广石化工程材料八铸铁

1、第八章第八章 铸铁铸铁知识要点知识要点 熟悉石墨化过程熟悉石墨化过程熟悉常用的几种铸铁的组织和应用熟悉常用的几种铸铁的组织和应用第八章第八章 铸铁铸铁第二节第二节 常用铸铁的牌号组织与性能常用铸铁的牌号组织与性能第三节第三节 铸铁的热处理铸铁的热处理第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 第八章第八章 铸铁铸铁 铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一，并具有很多优点，所以应用非常广泛。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%，用来制造发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；还制造机床的床身、床头箱等。 同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（大于2.11）

2、，铸铁成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。 第八章第八章 铸铁铸铁铸铁的分类：铸铁的分类：白口铸铁白口铸铁（断口呈现白色）碳的主要存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨；特别坚硬、特别脆，很少用，只能作犁和炼钢用的原料。灰口铸铁灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。麻口铸铁麻口铸铁介于白口铸铁与灰口铸铁其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。第八章第八章 铸铁铸铁第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 一、一、Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-CFe-C双重相图双重相图 二、铸铁的石墨化过程二、铸铁的石墨化过程 三、影响石墨化程度的主要因素三、影响石

3、墨化程度的主要因素 第八章第八章 铸铁铸铁一、一、Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-CFe-C双重相图双重相图 按按Fe-Fe3C相图，自液态冷却下来的相图，自液态冷却下来的Fe-C合金固态一般为合金固态一般为铁素体铁素体及及渗碳体两渗碳体两相。相。实际上实际上渗碳体渗碳体只是一个只是一个亚稳定相，石亚稳定相，石墨才是稳定相。墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有变的相图实际上有两个，两个，一个是一个是Fe-Fe3C系相图，系相图，另一个是另一个是Fe-C系相图。系相图。把两者把两者迭合在一起，就得到一个迭合在一起，就得到一个双重相图双重相图 。第八

4、章第八章 铸铁铸铁双重铁碳合金相图双重铁碳合金相图实线表示实线表示Fe-Fe3C系相图，部分实线再系相图，部分实线再加上虚线表示加上虚线表示Fe-C系相图。系相图。 铸铁自液态冷铸铁自液态冷却到固态时，却到固态时，按按Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图白口铸铁白口铸铁按按Fe-CFe-C相图相图石墨石墨按双重铁碳图按双重铁碳图固态由固态由F F、渗碳体及石墨渗碳体及石墨三相组成。三相组成。 第八章第八章 铸铁铸铁二、铸铁的石墨化过程二、铸铁的石墨化过程 铸铁中碳以石墨形式析出的过程即铸铁中碳以石墨形式析出的过程即石墨化过程。石墨化过程。沿沿ES线从奥氏体线从奥氏体中析出中析出“二次石墨二

5、次石墨”。第一阶段石墨化：第一阶段石墨化：低于液相线低于液相线CD 自液自液体中析出体中析出“一次石墨一次石墨”；低于共晶线低于共晶线ECF（温度（温度1154）共晶成分共晶成分（C点点4.26C），），液体转液体转变为奥氏体与共晶石墨变为奥氏体与共晶石墨组成的共晶组织；组成的共晶组织；第八章第八章 铸铁铸铁 低于共析温度（738）的PSK线以下，共析成分（S点0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石墨组成的共析组织。理论上冷却至室温，还可能铁素体中析出三次石墨，因为数量极微，常忽略。 第二阶段石墨化：第二阶段石墨化：第八章第八章 铸铁铸铁 铸铁成型后由铁素体与石墨（包括一次、共晶、二次、共析石

6、墨）两相组成。 第八章第八章 铸铁铸铁三、影响石墨化程度的主要因素三、影响石墨化程度的主要因素 1.1.化学成分的影响化学成分的影响 2.2.冷却速度的影响冷却速度的影响 由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大，而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些，所以普通铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁，而不易获得灰口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。 第八章第八章 铸铁铸铁 C、Si促进石墨化促进石墨化（常用的铸铁（常用的铸铁C：2.54.0%，Si：1%2.5%） 磷磷也是也是促进石墨化促进石墨化的元素，但其作用较弱；的元素，但其作用较弱；硫硫是是强烈

7、阻碍强烈阻碍石墨化的元素。石墨化的元素。2. 2. 冷却速度的影响冷却速度的影响 冷却速度快，冷却速度快，铸铁容易产生铸铁容易产生白口铸铁白口铸铁组织；组织；冷却速度慢，冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁灰口铸铁组织。组织。 1. 1. 化学成分的影响化学成分的影响第八章第八章 铸铁铸铁第二节第二节 常用铸铁的牌号组织与性能常用铸铁的牌号组织与性能一、灰口铸铁一、灰口铸铁 二、球墨铸铁二、球墨铸铁 三、蠕墨铸铁三、蠕墨铸铁 四、可锻铸铁四、可锻铸铁 五、特殊性能铸铁五、特殊性能铸铁 第八章第八章 铸铁

8、铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁 1.1.灰铸铁的化学成分和组织特征灰铸铁的化学成分和组织特征 2.2.灰铸铁的牌号、性能及用途灰铸铁的牌号、性能及用途 3.3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理 灰铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占80%以上。 第八章第八章 铸铁铸铁1.1.灰铸铁的化学成分和组织特征灰铸铁的化学成分和组织特征 WC=2.5%4.0%，WSi=1.0%3.0%，WMn=0.25%1.0%， WS=0.02%0.20%， WP=0.05%0.5%。1)成分：成分：片状石墨片状石墨 + 金属基体金属基体组成组成依石墨化进行的程度不同，可分为：依石墨化进行

9、的程度不同，可分为：2)组织组织F+G（片）（片） 、F+P+G（片）（片） 、P+G（片）（片）第八章第八章 铸铁铸铁片状石墨片状石墨PPFF 基体基体片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨第八章第八章 铸铁铸铁2.2.灰铸铁的牌号、性能及用途灰铸铁的牌号、性能及用途 HT 100 HT150 HT200 HT300灰铁灰铁最低抗拉强度值最低抗拉强度值（1 1）力学性能低）力学性能低 其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。这是由于灰铸铁中片状石墨（相当于微裂纹）的存在，不仅在其尖端处引起应力集中，而且破坏了基体的连续性。但是，灰口铸铁抗压强度影响不大，其是抗拉强度的2.54倍。所以常用灰口铸铁制造机床

10、床身、底座等耐压零部件。性能与普通碳钢相比，具有如下特点：第八章第八章 铸铁铸铁（3 3）工艺性能好）工艺性能好 由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。 另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。 （2 2）耐磨性与减振性好）耐磨性与减振性好 由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，灰口铸铁的减振性优于钢。第八章第八章 铸铁铸铁第八章第八章 铸铁铸铁3.3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理 孕育处理：浇注前在铸铁液中加入少量孕育剂孕育处理：浇注前在铸铁液中加入少量孕

11、育剂（如（如硅铁硅铁或或硅钙铁合金硅钙铁合金）作为）作为人工晶核人工晶核，细化石，细化石墨片。经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质墨片。经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质铸铁。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

12、截面上组织均匀截面上组织均匀性能性能均匀均匀断面敏感性小断面敏感性小第八章第八章 铸铁铸铁二、球墨铸铁二、球墨铸铁 改变石墨形态是大幅度提高铸铁机械性能的根本途径，而球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。为此，在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，则可获得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。1.1.球墨铸铁的化学成分和组织特征球墨铸铁的化学成分和组织特征 2.2.球墨铸铁的牌号、性能特点及用途球墨铸铁的牌号、性能特点及用途 第八章第八章 铸铁铸铁 常用的球化剂有镁、稀土或稀土镁，孕育剂常用的是硅铁和硅钙。球化处理必须伴随着孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的

13、球化剂和孕育剂。 1.1.球墨铸铁的化学成分和组织特征球墨铸铁的化学成分和组织特征 成分：成分： C:C:3.63.63.9%3.9%，Si:Si:2.02.03.2%3.2%，S:S:0.07% 0.07% Re:Re:0.03%0.03%组织：组织：F+G（球）（球） F+P+G（球）（球） P+G（球）（球）第八章第八章 铸铁铸铁图8-3 球墨铸铁的显微组织a.P+F基球墨铸铁； b.F基球墨铸铁；c.Pc.P基基球墨铸铁 abc第八章第八章 铸铁铸铁2.2.球墨铸铁的牌号、性能特点及用途球墨铸铁的牌号、性能特点及用途 如：如：QT400-18 QT600-3 QT700-2牌号：牌号：

14、 QT + QT + 数字数字- -数字数字 球铁球铁最低抗拉最低抗拉强度强度最低伸长最低伸长率率力学性能高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢力学性能高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢（如弯曲疲劳强度、耐磨性、抗拉强度等）。（如弯曲疲劳强度、耐磨性、抗拉强度等）。保留有灰铁的优点（优良的铸造性、切削加保留有灰铁的优点（优良的铸造性、切削加工性、低的缺口敏感性）。工性、低的缺口敏感性）。可进行热处理改善性能。可进行热处理改善性能。性能：性能：第八章第八章 铸铁铸铁第八章第八章 铸铁铸铁三、蠕墨铸铁三、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是近年来发展起来的一种新型工程材料。它是由液体铁水经变质处理和孕育处理随之冷却凝固后所获得的

15、一种铸铁。通常采用的变质元素（又称蠕化剂）有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金或混合稀土等。1.1.蠕墨铸铁的化学成分和组织特征蠕墨铸铁的化学成分和组织特征2.2.蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途 第八章第八章 铸铁铸铁 蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。而蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，其片较短而厚、头部较圆（形似蠕虫）。所以可以认为，蠕虫状石墨是一种过渡型石墨。 1.1.蠕墨铸铁的化学成分和组织特征蠕墨铸铁的化学成分和组织特征成分：成分：C：3.43.6%；Si：2.43.0%；少量；少量Mn ,P ,S 等；等；第八章第八章 铸

16、铁铸铁2.2.蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途 牌号：牌号： RuT + RuT + 数字数字蠕铁蠕铁最低抗拉最低抗拉强度强度 蠕虫状石墨长宽比小，端部圆钝对基体切蠕虫状石墨长宽比小，端部圆钝对基体切割作用小。割作用小。抗拉强度、塑性、疲劳强度抗拉强度、塑性、疲劳强度 灰铸铁灰铸铁导热性导热性、铸造性、可切削性铸造性、可切削性 球墨铸铁球墨铸铁 性能：性能：第八章第八章 铸铁铸铁第八章第八章 铸铁铸铁四、可锻铸铁四、可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁经长时间石墨化退火而获得的一种高强度铸铁，又叫马钢。白口铸铁中的渗碳体在退火过程中分解出团絮状石墨，所以明显减轻了石墨对基

17、体的割裂。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。 1.1.可锻铸铁的化学成分和组织特征可锻铸铁的化学成分和组织特征 2.2.可锻铸铁的牌号、性能特点及用途可锻铸铁的牌号、性能特点及用途 3.3.可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火 第八章第八章 铸铁铸铁1.1.可锻铸铁的化学成分和组织特征可锻铸铁的化学成分和组织特征 将亚共晶白口铸铁进行石墨化退火，将亚共晶白口铸铁进行石墨化退火，FeFe3 3C C在固在固态下分解形成团絮状石墨。态下分解形成团絮状石墨。成分：成分：制备：（制备：（不同其它几类铸铁）不同其它几类铸铁）C 2.453.2% Si 0.61.3%；少量；少量 Mn

18、, S , P等等组织：组织：F+G；P+G（9009009809800 0C C保温保温1515小时左右。）小时左右。）第八章第八章 铸铁铸铁2.2.可锻铸铁的牌号、性能特点及用途可锻铸铁的牌号、性能特点及用途 KT H 300 - 06可铁可铁最低抗最低抗拉强度拉强度最低伸最低伸长率长率黑心黑心珠光体珠光体KT Z 450 - 06性能：性能： 由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰体的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能但可锻铸铁并不能进行锻压加工。进行锻压加工。

19、黑心可锻铸铁具有黑心可锻铸铁具有较高的塑较高的塑性和韧性性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有，而珠光体可锻铸铁具有较高的强较高的强度、硬度度、硬度和耐磨性。和耐磨性。 第八章第八章 铸铁铸铁第八章第八章 铸铁铸铁3.3.可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火 可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。通常是将先形成的白口铸件加热到900980温度，一般保温6080小时，炉冷使其中渗碳体分解让“第一阶段石墨化”充分进行形成团絮状石墨。待炉冷至770650再长时间保温让“第二阶段石墨化”充分进行，这样处理后获得“黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁”。若取消第二阶段的770650长时间保温，只让第一阶段石墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体加团絮状石墨的“白心可锻铸铁白心可锻铸铁”。问题：可锻化退火时间太长，生产效率太低，退火后在600400之间缓冷后铸铁件脆性大。解决办法：避免退火后在600400之间缓冷；向铸铁液中引入少量Bi、B元素并可适当提高硅的含量可有效地缩短退火时间。我国有的厂家已将可锻化退火时间缩短到20h。 第八章第八章 铸铁