铸铁教学课件

1、第六章 铸 铁,1.概述 铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称。其含碳量超过了在共晶温度时奥氏体的饱和含碳量。铸铁与钢的主要区别在于铸铁比碳钢含碳和硅更高，且硫、磷等杂质含量也较高。常用铸铁具有良好的铸造性能、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。,2.铸铁的分类 铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外,其余部分因结晶条件不同，可以形成渗碳体或。 根据碳在铸铁中存在的形式，铸铁可分为三类 ：,2）白口铸铁 碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，其性能硬而脆，切削加工困难，很少直接使用。但可以用作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、轧辊等。,3）麻口铸铁 碳一部分以石墨存在，另一

2、部分以渗碳体存在，断口呈黑白相间，这类铸铁脆性较大，所以很少使用。,1）灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁，按石墨存在的形式又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。如图6-1所示。,3.石墨在铸铁中的作用 铸铁性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常用铸铁中碳主要以石墨的形式存在，用符号“G”表示,其强度（b=20MPa）、硬度（35HBS）、塑性（0）、韧性都很低，石墨具有不明显的金属特性（如导电性）。,常用铸铁的性能与其组织具有密切关系，其组织可以看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般

3、铸铁的抗拉强度、硬度、屈服点、塑性、韧性比钢低（但抗压强度与钢相当），不能锻造。石墨的含量越多，越粗大，分布越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。但是它的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减磨性等以及缺口敏感性。,4.铸铁的石墨化及影响因素,1）石墨化过程 铸铁中石墨的形成过程,称为石墨化。铸铁结晶过程中，石墨化若能充分进行或大部分进行，则能获得灰口铸，反之将会得到白口铸铁。,铁碳合金结晶时，碳更易形成渗碳体，但在具有足够扩散时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可以通过渗碳体在高温下分解获得。,石墨化过程分三阶段：高温石墨化，从液

4、相中析出石墨（G+ G共晶）； 中温石墨化，指共晶和共析温度之间，从奥氏体中析出的二次石墨（ G ）；低温石墨化，是指共析转变及以后析出的石墨（G共析）。,石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述三个阶段不一定都充分进行，其中 阶段温度较高，碳原子的扩散能力强，石墨化容易进行。按这三个阶段石墨化程度不同灰口铸铁的基体组织会不同，如有F、F+P、P,除上述三个阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下退火，也能使渗碳体分解获得石墨。这也是生产可锻铸铁的方法。,2）影响石墨化的因素 化学成分 碳和硅是强烈促进石墨化的元素，而硫、锰是阻碍石墨化的元素。磷是微弱促进石墨化的元素，但会使铸铁脆性增大，

5、要严格控制磷的含量。 冷却速度 缓慢冷却时碳原子扩散充分，易形成稳定的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中凡影响冷却速度的因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热性越差，越有利于石墨化。,5.灰铸铁 1）化学成分、组织和性能 灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁。约占铸铁总量的80%以上。 化学成分一般为 c=（2.73.6）%； si =(1.02.5 ) %；Mn =(0.51.3)%； p 0.3%；s 0.15%。,组织特征是片状石墨分布于钢的基体上。有以下三种： F+G片 ； P+F+ G片； P+ G片 ；,灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大

6、小及分布状态，同时也与基体组织有关。由于石墨的力学性能几乎等于零，所以灰铸铁的力学性能明显低于钢，也低于其它铸铁件。又因其性能与基体组织有关，具有珠光体基体的灰铸铁强度较高。因其抗压强度较高，约为抗拉强度的34倍，所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床床身、底座、支柱等。,2）灰铸铁的孕育处理 在铸铁液中加入少量的孕育剂（即加入含质量4%的硅铁或硅钙合金）以形成大量的晶核，获得极为细小的片状石墨和珠光体基体。经过这样处理后的铸铁称为孕育铸铁。,3）灰铸铁的牌号 如： HT200,其性能和用途，详见教材P91表6-1,4）灰铸铁的热处理 只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分

7、布。主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等，分别有去应力退火、消除白口、降低硬度退火，表面淬火。,6.球墨铸铁 球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理，使石墨全部或大部分呈球状分布的铸铁。 球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的球化剂和孕育剂 ，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。,1）化学成分、组织和性能 为保证获得数量较多、形状圆整、分布均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅的含量一般高于灰铸铁， 其中c=（3.6 3.9 ）%； si =(2.03.1 ) %； Mn =(0.60.3)%；p 0.1%；s 0.07%。,组织特征是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体是由

8、铁素体和珠光体组成的。通过热处理可获得以下不同组织： F+G球 ； F + P + G球； P+ G球； B下+ G球。,球墨铸铁的力学性能比灰铸铁高得多，珠光体、贝氏体球墨铸铁的力学性能可与钢媲美，特别是强度与钢接近，屈强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，但比钢差。,常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见P93表 6-2。,球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但与灰铸铁相比存在收缩率大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。,2）球墨铸铁的牌号 如QT600-3,3）球墨铸铁的热处理, 退火 目的是为了获得铁素体基体，提高塑性和韧性。根据铸造组

9、织不同，采用的退火方法有：去应力退火、低温退火、高温退火。, 正火 目的是为了增加基体组织中的珠光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。正火后常采用消除应力的回火。,调质处理 目的是为了得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。,低温正火（不完全奥氏体化正火）,高温正火（完全奥氏体化正火）,等温淬火 目的是为了得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。,7. 可锻铸铁 1）可锻铸铁的生产 一般是先浇注成白口铸铁，然后通过高温石墨化退火使渗碳体分解得到团絮状石墨。根据退火工艺不同可得铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁。,2）可锻铸铁的化学成分、组织和性能 为保证浇注

10、后获得全部白口组织可锻铸铁的含碳和硅量一般较低 c=（2.22.8）%； si =(1.01.8 ) %； Mn =(0.41.2)%； p 0.2%； s 0.18%。,根据石墨化退火工艺不同，可分铁素体基体和珠光基体的可锻铸铁，铁素体基体可锻铸铁具有较好的塑性和韧性；而珠光体基体可锻铸铁具有较高的强度。但由于石墨化退火工艺复杂，生产效率低，所以其应用受到限制。,3）可锻铸铁的牌号及应用 如：“KTH”表示铁素体可锻铸铁；“KTZ”表示珠光体可锻铸铁； “KTZ5504”,适用于制造薄壁、形状复杂且要求有一定韧性的小型铸件。如水管接头、汽车后桥壳、轮毂、减速器壳、散热器进水管等。其力学性能及用途，见P95表 6-3。,蠕墨铸铁的力学性能 介于灰铸铁与球墨铸铁之间。而铸造性能、减振性、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。基本组织有铁素体、铁素体-珠光体和珠光体三种。,石墨呈蠕虫状存在铸铁中,这时的铸铁称为蠕墨铸铁。蠕墨铸铁生产需要进行蠕化处理，即在铸铁液中加入少量蠕化剂（稀土镁铁、稀土镁铁合金、稀土硅铁合金、稀土钙硅铁合金）同时加入孕育剂进行孕育处理。,8.蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的牌号 如 RuT420,蠕墨铸铁的牌号、性能及用途见表6-4.,9.合金铸铁,1）耐磨铸铁：指不易磨损的铸铁。 加入主要合金元素作