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1、第七章铸铁本讲稿第一页，共三十六页l例如，机床床身、例如，机床床身、内燃机的汽缸体、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造可用铸铁制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内内燃燃机机汽汽缸缸本讲稿第二页，共三十六页铸铁的分类铸铁的分类n按碳的存在形式分按碳的存在形式分白口铸铁：碳全部或大部分以渗碳体形式存在灰 铸 铁：碳大部分或全部以游离的石墨形式存在麻口铸铁：碳以渗碳体形式存在，又以游离形式存在n按石墨的形态分类按石墨的形态分类普通灰铸铁：石墨呈片状 可锻铸铁：石墨团絮状球墨铸铁：石墨呈球状 儒墨铸铁：石墨呈蠕虫状n按化学成分分类按化学成分分类普通铸铁：即仅含有常
2、规元素的铸铁普通铸铁：即仅含有常规元素的铸铁合金铸铁：在普通铸铁中加入一定量合金元素的铸铁合金铸铁：在普通铸铁中加入一定量合金元素的铸铁本讲稿第三页，共三十六页l一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程l1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C 和和 Fe-G Fe-G(石石墨墨)双重相图双重相图lFeFe3 3C C是亚稳相，在一定条是亚稳相，在一定条件下将发生分解：件下将发生分解：FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（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第一节第一节 概述概述本讲稿第四页，共三十六页l石墨是碳的单质之一，其强度、石墨是碳的单质之一，其强度、塑性
3、、韧性几乎为零。塑性、韧性几乎为零。l铸铸铁铁中中的的碳碳除除少少量量固固溶溶于于基基体体中外中外,主要以化合态的渗主要以化合态的渗 碳体碳体(Fe3C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)两种形式存在。两种形式存在。石墨的结构石墨的结构共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体灰铸铁基体灰铸铁本讲稿第五页，共三十六页存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图：Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-GFe-G双重相图双重相图L+GL+Fe3C本讲稿第六页，共三十六页l2 2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程l铸铁中的碳原子析出形成石墨的过铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为程称为石墨化。石墨化。l铸铁中的石墨
4、可以在结晶过程中直铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出接析出,也可以由渗碳体加热时分解也可以由渗碳体加热时分解得到。得到。本讲稿第八页，共三十六页l石墨化分两个阶段：石墨化分两个阶段：l在在PSKPSK线以上发生的线以上发生的石墨化称为石墨化称为第一阶段石墨第一阶段石墨化。化。l包括结晶时一次石墨、二包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出次石墨、共晶石墨的析出和加热时和加热时一次渗碳体、二一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体次渗碳体及共晶渗碳体的分解的分解.P本讲稿第九页，共三十六页l在在PSKPSK线以下发线以下发生的石墨化为生的石墨化为第二阶第二阶段石墨化。包括冷段石墨化。包括冷却时共
5、析石墨的析却时共析石墨的析出和加热时共析渗出和加热时共析渗碳体的分解。碳体的分解。l石墨化程度不同，所石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组得到的铸铁类型和组织也不同。织也不同。P本讲稿第十一页，共三十六页铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组织铸铁的显微组织 铸铁类型铸铁类型 第一阶段第一阶段石墨化石墨化 第二阶段第二阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行F+GF+G灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+GF+P+G未进行未进行P+GP+G部分进行部分进行未进行未进行LeL
6、e+P+G+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行LeLe白口铸铁白口铸铁本讲稿第十二页，共三十六页l3 3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素l 化学成分的影响化学成分的影响 l碳碳和和硅硅是强烈促进石墨化的元素。是强烈促进石墨化的元素。l碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。能变差。l碳、硅含量过高碳、硅含量过高,会使石墨数量多且会使石墨数量多且粗大，基体内铁素粗大，基体内铁素体量增多，降低铸体量增多，降低铸件的性能件的性能.SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳
7、、硅含量对铸铁石墨化的影响本讲稿第十三页，共三十六页l碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C2.54.0%C，1.03.0%Si1.03.0%Si。lAlAl、CuCu、NiNi、CoCo等元素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。lS S、MnMn、CrCr、W W、MoMo、V V等元素阻碍石墨化。等元素阻碍石墨化。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化,但但其含量高时易在晶界上其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，形成硬而脆的磷共晶，从而降低铸铁的强度。从而降低铸铁的强度。本讲稿第十四页，共三十六页l 冷却速度的影响冷却速度的影响l铸铸
8、件件冷冷却却缓缓慢慢，有有利利于于碳碳原原子子的的充充分分扩扩散散，结结晶晶将将按按Fe-GFe-G相图进行，因而促进石墨化。相图进行，因而促进石墨化。l快冷时由于过冷度大，结晶将按快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe Fe-Fe3 3C C相图进行相图进行,不利于石墨化。不利于石墨化。本讲稿第十五页，共三十六页二、二、铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类l工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。l1 1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点l钢的基体钢的基体+G+G（石墨）（石墨）l基体组织有基体组织有铁素体、珠光体铁素体、珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种三种。F
9、+GF+P+GP+G本讲稿第十六页，共三十六页l 耐磨性能好耐磨性能好 石墨本身有润滑作用。石墨本身有润滑作用。l 消振性能好消振性能好 石墨可以吸收振动能量。石墨可以吸收振动能量。l 铸造性能好铸造性能好 铸铁硅含量高铸铁硅含量高,成分接近于共晶。成分接近于共晶。l 切削性能好切削性能好 石墨使车屑容易脆断，不粘刀。石墨使车屑容易脆断，不粘刀。l2 2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点l 力学性能低力学性能低 石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。坏了基体的连续性，且易导致应力集中。本讲稿第十七页，共三十六页3 3、铸铁的分类与
10、牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号牌号 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状F FHT+HT+一组数字一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值，单单位位MPaMPa。“HTHT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100HT100F+PF+PHT150HT150P PHT200HT200 可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团絮絮状状F FKTH+KTH+两组数字两组数字KTB+KTB+两组数字两组数字KTZ+KTZ+两组数字两组数字KTH300-06KTH300-06表表F F心心P PKTB350-KTB350
11、-0404P PKTZ450-06KTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别分别为黑心、白心、珠光体可为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；锻铸铁代号；第一组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最；第二组数字表示最低伸长率值，低伸长率值，%本讲稿第十八页，共三十六页铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号牌号 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状F FQT+QT+两组数字两组数字 第第一一组组数数字字表表示示最最低低抗抗拉强度值，拉强度值，MPaMPa；第第二二组组数数字字表表示示最最低低
12、伸伸长长率值，率值，%。“QTQT”表表示示 球球墨墨铸铸铁铁代代号号QT400-15QT400-15F+PF+PQT600-3QT600-3P PQT700-2QT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状F FRuT+RuT+一组数字一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值,MPa,MPa。“RuTRuT”表表示示蠕蠕墨墨铸铸铁铁代代号号 RuT260RuT260F+PF+PRuT300RuT300P PRuT420RuT420本讲稿第十九页，共三十六页第二节第二节 常用铸铁常用铸铁l一、灰铸铁一、灰铸铁l灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸灰铸铁是指石墨呈片状分
13、布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的铁总产量的80%80%以上。以上。l1 1、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，基体组织有形成的，基体组织有铁素体铁素体、珠光体珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。本讲稿第二十一页，共三十六页灰铸铁灰铸铁 的显微的显微组组 织织 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本讲稿第二十二页，共三十六页l常常对对灰灰铸铸铁铁进进行行孕孕育育处处理理，以以细细化化片片状状石石墨。墨。l常用的孕育
14、剂有硅铁和硅钙合金。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经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙本讲稿第二十三页，共三十六页l2 2、热处理、热处理l热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。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灰铸铁强度只有碳钢的3050%3050%，热处理强化，热处理强化效果不大。效果不大。l灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：l 消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)l 消除白口组织退火消除白口组织退火 l 表面淬火表面淬火 本讲稿第二十四页，共三十六页
15、l3 3、用途、用途l制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件,如如机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体体、泵体、缸体。本讲稿第二十五页，共三十六页l二、可锻铸铁二、可锻铸铁l石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。l1 1、组织：、组织：基体基体(F(F、P)P)团絮状团絮状G Gl铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁。l2 2、性能：、性能：强度为碳钢的强度为碳钢的000%0%，接近于铸，接近于铸钢。钢。本讲稿第二十六页，共三十六页 可锻铸铁的显微组织可锻
16、铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 本讲稿第二十七页，共三十六页l3 3、用途、用途l用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车汽车、拖拉机的前后轮壳拖拉机的前后轮壳、管接头管接头、低压阀门低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件本讲稿第二十八页，共三十六页l三、三、球墨铸铁球墨铸铁l石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.l1 1、组织：、组织：基体（基体（F F、F+PF+P、P P）+球状球状G Gl球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态
17、铁水经球化处理得到的。l球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均匀，在为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。球化处理同时还进行孕育处理。l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。本讲稿第二十九页，共三十六页球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 铁铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁 珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 本讲稿第三十页，共三十六页l2 2、性能与热处理、性能与热处理l强度是碳钢的强度是碳钢的7090%7090
18、%。球墨铸铁的突出特点是屈强。球墨铸铁的突出特点是屈强比比(0.20.2/b b)高高,约为约为0.70.8,0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.50.30.5。l球墨铸铁可进行各种热处理球墨铸铁可进行各种热处理,如退火、正火、淬火加回如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。火、等温淬火等。本讲稿第三十一页，共三十六页l球墨铸铁的热处理特点：球墨铸铁的热处理特点：l 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高;l 淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高;l 奥氏体中碳含量可控。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
19、铸铸铁铁本讲稿第三十二页，共三十六页l3 3、用途、用途l承受震动、载荷大的零件，如承受震动、载荷大的零件，如曲轴曲轴、传动传动齿轮齿轮等。等。铸铁曲轴铸铁曲轴本讲稿第三十三页，共三十六页l四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁l蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是2020世纪世纪6060年代发展起年代发展起来的一种新型铸铁来的一种新型铸铁.l蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的理和孕育处理得到的.l蠕化剂为稀土硅铁镁合金、蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F F、F+PF+P、P P）+蠕虫状蠕虫状G G 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨本讲稿第三十四页，共三十六页蠕墨铸铁的显微组蠕墨铸铁的显微组织织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体本讲稿第三十五页，共三十六页l蠕墨铸铁的强度、塑性和蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。球墨铸铁之间。灰灰铸铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁本讲稿第三十六页，共三十六页