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1、常用合金铸件生产第常用合金铸件生产第3 3部分部分 铸铁是铸铁是Wc2.11%Wc2.11%的铁碳合金。实用的铸的铁碳合金。实用的铸铁是铁是FeCSi FeCSi 为主的多元合金。铸铁具有为主的多元合金。铸铁具有许多优良性能，且制造简单，成本低廉，是许多优良性能，且制造简单，成本低廉，是最常用的金属材料之一。最常用的金属材料之一。1.4.1 铸铁件生产 1.1.铸铁的石墨化及影响因素铸铁的石墨化及影响因素 2.2.常用的铸铁常用的铸铁 铸铁分类铸铁分类2.常用的铸铁（4 4）可锻铸铁）可锻铸铁（5 5）特殊性能铸铁）特殊性能铸铁（1 1）灰铸铁）灰铸铁 1 1）组织特征）组织特征 2 2）性能
2、特点）性能特点 3)3)牌号及用途牌号及用途 4)4)铸造性能铸造性能 5)5)孕育处理孕育处理 6)6)热处理热处理 （2 2）球墨铸铁）球墨铸铁（3 3）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁1 1）组织特征）组织特征2 2）性能特点）性能特点3)3)牌号及用途牌号及用途4 4）蠕墨铸铁生产）蠕墨铸铁生产5)5)铸造性能铸造性能白口铸铁白口铸铁自学自学（1）灰铸铁 1 1）组织特征）组织特征 灰灰铸铸铁铁的的组组织织由由钢钢的的基基体体+片片状状石石墨墨所所组组成成，按按基基体体不不同同，灰灰铸铸铁铁分分为为三三种种类类型型，如如图图1.4.31.4.3所示。所示。a a）铁素体基体）铁素体基体 b)b)铁素
3、体铁素体+珠光体基体珠光体基体 c)c)珠光体基体珠光体基体 图图1.4.3 1.4.3 灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织 铸造性能好。铸造性能好。2 2）性能特点）性能特点3)3)牌号及用途牌号及用途 按按GB9439-88GB9439-88规规定定，我我国国灰灰铸铸铁铁分分为为六六个个牌牌号号。“HT”“HT”表表示示“灰灰铁铁”二二字字的的汉汉语语拼拼音音字字头头，后后面面三三位位数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值。美美国国材材料料与与试试验验协协会会标准标准(ASTM)(ASTM)中铸铁表示方法见中铸铁表示方法见表表1.4.31.4.3。抗拉强度低，塑性差；抗拉强度低，塑性差
4、；抗压、弯曲强度较高；抗压、弯曲强度较高；减震性好；减震性好；减磨性好；减磨性好；缺口敏感性低；缺口敏感性低；切削加工性好；切削加工性好；不能锻造；不能锻造；焊接性差；焊接性差；表表1.4.3A 1.4.3A 铸铁的表示方法铸铁的表示方法(ASTMASTM)名称名称牌号组成牌号组成说明说明1.一般灰铸一般灰铸铁铁一一位位和和二二位位数数组组，例例：26、40、50一一 位位 数数 为为 序序 号号，二二 位位 数数 表表 示示 最最 低低 抗抗 拉拉 强强 度度 值值(1000PSi)，有时在数字后加字母表示尺寸种类，有时在数字后加字母表示尺寸种类2.阀阀门门管管配配件灰铸铁件灰铸铁用用A、B
5、、C字母表示字母表示3.球墨铸铁球墨铸铁六位三组数，例六位三组数，例805506第一组数：最低抗拉强度值第一组数：最低抗拉强度值(1000PSi)第二组数：最低屈服强度值第二组数：最低屈服强度值(1000PSi)第三组数：最小伸长率第三组数：最小伸长率(%)4.可锻铸铁可锻铸铁五位数组，例：五位数组，例：32510、500055.奥奥氏氏体体铸铸铁铁D数字序号数字序号+字母类号，例：字母类号，例：D3B6.机机动动车车用用灰铸铁灰铸铁G+四位数字组四位数字组四位数组：缩小四位数组：缩小10倍的最低抗拉强度值倍的最低抗拉强度值(PSi)7.汽汽车车用用可可锻铸铁锻铸铁M+四位数字组四位数字组前前
6、两两位位数数：最最小小屈屈服服强强度度(1000PSi)，后后两两位位数数：最小伸长率最小伸长率(%)8.耐磨铸铁耐磨铸铁百分数百分数+元素符号元素符号+.HC(或或LC)例：例：20%-Cr-Mo-LC百分数代表第一位元素含量。百分数代表第一位元素含量。HC：高含碳量，：高含碳量，LC：低含碳量：低含碳量铸铸铁铁注注:Psi:Psi：表示每平方英寸磅力，：表示每平方英寸磅力，1000PSi6.9MPa1000PSi6.9MPa。表表1.4.41.4.4灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例牌号牌号铸件壁厚铸件壁厚mm抗拉强度抗拉强度N/mm2显微组织显微组织应用
7、举例应用举例基体基体石墨石墨HT1002.5102030102030501301009080F粗壮片粗壮片手工铸造用砂箱、盖、下水管、底座、外罩、手工铸造用砂箱、盖、下水管、底座、外罩、手轮、手把、重锤等手轮、手把、重锤等HT150(20B)2.510203010203050175145130120F+P较粗壮片较粗壮片机械制造业中一般铸件，如底座、手轮、刀架机械制造业中一般铸件，如底座、手轮、刀架等；冶金业中流渣槽、渣缸、压钢机托辊等；等；冶金业中流渣槽、渣缸、压钢机托辊等；机车用一般铸件，如水泵壳、阀体、阀盖等；机车用一般铸件，如水泵壳、阀体、阀盖等；动力机械中拉钩、框架、阀门、油泵壳等动
8、力机械中拉钩、框架、阀门、油泵壳等HT200(30B)2.510203010203050220195170160P中等片状中等片状一般运输机械中的气缸体、缸盖、飞轮等；一一般运输机械中的气缸体、缸盖、飞轮等；一般机床中的床身、机座等；通用机械承受中等般机床中的床身、机座等；通用机械承受中等压力的泵体、阀体等；动力机械中的外壳、轴压力的泵体、阀体等；动力机械中的外壳、轴承座、水套筒等承座、水套筒等HT250(35B)4.510203010203050270240220200细细P较细片状较细片状运输机械中的缸体、缸盖、；机床中立柱、横运输机械中的缸体、缸盖、；机床中立柱、横梁、床身、滑板、箱体等
9、；冶金矿山机械中的梁、床身、滑板、箱体等；冶金矿山机械中的轨道板、齿轮；动力机械中的缸体、缸套、活轨道板、齿轮；动力机械中的缸体、缸套、活塞塞HT300(45B)102030203050290250230细细P较小片状较小片状机床导轨、受力较大的机床床身、立柱机座等；机床导轨、受力较大的机床床身、立柱机座等；通用机械的水泵出口管、吸入盖等；动力机械通用机械的水泵出口管、吸入盖等；动力机械中的液压阀体、涡轮、汽轮机隔板、泵壳、大中的液压阀体、涡轮、汽轮机隔板、泵壳、大型发动机缸体、缸盖型发动机缸体、缸盖HT350(50B)102030203050340290260细细P细小片状细小片状大型发动机
10、气缸体、缸盖、衬套；水泵缸体、大型发动机气缸体、缸盖、衬套；水泵缸体、阀体、凸轮等；机床导轨、工作台等摩擦件；阀体、凸轮等；机床导轨、工作台等摩擦件；需经表面淬火的铸件需经表面淬火的铸件注：括号内材料牌号为注：括号内材料牌号为ASTM ASTM 标准标准 表2.5.4 灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例 灰铸铁的碳当量接近共晶成分，结晶温度区灰铸铁的碳当量接近共晶成分，结晶温度区间小、熔点低，故间小、熔点低，故流动性好流动性好，可浇注形状复杂的薄，可浇注形状复杂的薄壁铸件；壁铸件；灰铸铁灰铸铁收缩小收缩小、有、有自身补缩能力自身补缩能力，可不用或，可不用或少用冒口；少用冒口；灰铸铁熔点低灰铸铁
11、熔点低（与铸钢比），（与铸钢比），对型砂耐火度要求对型砂耐火度要求低，适合于湿型铸造。低，适合于湿型铸造。由于由于灰铸铁铸造性能好灰铸铁铸造性能好，不需炉前处理，不用，不需炉前处理，不用冒口和冷铁，铸后一般不需热处理，仅复杂件铸后冒口和冷铁，铸后一般不需热处理，仅复杂件铸后时效处理，以消除内应力和防止变形，所以应用十时效处理，以消除内应力和防止变形，所以应用十分广泛分广泛（由上述（由上述得来的结果得来的结果）。）。4)铸造性能 普通灰铸普通灰铸铁的壁厚越厚，铁的壁厚越厚，心部的强度、心部的强度、硬度低。硬度低。如壁厚为如壁厚为303050mm50mm的铸的铸件，要求件，要求b b为为200MP
12、a200MPa时，应时，应选选HT250HT250。图图1.4.4 1.4.4 铸铁件截面上的硬度分布铸铁件截面上的硬度分布 但是，普通灰铸铁石墨呈但是，普通灰铸铁石墨呈粗大的片状粗大的片状，力学性能，力学性能差，而且，薄壁易产生白口，厚壁晶粒粗大。差，而且，薄壁易产生白口，厚壁晶粒粗大。影响铸态组织的因素：原始炉料、冷却速度、孕育处理。影响铸态组织的因素：原始炉料、冷却速度、孕育处理。5)孕育处理 目前应用最多的孕育剂是目前应用最多的孕育剂是含硅含硅75%75%的硅铁的硅铁。孕孕育育处处理理常常用用的的方方法法在在出出铁铁槽槽内内加加孕孕育育剂剂。孕孕育育衰衰退退-近近年发展了瞬时孕育（后孕
13、育）年发展了瞬时孕育（后孕育）-如浇口杯、型内孕育。如浇口杯、型内孕育。孕育铸铁石墨仍为片状，塑形、韧性仍很低，本质仍属孕育铸铁石墨仍为片状，塑形、韧性仍很低，本质仍属灰口铸铁。另外，灰口铸铁。另外，含碳、硅量低，浇注温度高，收缩大，有含碳、硅量低，浇注温度高，收缩大，有时要冒口补缩，铸造性能比普通灰口铸铁差，工艺较复杂。时要冒口补缩，铸造性能比普通灰口铸铁差，工艺较复杂。粗大的片状粗大的片状石墨是普通灰口铸铁力学性能差的原因之一，石墨是普通灰口铸铁力学性能差的原因之一，因此，可以通过工艺手段使石墨片变得细小、均匀。因此，可以通过工艺手段使石墨片变得细小、均匀。晶粒粗大晶粒粗大时间太长；晶核太
14、少。时间太长；晶核太少。（1）限制石墨晶核过早生成）限制石墨晶核过早生成-尽量降低原铁水含碳量，尽量降低原铁水含碳量，同时适当降低硅含量；此时易生成渗碳体，得到珠光体基同时适当降低硅含量；此时易生成渗碳体，得到珠光体基体。但易形成白口或麻口，（体。但易形成白口或麻口，（2）因此在浇注前的铁水中加）因此在浇注前的铁水中加硅铁或硅钙合金，产生大量的人工晶核，促进石墨形核和结晶。硅铁或硅钙合金，产生大量的人工晶核，促进石墨形核和结晶。6)热处理 常用的热处理方法如下：常用的热处理方法如下：去应力退火去应力退火-人工时效人工时效（也有自然时效）（也有自然时效）加加热热500500600600，保保温温
15、、缓缓冷冷，消消除除铸铸件件中中残残余应力，防止铸件变形或开裂，保证铸件加工精度；余应力，防止铸件变形或开裂，保证铸件加工精度；软化退火软化退火（消除表面硬化层）（消除表面硬化层）加加热热850850950950，保保温温、缓缓冷冷，使使FeFe3 3C C分分解解成成铁和石墨，改善铸件的切削加工性；铁和石墨，改善铸件的切削加工性；表面淬火表面淬火 提提高高表表面面硬硬度度和和耐耐磨磨性性，如如机机床床导导轨轨面面采采用用接接触触电阻加热表面淬火，使用寿命可提高电阻加热表面淬火，使用寿命可提高1.51.5倍。倍。(2)球墨铸铁球墨铸铁是通过球化处理和孕育处理使球墨铸铁是通过球化处理和孕育处理使
16、石墨呈现球状，并配合适当的热处理改善石墨呈现球状，并配合适当的热处理改善基体组织，从而使铸铁的性能产生了质的基体组织，从而使铸铁的性能产生了质的飞跃，尽管球墨铸铁的历史飞跃，尽管球墨铸铁的历史（1947年英国人年英国人偶然发现了铸铁中的球状石墨，偶然发现了铸铁中的球状石墨，1949年成功利用年成功利用Mg进进行球化）行球化）很短，却在国内外得到迅速发展，很短，却在国内外得到迅速发展，在一些工业发达国家，其产量已超过铸钢，在一些工业发达国家，其产量已超过铸钢，仅次于灰铸铁。我国仅次于灰铸铁。我国1950年开始生产球墨年开始生产球墨铸铁，铸铁，20世纪世纪60年代又结合国内丰富的稀年代又结合国内丰
17、富的稀土资源开发了稀土镁球墨铸铁，使我国球土资源开发了稀土镁球墨铸铁，使我国球墨铸铁生产处于世界前列。墨铸铁生产处于世界前列。球墨铸铁本节主要讲述以下几个问题：本节主要讲述以下几个问题：1 1）组织特征）组织特征2 2）性能特点）性能特点3 3）牌号及用途）牌号及用途4 4）球墨铸铁的生产）球墨铸铁的生产5 5）铸造性能）铸造性能6 6）热处理）热处理 1）组织特征 球墨铸铁的显微组织是由球状石墨和钢的球墨铸铁的显微组织是由球状石墨和钢的基体所组成，显微组织如基体所组成，显微组织如图图1.4.51.4.5所示。在铸所示。在铸态下，态下，金属基体通常是铁素体金属基体通常是铁素体-珠光体的混合珠光
18、体的混合组织，组织，铁素体位于石墨球周围呈现铁素体位于石墨球周围呈现“牛眼状牛眼状”，如图，如图1.4.5b1.4.5b）。）。通过热处理还可以得到铁素通过热处理还可以得到铁素体基体、珠光体基体或下贝氏体基体的球铁体基体、珠光体基体或下贝氏体基体的球铁。目前，人们已经通过各种工艺手段目前，人们已经通过各种工艺手段在在铸态下铸态下直直接获得铁素体或珠光体基体，使球墨铸铁的生接获得铁素体或珠光体基体，使球墨铸铁的生产周期缩短，成本降低。产周期缩短，成本降低。a a）F F球铁球铁250 x 250 x b)F+Pb)F+P球铁球铁250 x 250 x c)Pc)P球铁球铁200 x 200 x
19、d)Bd)B下下球铁球铁500 x500 x 图图1.4.51.4.5球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织2）性能特点 由由于于球球状状石石墨墨对对基基体体的的割割裂裂作作用用小小，从从而而使使基基体体强强度度的的利利用用率率从从灰灰铸铸铁铁的的30%30%50%50%提提高高到到70%70%90%90%，其其力力学学性性能能远远远远超超过过灰灰铸铸铁铁，抗抗拉拉强强度度可可与与钢钢媲媲美美，塑塑性性、韧韧性性明明显显提提高高，尤尤其其是是屈屈强强比比（0.20.2/b b）高高，更更增增加加了了使使用用的的可可靠靠性性。球球墨墨铸铸铁铁仍仍具具有有良良好好的的铸铸造造性性能能、减减震震性性、
20、耐耐磨磨性性、切切削削加加工工性性能能及低的缺口敏感性等性能。及低的缺口敏感性等性能。3）牌号及用途 球球墨墨铸铸铁铁的的牌牌号号、力力学学性性能能和和用用途途见见表表2.5.52.5.5，其其中中“QT”“QT”表表示示“球球铁铁”二二字字的的汉汉语语拼拼音音字字头头，后后面面的的两两组组数数字字分分别别表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度和和最最小小伸伸长长率率数数值值。(ASTM(ASTM标标 准准 中中 的的 表表 示示 方方 法法 见见 表表1.4.51.4.5)。表表 1.4.5 1.4.5球墨铸铁的牌号、力学性能和用途球墨铸铁的牌号、力学性能和用途 牌牌号号基体组织基体组织力学性能力
21、学性能用途举例用途举例bMPa0.2MPa%HBS不小于不小于QT400-18(60-40-18)铁素体铁素体40025018130180承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机、驱动桥壳、差速器壳、拨叉，中低机、驱动桥壳、差速器壳、拨叉，中低压阀门、管道、齿轮箱等压阀门、管道、齿轮箱等QT400-15铁素体铁素体40025015130180QT450-10铁素体铁素体45031010160210QT500-7(80-55-06)铁素体铁素体+珠珠光体光体5003207170230机座、传动轴、飞轮、电动机架、油泵机座、传动轴、飞轮、电动机架、油泵齿轮、机车轴瓦等
22、齿轮、机车轴瓦等QT600-3铁素体铁素体+珠珠光体光体6003703190270载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套、拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套、部分机床的主轴、机床蜗杆、蜗轮、轧部分机床的主轴、机床蜗杆、蜗轮、轧钢机轧辊、大齿轮、小型水轮机主轴、钢机轧辊、大齿轮、小型水轮机主轴、气缸体、起重机大小滚轮等气缸体、起重机大小滚轮等QT700-2(100-70-03)珠光体珠光体7004202225305同上同上QT800-2(120-90-02)珠光体或回珠光体或回火组织火组织8004802245335QT900-2贝氏体或
23、回贝氏体或回火马氏体火马氏体9006002280360高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮，高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮，大减速器齿轮，内燃机曲轴、凸轮轴等大减速器齿轮，内燃机曲轴、凸轮轴等注：括号内材料牌号为注：括号内材料牌号为ASTM A53684ASTM A53684标准标准 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 塑塑性性、韧韧性性较较高高，强强度度较较低低，因因而而可可代代替替可可锻锻铸铸铁铁制制造造承受振动和冲击的零件，如汽车、拖拉机底盘、后桥壳等。承受振动和冲击的零件，如汽车、拖拉机底盘、后桥壳等。铁素体铁素体珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 强强度度和和韧韧性性配配合合较较好好，多多用用于于
24、生生产产汽汽车车、农农机机、冶冶金金设设备的零部件。备的零部件。珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 强强度度和和硬硬度度较较高高，耐耐磨磨性性较较好好，具具有有一一定定的的韧韧性性，其其屈屈强强比比高高于于4545锻锻钢钢，表表1.4.61.4.6是是两两者者性性能能的的比比较较，珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁可可代代替替非非合合金金钢钢制制造造承承受受交交变变载载荷荷及及耐耐磨磨损损的的零零件件，典典型型件件是是内内燃燃机机曲曲轴轴、连连杆杆、齿齿轮轮，并并广广泛泛用用于于制制造造车车床床主主轴轴等等机床耐磨件。机床耐磨件。性能性能4545锻钢（正火）锻钢（正火）珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁（正火）
25、（正火）抗拉强度抗拉强度b bMPa MPa 690690815815屈服强度屈服强度0.20.2MPa MPa 410410640640屈强比屈强比0.20.2/b b0.590.590.7850.785伸长率伸长率(%)(%)26263 3疲劳强度（带缺口试疲劳强度（带缺口试样）样）-1-1 MPaMPa 150150155155硬度硬度HBSHBS229229299321299321表表1.4.61.4.6珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁和4545力学性能比较力学性能比较 贝氏体球墨铸铁贝氏体球墨铸铁 具有强度、塑性、韧性都很高的综合力具有强度、塑性、韧性都很高的综合力学性能。开发于学性能
26、。开发于2020世纪世纪7070年代后期的奥贝球铁年代后期的奥贝球铁抗拉强度高达抗拉强度高达9009001400MPa1400MPa，明显优于珠光体，明显优于珠光体球铁，并具有一定的伸长率。如适当降低抗拉球铁，并具有一定的伸长率。如适当降低抗拉强度，伸长率可高达强度，伸长率可高达10%10%以上，尤其是具有高以上，尤其是具有高的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，可制造承受的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，可制造承受重载荷的齿轮、大功率内燃机的曲轴、连杆、重载荷的齿轮、大功率内燃机的曲轴、连杆、凸轮轴等。因而被看作凸轮轴等。因而被看作2020世纪世纪7070年代以来铸造年代以来铸造领域的重大成就。领域的重
27、大成就。4）球墨铸铁的生产（1 1）优质铁液优质铁液 （2 2）球化处理球化处理 （3 3）孕育处理孕育处理 优质铁液 球球铁铁所所用用铁铁液液的的成成分分特特点点是是：在在高高碳碳当当量量前前提提下下，保保证证高高碳碳、低低硅硅的的原原则则，此此外外还还要要低低锰锰、少少磷磷、硫硫。高高碳碳（3.6%3.6%4%4%）可可提提高高铁铁液液的的流流动动性性和和球球化化效效果果；硅硅和和锰锰降降低低铸铸铁铁韧韧性性（固固溶溶强强化化）；磷磷增增加加冷冷脆脆性性；因因此此，低低硅硅（2.2%2.2%2.8%2.8%）、低低锰锰（0.4%0.4%0.6%0.6%）、低低磷磷（0.1%0.1%）可可提
28、提高高球球铁铁塑塑性性和和韧韧性性。硫硫与与球球化化剂剂亲亲和和力力强强，生生成成的的硫硫化化物物不不仅仅消消耗耗球球化化剂剂，还还会会产产生生球球化化衰衰退退和和皮皮下下气气孔孔，因此要求硫越低越好（因此要求硫越低越好（0.06%0.06%）。）。球化处理 指指向铁液向铁液中加入中加入球化剂，球化剂，促使石促使石墨成球墨成球状的过状的过程。程。孕育处理 孕育处理孕育处理的目的是促进的目的是促进石墨化，消除石墨化，消除白口倾向，使白口倾向，使石墨细化、圆石墨细化、圆整，提高球铁整，提高球铁力学性能。力学性能。（1）球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围）球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围 由于球墨铸铁
29、共晶凝固时石墨由于球墨铸铁共晶凝固时石墨-奥氏体两相的生长特点，奥氏体两相的生长特点，使球墨铸铁的共晶团生长到一定程度后，其生长速度即明使球墨铸铁的共晶团生长到一定程度后，其生长速度即明显减慢显减慢(在球墨铸铁共晶转变开始时，石墨首先在铁液中形在球墨铸铁共晶转变开始时，石墨首先在铁液中形核并长大，石墨的析出使其周围的铁液贫碳，造成了有利核并长大，石墨的析出使其周围的铁液贫碳，造成了有利于奥氏体析出的浓度条件，奥氏体在石墨周围析出并将石于奥氏体析出的浓度条件，奥氏体在石墨周围析出并将石墨包围。此后碳通过奥氏体向石墨球扩散，石墨和奥氏体墨包围。此后碳通过奥氏体向石墨球扩散，石墨和奥氏体一起长大。此
30、时石墨的长大受碳在奥氏体内扩散速度的限一起长大。此时石墨的长大受碳在奥氏体内扩散速度的限制制,石墨球在长大后期被奥氏体壳包围，其长大需要通过碳石墨球在长大后期被奥氏体壳包围，其长大需要通过碳原子的扩散进行，因而凝固过程进行较慢原子的扩散进行，因而凝固过程进行较慢)，或基本不生长。或基本不生长。此时共晶凝固的进行要借助于温度进一步降低来获得动力，此时共晶凝固的进行要借助于温度进一步降低来获得动力，产生新的晶核。因此，共晶转变需要在一个大的温度区间产生新的晶核。因此，共晶转变需要在一个大的温度区间内才能完成。据测定，通常，球墨铸铁的共晶凝固温度范内才能完成。据测定，通常，球墨铸铁的共晶凝固温度范围
31、是围是灰铸铁的一倍灰铸铁的一倍以上。以上。5)铸造性能铸造性能（2）球墨铸铁的糊状凝固特性）球墨铸铁的糊状凝固特性 由于球墨铸铁的共晶凝固温度范围较灰铸铁宽，从而使得铸件凝固时，在温度在温度梯度相同的情况下，球墨铸铁的液梯度相同的情况下，球墨铸铁的液固两固两相区宽度比灰铸铁大的多，这种大范围液相区宽度比灰铸铁大的多，这种大范围液固两相区，使球墨铸铁件表现出具有较固两相区，使球墨铸铁件表现出具有较强的糊状凝固性。强的糊状凝固性。此外，大的共晶凝固范围，也使得球墨铸铁的凝固时间比灰铸铁及其它合金要长。(1)(1)球球墨墨铸铸铁铁的的流流动动性性比比灰灰铸铸铁铁差差：球球化化、孕孕育育-铁铁水水温温
32、度度下下降降，-浇浇注温度要高，浇口尺寸要大；注温度要高，浇口尺寸要大；(2)(2)球铁铸件收缩大：球铁铸件收缩大：易产生缩孔、缩松易产生缩孔、缩松冒口冷铁、顺序凝固；冒口冷铁、顺序凝固；（3 3）球状石墨：）球状石墨：会胀型会胀型提高铸型刚度；提高铸型刚度；（4 4）易易夹夹渣渣（MgS,MgOMgS,MgO）和和皮皮下下气气孔孔半半封封闭闭式式（外外浇浇口口内内浇浇口口大大中中间间小小），滤渣网，集渣包：，滤渣网，集渣包：图图1.4.6 两种铸铁件结晶示意两种铸铁件结晶示意6)热处理（略）钢常用的热处理方法球墨铸铁也常用：钢常用的热处理方法球墨铸铁也常用：退火退火 目的是使渗碳体分解获得铁
33、素体基体。主目的是使渗碳体分解获得铁素体基体。主要用于要用于QT400-18QT400-18和和QT450-10QT450-10的生产。的生产。正火正火 目的是获得珠光体基体。主要用于珠光体目的是获得珠光体基体。主要用于珠光体球墨铸铁件（球墨铸铁件（QT600-3QT600-3，QT700QT700-2，QT800-2QT800-2）。调质调质 得到回火索氏体基体。调质为获得比正火更得到回火索氏体基体。调质为获得比正火更高的综合力学性能，用于某些要求较高或截面较高的综合力学性能，用于某些要求较高或截面较大的球墨铸铁件（大的球墨铸铁件（QT800-2QT800-2），如大型船用柴油机），如大型船
34、用柴油机曲轴、连杆等。曲轴、连杆等。等温淬火等温淬火 可获得贝氏体基体，具有高强度或超高强度可获得贝氏体基体，具有高强度或超高强度以及较好的塑性和韧性，主要用于以及较好的塑性和韧性，主要用于QT900-2QT900-2的生产。的生产。(3)蠕墨铸铁 1 1）组织特征）组织特征 蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的组织由钢的基体和组织由钢的基体和蠕虫状的石墨组成。蠕虫状的石墨组成。石墨短而厚，石墨短而厚，头部较圆，形似蠕头部较圆，形似蠕虫，如图虫，如图1.4.71.4.7所所示。示。图图1.4.71.4.7蠕墨铸铁的石墨形式蠕墨铸铁的石墨形式 2)2)性能特点性能特点 蠕墨铸铁的性能：强度、塑性、韧性优于灰铸铁
35、，接近于蠕墨铸铁的性能：强度、塑性、韧性优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁。铁素体球墨铸铁。壁厚敏感性比灰铸铁小得多，厚大截面上的力学性能均匀。壁厚敏感性比灰铸铁小得多，厚大截面上的力学性能均匀。（孕育处理）（孕育处理）突出的优点是屈强比在铸造合金中最高（突出的优点是屈强比在铸造合金中最高（0.720.720.820.82）。导热性，铸造性，切削加工性优于球墨铸铁接近灰铸铁。导热性，铸造性，切削加工性优于球墨铸铁接近灰铸铁。耐磨性优于高磷耐磨铸铁，与磷铜钛耐磨铸铁相近。耐磨性优于高磷耐磨铸铁，与磷铜钛耐磨铸铁相近。3)3)牌号及应用牌号及应用 蠕墨铸铁的牌号和力学性能见蠕墨铸铁的牌号和力学性能见
36、表表1.4.71.4.7，其中，其中“RuT”“RuT”为为“蠕铁蠕铁”汉语拼音字头，后面数字为最小抗拉强度值。汉语拼音字头，后面数字为最小抗拉强度值。表表1.4.7 1.4.7 蠕墨铸铁的牌号、力学性能和用途蠕墨铸铁的牌号、力学性能和用途 牌牌号号力学性能力学性能用途举例用途举例b/MPa0.2/MPa.%HBS不小于不小于RuT2602601953121197增增压压器器进进气气壳壳体体，汽汽车车底盘零件等底盘零件等RuT3003002401.5140217排气管，变速箱体，气排气管，变速箱体，气缸盖，液压件，纺织机缸盖，液压件，纺织机零件，钢锭模等。零件，钢锭模等。RuT34034027
37、01.0170249重重型型机机床床件件大大型型齿齿轮轮箱箱体体、盖盖、座座，飞飞轮轮，起起重机卷筒等重机卷筒等RuT3803803000.75193274活塞环，气缸套，制动活塞环，气缸套，制动盘，钢珠研磨盘，吸淤盘，钢珠研磨盘，吸淤泵体等。泵体等。RuT4204203350.75200280 3 3）蠕墨铸铁生产蠕墨铸铁生产 蠕墨铸铁的成分和球墨铸铁基本相似。蠕墨铸铁的成分和球墨铸铁基本相似。蠕蠕化化处处理理与与球球化化处处理理相相似似，利利用用蠕蠕化化剂剂，使使石石墨墨变变成成非球非片的蠕虫状。蠕化处理后，需进行非球非片的蠕虫状。蠕化处理后，需进行孕育处理孕育处理。4)4)铸造性能铸造性
38、能 蠕蠕墨墨铸铸铁铁碳碳当当量量接接近近共共晶晶点点，蠕蠕化化剂剂又又使使铁铁水水得得以以净净化化，具具有有良良好好的的流流动动性性。蠕蠕墨墨铸铸铁铁的的收收缩缩与与蠕蠕化化率率有有关关，蠕化率较低接近球墨铸铁，反之接近于灰铸铁。蠕化率较低接近球墨铸铁，反之接近于灰铸铁。因因而而，要要获获得得无无缩缩孔孔、缩缩松松的的致致密密铸铸件件比比球球墨墨铸铸铁铁容容易，但比灰铸铁稍难些易，但比灰铸铁稍难些。(4)可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火得可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火得到的一种强韧铸铁。到的一种强韧铸铁。1 1）组织特征组织特征 2 2）性能特点性能特点 3 3）牌号及应用牌号及应
39、用 4 4）可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产5 5）缩短石墨化退火时间新工艺缩短石墨化退火时间新工艺 组织特征 a)a)黑心铁素体可锻铸铁黑心铁素体可锻铸铁 b)b)珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 图图1.4.81.4.8可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 性能特点 由于团絮状石墨对基体破坏作用大为减弱，由于团絮状石墨对基体破坏作用大为减弱，因而可锻铸铁强度因而可锻铸铁强度（珠光体珠光体-可高达可高达700MPa700MPa接近球铁接近球铁）、塑性、韧性塑性、韧性（铁素体铁素体-延伸率可达延伸率可达12%）比灰铸铁明显提比灰铸铁明显提高。高。铁素体可锻铸铁具有一定的强度和较高的铁素体可锻铸铁具有一
40、定的强度和较高的塑性、韧性，常用于制造承受振动、冲击及扭塑性、韧性，常用于制造承受振动、冲击及扭转载荷的零件。转载荷的零件。珠光体可锻铸铁强度、硬度高，常用于制珠光体可锻铸铁强度、硬度高，常用于制造一些耐磨件。造一些耐磨件。牌号及应用 可可锻锻铸铸铁铁的的牌牌号号、性性能能及及用用途途见见表表1.4.81.4.8，其其中中 “KTH“KTH”代代表表黑黑心心可可锻锻铸铸铁铁，“KTZ“KTZ”代代表表珠珠光光体体可可锻锻铸铸铁铁，符符号号后后面面两两组组数数字字分分别别表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度和和伸伸长率数值。长率数值。可可锻锻铸铸铁铁主主要要用用来来制制造造一一些些形形状状复复杂杂而
41、而又又受受振振动动的的薄壁小型铸件。薄壁小型铸件。近近年年来来，球球墨墨铸铸铁铁的的发发展展，许许多多可可锻锻铸铸铁铁铸铸件件已已被被球墨铸铁所取代。球墨铸铁所取代。可可锻锻铸铸铁铁生生产产退退火火时时间间正正在在缩缩短短，所所以以仍仍有有不不少少工工厂生产可锻铸铁，尤其是铁素体可锻铸铁厂生产可锻铸铁，尤其是铁素体可锻铸铁.种种类类牌牌号号试样试样直径直径mm力学性能力学性能用途举例用途举例b/Mpa0.2/Mpa/%HBS不小于不小于黑黑心心可可锻锻铸铸铁铁KTH300-0612或或153006150弯弯头头、三三通通管管件件，中中低低压压阀门等阀门等KTH330-083308扳手，犁刀，车
42、轮壳等。扳手，犁刀，车轮壳等。KTH350-1035020010汽汽车车、拖拖拉拉机机前前后后轮轮壳壳、减减速速器器壳壳、转转向向节节壳壳、制制动器及铁道零件等动器及铁道零件等KTH370-1237012珠珠光光体体可可锻锻铸铸铁铁KTZ450-0612或或154502706150200载载荷荷较较高高的的耐耐磨磨损损零零件件，如如曲曲轴轴、凸凸轮轮轴轴，连连杆杆、齿齿轮轮、活活塞塞环环、轴轴套套、耙耙片片、万万向向接接头头、棘棘轮轮，扳扳手，传动链条等。手，传动链条等。KTZ550-045503404180250KTZ650-026504302210260KTZ700-02700530224
43、0290表表1.4.8 1.4.8 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号性能及用途黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号性能及用途可锻铸铁的生产 图图1.4.81.4.8可锻铸铁石墨化可锻铸铁石墨化 缩短石墨化退火时间新工艺 退火时间长成为制约可锻铸铁发展的主要问题。近退火时间长成为制约可锻铸铁发展的主要问题。近年来，生产中创造不少缩短退火周期的新工艺，其中对年来，生产中创造不少缩短退火周期的新工艺，其中对铁液进行复合孕育处理，应用最广。铁液进行复合孕育处理，应用最广。复合孕育剂中一种元素是在铸件凝固时阻碍石墨化，复合孕育剂中一种元素是在铸件凝固时阻碍石墨化，保证得到全白口组织，保证得到全白口组织，
44、而另一种元素对退火时的石墨化而另一种元素对退火时的石墨化没有阻碍作用，从而缩短退火时间。没有阻碍作用，从而缩短退火时间。目前，广泛采用硼目前，广泛采用硼-铋、铋铋、铋-铝孕育、硅铝孕育、硅-铋孕育以及稀土铋孕育以及稀土-铋复合孕育处理等铋复合孕育处理等方法。方法。例如用硼例如用硼-铋孕育处理工艺生产汽车后桥壳的退火时铋孕育处理工艺生产汽车后桥壳的退火时间已经缩短到间已经缩短到20h20h左右左右（原来可达（原来可达70h70h），效果十分显著，效果十分显著 。(5)特殊性能铸铁（简介）普通铸铁中加入一定量的合金元素，可赋予铸铁某些特殊性能，如优良的耐磨、耐热、耐蚀等性能。特殊性能铸铁又称为合金
45、铸铁。1 1）耐热铸铁耐热铸铁 2 2）耐蚀铸铁耐蚀铸铁 3 3）耐磨铸铁耐磨铸铁 抗磨白口铸铁 加加入入CrCr、MoMo、V V等等促促进进白白口口化化元元素素及及增增加加铸铸件件冷冷却却速速度度，可可以以使使铸铸件件获获得得由由珠珠光光体体、渗渗碳碳体体和和碳碳化化物物组组成成的的白口组织白口组织，这种组织具有高硬度和高耐磨性。，这种组织具有高硬度和高耐磨性。例例如如，CrCr的的质质量量分分数数大大于于1212的的高高铬铬白白口口铸铸铁铁，经经热热处处理理后后基基体体可可为为高高强强度度的的马马氏氏体体；再再加加上上高高硬硬度度的的铬铬碳化合物的存在，因而具有优异的抗磨损性能。碳化合物
46、的存在，因而具有优异的抗磨损性能。广广泛泛应应用用于于制制造造犁犁铧铧、杂杂质质泵泵叶叶轮轮、泵泵体体、各各种种磨磨煤煤机机、矿矿石石破破碎碎机机、水水泥泥球球磨磨机机、抛抛丸丸机机的的衬衬板板、磨磨球球、叶片等零件。叶片等零件。冷硬铸铁(激冷铸铁)冷硬铸铁是一种加入少量冷硬铸铁是一种加入少量B B、CrCr、MoMo等元等元素的低合金铸铁经素的低合金铸铁经表面激冷表面激冷处理获得的，其表处理获得的，其表面有一定深度的白口层，而心部仍为正常铸铁面有一定深度的白口层，而心部仍为正常铸铁组织。组织。如如冶金轧辊、发动机凸轮、气摇臂及挺杆冶金轧辊、发动机凸轮、气摇臂及挺杆等零件等零件，要求表面应具有
47、高硬度和耐磨性而心，要求表面应具有高硬度和耐磨性而心部应具有一定的韧度的零件，就可以采用冷硬部应具有一定的韧度的零件，就可以采用冷硬铸铁制造。铸铁制造。1.4.2铸钢件生产1.1.铸钢的分类及牌号铸钢的分类及牌号（1 1）铸造非合金钢）铸造非合金钢（2 2）铸造低合金钢）铸造低合金钢（3 3）铸造合金钢）铸造合金钢2.2.铸钢的铸造性能铸钢的铸造性能 及铸造工艺特点及铸造工艺特点3.3.铸钢的熔炼铸钢的熔炼 铸钢比铸铁铸钢比铸铁强度高强度高，韧性好韧性好，适于，适于制造承受重载荷的重制造承受重载荷的重要零件要零件，但，但铸造性能差铸造性能差、生产成本高生产成本高，其应用不如铸铁广泛。，其应用不
48、如铸铁广泛。近年来，近年来，炉外精炼技术可提高钢液的纯净度和钢的强度，控炉外精炼技术可提高钢液的纯净度和钢的强度，控制铸钢的结晶过程，改善铸态组织。合金铸钢的应用日益增制铸钢的结晶过程，改善铸态组织。合金铸钢的应用日益增多，形成铸铁和铸钢在应用方面的互为补充。多，形成铸铁和铸钢在应用方面的互为补充。铸造非合金钢在铸钢中约占铸钢总产量的铸造非合金钢在铸钢中约占铸钢总产量的7070以上。以上。铸钢牌号中铸钢牌号中“ZG”“ZG”表示铸钢，后面两组数字分别表示屈服表示铸钢，后面两组数字分别表示屈服点和抗拉强度值。点和抗拉强度值。表表1.4.91.4.9为铸钢的牌号、化学成分、力学为铸钢的牌号、化学成
49、分、力学性能及用途。性能及用途。其中，中碳钢其中，中碳钢0.25%w0.25%wc c0.60%0.60%（ZG230ZG230450450至至ZG310ZG310570570）应用最多应用最多。1.1.铸钢的分类及牌号铸钢的分类及牌号（1 1）铸造非合金钢）铸造非合金钢（碳素结构钢）（碳素结构钢）根据化学成分分，铸钢可分为铸造非合金钢、铸造低根据化学成分分，铸钢可分为铸造非合金钢、铸造低合金钢和合金钢。其中合金钢和合金钢。其中ASTMASTM中铸造非合金钢和铸造低合金中铸造非合金钢和铸造低合金钢表示方法如钢表示方法如表表1.4.3B1.4.3B所示。所示。名称名称牌号组成牌号组成说明说明铸铸
50、钢钢1.非合金钢非合金钢和合金钢和合金钢1.数数字字序序号号+字字母母代代号号，例例1Q、4QA、15N2.最低抗拉强度值最低抗拉强度值A退退火火，Q淬淬火火加加回回火火，N正正火火加加回回火火，QA淬火加回火后强度较高状态淬火加回火后强度较高状态单位：单位：1000PSi2.高高强强度度铸铸钢钢最最低低抗抗拉拉强强度度值值屈屈服服强强度度值例：值例：90-60表示单位均为：表示单位均为：1000PSi3.奥奥氏氏体体铸铸钢钢字母字母(B或或C)数字序号数字序号第一组数：最低抗拉强度值第一组数：最低抗拉强度值(1000PSi)第二组数：最低屈服强度值第二组数：最低屈服强度值(1000PSi)第