机械工程材料与热处理 第2版 课件 第6章 铸铁

铸铁概述铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%~4.0%)

铁碳合金（含Si、Mn、S、P等元素，C、Si为主要元素）铸铁的特点：历史上使用较早最便宜的金属材料之一铸造性能极好，且只能用铸造成形生产成本低，工艺简单，减震性、耐磨性好，切削加工性好应用广——主要用于制造各种机器零件C的存在形式铸铁固溶在F、A中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）石墨的晶体结构石墨的性能HBS

3～5

σb＝20MPa

δ≈0ak≈0石墨对铸铁性能的影响G→分布于基体中→空洞→有效承载面积降低→力性比碳钢↓耐磨性↑消震性↑缺口敏感性↓切削加工性↑铸造性能↑铸铁概述铸铁的分类按的碳存在形式

白口铸铁：碳以Fe3C存在，无石墨，断口白亮灰口铸铁：碳主要为片状石墨(G)，断口暗灰色

灰铸铁:片状石墨

可锻铸铁：团絮状石墨球墨铸铁：球状石墨蠕墨铸铁：蠕虫状石墨麻口铸铁：碳以Fe3C、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间第一阶段：过共晶铸铁共晶、亚共晶铸铁第二阶段：第三阶段：铸铁的石墨化过程铸铁共晶石墨一次石墨二次石墨共析石墨石墨化——铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程成分促进石墨化元素

C、Si、Al、Cu、Ni、Co等阻碍石墨化元素

Cr、W、Mo、V、Mn、S等工艺冷却速度：快速冷却——按

Fe-Fe3C相图转变

缓慢冷却——按

Fe－G相图转变，石墨化充分温度：高温长时间保温有利于石墨化

影响石墨化的主要因素铸铁类型石墨化程度显微组织

第一阶段第二阶段第三阶段

灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行

充分进行部分进行不进行F+GF+P+GP+G麻口铸铁部分进行部分进行不进行Le'+P+G白口铸铁不进行不进行不进行Le'+P+Fe3CII

铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织

灰铸铁——石墨成片状分布牌号：HT×××常用铸铁的特点与应用分类牌号显微组织基体石墨普通灰铸铁HT100F+少量P粗片HT150F+P较粗片HT200P中等片孕育铸铁HT250细P较细片HT300S或T细片HT350HT400灰铸铁最低

b铁素体+片状石墨铁素体+珠光体+片状石墨珠光体+片状石墨灰铸铁成分范围：

WC=2.5%～4.0%，WSi=1.0%～3.0%，

WMn=0.5%～1.3%，WS≤0.15%，WP≤0.3%普通（灰）铸铁性能：

σb

↓

、δ（ψ）↓（力学性能差）缺口敏感性低——大量石墨的割裂作用，表面粗糙对疲劳极限影响不明显消震性好（是钢的十倍）——G组织松软，对振动的传递起削弱作用铸造性好——熔点低、流动性好、凝固收缩小、内应力低切削加工性好——G使切屑易断，还可润滑刀具孕育处理前孕育处理后硅铁硅钙孕育铸铁性能：

浇注前在铁水中加Si-Fe，Si-Ca等孕育剂

P细化、G细而均匀、壁厚敏感性小强度、塑韧性明显提高灰铸铁热处理去应力退火：

500~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂高温退火（消除白口组织退火

）：

850~900℃,使表面、薄壁等处Fe3C→G,

硬度↓,切削加工性↑表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性

应用

——机床床身、导轨，汽缸体等水泵叶轮发动机飞轮——只改变基体组织，不能改变石墨的形态灰铸铁齿轮箱可锻铸铁（玛钢、马铁）组织：

钢基体+团絮状G牌号：

KTH(KTZ)×××-×分类牌

号壁厚mm

bMPa

%硬度HBF基体KTH300-6>123006120~163KTH330-8>123308120~163KTH350-10>1235010120~163KTH370-12>1237012120~163P基体KTZ450-54505152~219KTZ500-45004179~241KTZ600-36003201~269KTZ700-27002240~270*试棒直径16mm——由白口铸铁经长时间石墨化退火而得铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁可锻铸铁最低

b最低

性能：强度、塑韧性优于HT，低于QT铁素体可锻铸铁：有一定的强度，塑性、韧性较好珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性

应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件（汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）

可锻铸铁

※有一定的塑性变形能力（δ≈12%），但不能锻造可锻铸铁管件球墨铸铁

球化处理：在铁水浇注前同时加球化剂和孕育剂

（球化剂：稀土Mg；孕育剂：硅铁和硅钙合金）

使G球化——最理想状态牌号：QT×××-×如QT700-2，表示

b≥700，

≥2％组织：钢基体(F、F+P、P、S回火、B下)+球状G性能：强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁其综合机械性能接近于钢缺点：消振性能低铁素体球墨铸铁珠光体+铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁球墨铸铁退火——去应力退火，500～600℃。

低温退火，720~760℃，P→G+F，塑韧性、切削加工性↑

高温退火，900~950℃，P,Cm→G+F，塑韧性、切削加工性↑

正火——

P%↑，细化组织，强度、耐磨性↑

低温正火，840~860℃，→P+F+G，塑韧性较好。

高温正火，880~920℃，→P+G+少量F，强度较高。调质

——860~920℃油淬+550~600℃回火→回火S+G

等温淬火

——850~900℃+250~350℃等温→下B+G

球墨铸铁热处理：

※

调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（替代部分铸钢、锻钢件）P球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等F球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等球墨铸铁连杆管道接口制品(轧辊与辊环)铸铁曲轴连杆蠕墨铸铁

蠕墨铸铁：在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号：

组织：钢基体+蠕虫状G性能：强度、塑韧性优于灰铸铁。应用：高压热交换器、汽缸盖、液压阀等进气管排气管RuT×××

如RuT420，表示

b≥420珠光体基体铁素体基体牌号

bMPa

0.2MPa

%硬度HB基体不

小

于RuT4204203350.75200~280PRuT3803803000.75193~274PRuT3403402701.0170~249P+FRuT3003002401.5140~217F+PRuT2602601953121~197F蠕墨铸铁耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成一层致密的SiO2、

Al