G 、F+P+G（三）影响石墨化的因素（三）影响石墨化的因素1. 化学成分的影响化学成分的影响C、Si促进石墨化促进石墨化(通常通常WC 2.54.0%,WSi1%2.5%)；C%、Si %石墨片多、粗大。石墨片多、粗大。另外，另外，Al、Cu、

4、Ni、Co等等促进促进石墨化。石墨化。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素等元素阻止阻止石墨化。石墨化。2. 冷却速度的影响冷却速度的影响冷却速度慢，过冷冷却速度慢，过冷度越小，有利于原度越小，有利于原子的扩散，对石墨子的扩散，对石墨化有利。化有利。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三、铸铁的分类三、铸铁的分类1. 白口铸铁：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-Fe3C相图进行结晶，碳以相图进行结晶，碳以Fe3C形式存在，断口呈形式存在，断口呈银白色。银白色。2. 灰口铸铁：灰口铸铁：、石墨化过程充分进行，碳主要石

5、墨化过程充分进行，碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。以石墨形式存在，断口呈灰暗色。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Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成麻点。两种形式存在，断口黑白相间构成麻点。（一）按石墨化程度（一）按石墨化程度分分1、灰口铸铁：、灰口铸铁：G呈片状呈片状2、可锻铸铁：、可锻铸铁： G呈团絮状呈团絮状3、球墨铸铁：、球墨铸铁： G呈球状呈球状4、蠕墨铸铁：、蠕墨铸铁：G呈短小的蠕虫状呈短小的蠕虫状（二）按石墨形态分（二）按石墨形态分2134第二节第二节 灰口铸铁灰口铸铁一一 、灰口铸铁的组织、性能和用途、灰口铸铁的组织

6、、性能和用途片状石墨片状石墨 + 金属基体组成金属基体组成依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为：依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为： 铁素体铁素体灰口铸铁灰口铸铁 铁素体铁素体 + 珠光体珠光体灰口铸铁灰口铸铁 珠光体珠光体灰口铸铁灰口铸铁（一）灰口铸铁的组织（一）灰口铸铁的组织铁素体为基体的灰口铸铁铁素体为基体的灰口铸铁G呈片状呈片状 暗灰色暗灰色 铁素体铁素体 基体基体 白色白色 铁素体铁素体 + 珠光体为基体的灰口铸铁珠光体为基体的灰口铸铁铁素体铁素体珠光体珠光体G呈片状呈片状珠光体为基体的灰口铸铁珠光体为基体的灰口铸铁G呈片状呈片状珠光体珠光体（二（二 ）灰口铸铁的性能和用途）灰

7、口铸铁的性能和用途优良的铸造性能优良的铸造性能优良的耐磨性和消振性优良的耐磨性和消振性较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能4 力学性能力学性能（三）（三） 灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号HT100 HT150 HT200 HT300用途：用途：汽车、拖拉机的气缸、气缸套，机床床身及汽车、拖拉机的气缸、气缸套，机床床身及 承受压力、震动的零件等。承受压力、震动的零件等。性能：性能：二、灰铸铁的孕育处理二、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：孕育铸铁：为了细化灰铸铁组织，提高铸铁的力为了细化灰铸铁组织，提高铸铁的力学性能，通常在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加学性能，通常在碳、

8、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁入孕育剂进行孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质铸铁。叫孕育铸铁或变质铸铁。孕育铸铁的金相组织：孕育铸铁的金相组织：细密的珠光体基体上，均匀细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。故其强度高于普通的灰铸铁。分布细小的石墨片。故其强度高于普通的灰铸铁。应用：应用：孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面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，如重型机床的机身、尺寸变化较大的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮等。液压件、齿轮等。大量人工晶核大量人工晶核结晶均匀结晶均匀截面上组织均匀截面上组织均匀性能

9、性能均匀均匀断面敏感性小断面敏感性小三三 灰口铸铁的热处理灰口铸铁的热处理对灰口铸铁进行处理只能改变其基体组织，不能改变对灰口铸铁进行处理只能改变其基体组织，不能改变石墨的形态和分布。热处理目的消除铸件的内应力、石墨的形态和分布。热处理目的消除铸件的内应力、改善切削加工性和表面磨损性能。改善切削加工性和表面磨损性能。（一）（一） 消除内应力的退火（人工时效）消除内应力的退火（人工时效） 防止变形开裂，保证尺寸稳定防止变形开裂，保证尺寸稳定（二）（二） 改善切削加工性的退火（高温退火改善切削加工性的退火（高温退火 ） 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

10、硬度退火工艺：退火工艺：加热到加热到850900 ，保温，保温25h，随炉冷至，随炉冷至 250400 ，出炉空冷。，出炉空冷。退火工艺：退火工艺：加热速度加热速度50100，加热温度，加热温度500600 保温保温28h，炉冷至，炉冷至150200 ，空冷。，空冷。（三）表面淬火（三）表面淬火表面淬火工艺：表面淬火工艺： 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 点接触电加热表面淬火点接触电加热表面淬火淬火后表面组织：淬火后表面组织：细小马氏体片状石墨，细小马氏体片状石墨，硬度硬度: 5961HRC。应用：应用：重要的铸铁件，如机床导轨、内燃机缸套等重要的铸铁件，如

11、机床导轨、内燃机缸套等目的：目的：提高表面硬度和耐磨性提高表面硬度和耐磨性第三节第三节 可锻铸铁可锻铸铁 可段铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退可段铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得到的一种高强度铸铁。（不可锻造，可进行微火得到的一种高强度铸铁。（不可锻造，可进行微量的塑性变形）量的塑性变形）一一 、可锻铸铁的组织、性能和用途、可锻铸铁的组织、性能和用途组织：组织：铁素体基体可锻铸铁铁素体基体可锻铸铁 珠光体基体可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁 性能：性能：可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片状石墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，用比片状石

12、墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，还具有一定的塑性和较高的韧性。还具有一定的塑性和较高的韧性。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P183表表7-2KTH300-06 等等 KTZ450-06等等用途：用途：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁铸件，如汽形状复杂、承受冲击载荷的薄壁铸件，如汽车、拖拉机的轮壳、减速器壳体等。车、拖拉机的轮壳、减速器壳体等。铁素体为基体可锻铸铁铁素体为基体可锻铸铁G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G呈团絮状呈团絮状 暗灰色暗灰色珠光体珠光体二、可锻铸铁的生产二、可锻铸铁的生产首先：首先： 浇注成纯白口铸铁浇注

13、成纯白口铸铁其次：其次： 石墨化退火石墨化退火F+团絮团絮G900980Fe3CA+G770650AF+G720PF+GP+团絮团絮G温度温度时间时间AG第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好的塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。的塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。一、球墨铸铁的组织、性能和用途一、球墨铸铁的组织、性能和用途组织：组织：F+G球、球、F+P+G球、球、P+G球三种球三种性能：性能： 1. 球铁的强度、塑性、冲击韧性高于灰铁、可铁；球铁的强度、塑性、冲击韧性高于灰铁、可铁； 2.球铁的屈强比比

14、钢高；球铁的屈强比比钢高； 3.优良的铸造性、切削加工性、低的缺口敏感性优良的铸造性、切削加工性、低的缺口敏感性 4.对其进行热处理可改善其性能，以铁代钢用。对其进行热处理可改善其性能，以铁代钢用。用途：用途：用于承受重载荷、受力复杂、力学性能要求较用于承受重载荷、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、阀门高的零件，如曲轴、连杆、轧辊、缸套、活塞、阀门等。等。F+G球球F+P+G球球P+G球球二、球墨铸铁的生产二、球墨铸铁的生产加球化剂（稀土镁合金）加球化剂（稀土镁合金）球化处理球化处理加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理孕育处理目的：目

15、的：降低白口倾向，得到球状石墨。降低白口倾向，得到球状石墨。牌号：牌号：QT400-18 QT600-3 QT700-2 1、高温退火：当铸态组织为、高温退火：当铸态组织为F+P+Fe3C+G时采用。时采用。 退火工艺：退火工艺：加热到加热到900950 ，保温，保温25h后，随后，随 炉缓冷至炉缓冷至600 出炉空冷。出炉空冷。2、低温退火：当铸态组织为、低温退火：当铸态组织为F+P+G采用采用 退火工艺：退火工艺： 加热到加热到720760 ，保温，保温28h后，后， 随炉缓冷至随炉缓冷至600 出炉空冷出炉空冷三、球墨铸铁的热处理三、球墨铸铁的热处理（一）（一） 退火（为了获得铁素体基体

16、球墨铸铁）退火（为了获得铁素体基体球墨铸铁）热处理特点：热处理特点： 共析转变温度高，要在较高温度实现奥氏体化；共析转变温度高，要在较高温度实现奥氏体化； C曲线右移，并形成两个曲线右移，并形成两个“鼻尖鼻尖”，淬透性比钢好；，淬透性比钢好；加热温度和保温时间范围宽，可调整热处理后的基加热温度和保温时间范围宽，可调整热处理后的基体组织及球铁使用性能。体组织及球铁使用性能。 导热性差导热性差1、 高温正火（完全奥氏体化正火）高温正火（完全奥氏体化正火） 将工件加热到将工件加热到880920 ，保温，保温3h左右，空左右，空 冷，得到冷，得到P+G 组织组织2 、低温正火（不完全奥氏体化正火）、低

17、温正火（不完全奥氏体化正火） 将工件加热到将工件加热到840860 ，保温一定时间，保温一定时间， 空冷，得到空冷，得到F+P+G组织组织 正火后为消除铸件中产生的内应力，可增加一正火后为消除铸件中产生的内应力，可增加一次去应力退火（回火），加热到次去应力退火（回火），加热到500-600 ，保温，保温34h，空冷。，空冷。（二）（二） 正火正火 目的：目的：得到珠光体基体，以提高球墨铸铁得到珠光体基体，以提高球墨铸铁 强度，强度，硬度和耐磨性硬度和耐磨性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+G组织：细组织：细P+G球墨铸铁的正火工艺曲球墨铸铁的正

18、火工艺曲线线（三）调质处理（三）调质处理目的：目的：对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。曲轴等，可采用调质处理。调质工艺：调质工艺：加热温度加热温度850-900 ，油或水中淬火，油或水中淬火，回火温度回火温度550-620 ，空冷。，空冷。组织：组织：回火索氏体加球状石墨组织回火索氏体加球状石墨组织（四）等温淬火（四）等温淬火目的：目的：使形状复杂、热处理易变形、开裂的零件，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。具有良好的综合力学性能，如齿轮、轴承套等。等温淬火工艺：等温淬火工艺：加热温

19、度加热温度840-900 ，保温一定时，保温一定时间，间，250-300 盐浴炉中等温盐浴炉中等温30-90分钟后空冷。分钟后空冷。组织：组织：下贝氏体下贝氏体+球状石墨球状石墨下贝氏体下贝氏体+ +球状石墨球状石墨第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁一、蠕墨铸铁中的石墨形态一、蠕墨铸铁中的石墨形态蠕铁中的石墨为短小的蠕铁中的石墨为短小的蠕虫状，形态弯曲，端部圆蠕虫状，形态弯曲，端部圆钝钝，长宽比一般为，长宽比一般为3-103-10的石墨称为蠕虫状石墨，的石墨称为蠕虫状石墨，其其石墨形态介于球状石墨和片状石墨之间。石墨形态介于球状石墨和片状石墨之间。 蠕虫状石墨蠕虫状石墨二、蠕墨铸铁的生产二、蠕墨铸

20、铁的生产 蠕墨铸铁对铁液的化学成分要求与球墨铸铁相似，蠕墨铸铁对铁液的化学成分要求与球墨铸铁相似，向铁液中加入向铁液中加入蠕化剂蠕化剂即可。常即可。常用蠕化剂有用蠕化剂有稀土硅铁稀土硅铁或或镁镁与与钛、铝组成的钛、铝组成的复合蠕化剂。复合蠕化剂。 石墨蠕化效果常用石墨蠕化效果常用蠕化率蠕化率来表述，它指的是检测来表述，它指的是检测视场中蠕虫状石墨面积占全部石墨面积的百分数，一视场中蠕虫状石墨面积占全部石墨面积的百分数，一般要求般要求不低于不低于50%。 其中其中镁和稀土元素镁和稀土元素为石墨为石墨球化元素球化元素，钛、铝钛、铝等为等为反球化元素反球化元素。 为了消除镁和稀土元素的为了消除镁和稀

21、土元素的白口化影响白口化影响，通常要用，通常要用75%硅铁硅铁进行孕育处理。进行孕育处理。三、蠕墨铸铁的力学性能三、蠕墨铸铁的力学性能 取决于石墨的取决于石墨的蠕化率、形态、分布和基体组织蠕化率、形态、分布和基体组织。基体组织可分为：铁素体、珠光体、铁素体珠光体基体组织可分为：铁素体、珠光体、铁素体珠光体蠕铸铁的牌号和力学性能蠕铸铁的牌号和力学性能类类 别别牌牌 号号力力 学学 性性 能能蠕蠕化化率率(%)b/MPa0.2/MPa(%)HBS铁素体铁素体蠕墨铸铁蠕墨铸铁RuT2602601953.0121-19750铁素体铁素体+珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁RuT3003002401.5140-217RuT3403402701.0170-249珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁RuT3803803000.75193-274RuT4204203350.75200-280第六节第六节 其他铸铁简介其他铸铁简介（一）（一） 高磷铸铁：高磷铸铁：普通灰铸铁普通灰铸铁+Wp0.5%0.75% ， 形成磷共晶（形成磷共晶（F+Fe3P，P+Fe3P，F+P+Fe3P） （二）（二） 高铬铸铁高铬铸铁: 白口铸铁白口铸铁+ Wcr14%20%，以，以 及少量及少量 Mo、Ni、Cu等元素，使组织中出等