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1、第7章 铸铁第1页，共70页，编辑于2022年，星期二 要弄清楚些什么呢要弄清楚些什么呢?1.1.铸铁是什么铸铁是什么?（如何形成的）（如何形成的）2.2.有何特性有何特性?3.3.有哪些铸铁有哪些铸铁?各有何特点各有何特点?第2页，共70页，编辑于2022年，星期二图图 铁碳双重相图（铁碳双重相图（G石墨，石墨，Fe3C渗碳体）渗碳体）第3页，共70页，编辑于2022年，星期二 上图上图 沧州铁狮子沧州铁狮子 铸于铸于953953年，重年，重4040余吨。余吨。右图右图 当阳铁塔当阳铁塔 铸于铸于10611061年，八棱年，八棱1313层，层，塔体分段铸造塔体分段铸造 中国曾发现陨铁制兵器中
2、国曾发现陨铁制兵器3 3件件,2,2件被盗卖至美国件被盗卖至美国第4页，共70页，编辑于2022年，星期二例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造.内内燃燃机机汽汽缸缸铸铁曲轴铸铁曲轴第5页，共70页，编辑于2022年，星期二力学性能力学性能强度、塑韧性比钢低强度、塑韧性比钢低 GG的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。并引起应力集中。耐磨性好耐磨性好 石墨有利于润滑、储油。石墨有利于润滑、储油。缺口敏感性低缺口敏感性低 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显。表面粗糙对疲劳极限的影响不明显。消震性好（是钢的十倍
3、）消震性好（是钢的十倍）G 组织松软。组织松软。铸造性好铸造性好 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。切削加工性好切削加工性好 G 使切屑易断，还可润滑刀具使切屑易断，还可润滑刀具。其他性能其他性能第6页，共70页，编辑于2022年，星期二 铸铁分类铸铁分类 根据根据C C在铸铁中在铸铁中存在的形态存在的形态和和石墨形状石墨形状的不同的不同:灰铸铁：灰铸铁：碳全部或大部分以片状石墨碳全部或大部分以片状石墨GG析出，凝固后断口呈析出，凝固后断口呈暗灰色；暗灰色；球墨铸铁球墨铸铁 ：碳全部或大部分以球状石墨形态存在，通过球：碳全部或大部分以球状石
4、墨形态存在，通过球化处理得到；化处理得到；蠕墨铸铁蠕墨铸铁 ：碳全部或大部分以蠕状石墨形态存在，通过蠕：碳全部或大部分以蠕状石墨形态存在，通过蠕化处理得到化处理得到；可锻铸铁：碳全部或大部分以游离团絮状，经石墨化处理可锻铸铁：碳全部或大部分以游离团絮状，经石墨化处理得到，具有较好的塑性和韧性，实际上不可锻造。得到，具有较好的塑性和韧性，实际上不可锻造。白口铸铁：碳全部或大部分以白口铸铁：碳全部或大部分以FeC3FeC3形式存在，断口呈亮白色。形式存在，断口呈亮白色。第7页，共70页，编辑于2022年，星期二片状片状G球状球状G团絮状团絮状G蠕虫状蠕虫状G第8页，共70页，编辑于2022年，星期
5、二灰口铸铁（灰口铸铁（HT）第9页，共70页，编辑于2022年，星期二球墨铸铁（球墨铸铁（QT）第10页，共70页，编辑于2022年，星期二可锻铸铁（可锻铸铁（KT）第11页，共70页，编辑于2022年，星期二蠕墨铸铁（蠕墨铸铁（RuT）第12页，共70页，编辑于2022年，星期二铸铁牌号表示方法铸铁牌号表示方法铸铁牌号的表示方法：（根据铸铁牌号的表示方法：（根据GB5612-85）各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相一个大写正体字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字
6、母后加小写正体字母来区别。同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。第一个大写正体字母，排列在后面。（见表（见表8.1）第13页，共70页，编辑于2022年，星期二一、石墨化过程铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。石墨可以从液体中析出，还可以由渗碳体中分解得到。Fe3C是亚稳相，在一定条 件下将发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁7.2 铸铁的石墨化及其影响因素第14页，共70页，编辑于2022年，星期二
7、l石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。l铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。第15页，共70页，编辑于2022年，星期二 存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C第16页，共70页，编辑于2022年，星期二（二）铸铁的石墨化过程l铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。l铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉第17页，共70页，编辑于2022年，星期二l石墨化分两个阶段：l在PSK线以上发
8、生的石墨化称为第一阶段石墨化l包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。P第18页，共70页，编辑于2022年，星期二l在PSK线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。l石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。P第19页，共70页，编辑于2022年，星期二GG化过程（化过程（GG形成条件）形成条件）热力学条件热力学条件：G G更稳定更稳定,有利于有利于GG形成形成;书上图书上图8.2 8.2 动力学条件动力学条件：有利于：有利于FeFe3 3C C形成形成 第20页，共70页，编辑于202
9、2年，星期二成分起伏成分起伏L4.3%CFe3C（6.67%C）+AG（100%C）+A结构起伏结构起伏L（或（或-Fe）Fe、C并存并存(面心面心)Fe3C（复杂斜方结构）（复杂斜方结构）G（六角形层状结构）（六角形层状结构）比较接近比较接近浓度差小浓度差小第21页，共70页，编辑于2022年，星期二原子扩散原子扩散 G长大，不但要长大，不但要C原子扩散集中，而原子扩散集中，而且且Fe原子要从原子要从G生长前沿逆向扩散。生长前沿逆向扩散。而而Fe3C长大只要长大只要C扩散，扩散，Fe原子局部原子局部移动即可。移动即可。G长大较难。长大较难。有利于有利于Fe3C长大长大第22页，共70页，编辑
10、于2022年，星期二二、影响铸态组织的因素二、影响铸态组织的因素（1 1）化学成分的影响）化学成分的影响 CSi C和和Si是基本成分，是是基本成分，是G元素。石墨来源元素。石墨来源于于C。Si含量一般在含量一般在0.83.5%之间，之间，Si的加入对的加入对Fe-G相图发生变化。相图发生变化。Si作作用用 共晶点和共析点碳量随硅含量的共晶点和共析点碳量随硅含量的而而；使共晶和共析转变在一温度范围内进行；使共晶和共析转变在一温度范围内进行；共晶和共析温度。共析温度提高更共晶和共析温度。共析温度提高更多，大约每多，大约每1 Si，可使共析温度，可使共析温度28；Si促进铸铁石墨化的作用相当于促进
11、铸铁石墨化的作用相当于1/3C。第23页，共70页，编辑于2022年，星期二 存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C第24页，共70页，编辑于2022年，星期二 G化，化，1/3C作用。作用。0.2%后，出现硬脆后，出现硬脆Fe3P，呈孤立、细小、均匀分布时，可呈孤立、细小、均匀分布时，可耐磨性。若粗大耐磨性。若粗大连续网状分布，将连续网状分布，将强度，强度，铸件脆性。铸件脆性。除在耐磨铸铁中可达除在耐磨铸铁中可达0.51.0%外，在普通铸铁中外，在普通铸铁中都作为杂质，通常灰铁中都作为杂质，通常灰铁中P含量控制在含量控制在0.2%。G化；化；Mn能与能与S结合生
12、成结合生成MnS，削弱硫的有害，削弱硫的有害作用。铸铁中含锰量一般在作用。铸铁中含锰量一般在0.51.4%范围内，如要范围内，如要获得铁素体基体，含锰量应取下限。获得铁素体基体，含锰量应取下限。P Mn第25页，共70页，编辑于2022年，星期二 白口；白口；铁水流动性，恶化铸造性；形成铁水流动性，恶化铸造性；形成FeS，分布晶界，使铸铁变脆。分布晶界，使铸铁变脆。S是有害元素，其含量应是有害元素，其含量应尽量低，一般将尽量低，一般将S限制在限制在0.15%以下以下S促进石墨化元素促进石墨化元素 阻碍石墨化元素阻碍石墨化元素+Al、C、Si、Ni、CuW、Mn、Mo、S、Cr、Fe、Mg 第2
13、6页，共70页，编辑于2022年，星期二（2 2）冷却速度的影响）冷却速度的影响 化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以在很大范围内改变铸态组织。在很大范围内改变铸态组织。V冷冷越缓慢，越有利于按越缓慢，越有利于按Fe-C状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通化，通常情况下，共析阶段的常情况下，共析阶段的G化难以完全进行化难以完全进行 在生产中，铸件冷却速度是一个综合因素，它与浇在生产中，铸件冷却速度是一个综合因素，它与浇注温度、铸型条件以及铸件壁厚均有关系。同一铸件不注温度、铸型条件以及铸件壁厚均有关
14、系。同一铸件不同壁厚处具有不同组织和性能，称之为铸件壁厚敏感效同壁厚处具有不同组织和性能，称之为铸件壁厚敏感效应。铸件壁厚是设计的，难以改变，对已知壁厚铸件，应。铸件壁厚是设计的，难以改变，对已知壁厚铸件，可调整化学成分来保证获得所需组织可调整化学成分来保证获得所需组织.第27页，共70页，编辑于2022年，星期二 要想在结晶过程中形成要想在结晶过程中形成G:G:1 1）成分条件）成分条件:C,Si C,Si石墨化元素含量较高；石墨化元素含量较高；2 2）冷却条件）冷却条件:缓慢冷却。缓慢冷却。第28页，共70页，编辑于2022年，星期二 G G化过程可分为两个阶段：发生在化过程可分为两个阶段
15、：发生在PSKPSK线以上的线以上的G G化为第一阶段；发生在化为第一阶段；发生在PSKPSK线以下的线以下的G G化为第二阶段，化为第二阶段，实际是以共析线为界。实际是以共析线为界。第一阶段第一阶段G G化决定化决定G G形态形态,第二阶段第二阶段G G化决定基体组织化决定基体组织.石墨化阶段与组织石墨化阶段与组织第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 组织组织 铸铁名称铸铁名称完全进行完全进行 完全进行完全进行 F+G F+G 不同基体的灰不同基体的灰 部分进行部分进行 F+P+G F+P+G 铁、球铁、蠕铁、铁、球铁、蠕铁、未进行未进行 P+G P+G 可锻铁可锻铁 部分进行部分进行 未进行
16、未进行 Ld+P+G Ld+P+G 麻口铸铁麻口铸铁 未进行未进行 未进行未进行 Ld Ld 白口铸铁白口铸铁 第29页，共70页，编辑于2022年，星期二 存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C第30页，共70页，编辑于2022年，星期二共晶灰铸铁结晶过程共晶灰铸铁结晶过程GG共析沿PSK线LG共晶1154沿沿ES线线第31页，共70页，编辑于2022年，星期二亚共晶（亚共晶（3.03.0C C）灰铸铁结晶过程）灰铸铁结晶过程GG共析沿PSK线G共晶沿ES线L1300 初L沿ECF线第32页，共70页，编辑于2022年，星期二过共晶（过共晶（4.54.5C C）
17、灰铸铁结晶过程）灰铸铁结晶过程GG共析沿PSK线G共晶沿ES线L1250 GL沿ECF线第33页，共70页，编辑于2022年，星期二工业铸铁的成分范围与组织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce第34页，共70页，编辑于2022年，星期二7.3 7.3 普通灰铸铁普通灰铸铁 定义定义 断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁，占铸铁总量的存在的铸铁，占铸铁
18、总量的80%以上以上 组织：片状组织：片状G+金属基体（金属基体（F，F+P，P）。）。有有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350六个国家标准牌号。六个国家标准牌号。“HT”表示表示“灰铁灰铁”，后面的数字表示抗，后面的数字表示抗拉强度（不低于拉强度（不低于,MPa）灰铸铁组织特点灰铸铁组织特点第35页，共70页，编辑于2022年，星期二灰铸铁金相组织灰铸铁金相组织 第36页，共70页，编辑于2022年，星期二7.3.1 7.3.1 灰铸铁中片状石墨的生长方式灰铸铁中片状石墨的生长方式 内内在在因因素素 G G为六方点阵层状结构。层面原子间距小，较为六方点阵层状
19、结构。层面原子间距小，较强共价键结合，层间强共价键结合，层间C C原子间距较大，原子作用原子间距较大，原子作用力弱。力弱。层面方向生长速度就大，石墨是在与铁层面方向生长速度就大，石墨是在与铁水相接触的条件下以片状方式生长的。水相接触的条件下以片状方式生长的。外外在在因因素素 G形成会导致周围铁水形成会导致周围铁水C浓度浓度,凝固点凝固点生成生成包围包围G片的片的A体壳。但体壳。但G片端生长速度超过片端生长速度超过A结晶速结晶速度度,G片端总是和铁水直接接触。片端总是和铁水直接接触。第37页，共70页，编辑于2022年，星期二石墨晶体结构石墨晶体结构 片状石墨生长机理片状石墨生长机理 如如G片向
20、两侧加厚生长，须依靠片向两侧加厚生长，须依靠C从铁水中先扩散到从铁水中先扩散到A层层再扩散到再扩散到G；而；而Fe还必须向还必须向A层外作反方向扩散，显然是较层外作反方向扩散，显然是较难的难的G片增厚是较慢的片增厚是较慢的.最后形成了最后形成了立体花朵状立体花朵状第38页，共70页，编辑于2022年，星期二灰 铸铁 的显 微组 织 铁铁素素体体灰灰铸铸铁铁珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片的的三三维维形形貌貌第39页，共70页，编辑于2022年，星期二（a a）A A型石墨型石墨 (b)B(b)B型石墨型石墨 (c)C(c)C型石墨型石墨 (d)D(d
21、)D型石墨型石墨 (e)D(e)D型石墨型石墨 (f)F(f)F型石墨型石墨 图图 片状石墨的分布类型片状石墨的分布类型 第40页，共70页，编辑于2022年，星期二灰铸铁的组织灰铸铁的组织钢的基体片状钢的基体片状G G（石墨）（石墨）按基体组织分：按基体组织分：铁素体基铁素体基 珠光体基珠光体基 铁素体珠光体基铁素体珠光体基灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱第41页，共70页，编辑于2022年，星期二l常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。l常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。l经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅硅铁铁硅硅钙钙第42页，共70
22、页，编辑于2022年，星期二7.3.27.3.2、灰铸铁性能及热处理、灰铸铁性能及热处理一、灰铸铁性能一、灰铸铁性能（1 1）抗拉强度低、塑韧性很差）抗拉强度低、塑韧性很差G相当于空洞相当于空洞有效截面积有效截面积G片端似裂口片端似裂口应力集中应力集中 基体强度不能充分基体强度不能充分发挥，其强度利用率发挥，其强度利用率仅仅3050%，表现为，表现为b很低，塑性和韧很低，塑性和韧性几乎为零性几乎为零第43页，共70页，编辑于2022年，星期二（2 2）缺口敏感性小）缺口敏感性小,可切削性好可切削性好 大量大量G相当于已经存在了许多缺口相当于已经存在了许多缺口,工件的人工件的人为缺口就不太敏感了
23、。为缺口就不太敏感了。G在机加工时可以起到在机加工时可以起到断屑和对刀具润滑作用断屑和对刀具润滑作用可切削性是优良的可切削性是优良的（3 3）良好的铸造性）良好的铸造性 灰铁成分接近共晶点，铁水流动性好，可铸灰铁成分接近共晶点，铁水流动性好，可铸造出形状复杂零件。且不易形成缩孔和缩松，造出形状复杂零件。且不易形成缩孔和缩松，能获得较致密的铸件。能获得较致密的铸件。第44页，共70页，编辑于2022年，星期二（4 4）良好的减震性和减摩性）良好的减震性和减摩性 灰铁内部存在大量片状灰铁内部存在大量片状G，它割裂基体，破，它割裂基体，破坏连续性，阻止振动传播，并能转化为热能而坏连续性，阻止振动传播
24、，并能转化为热能而发散，因而灰铁具有很好的减振性。发散，因而灰铁具有很好的减振性。常用于机床底座常用于机床底座,效果很好效果很好.一方面一方面G本身是良好的润滑剂，另一方面本身是良好的润滑剂，另一方面G脱落后的显微脱落后的显微“口袋口袋”,可以储存润滑油和收集微可以储存润滑油和收集微小麿粒小麿粒,因此具有良好的减摩性。如机床导轨因此具有良好的减摩性。如机床导轨第45页，共70页，编辑于2022年，星期二l用途l制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体第46页
25、，共70页，编辑于2022年，星期二二、灰铸铁的热处理l热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。l灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。l灰铸铁常用的热处理有：l 消除内应力退火(又称人工时效)l 消除白口组织退火 l 表面淬火 灰铸铁件灰铸铁件汽汽缸缸套套活活塞塞环环第47页，共70页，编辑于2022年，星期二将普通灰铁成分的铁液进行球化处理和孕育处将普通灰铁成分的铁液进行球化处理和孕育处理，使石墨以球状存在，由此获得的铸铁。理，使石墨以球状存在，由此获得的铸铁。优点优点 球形的石墨对基体的破坏作用和在基体中引起球形的石墨对基体的破坏作用和在基体中引起的应力集中显著下降。球墨铸铁
26、具有比灰铁高的多的应力集中显著下降。球墨铸铁具有比灰铁高的多的强度，塑性和韧性，同时也有良好的耐磨性和减的强度，塑性和韧性，同时也有良好的耐磨性和减震性，震性，其综合机械性能接近于钢。因其铸造性能其综合机械性能接近于钢。因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用应用。7.4 7.4 球墨铸铁球墨铸铁第48页，共70页，编辑于2022年，星期二牌号：牌号：QT400QT4001818、QT450-10QT450-10、QT400-15QT400-15、QT600-QT600-3 3、QT800-2 QT800-2 球墨铸铁牌号用球墨铸
27、铁牌号用“QTQT”标明，其后两组标明，其后两组数值表示最低抗拉强度极限和延伸率。数值表示最低抗拉强度极限和延伸率。球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号第49页，共70页，编辑于2022年，星期二球墨铸铁球墨铸铁 牌号牌号意义意义 例如例如QT400-15，QT为球铁代号，为球铁代号，400表示抗拉强度不低于表示抗拉强度不低于400MPa，15表示表示伸长率不低于伸长率不低于15%。第50页，共70页，编辑于2022年，星期二球状石墨内部的年轮状结构球状石墨内部的年轮状结构 球状石墨的结构示意图球状石墨的结构示意图 7.4.17.4.1球状球状G的形成过程的形成过程（1 1）球状石墨的结构）球状石墨的
28、结构G呈多边形轮廓，内部呈放射呈多边形轮廓，内部呈放射状。中心是状。中心是G核心。球面是单核心。球面是单晶体锥形晶体锥形G（0001）底面）底面.第51页，共70页，编辑于2022年，星期二(2)(2)球状球状G的的形成条件形成条件球化剂球化剂Mg/Ce/Y/La等等 铁液的过冷度铁液的过冷度 球化剂与铁液中氧、硫发生反应，球化剂与铁液中氧、硫发生反应，含含氧、硫量，氧、硫量，铁液表面张力，铁液表面张力，铁液铁液/石石墨间的界面张力墨间的界面张力球化处理球化处理:浇注前加入一定量球化剂浇注前加入一定量球化剂,如稀土如稀土-硅铁硅铁-镁系等镁系等孕育处理孕育处理:加入高硅铁加入高硅铁，获得很多的
29、非自发晶核获得很多的非自发晶核，细化细化G第52页，共70页，编辑于2022年，星期二(3)(3)球状石墨的形核机理球状石墨的形核机理 G都是从铁水中直接析出的。球状都是从铁水中直接析出的。球状G的形核的形核以硫化物及氧化物夹杂微粒作为结晶中心。以硫化物及氧化物夹杂微粒作为结晶中心。螺旋位错理论螺旋位错理论:由于螺旋位错存在，碳原子由于螺旋位错存在，碳原子优先在晶体表面造成的螺旋台阶旋出口作为开优先在晶体表面造成的螺旋台阶旋出口作为开始生长的最有利位置。理想情况下晶体将长成始生长的最有利位置。理想情况下晶体将长成一个近似球状的多面体，形成年轮状结构。一个近似球状的多面体，形成年轮状结构。生长机
30、理生长机理,有许多学说有许多学说,难以完美解释难以完美解释.(4)(4)球状石墨的生长机理球状石墨的生长机理 第53页，共70页，编辑于2022年，星期二 图图 球状石墨晶体生长示意图球状石墨晶体生长示意图 a)0001方向生长；方向生长；b)长成球状多面体长成球状多面体第54页，共70页，编辑于2022年，星期二7.4.2 7.4.2 球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织和性能组织组织金属基体球状石墨金属基体球状石墨金属基体：铁素体基，珠光体基，贝氏体基金属基体：铁素体基，珠光体基，贝氏体基铁素体基球墨铸铁中铁素体基球墨铸铁中F F占占8080以上，有优良的抗拉以上，有优良的抗拉强度，塑性和冲
31、击韧性，伸长率可达强度，塑性和冲击韧性，伸长率可达1010以上，以上，制作汽车，拖拉机底盘等制作汽车，拖拉机底盘等.第55页，共70页，编辑于2022年，星期二球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织和性能珠光体基体球墨铸铁中珠光体占珠光体基体球墨铸铁中珠光体占8080，是球墨铸，是球墨铸铁中应用最多的，抗拉强度高于铁素体基体球墨铁中应用最多的，抗拉强度高于铁素体基体球墨铸铁，屈强比可达铸铁，屈强比可达0.7-0.80.7-0.8，常用来制作汽车拖，常用来制作汽车拖拉机曲轴拉机曲轴.贝氏体基球墨铸铁是由等温淬火获得，高强度，贝氏体基球墨铸铁是由等温淬火获得，高强度，高硬度，高疲劳极限，良好的冲击韧性
32、。用于承高硬度，高疲劳极限，良好的冲击韧性。用于承受受交变负荷和高耐磨零件，如汽车，拖拉机的受受交变负荷和高耐磨零件，如汽车，拖拉机的传动齿轮传动齿轮.第56页，共70页，编辑于2022年，星期二铁素体球墨铸铁金相铁素体球墨铸铁金相 第57页，共70页，编辑于2022年，星期二珠光体基体球墨铸铁金相组织珠光体基体球墨铸铁金相组织 第58页，共70页，编辑于2022年，星期二混合基体球墨铸铁金相组织混合基体球墨铸铁金相组织 第59页，共70页，编辑于2022年，星期二性能强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2/b)高,约为0.70.8,而钢一般只有0.30.5。强度、塑韧性明
33、显优于灰铸铁。（球状G 对基体的割裂作用小）用途用途承受震动、载荷大的零件，如承受震动、载荷大的零件，如曲曲轴、传动齿轮轴、传动齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴第60页，共70页，编辑于2022年，星期二球墨铸铁可进球墨铸铁可进行各种热处理行各种热处理,如如退火、正火、退火、正火、淬火加回火、淬火加回火、等温淬火等温淬火等。等。7.4.3 7.4.3 球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理第61页，共70页，编辑于2022年，星期二退火退火 去应力退火，去应力退火，500 500 600600。低温退火，低温退火，720760720760，PG+F
34、 PG+F，塑韧性、切削加工性，塑韧性、切削加工性高温退火，高温退火，900950900950，P,CmG+F P,CmG+F，塑韧性、切削加工性，塑韧性、切削加工性 正火正火 P%P%，细化组织，强度、耐磨性，细化组织，强度、耐磨性低温正火，低温正火，840860840860，P+F+G P+F+G，塑韧性较好。，塑韧性较好。高温正火，高温正火，880920880920，P+G+P+G+少量少量F F，强度较高。，强度较高。调质调质 850900 850900油淬油淬 +550600+550600回火回火回火回火S+G S+G 等温淬火等温淬火 840900+300 840900+300等温
35、等温下下B+GB+G 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。第62页，共70页，编辑于2022年，星期二l球墨铸铁的热处理特点是：l 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高;l 淬透性比碳钢高;l 奥氏体中碳含量可控。制制品品(轧轧辊辊与与辊辊环环)组织组织组织组织贝贝氏氏体体基基球球墨墨铸铸铁铁第63页，共70页，编辑于2022年，星期二7.4.37.4.3、球墨铸铁的热处理特点球墨铸铁的热处理特点 （1 1）共析转变不是在恒定的温度下进行，而是在）共析转变不是在恒定的温度下进行，而是在一个较宽的温度范围内进行一个较宽的温度范围内
36、进行(下图下图)改变热处理改变热处理T和和t不同比例的不同比例的F和和P基体组织基体组织 较大幅度地调整铸较大幅度地调整铸铁的力学性能铁的力学性能第64页，共70页，编辑于2022年，星期二图图 Fe-C-Si三元合金状态图变温截面三元合金状态图变温截面 a)含含2.4%Si b)含含4.8%Si第65页，共70页，编辑于2022年，星期二（2 2）奥氏体含）奥氏体含C C量可在较宽范围内变化量可在较宽范围内变化 石墨是石墨是C C的的“仓库仓库”,既可在高温时既可在高温时”输出给奥输出给奥氏体氏体,也可在冷却时容纳奥氏体中析出的也可在冷却时容纳奥氏体中析出的C C（3 3）G G参与相变参与
37、相变,但一般不能改变但一般不能改变G G形状与分布形状与分布 （4 4）一般热处理工艺方法基本上可采用一般热处理工艺方法基本上可采用第66页，共70页，编辑于2022年，星期二3 3、球墨铸铁的热处理、球墨铸铁的热处理 （1）消除内应力退火）消除内应力退火 （2）高温石墨化退火）高温石墨化退火 消除游离渗碳体消除游离渗碳体 （3）低温石墨化退火）低温石墨化退火 消除共析渗碳体消除共析渗碳体 （4）正火处理和调质处理）正火处理和调质处理 获得珠光体的组获得珠光体的组织和提高珠光体的分散度织和提高珠光体的分散度 （5）等温淬火处理）等温淬火处理 得到得到B体或体或AB体基体体基体组织。提高综合机械
38、性能组织。提高综合机械性能 （6）表面淬火）表面淬火 （7）化学热处理）化学热处理 氮化、渗硼和渗硫等氮化、渗硼和渗硫等 第67页，共70页，编辑于2022年，星期二本章小结本章小结 铸铁中铸铁中G参与相变过程，但热处理不能改参与相变过程，但热处理不能改变石墨形态和分布。石墨形状、大小、数量、变石墨形态和分布。石墨形状、大小、数量、分布影响了铸铁基体性能的发挥程度，分布影响了铸铁基体性能的发挥程度，基本基本上决定了铸铁宏观力学性能。从片状石墨到球上决定了铸铁宏观力学性能。从片状石墨到球状石墨，使铸铁中石墨和基体的组织配合发生状石墨，使铸铁中石墨和基体的组织配合发生了质的变化。了质的变化。不同类
39、型不同类型G形成主要取决于成分和冷却速度形成主要取决于成分和冷却速度第68页，共70页，编辑于2022年，星期二 球墨铸铁基体的性能可得到较大的利用，球墨铸铁基体的性能可得到较大的利用，钢的各种热处理强化工艺基本上都可以在球钢的各种热处理强化工艺基本上都可以在球墨铸铁中应用。不同类型铸铁有不同用途，墨铸铁中应用。不同类型铸铁有不同用途，根据零部件的工作条件和技术要求，可合理根据零部件的工作条件和技术要求，可合理地选择铸铁类型及其处理工艺。通过成分组地选择铸铁类型及其处理工艺。通过成分组织和工艺的特殊设计，可得到相应的耐热、织和工艺的特殊设计，可得到相应的耐热、耐磨、耐蚀等特种铸铁。耐磨、耐蚀等
40、特种铸铁。第69页，共70页，编辑于2022年，星期二铸铁中心问题：铸铁中心问题：G形形状状、大大小小、数数量量、分布分布 石墨化过程石墨化过程 决定决定G形态形态 决定基体决定基体热力学热力学自由焓自由焓有利于石墨化有利于石墨化动力学动力学成成分分、结结构构、扩扩散散有有利利于于Fe3C析析出出 影响因素影响因素化学成分化学成分C、Si促促 进进 石石墨墨化化；Mn、S阻止石墨化阻止石墨化冷却速度冷却速度薄薄壁壁表表面面易易白白口口。壁壁厚厚敏敏感感性性，性性能差异能差异牌号及数字意义牌号及数字意义HT200QT400-18KTZ450-06铸铁性能铸铁性能强强度度、伸伸长长率率、冲冲击击韧韧度度比比钢钢低低；耐耐磨磨；切切削削性性好好；消消振振性性好好；缺缺口口敏敏感感性性低低；铸造性好铸造性好。灰灰口口铸铸铁铁：片片G，性性能能特点与用途。孕育处理特点与用途。孕育处理可可锻锻铸铸铁铁：团团絮絮状状G，由由白白口口铁铁经经石石墨墨化化得到，性能与用途得到，性能与用途球球墨墨铸铸铁铁：球球状状G，球球化化处处理理。热热处处理理工工艺艺：与与灰灰铁铁不不同同，与与钢钢区区别别。不不同同工工艺艺得得到到不不同同基基体体组组织。性能与用途织。性能与用途蠕铁蠕铁：蠕虫状蠕虫状G特特殊殊性性能能铸铸铁铁：耐耐蚀蚀、耐耐磨、耐热磨、耐热第70页，共70页，编辑于2022年，星期二