机械工程材料 第八章铸铁

1、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 可锻铸铁可锻铸铁第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁第五节第五节 其它铸铁简介其它铸铁简介第八章第八章 铸铁铸铁一、铸铁的特点一、铸铁的特点1、成分与组织特点、成分与组织特点成分：较高的成分：较高的C、Si等元素等元素组织：碳以石墨（组织：碳以石墨（G）的形式存在，组织为）的形式存在，组织为钢的钢的 基体基体上分布着不同形态的石墨。上分布着不同形态的石墨。第一节第一节 概述概述钢的基体有钢的基体有F、P、F+P三种三种铸铁是碳含量大于铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。2、性能特点、性能特点抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。抗拉

2、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-CFe-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Fe-Fe3C相图相图Fe-G相图相图L+GL+Fe3C（二）铸铁中石墨化过程（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

3、铸铁石墨化过程：的铸铁石墨化过程：铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例） 石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组织铸铁的显微组织 铸铁类型铸铁类型 第一、二第一、二阶段阶段石墨化石墨化 第三阶段第三阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行 F+G 灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行 F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Ld+P+G+Fe3C麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Ld白口铸铁白口铸铁（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（

4、常用的铸铁促进石墨化（常用的铸铁C:2.54.0%， Si:1%2.5%）C、Si 石墨片多、粗大石墨片多、粗大另外，另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。等促进石墨化。S、Mn、Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。等碳化物形成元素阻止石墨化。2. 冷却速度的影响冷却速度的影响冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散，冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散，对石墨化有利。对石墨化有利。三、铸铁的分类三、铸铁的分类1、白口铸铁：、白口铸铁：碳以碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色形式存在，断口呈银白色。2、灰口铸铁：、灰口铸铁： 碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。碳主要以石墨形式

5、存在，断口呈灰暗色。3、麻口铸铁：、麻口铸铁： 碳以石墨和碳以石墨和Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成两种形式存在，断口黑白相间构成麻点。麻点。（一）按石墨化程度分（一）按石墨化程度分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 灰铸铁灰铸铁一一 、灰铸铁的组织、性能和用途、灰铸铁的组织、性能和用途 片状石墨片状石墨 + 钢基体钢基体组成组成 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

6、化进行的程度不同，可分为： 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 铁素体铁素体 + 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁（一）灰铸铁的组织（一）灰铸铁的组织（二）（二） 灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号HT100 HT150 HT200 HT300片状石墨片状石墨F 基体基体片状石墨片状石墨FP片状石墨片状石墨P（三（三 ）灰铸铁的性能和用途）灰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 力学性能差力学性能差制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱制造承受压力和震动的零件，如机床床身

7、、各种箱体、壳体、泵体、缸体。体、壳体、泵体、缸体。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：在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行在碳、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叫孕育铸铁或孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质铸铁。变质铸铁。组织组织：细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。性能：性能：强度高于普通的灰铸铁，强度高于普通的灰铸铁，断面敏感性小断面敏感性小。应用：应用：制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大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、液压件、齿

8、轮的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮等。等。三、三、 灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理灰铸铁的处理工艺仅有退火、表面淬火等灰铸铁的处理工艺仅有退火、表面淬火等（一）（一） 消除应力的退火（人工时效）消除应力的退火（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 退火工艺：加热速度退火工艺：加热速度50100/h，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。（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 ）降低硬度，防止产生白口组织降低硬度，防止产生白口组织退火工艺：加热到退火工艺：加热到8509

9、00 ，保温，保温25h，随炉冷，随炉冷至至250400 ，出炉空冷。，出炉空冷。（三）表面淬火（孕育铸铁）（三）表面淬火（孕育铸铁）提高表面硬度和耐磨性提高表面硬度和耐磨性 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第三节第三节 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得可锻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。到的一种高强度铸铁。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1 、 铁素体基体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）铁素体基体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）2 、珠光体基体可

10、锻铸铁、珠光体基体可锻铸铁可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片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，还具有状石墨小，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。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P223表表8-2KTH300-06 KTZ450-06团絮状石墨团絮状石墨F团絮状石墨团絮状石墨P二、二、 可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产首先：首先： 浇注成纯白口铸铁浇注成纯白口铸铁其次：其次： 石墨化退火石墨化退火F+团絮团絮G900980Fe3CA+G770650AF+G72

11、0PF+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，具有良好的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。塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。一、球墨铸铁的生产一、球墨铸铁的生产加球化剂（稀土镁合金）球化处理加球化剂（稀土镁合金）球化处理加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理二、球墨铸铁的牌号、组织和性能（二、球墨铸铁的牌号、组织和性能（P186P186表表7-37-3）QT400-18 QT600-3 QT700-2球墨铸铁可分为球墨铸铁可分为F+G、F+P+

12、G、P+G三种组织三种组织高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢（如弯曲疲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）。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。力学性能：力学性能：球状石墨球状石墨F球状石墨球状石墨P 1、高温退火、高温退火 当铸态组织为当铸态组织为F+P+Fe3C+G时采用时采用高温退火，工艺：加热到高温退火，工艺：加热到900950 ，保温，保温25h后，随炉缓冷至后，随炉缓冷至600 出炉空冷出炉空冷2、

13、低温退火、低温退火 当铸态组织为当铸态组织为F+P+G时，采用低温退时，采用低温退火，工艺：加热到火，工艺：加热到720760 ，保温，保温28h后，随炉后，随炉缓冷至缓冷至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：共析温度提高，温度范围变大共析温度提高，温度范围变大C曲线右移，淬透性增加曲线右移，淬透性增加导热性差导热性差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，空冷，得到左右，空冷，

14、得到P+G 组织组织2 、低温正火（不完全奥氏体化正火）、低温正火（不完全奥氏体化正火）将工件加热到将工件加热到820860 ，保温一定时间，空冷，得，保温一定时间，空冷，得到到F+P+G组织组织正火后为消除铸件中产生的内应力，可增加一次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 （得到珠光体基体，以提高球墨铸（得到珠光体基体，以提高球墨铸铁强度、硬度和耐磨性）铁强度、硬度和耐磨性）（三）（三） 调质调质 对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴对要求综合力学性能较高的零

15、件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。等，可采用调质处理。加热温度加热温度850-900 ，油或水中淬火，回火温度，油或水中淬火，回火温度550-620 ，空冷，得到，空冷，得到回火索氏体加球状石墨回火索氏体加球状石墨组织组织（四）等温淬火（四）等温淬火齿轮，轴承套等。齿轮，轴承套等。加热温度加热温度840-900 ，保温一定时间，保温一定时间，250-300 盐浴炉中等温盐浴炉中等温30-90分钟后空冷。得到分钟后空冷。得到下贝氏体下贝氏体+球状石墨球状石墨第五节第五节 其它铸铁简介其它铸铁简介（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。 （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，使组织中出等元素，使组织中出 现大量现大量(Cr、Fe)7C3碳化物碳化物一一 、耐磨铸铁、耐磨铸铁三、耐蚀铸铁三、耐蚀铸铁加入加入