工程材料第8章铸铁

1、第八章第八章 铸铁铸铁第一节第一节 概述概述 铸铁是指碳含量大于铸铁是指碳含量大于2.11%的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有Si、Mn、S、P 等元素。只不过它的等元素。只不过它的Si含量较高，以及含量较高，以及Mn、S、P的含量也比碳钢多。的含量也比碳钢多。铸铁的分类铸铁的分类根据铸铁中根据铸铁中碳存在形式碳存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：的不同，铸铁可分为如下几类：1、白口铸铁：、白口铸铁：2、灰口铸铁：、灰口铸铁：3、麻口铸铁：、麻口铸铁：铸铁中碳主要以游离铸铁中碳主要以游离Fe3C形式存在，断口亮白色。形式存在，断口亮白色。碳全部或大部以自由态碳全部

2、或大部以自由态石墨石墨(G)形式存在，断口暗灰色。形式存在，断口暗灰色。碳部分以游离碳部分以游离Fe3C形式存在，部分以石墨形式存在，部分以石墨(G)形式存在，形式存在，断口灰白相间，尤如麻点。断口灰白相间，尤如麻点。根据灰口铸铁中根据灰口铸铁中石墨形状石墨形状的不同，灰口铸铁可分为如下几类：的不同，灰口铸铁可分为如下几类：1、普通灰口铸铁：、普通灰口铸铁：2、可锻铸铁：、可锻铸铁：3、球墨铸铁：、球墨铸铁：4、蠕墨铸铁：、蠕墨铸铁：G以片状形式出现，断口颜色暗灰色，代号以片状形式出现，断口颜色暗灰色，代号HT。G以团絮状形式出现，断口颜色黑绒状，代号以团絮状形式出现，断口颜色黑绒状，代号KT

3、。G大部分或全部呈球状，断口银灰色，代号大部分或全部呈球状，断口银灰色，代号QT。大部分大部分G为蠕虫状，断口颜色黑绒状，代号为蠕虫状，断口颜色黑绒状，代号RuT。二二 铸铁石墨化及影响因素铸铁石墨化及影响因素（1）化学成分的影响化学成分的影响碳碳和和硅硅是强烈促进石墨化的元素，是强烈促进石墨化的元素，C、Si G化化 但含量过高但含量过高，石墨数量过多且过于粗大，会降低性能。，石墨数量过多且过于粗大，会降低性能。 只有碳而没有硅，只有碳而没有硅， 则很难进行石墨化。则很难进行石墨化。 铸铁中碳含量为铸铁中碳含量为2.54%，硅含量为，硅含量为12%。硫硫是强烈阻止石墨化的元素，降低力学性能是

4、强烈阻止石墨化的元素，降低力学性能 铸铁中的硫含量通常小于铸铁中的硫含量通常小于0.15%。锰锰阻止石墨化，但能减弱硫的有害作用，故铸铁中锰的含量阻止石墨化，但能减弱硫的有害作用，故铸铁中锰的含量 要适当，通常在要适当，通常在0.51.4%。1 概念：铸铁组织中石墨的形成过程概念：铸铁组织中石墨的形成过程2 影响石墨化的因素影响石墨化的因素铝、铜、镍铝、铜、镍：促进石墨化：促进石墨化（2）冷却速度的影响冷却速度的影响 所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁厚和造型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。厚和造

5、型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。冷却速度减慢，石墨化程度增加。冷却速度减慢，石墨化程度增加。磷磷对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性0.3% ， 如要求耐磨性好含量应如要求耐磨性好含量应0.5%。铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。 冲天炉化铁，炉料与焦炭直接接触，铸铁含碳量难以大幅度改变，冲天炉化铁，炉料与焦炭直接接触，铸铁含碳量难以大幅度改变，控制铸铁组织最有效的措施：改变硅的含量。控制铸铁组织最有效的措施：改变硅的含量。第二节第二节 常

6、用铸铁常用铸铁一一 灰铸铁灰铸铁在灰铸铁中碳全部或大部分以片状自由态形式（石墨）存在。在灰铸铁中碳全部或大部分以片状自由态形式（石墨）存在。（一）灰铸铁的成分、组织、性能和用途（一）灰铸铁的成分、组织、性能和用途1、化学成分、化学成分C=2.73.6% Si=1.12.5% Mn=0.51.3 % S0.15% P0.3%2、组织和用途、组织和用途灰铸铁的组织是由金属基体加片状石墨所组成，即：灰铸铁的组织是由金属基体加片状石墨所组成，即：P+G（片状）（片状） P+F+G（片状）（片状） F+G（片状）（片状）3、灰铸铁的性能、灰铸铁的性能HT的性能由金属基体和石墨所决定。的性能由金属基体和石

7、墨所决定。石墨（石墨（G）的性质：）的性质： 晶格为简单六方晶格，强度、塑性和韧性极低，晶格为简单六方晶格，强度、塑性和韧性极低，b=20MPa 、=0、3HB灰铸铁的性能：灰铸铁的性能：抗拉强度低，塑性差，抗拉强度低，塑性差， b=100250MPa =0，但抗压强度和钢相近。，但抗压强度和钢相近。减摩性、减震性好减摩性、减震性好（石墨松软吸收震动）（石墨松软吸收震动）， 导热性好，铸造性及切削加工性好。导热性好，铸造性及切削加工性好。 珠光体灰铸铁：珠光体灰铸铁： 珠光体加铁素体灰铸铁：珠光体加铁素体灰铸铁： 铁素体灰铸铁：铁素体灰铸铁：在共析钢的基体上分布着细小均匀的片状石墨。在共析钢的

8、基体上分布着细小均匀的片状石墨。强度、硬度较高，用于制造重要铸件，强度、硬度较高，用于制造重要铸件，如气缸体、活塞及机床床身。如气缸体、活塞及机床床身。在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。力学性能最差，一般不用来生产机器零件，力学性能最差，一般不用来生产机器零件，但它的铸造性能好，故

9、用来生产没有强度但它的铸造性能好，故用来生产没有强度要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。（二）灰铸铁的热处理（二）灰铸铁的热处理1、消除内应力退火、消除内应力退火2、改善切削加工性的高温退火、改善切削加工性的高温退火3、表面淬火、表面淬火（三）灰铸铁的牌号（三）灰铸铁的牌号HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350牌号中的后两种是牌号中的后两种是孕育孕育铸铁。铸铁。所谓孕育，即在浇注前向铁水中加入孕育剂（变质剂）进行处理。加入的所谓孕育，即在浇注前向铁水中加入孕育剂（变质剂）进行处理。加入的孕育剂成为石墨结晶的核心，从而细化石墨，

10、提高铸铁的力学性能。孕育剂成为石墨结晶的核心，从而细化石墨，提高铸铁的力学性能。铸铁的孕育剂一般采用铸铁的孕育剂一般采用 Si-Fe（ 75%Si ）合金，加入量为铁水质量的）合金，加入量为铁水质量的0.4%。二二 可锻铸铁可锻铸铁1 可锻铸铁的组织：可锻铸铁的组织：金属基体金属基体+G (团絮状）团絮状） F+G (团絮状）团絮状） P+ G (团絮状）团絮状） 2 性能和应用性能和应用可锻铸铁的力学性能高于灰铸铁，可锻铸铁的力学性能高于灰铸铁，b= 300 700MPa = 212%。 耐腐蚀性能较强，铸造性能较灰铸铁差。耐腐蚀性能较强，铸造性能较灰铸铁差。可锻铸铁可用于承受冲击和震动的场

11、合，如汽车、拖拉机的前后桥壳等；可锻铸铁可用于承受冲击和震动的场合，如汽车、拖拉机的前后桥壳等； 各种阀体和水暖管件也广泛使用可锻铸铁。各种阀体和水暖管件也广泛使用可锻铸铁。3 可锻铸铁的制取可锻铸铁的制取生产白口铸件；生产白口铸件；高温石墨化退火，高温石墨化退火，Fe3C F+G(团絮状团絮状)4 可锻铸铁牌号：可锻铸铁牌号：黑心可锻铸铁：黑心可锻铸铁：KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 P体可锻铸铁：体可锻铸铁：KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02成分特点：成分特点：低碳低硅低碳低硅 C=2.42.8%

12、Si=1.02.0%KT生产周期长、工艺复杂、成本较高，部分被球磨铸铁取代生产周期长、工艺复杂、成本较高，部分被球磨铸铁取代三三 球墨铸铁球墨铸铁1 QT的组织和成分的组织和成分组织：金属基体组织：金属基体+G（球状）（球状） 金属基体可以是：金属基体可以是：F、P、P+F成分特点：成分特点：高碳高硅高碳高硅 C=3.6 3.8% Si=2.0 2.8%2 性能性能力学性能好：力学性能好：b接近于钢，而接近于钢，而0.2则高于则高于45钢，热处理后的钢，热处理后的=2025%铸造性能较差：容易产生铸造缺陷，如缩孔、皮下气孔等。铸造性能较差：容易产生铸造缺陷，如缩孔、皮下气孔等。3 牌号和用途牌

13、号和用途牌号：牌号：QT400-15 QT600-03 QT700-02 QT900-02球铁用来生产一些受力复杂、强度要求高的机器零件球铁用来生产一些受力复杂、强度要求高的机器零件 如曲轴、连杆等。如曲轴、连杆等。具有灰铸铁的优点：切削加工性好、缺口敏感性低、具有灰铸铁的优点：切削加工性好、缺口敏感性低、 耐磨性甚至高于表面淬火钢耐磨性甚至高于表面淬火钢 4 球铁的热处理球铁的热处理 QT可以象钢一样进行各种热处理。可以象钢一样进行各种热处理。（1）退火：得到退火：得到F基体组织和消除内应力基体组织和消除内应力 去应力退火去应力退火 低温退火：铸态基体：低温退火：铸态基体：FP P 中中 F

14、e3C GF F基体球状石墨基体球状石墨，以获得较高塑性、韧性，以获得较高塑性、韧性 高温退火：铸态基体：高温退火：铸态基体：FP Fe3C P Fe3C GF F基体球状石墨基体球状石墨，以获得较高塑性、韧性，改善切削加工性能。，以获得较高塑性、韧性，改善切削加工性能。（2）正火：增加基体中）正火：增加基体中P数量，数量， 得到得到P基体或基体或PF基体，以提高强度和耐磨性。基体，以提高强度和耐磨性。 高温正火：高温正火： P基体球状石墨基体球状石墨 低温正火低温正火：（ P F ）基体球状石墨；）基体球状石墨； 强度比高温正火低、塑性和韧性较高强度比高温正火低、塑性和韧性较高四四 蠕墨铸铁

15、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是一种新型铸铁，成分与球墨铸铁相似。蠕墨铸铁是一种新型铸铁，成分与球墨铸铁相似。在铁水中加入蠕化剂：稀土镁钛合金、硅钛、硅钙。在铁水中加入蠕化剂：稀土镁钛合金、硅钛、硅钙。石墨片短而厚石墨片短而厚、头部较钝、较圆头部较钝、较圆，形状似蠕虫形状似蠕虫。强度高于灰铸铁，接近于球铁，塑性比球铁低。强度高于灰铸铁，接近于球铁，塑性比球铁低。铸造性能相当于灰铸铁。铸造性能相当于灰铸铁。抗热疲劳性和减震性较好。制造电动机外壳、机座等抗热疲劳性和减震性较好。制造电动机外壳、机座等。牌号：牌号：RuT260 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420（3）调质处理：得到良好的综合力

16、学性能，回火）调质处理：得到良好的综合力学性能，回火S球状石墨球状石墨（4）等温淬火：得到）等温淬火：得到B下下基体组织，综合力学性能好，基体组织，综合力学性能好，B下下球状石墨球状石墨第三节第三节 合金铸铁合金铸铁一一 耐磨铸铁：减摩铸铁和抗磨铸铁耐磨铸铁：减摩铸铁和抗磨铸铁（1）减摩铸铁：有润滑条件下使用，如机床导轨等。）减摩铸铁：有润滑条件下使用，如机床导轨等。 组织：软基体组织：软基体 硬的组成相，如：硬的组成相，如：P 基体的灰铸铁基体的灰铸铁加入加入 Cu、Mo：强化基体，细化晶粒：强化基体，细化晶粒 V、Ti：形成高硬度：形成高硬度C、N化物化物 P：形成高硬度磷共晶体：形成高硬

17、度磷共晶体 B：形成高硬度硼化物：形成高硬度硼化物提提高高耐耐磨磨性性（2）抗磨铸铁：干摩擦或抗磨粒磨损条件下使用，要求高而均匀的硬度。）抗磨铸铁：干摩擦或抗磨粒磨损条件下使用，要求高而均匀的硬度。白口铸铁硬度高，但脆性大，不能抵抗冲击白口铸铁硬度高，但脆性大，不能抵抗冲击。加入少量加入少量Cr、Mo、Cu、V、B：形成合金渗碳体，提高抗磨性、：形成合金渗碳体，提高抗磨性、但对韧性改善较小。但对韧性改善较小。加入大量加入大量Cr：M基体团块状基体团块状Cr7C3，提高硬度，提高硬度、改善韧性改善韧性。二二 耐热铸铁：在高温下抗氧化、抗生长耐热铸铁：在高温下抗氧化、抗生长生长：高温下发生的永久性

18、体积胀大。生长：高温下发生的永久性体积胀大。原因原因：氧化性气体沿石墨边缘和缝隙渗入铸铁内部造成内部氧化。：氧化性气体沿石墨边缘和缝隙渗入铸铁内部造成内部氧化。 渗碳体在高温下分解出石墨，使体积胀大。渗碳体在高温下分解出石墨，使体积胀大。提高铸铁耐热性途径提高铸铁耐热性途径：加入加入Al、Si、Cr：在表面形成致密的氧化膜。：在表面形成致密的氧化膜。单相单相F基体基体QT：不存在渗碳体分解：不存在渗碳体分解；球状石墨孤立分布，；球状石墨孤立分布， 氧化性气体不易渗入铸铁内部。氧化性气体不易渗入铸铁内部。提高铸铁临界点，使用温度下不发生固态相变：减少由此造成的提高铸铁临界点，使用温度下不发生固态相变：减少由此造成的体积变化及产生的显微裂纹。体积变化及产生的显微裂纹。三三 耐饰铸铁耐饰铸铁 铸铁是多相合金：铸铁是多相合金：G、F、Fe3C：电极电位最低，使：电极电位最低，使F不断腐蚀，不断腐蚀， 有时腐蚀可沿晶界一直深入铸件内部。有时腐蚀可沿晶界一直深入铸件内部。提高基体电极电位提高基体电极电位，以减小各相间的电位差。，以减小各相间的电位差。 提高耐腐蚀性的措施提高耐腐蚀性的措施加入：加入：Si、Al、Cr、Ni、Cu等，使铸铁表面形成致密保护膜。等，使铸铁表面形成致密保护膜。使基体组织为单相使基体组织为单相A或单相或单相F应用最广的高硅耐蚀铸