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1、第十二章 铸铁1 铸铁概述u铸铁的概念铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%4.0%)铁碳合金（含Si、Mn、S、P等元素）u铸铁的特点：铸铁的特点：历史上使用较早最便宜的金属材料之一铸造性能极好，且只能用铸造成形生产成本低，工艺简单，减震性耐磨性好，切削加工性好应用广主要用于制造各种机器零件u铸铁的分类铸铁的分类按的碳存在形式按化学成分白口铸铁：碳以Fe3C存在，无石墨，断口白亮灰口铸铁：碳主要为石墨，断口暗灰色麻口铸铁：碳以渗碳、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间普通铸铁合金铸铁（特殊性能铸铁）铸铁的石墨化铸铁的石墨化石墨化的概念：石墨化的概念：铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称
2、为石墨化C的存在形式的存在形式铸铁铸铁固溶在F、A中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）石墨的晶体结构 石墨的性能石墨的性能HBS 35 b20MPa 0 ak 0 石墨对铸铁性能的影响石墨对铸铁性能的影响G G 分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢 耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能(熔点 流动性 收缩率)Fe-Fe3C相图和FeG相图石墨化的过程：石墨化的过程：第一阶段：过共晶铸铁 LG共晶、亚共晶铸铁 LCAE+G第二阶段：AG第三阶段：ASFP+G铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁7387381154738共晶石墨一次石墨二次石墨1154共析石墨影响石墨化
3、的主要因素：影响石墨化的主要因素：l成分成分促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等）阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）l工艺工艺(1)冷却速度：快速冷却按Fe-Fe3C相图转变缓慢冷却按FeG相图转变，石墨化充分(2)温度：高温长时间保温有利于石墨化 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 灰口铸铁类型与石墨形态灰口铸铁类型与石墨形态灰铸铁片状可锻铸铁团絮状球墨铸铁珠状（球状）蠕墨铸铁蠕虫状名称石墨化程度显微组织第一阶段第二阶段第三阶段灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行不进行F+GF+P+GP+G麻口铸铁部分进行部分进行不进行Le+P+G白口铸
4、铁不进行不进行不进行Le+P+Fe3CII铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织 u灰铸铁灰铸铁石墨成片状片状分布牌号：HT如HT100，表示 b100MPa（直径30mm）2 常用铸铁的特点与应用分类牌号显微组织基体粗片普通灰铸铁HT100F+少量P粗片HT150F+P较粗片HT200P中等片孕育铸铁HT250细P较细片HT300S 或 T细片HT350HT400灰铸铁成分：成分：WC=2.5%4.0%，WSi=1.0%3.0%，WMn=0.5%1.3%，WS0.15%，WP0.3%普通铸铁性能：普通铸铁性能：孕育孕育铸铁性能铸铁性能浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂，使P细化、G
5、细而均匀、壁厚敏感性小，强度、塑韧性明显提高 b 、（）（力学性能差）缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用，表面粗糙对疲劳极限的影响不明显消震性好（是钢的十倍）G 组织松软，对振动的传递起削弱作用铸造性好 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小、降低了内应力切削加工性好 G 使切屑易断，还可润滑刀具。灰铸铁热处理热处理不能改变石墨的形态 去应力退火 500550，防止机加工、使用时变形或开裂。高温退火 850950,表面、薄壁等白口处Fe3C G,硬度,切削加工性表面淬火 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。应用应用 如，机床床身、导轨，汽缸体等。水泵叶轮发动机飞轮可锻铸铁（玛钢）牌号牌号 如
6、 KT300-6，表示 b300，6。组织组织 钢基体+团絮状G分类牌号壁厚mmbMPa%硬度HBF基体KT300-6123006120163KT330-8123308120163KT350-101235010120163KT370-121237012120163P基体KTZ450-54505152219KTZ500-45004179241KTZ600-36003201269KTZ700-27002240270*试棒直径16mm可锻铸铁可锻铸铁 白口铸铁 经长时间石墨化退火（900960）使Fe3C G G分解铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁性能性能：强度、塑韧性优于HT，低于QT。铁素体可锻铸铁
7、：有一定的强度，塑性、韧性较好珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性（12%，有一定的塑性变形能力，但不能锻造）应用应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，（汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）可锻铸铁（玛钢）球墨铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 ：在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg）使G球化最理想状态 牌号牌号：如 QT700-2，表示 b700，2组织组织：钢基体(F、F+P、P、S回火、B下)+球状G性能性能：强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁 （球状G 对基体的割裂作用小）其综合机械性能接近于钢 缺点：消振性能低材 料 对称弯曲疲劳强度/MPa 光滑试样 光滑带孔试样 带
8、台肩试样 带孔、带台肩试样 球光体球墨铸铁 255 100%205 80%175 68%155 61%45号钢 305 100%225 74%195 64%155 51%退火 去应力退火，500 600。低温退火，720760，PG+F，塑韧性、切削加工性高温退火，900950，P,CmG+F，塑韧性、切削加工性 正火 F+PP ，细化组织，强度、耐磨性低温正火，840860，P+F+G，塑韧性较好。高温正火，880920，P+G+少量F，强度较高。调质 850900油淬+550600回火回火S+G 等温淬火 840900+300等温下B+G调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。
9、球墨铸铁热处理：热处理：牌号基体机械性能bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P8005602241-321 QT1200-1下B1200840130038HRC球墨铸铁球墨铸铁制造步骤1、严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量。2、铁液出炉温度比灰铸较铁更高，以补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失。3、进
10、行球化处理，即往铁液中添加球化剂。4、进行孕育处理。5、球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，多应用冒口，采用顺序凝固原则。6、进行热处理。应用：应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（替代部分铸钢、锻钢件）P球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等 F球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等球墨铸铁连杆管道接口 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号牌号 如 RuT420，表示 b420组织组织 钢基体+蠕虫状G性能性能 强度、塑韧性优于灰铸铁。应用应用 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等进气管排气管稀土硅铁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁
11、钙合金稀土硅铁钙合金牌号bMPa0.2MPa%硬度HB基体不小于RuT4204203350.75200280PRuT3803803000.75193274PRuT3403402701.0170249P+FRuT3003002401.5140217F+PRuT2602601953121197F蠕墨铸铁高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量 并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成一层致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致密的保护膜，减少各相间的电位差耐
12、磨合金铸铁：白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好）激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等合金铸铁铸铸 钢钢钢号 如 ZG25 钢，w(C)=0.25%。性能 强度和塑性、韧性高于铸铁，但铸造流动性能差，收缩率大。钢号化学成分,%机械性能CMnSisMPabMPa5%akkJ/m2ZG150.12-0.220.35-0.650.20-0.452004002540600ZG250.22-0.320.50-0.800.20-0.452404502032450ZG350.32-0.420.50-0.800.20-0.452805001625350ZG450.42-0.520.50-0.800.20-0.453
13、205801220300ZG550.52-0.620.50-0.800.20-0.453506501018200热处理热处理轧辊外壳 退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。组织组织 PF用途用途 形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等铸铸 钢钢.特殊性能铸铁在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。(1)耐磨铸铁在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的耐磨表面，其它部位
14、采用砂型。同时调整铁水的化学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而心部为灰口铸铁组织，有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产。为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常将铸铁的磷含量提高到0.4%0.6%(高磷铸铁），生成磷共晶（F+Fe3P,P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈断续网状的形态分布在珠光体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基础上，还可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、奥贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁。衬衬板板弯弯管管1 1、耐磨铸铁（加
15、铬）、耐磨铸铁（加铬）耐热铸铁在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。加入Al、Si、Cr等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，从而改善铸铁的耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。扇扇形形扩扩散散器器托托架架 耐蚀铸铁耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保护膜，或使基体电极电位升高，可以提高铸铁
16、的耐蚀性能。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁课堂练习灰口铸铁中C主要以（石墨）形式存在，可制造（床身、导轨）。可锻铸铁中G的形态为（团絮状），可制造（管接头、阀门）。球墨铸铁中G的形态为（球状），可制造（曲轴、连杆）。蠕墨铸铁中G的形态为（蠕虫状），可制造（热交换器）。影响石墨化的主要因素是（化学成分）和（冷却速度）。球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通灰口铸铁高，是因为（其球状G的应力集中效应小）。HT200牌号中“HT”表示（灰铸铁）,“200”表示（b200MPa）。灰口铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。