3金属材料--铸钢与铸铁.ppt

1、第三章 金属材料,3.1 碳钢 3.2 合金钢 3.3 铸钢与铸铁 3.4 有色金属及其合金,黑色金属,2,3,铸钢主要用于制造形状复杂或大型，需要一定强度、塑性和韧性的零部件，例如机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。,3.3 铸钢与铸铁,3.3.1 铸钢,外壳,轧辊,重型机械齿轮,4,粗大的奥氏体晶粒,2、铸钢的组织特征和热处理,退火或正火处理细小的珠光体和铁素体,1、碳素铸钢的化学成分和机械性能（表3-19） 例：ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570 /ZG35 “ZG”，“铸钢”；35，平均碳质量分数(万分数)。,形成 “魏氏组织”：冷

2、却时，铁素体沿奥氏体晶界网状析出，沿一定方向以片状生长，呈针状插入珠光体内，塑性和韧性下降，不能直接使用。,5,3.3.2 铸铁,铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁基合金。 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，优良的使用性能和工艺性能，应用非常广泛。制造各种机器零件，如机床床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧辊及机器底座等,6,1、碳的三种存在形式： 溶于-Fe或-Fe中形成F 或A ； 形成渗碳体(Fe3C)； 游离态石墨(G)。 石墨强度、硬度和塑性都很差。 石墨为稳定相。 渗碳体为亚稳相， Fe3C3Fe+C,3.3.2 铸铁（C2.11

3、%）,一、铸铁的的石墨化过程和特点,石墨的晶体结构简单六方晶格,7,亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图，,8,铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化,石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。,2、铸铁的石墨化过程,9,温度和冷却速度 缓慢冷却，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。,影响石墨化的主要因素：,合金元素 促进石墨化的元素(C、Si、A1、Cu、Ni、Co等） 阻碍石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn等)两大类。 S强烈促进白口化，控制0.15% 生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。,10,3、铸铁的组织特征和分类,表

4、3-20 铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织,11,根据石墨形态： 普通灰口铸铁 片状； 可锻铸铁 团絮状； 球墨铸铁 球状； 蠕墨铸铁 蠕虫状。,铸铁组织：石墨和基体（F、P、F+P）,12,由于石墨的存在，使铸铁具备下列特殊性能： 优良的切削加工性； 铸造性能好； 减磨性及耐磨性很高； 优异的消振性； 低的缺口敏感性。,4、 铸铁的性能特点,石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨对基体的严重割裂致灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低。压缩强度不受影响,13,二、常用的铸铁,1、灰口铸铁（80%）,（1）牌号 “HT”“灰铁”，数字最低抗拉强度。 HT100、H

5、T200、HT300（表3-22） 性能：强度较低，韧性较差 应用：承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等 、和+三种基体,14,图3-14 灰口铸铁的显微组织,石墨片的三维形貌,15,（2）影响灰铸铁组织和性能的因素,冷却速度: 铸件壁厚越薄，冷速越快，越易形成白口铁,化学成分:控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法 主要C（2.54.0%）、Si（1.02.0%）。碳过低，易出现白口，使机械性能、铸造性能较低；碳过高，石墨过多且粗大，降低铸件的性能和质量； Mn （0.51.4%）：溶于F和Cm，增强Fe、C结合力，A区，阻止石墨化，促进P基体的形成。生成MnS; P：强度(0.12

6、%)，耐磨性(0.3%); S(0.15%):有害，强烈促进白口化。,不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织,16,（3）孕育铸铁,经孕育处理（变质处理）后的灰铸铁叫孕育铸铁。 孕育的目的：获得细小均匀的石墨片，细化基体组织，提高强度和硬度 常用的孕育剂:硅铁和硅钙合金、碳类,17,b消除铸件白口、降低硬度的退火（高温退火） 在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨；,c表面淬火 高频、火焰、激光，50HRC55HRC,（4）灰铸铁的热处理及应用,a去应力退火（人工时效） 500 550 ，防止变形和开裂,消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。,船用柴油机汽缸体(HT-30

7、0),18,2、球墨铸铁,石墨呈球状，综合机械性能接近钢且铸造性好，成本低廉；,（1）球墨铸铁的成分和球化处理 成分要求比较严格： 3.63.9%C，2.22.8%Si，0.60.8%Mn, 0.07%S，0.1%P 球化处理必须伴随着孕育处理 球化剂（稀土镁），石墨球化 孕育剂（硅铁和硅钙），石墨球细小、均匀分布,19,图3-16 球墨铸铁的显微组织,例：QT420-10、QT600-2、QT800-2 “QT”，球铁， 最低抗拉强度和延伸率。,（2）球墨铸铁的牌号、组织和性能,20,性能特点：抗拉强度高，屈强比高，疲劳强度较好,可用球铁代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴、轧辊等。

8、,21,(3) 球墨铸铁的热处理,退火：，高温退火或低温退火 正火：，并细化组织，提高强度和耐磨性 高温正火(完全A化)和低温正火(不完全A化) 调质：回火，好的综合性能 等温淬火：下，高强度及良好的塑韧性,球墨铸铁管道接口,22,3、蠕墨铸铁,牌号RuT300、RuT420 RuT，蠕铁；最低抗拉强度,蠕化剂（镁钛合金） 组织：蠕虫状，短片较钝,蠕墨铸铁,新型高强铸铁材料。强度接近于球墨铸铁，一定的韧性、较高的耐磨性；和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。,23,由白口铸铁通过退火处理得到的 较高的强度、塑性和冲击韧性，不可锻，部分代替碳钢 石墨团絮状,4、可锻铸铁,牌号 KT350-10 ，可锻铸铁；KTZ600-3