金属材料及热处理课件作业

铸铁是含碳量大于2.14%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉、减震性好、耐磨、易切削、流动性好等优点，因而是应用最广泛的材料之一。塑性差，不能锻造。铸铁铸铁曲轴内燃机汽缸例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造。Fe

Fe3CSQNKJHGFEDCBAA+

Fe3CA+FPL+AA+

dL+

dFdALL+

Fe3CF+

Fe3CA+

Fe3CⅡA+

Fe3CⅡ+LeLeLe+

Fe3CⅠLe’+

Fe3CⅠLe’P+

Fe3CⅡ+Le’P+

Fe3CⅡP+FPF+

Fe3CⅢC%温度Le为A和Fe3C的机械混合物(蜂窝状)，Le’为P和Fe3C的机械混合物Fe-Fe3C

和Fe-G(石墨)双重相图。Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）一般为片状球墨铸铁石墨化：铸铁中石墨的形成。按石墨化程度按石墨形态白口铸铁蠕墨铸铁灰口铸铁麻口铸铁灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁白口铸铁碳全以渗碳体形式存在，端口呈白亮色，硬而脆，难于加工。第一节 灰口铸铁第二节 可锻铸铁第三节 球墨铸铁第四节 特殊性能铸铁铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体

(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。第一节 灰口铸铁灰口铸铁中全部或大部分碳以石墨形式存在，断口呈灰色。珠光体灰铸铁铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。铸铁石墨化的条件：1、极其缓慢的冷却速度2、具有促进石墨形成的元素灰口铁一般时结晶过程得到的铸铁结晶过程中，形成石墨的阶段有哪些？P’石高墨温化条分件三下个，阶碳段：在原1子1扩53散o能C左力右通过共晶大反，应容形易成转石变墨为(G)；1石1墨53，-因73此8前oC两范围自奥氏个体转中变析阶出段二容次易石墨(实G现II)。；738oC时，共析反应形成石墨。铁素体灰铸铁如果铸铁三个阶段石墨化全部完成，其组织为：铁素体+石墨。片状石墨F

基体铁素体加珠光体灰铸铁如果铸铁前两个阶段石墨化完成，第三阶段部分进行，组织为：铁素体+珠光体+石墨。片状石墨FP珠光体灰铸铁如果铸铁前两个阶段石墨化完成，第三阶段完全被抑制其组织为：珠光体+石墨。片状石墨PSiC白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁碳、硅含量对铸铁石墨化的影响二、影响灰口铸铁组织的因素

主要因素：化学成分及冷却速度⑴化学成分碳、硅含量越高，越易得到充分的石墨化。Al、Cu、Ni、Co等元素也促进石墨化。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻止石墨化。CW+Wsi

(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响⑵冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，而促进石墨化。快第冷三时阶由段于完过全冷度大，结晶被抑制，第二将按Fe-Fe3C阶相图段进部行分,或不全部利于受石抑墨制化。。铸铁与铸钢的强度比较三、灰口铸铁的性能⑴力学性能：取决于基体组织和石墨含量和形态石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中，导致拉伸载荷下力学性能低；压缩时，基体起主要的作用，因此性能较好。⑵耐磨性能好。石墨本身有润滑作用。⑶消振性能好。由于组织疏松，可以吸收振动能量。⑷铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶。⑸切削性能好。由于石墨使切屑容易脆断脱离工件，因此不粘刀。铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200四、灰口铸铁的牌号和用途五、灰口铸铁的变质处理石墨含量和尺寸越大，灰口铸铁性能越差。可通过减少硅、碳量来限制石墨含量，但应防止白口铁出现；措施：一般通过向浇注铁水中加入变质剂(硅铁和硅钙合金)，促进异质形核，增加形核数量，可获得高强度变质铸铁，这一过程称变质处理或孕育处孕育处理前孕育处理后经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。石墨得到细化，强度得到大幅提高，塑性和韧性亦有改善。灰铸铁件汽缸套活塞环2、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。且只能用来消除铸件内应力、稳定尺寸、改善切削加工性和提高铸件表面耐磨性。1、消除应力的退火（低温退火或时效）防止变形开裂，保证尺寸稳定。退火工艺：加热速度50~100oC/h，加热温度500~600oC，保温4~8h，缓冷。2、改善切削加工性的退火（高温退火）降低硬度，防止产生白口组织退火工艺：加热到850~900

oC，保温2~5h，缓冷至400~500

oC，出炉空冷。3、表面淬火提高表面硬度和耐磨性，如机床导轨表面。感应加热表面淬火火焰加热表面淬火点接触电加热表面淬火大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体用途制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。可锻铸铁：白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而得到的团絮状石墨的铸铁。石墨化过程是渗碳体在固态下分解而形成。性能：强度优于灰口铸铁，塑性、韧性较好。制造分为两步：(1)先浇注成白口铸铁；

(2)石墨化退火第二节 可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火工艺曲线退火工艺：白口铸铁加热至

900-980oC，保温15h，渗碳体分解获得奥氏体和团絮状石墨组织；随后缓冷，奥氏体沿团絮石墨再析出二次石墨；直至共析温度

750-720oC，奥氏体分解为铁素体和石墨。可锻铸铁的石墨化退火铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁可锻铸铁分为：铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁管件用途由于具有相对较高的塑性、

韧性，可用于制造形状复杂

且承受振动载荷的薄壁小型

件，如汽车、拖拉机的前后

轮壳、管接头、低压阀门等。硅铁稀土镁由液态铁水中加入球化剂和孕育剂，经石墨化得到。球化剂为镁、稀土和稀土镁。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。第三节 球墨铸铁球墨铸铁：石墨呈球形的灰口铸铁。组织：基体（F、F+P、P）+球状G一、球铁的化学成分、组织与性能成分：与灰口铸铁比，C、Si含量较高，Mn较低，S、P限制较严。C、Si含量较高目的：得到共晶成分，增加流动性，细化石墨，提高石墨圆整度。限制S目的：S可消耗球化元素。铁素体球墨铸铁组织：基体F+球状G球墨铸铁中的石墨球切口作用减弱，因此球铁拉伸、弯曲强度和塑性比灰口铸铁和可锻铸铁高。珠光体球墨铸铁组织：基体P+

球状G铁素体加珠光体球墨铸铁组织：基体F+P+

球状G铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%。“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2二、球铁的牌号及用途三、球铁的热处理球墨铸铁可进行各种热处

理，如退火、正火、淬火加回火、等温

淬火等。一、球铁的退火目的：消除铸造应力和白口组织消除应力退火：加热到550~600oC，保温后空冷。可消除90-95%内应力，提高塑性和韧性。消除白口退火：只完成石墨化第一、二阶段，得到珠光体+G组织；完成前两阶段石墨化，并进行了第三阶段石墨化，可得到铁素体+珠光体+G。通过控制保温时间和冷却条件，可控制铁素体和珠光体比例。高温正火（完全奥氏体化正火）将工件加热到880~920

oC，完全奥氏体化，保温3h左右，空冷，得到P+G

组织低温正火（不完全奥氏体化正火）将工件加热到840~880oC，不完全奥氏体化，保温一定时间，空冷，得到F+P+G组织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500-600

°C

，保温

3~4h，空冷。二、球铁的正火目的：得到珠光体基体，以提高球墨铸铁强度，硬度和耐磨性三、球铁的淬火及回火对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理加热温度850-900°C，油或水中淬火，回火温度550-620°C，空冷，得到回火索氏体加球状石墨组织。四、等温淬火(防变形和开裂)加热温度860-900

oC

，保温一定时间，

250-300oC盐浴