《工程材料及成形技术基础》课件 第6章 铸铁

工程材料及成形技术主讲人：Email:电话：第五章铸铁本章学习要求了解铸铁的分类以及各种铸铁的性能；熟悉常用铸铁的典型牌号以及用途。第一节概述C质量分数大于2.1%的一系列由Fe、C、Si等元素组成的合金的总称。铸铁C（2.4%-4%）、Si（0.6%-3%）、Mn（0.2%-1.2%），以及适量的Ｓ和Ｐ。成分第一节概述一、铸铁的分类碳的存在形式和石墨（G）的形态。工业上的分类原则分类白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、麻口铸铁。灰口铸铁（G的形态）１、白口铸铁Fe3C特征：碳全部或大部分以渗碳体形式存在，断口呈白亮色。性能：硬而脆。应用：强度要求不高的耐磨件，如农具、磨球、磨煤机零件、抛丸机叶片、泥浆泵零件等。第一节概述２、灰口铸铁离态G特征：碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在，断口呈暗灰色。分类：根据石墨形态可分为四种：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。第一节概述特征：碳全部或大部分以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色。性能：力学性能较差，但价格低廉，铸造性能、切削加工性能好。应用：机架、箱体、机床床身等。法兰球阀机床床身减速器箱体2-1灰铸铁片状G第一节概述2-2可锻铸铁（玛铁）团絮状G特征：碳全部或大部分以团絮状石墨形式存在。性能：力学性能较灰铸铁得到改善，特别是强度、塑性和韧性，耐蚀性好。应用：汽车用金属材料——后桥桥壳、转向机构、等受冲击和震动的零件；低压阀、三通阀、管接头等易受腐蚀的零件。四通阀后桥桥壳疏水阀第一节概述2-3球墨铸球状G特征：碳全部或大部分以球状石墨形式存在，球化处理形成。性能：力学性能较之可锻铸铁又有提高。应用：生产工艺简单，故得到广泛应用——如压力管道。第一节概述2-4蠕墨铸铁蠕虫状G特征：碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。性能：强度高于灰铸铁；较高耐热性。应用：钢锭模、玻璃模具、热辐射管等。钢锭模玻璃模具第一节概述3、麻口铸铁Fe3C+游离态G特征：C既以渗碳体的形式存在，又以游离态石墨形式存在。性能：硬脆性。应用：工业上很少应用。4、特殊性能铸铁普通铸铁+合金元素耐磨铸铁：磷铸铁、硼铸铁、钒铸铁、铬钼铜铸铁等。耐热铸铁：硅系、铝系、硅铝系、铬系等。耐蚀铸铁：高硅铸铁、高硅钼铸铁、铝铸铁、铬铸铁等。第一节概述铸铁力学性能主要取决于基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨的性能：硬度（3-5HBS）、强度（20MPa）极低，塑性几乎为零。铸铁的特性：良好减磨性、高的消震性、优良切削加工性，低的缺口敏感性，铸造性能好。用途：因生产工艺简单、成本低。故应用广泛。第一节概述二、铸铁的性能过饱和碳的两种存在形式：渗碳体（Fe3C）和石墨，Fe3C为亚稳相，在一定条件下会发生分解：第一节概述三、铸铁的石墨化Fe3C→3Fe+C铸铁中C以石墨的形式析出的现象称为铸铁的石墨化。铁碳合金双重相图按Fe-G相图，石墨化过程可分三个阶段：第一阶段：液相至共晶阶段；第二阶段：共晶至共析转变阶段；第三阶段：共析转变阶段。第一节概述影响石墨化的因素1、化学成分的影响C和Si是强烈促进石墨化的元素，wC=2.5%~4.0%，wSi=1.0%~3.0%P稍微促进石墨化，wP＜0.12%Mn阻碍石墨化，S强烈阻碍石墨化2、冷却速度的影响冷速快→抑制石墨化。原子来不急扩散，G难以进行，易白口组织。冷速慢→促进石墨化。易得到灰口组织。冷却速度浇注温度铸件壁厚铸型导热能力铸铁壁厚和C、Si质量分数对铸铁组织的影响第二节一般工程用铸铁一、灰铸铁化学成分：C（2.5%-3.6%）、Si（1.1%-2.5%）、Mn（0.6%-1.2%）和少量S、P。组织：由片状G和基体组织组成，基体组织有三种：F+片状G；F+P+片状G；P+片状G。现状：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。（a）铁素体灰铸（400×）（b）珠光体灰铸铁（400×）灰铸铁的显微组织（c）铁素体加珠光体灰铸（400×）（d）片状石墨的立体形貌第二节一般工程用铸铁4、灰铸铁的孕育处理铸件浇注前往铁液里加入少量（0.2%-0.6%）强烈促进石墨化的物质进行处理。这种物质叫孕育剂。经过处理的铸铁叫孕育铸铁。定义获得细小而均匀分布的片状石墨组织。减小壁厚敏感性、显著提高铸铁的性能。作用第二节一般工程用铸铁5、灰铸铁的牌号类别牌号用途举例FHTHT100低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等F-PHTHT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件PHTHT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250孕育HTHT300HT350床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等常见灰铸铁的牌号、用途表示法：HT+最低抗拉强度的数值。牌号举例：HT100、HT200、HT300等。第二节一般工程用铸铁6、热处理热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变石墨的形状、大小、数量和分布情况。常用以下处理方法1、去应力低温退火（时效处理）2、消除铸件白口组织的退火3、表面淬火：提高表面耐磨性第二节一般工程用铸铁二、可锻铸铁（名为可锻，实不可锻）成分：C（2.2%-2.8%）、Si（1.2%-2.0%）、Mn（0.4%-1.2%）和少量S、P。组织：经长时间石墨化退火后有两种组织：F+团絮状G，P+团絮状G。第二节一般工程用铸铁可锻铸铁的牌号：表示法：KTH(Z)+最低抗拉强度(MPa)和断后伸长率(%)，其中：H表示黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）、Z表示珠光体可锻铸铁。牌号举例：KTH300-08、KTZ500-04。现状：生产工艺周期长、工艺复杂、成本高，已逐渐被球墨铸铁所取代。二、可锻铸铁（名为可锻，实不可锻）第二节一般工程用铸铁成分：C（3.6%-4.0%）、Si（2.0%-2.8%）、Mn(0.6%-0.8%)和少量S、P，以及微量残留Mg和Re。组织：F+球状G；F+P+球状G；P+球状G等。三、球墨铸铁（球铁）球铁中的石墨球第二节一般工程用铸铁球墨铸铁的牌号表示法：QT+最低抗拉强度(MPa)和断后伸长率(%)。牌号举例：QT400-18、QT600-3、QT800-2。三、球墨铸铁（球铁）第二节一般工程用铸铁现状：代替了许多碳素钢、合金钢、可锻铸铁和非铁金属，用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。热处理退火：消除铸造应力、改善切削性能以及获得F基体。正火：增加基体中P含量以及P的细化。调质处理：得到综合力学性能好的球铁，适用于小型铸件。等温淬火：载荷大、受力复杂、强度韧性要求高的零件。表面淬火、渗碳、渗硼等工艺。第二节一般工程用铸铁成分：C（3.5%-3.9%）、Si（2.1%-2.8%)、Mn(0.4%-0.8%)和少量S、P。组织：基体组织与HT一样，有三种，F+蠕虫状G；F+P+蠕虫状G；P+蠕虫状G。四、蠕墨铸铁（蠕铁）F基体+G蠕虫P基体+G蠕虫蠕墨铸铁中的石墨F+P基体+G蠕虫第二节一般工程用铸铁蠕墨铸铁的牌号表示法：RuT+最低抗拉强度(MPa)。牌号举例：RuT300、RuT340