汽车基础及材料6

汽车材料（第2版）职业教育

汽车类专业教材上篇汽车金属材料单元一金属材料的性能单元二钢铁材料单元三有色金属材料下篇汽车非金属材料单元四汽车常见易损金属材料单元六汽车运行材料单元五汽车涂装材料Contents单元七新能源汽车动力蓄电池材料单元二钢铁材料

铸铁是指碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性很差，但其生产设备、熔炼工艺简单、价格低廉，并具有较好的铸造性、减摩性和切削加工性能，因此在机械加工中得到了广泛的应用。在汽车上约50%~70%的金属材料为铸铁。如CA141汽车发动机的主要零件汽缸体、汽缸盖、活塞环，以及变速箱外壳、后桥壳和其他许多零件都采用铸铁材料。一、铸铁的石墨化

影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形式、形态、大小和分布。碳在铸铁中有两种存在形式。一种是游离态的石墨（G）：石墨中碳的质量分数为100%，它很软，强度极低；另一种形式是渗碳体（Fe3C），它是铁碳化合物，碳的质量分数为6．69%，硬度高脆性极大，塑性和韧性几乎为零。影响石墨化的主要因素是铸铁的化学成分和结晶过程中的冷却速度。碳和硅是强烈促进石墨化元素，磷和铝等元素可促进石墨化进行，而锰和硫等元素则阻止石墨化的进行。冷却速度愈慢，愈有利于石墨化的进行。在实际生产中，往往发现同一铸件厚壁处为灰铸铁，而薄壁处出现白口铸铁现象，这是因为铸铁结晶时，厚壁处由于冷却速度慢，有利于石墨化的进行，薄壁处由于冷却速度快，不利于石墨化的进行。课题三铸

铁二、铸铁的分类铸铁的分类如表2-35。课题三铸

铁三、常用铸铁（一）灰铸铁：灰铸铁含碳量较高（2.7％～4.0％），碳大部分或全部以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。

1．灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分见表2-36所示。

2．灰铸铁的牌号、性能和用途我国灰铸铁的牌号表示方法为“HT×××”，“HT”表示“灰铁”汉语拼音的第一个字母，“×××”代表直径30mm单铸试样的灰铸铁的最低抗拉强度值（MPa）课题三铸

铁

灰铸铁的牌号、性能和用途见表2-37所示。课题三铸

铁

图2-24为灰铸铁制造的零件举例。课题三铸

铁3．灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理主要目的是消除铸造内应力和白口组织。常用热处理方法有：

（1）去应力退火：将铸铁缓慢加热到500~560℃之间，保温几个小时后，随炉缓慢冷却到200~150℃，出炉空冷。

（2）石墨化退火：将铸铁件加热到850~950℃之间，保温后随缓慢冷却至500~400℃出炉空冷。目的是消除白口组织，以降低硬度，发送切削加工性能。

（3）表面淬火：目的是提高铸件的表面硬度和耐磨性，采用电阻加热等表面淬火方法进行表面淬火处理。（二）球墨铸铁

球墨铸铁是在浇铸前，向一定成分的铁水中加入纯镁、稀土或稀土镁等球化剂进行球化处理后获得大部分或全部为球状石墨的铸铁，简称球铁。课题三铸

铁1．球墨铸铁的化学成分球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.6～3.8%，含硅量2.0～3.0%，含锰、磷、硫总量不超过1.5%和适量的稀土、镁等球化剂。2．球墨铸铁的牌号和用途

球墨铸铁的牌号由“球铁”两字的汉语拼音字首“QT”加两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度和最小延伸率。如QT400-18表示最低抗拉强度为400MPa和最小延伸率为18%的球墨铸铁。用途如下表课题三铸

铁3．球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理的方法见表2-39。课题三铸

铁

图2-25为球墨铸铁制造的零件举例。课题三铸

铁（三）可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。必须注意，可锻铸铁实际上是不能锻造的。1．可锻铸铁的化学成分：可锻铸铁的化学成分见表2-40。2．可锻铸铁的牌号、性能及用途可锻铸铁按化学成分、退火工艺、性能和组织的不同，主要可分为黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两类。牌号中“KTH”表示“可铁黑”三字的汉语拼音字首，“KTZ”表示“可铁珠”三字的汉语拼音字首，后面加两组数字，分别表示抗拉强度和延伸率的最小值。如：KTH300-06表示抗拉强度为300MPa，最小延伸率为6%的黑心可锻铸铁。KTZ550-04表示拉强度为550MPa，最小伸长率为4%的珠光体可锻铸铁。课题三铸

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可锻铸铁的常用牌号、性能及用途见表2-41。课题三铸

铁

可锻铸铁制造的零件举例如图2-26所示。（四）蠕墨铸铁将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状（如图2-27所示）。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。课题三铸

铁1．蠕墨铸铁的化学成分

蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁大致相同，不同的是蠕墨铸铁含钛的质量分数较高，可达0.08%~0.20%，而残留镁和残留稀土的范围要求很严。由于石墨呈蠕虫状，性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。同普通灰铸铁相比，蠕墨铸铁强度大约高80%，刚度高40%，疲劳强度是灰铸铁的两倍，质量可减少10%~20%，寿命可提高3倍多。蠕墨铸铁因其良好的铸造性及工艺性，正成为汽车轻量化选用材料，被广泛应用于制造汽车活塞环、排气歧管、制动器零件、飞轮和支座等零部件。2．蠕墨铸铁的牌号、性能和应用

蠕墨铸铁的牌号由“RuT”+数字组成，其中“RuT”为蠕墨铸铁代号，后面的数字表示抗拉强度。如RuT300表示抗拉强度σb为300MPa的蠕墨铸铁。课题三铸

铁蠕墨铸铁的牌号、性能和应用见表2-42。课题三铸

铁蠕墨铸铁的应用举例见图2-28。课题三铸

铁（五）合金铸铁

在普通铸铁中加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）的铸铁称为合金铸铁。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。合金铸铁的分类、性能和用途见表2-43。课题三铸

铁

中德合资潍坊潍柴道依茨公司生产的226B系列柴油机，采用单体式汽缸盖，材料为合金铸铁，气门座圈材料为特种铸铁，湿式汽缸套由耐磨铸铁离心浇铸而成。如图2-29所示。图2-30所示为高磷合金铸铁汽缸套。课题三铸

铁小结1．铸铁的含义。2．常用铸铁的特点，分类，牌号，性能和用途。3．常用铸铁的热处理方法。课题三铸

铁作业（一）填空题1．铸铁是指碳质量分数

的铁碳合金。2．影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的

、

、

和

。3．碳在铸铁中以两种形式存在：一种是

，另一种形式是

。4．影响石墨化的主要因素是

和

。5．灰铸铁中的石墨是以片状形态存在的。6．合金铸铁具有

、

、

、

或无磁等特性。课题三铸

铁（二）判断题（正确的打√，错误的打×）1．碳和硅是促进石墨化元素，磷和铝等元素可促进石墨化进行，而锰和硫等元素则强烈促进石墨化的进行。（

）2．冷却速度愈慢，愈有利于石墨化的进行。（

）3．可锻铸铁就是指可以锻造的铸铁。（

）4．石墨由于含有100%的碳，所以其力学性能比较高。（

）5．球墨铸铁往往比灰铸铁有着更好的力学性能。（

）6．HT150，HT300可浇注的铸件最小壁厚相同。（

）7．蠕墨铸铁因其良好的铸造性及工艺性，正成为汽车轻量化选用材料。（

）8．蠕墨铸铁力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。（

）课题三铸

铁（三）选择题1．与钢相比，铸铁工艺性能的突出优点是（）。A．可焊性好B．淬透性好C．铸造性好D．切削加工性能好2．铸铁是含碳量大于（）的铁碳合金。A．2.11%B．0.77%C．4.3%3．普通灰铸铁的力学性能主要取决于（）A．基体组织B．石墨的大小和分布C．热处理方法D．石墨化程度4．机床床身、机器底座应选用（

）。A．白口铸铁B．麻口铸铁