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1、第八章第八章 铸铁铸铁1 概述概述铸铁：以铸铁：以铁铁-碳碳-硅硅为主的多元铁基合为主的多元铁基合金。金。成份特点：成份特点：从铁碳合金相图可知：从铁碳合金相图可知：C2.11%的合金称为铸铁，一般铸铁的合金称为铸铁，一般铸铁的成分范围为：的成分范围为：C:2.54.0%Si:1.03.0%Mn:0.51.4%P:0.010.50%S:0.020.20%。C与与Si都是强烈石墨化元素。都是强烈石墨化元素。石墨的晶体结构 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 Fe3C是一个介稳定的相，石墨是稳定相。反映铁是一个介稳定的相，石墨是稳定相。反映铁-碳合金碳合金结晶过程和组织转变规律的状态图有两种：即结晶过程和组
2、织转变规律的状态图有两种：即Fe-Fe3C状状态图和态图和Fe-C状态图，研究铸铁时，通常把两者叠加在一起，状态图，研究铸铁时，通常把两者叠加在一起，得到铁碳合金双重状态图。得到铁碳合金双重状态图。实际生产中，铸铁既不完全按实际生产中，铸铁既不完全按Fe-Fe3C相图，也不完全按相图，也不完全按Fe-C相图结晶，所以铸铁的组织与性能具有多样性相图结晶，所以铸铁的组织与性能具有多样性L+GL+GL+Fe3C石墨化过程石墨化过程第一阶段石墨化第一阶段石墨化：凡是发生在：凡是发生在共析线温度以上共析线温度以上的石墨化。包的石墨化。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括结晶时一次石墨
3、、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。次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。第二阶段石墨化第二阶段石墨化：凡是发生在：凡是发生在共析线温度以下共析线温度以下的石墨化。包的石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。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 铸铁的显微组织 铸铁类型 第一阶段石墨化 第二阶段石墨化 完全进行完全进行F+G灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Le+P+G麻口铸铁未进行未进行
4、Le白口铸铁铸铁分类铸铁分类根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：1.1.白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁C C的存在形式：的存在形式：渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)，断口为白色。，断口为白色。性能：硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料。性能：硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料。2.2.灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁C C的存在形式：的存在形式：石墨石墨，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。灰铸铁是铸造性能最好，灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料应用最广泛
5、的铸铁材料。3.3.麻口铸铁麻口铸铁麻口铸铁麻口铸铁C C的存在形式：的存在形式：石墨石墨+渗碳体渗碳体，断口为黑白色。，断口为黑白色。性能：脆性大，很少使用。性能：脆性大，很少使用。铸铁的性能特点铸铁的性能特点1.力学性能低力学性能低石墨的力学性能很低石墨的力学性能很低，硬度仅为，硬度仅为HB35，抗拉强度为，抗拉强度为200MPa，延伸率接近零。延伸率接近零。石墨减小铸铁件的有效承载截面积石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生载时产生应力集中应力集中，形成脆性断裂。因此，铸铁的，形成脆性断裂。因此，铸铁的抗拉强度、塑抗拉强度、塑性和韧性要
6、比碳钢低。性和韧性要比碳钢低。铸铁的力学性能主要取决于铸铁铸铁的力学性能主要取决于铸铁基体组织基体组织以及以及石墨的数量、形状、石墨的数量、形状、大小及分布特点大小及分布特点。2.良好的良好的耐磨性耐磨性、高的、高的消振性消振性、低的缺口敏感性低的缺口敏感性、优良的切优良的切削加工性削加工性和和铸造性能铸造性能。铸铁的组织特点铸铁的组织特点：1.铸铁中的碳主要有如下三种分布形式：铸铁中的碳主要有如下三种分布形式：溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体；溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体；与与Fe生成化合物，如生成化合物，如Fe3C碳化物；碳化物；以游离的石墨形式
7、析出以游离的石墨形式析出。2.铸铁中的铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在碳主要是以石墨的形态存在，组织是由金属基体和，组织是由金属基体和石墨所组成的。石墨所组成的。3.铸铁的金属铸铁的金属基体基体有有F、F+P、P，经热处理后有马氏体、贝，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们氏体等组织，它们相当于钢的组织相当于钢的组织。4.铸铁中石墨的形态可分为四种：铸铁中石墨的形态可分为四种：片状石墨片状石墨、球状石墨球状石墨、蠕虫蠕虫状石墨状石墨、团絮状石墨团絮状石墨。灰口铸铁的种类灰口铸铁的种类根据石墨（根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：）在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁普通灰铸铁：石墨呈：石
8、墨呈片状片状可锻铸铁可锻铸铁：石墨呈：石墨呈团絮状团絮状球墨铸铁球墨铸铁：石墨呈：石墨呈球状球状蠕墨铸铁蠕墨铸铁：石墨呈：石墨呈蠕虫状蠕虫状普通灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁铸铁中石墨的形态铸铁中石墨的形态F+GF+P+GP+G球墨铸铁中不同的基体组织球墨铸铁中不同的基体组织铸铁的力学性能主要取决于铸铁铸铁的力学性能主要取决于铸铁基体组织基体组织以及以及石墨的数量、形状、大小及分布特点石墨的数量、形状、大小及分布特点。铸铁铸铁名称名称石墨石墨形形态态基体基体组织组织编编 号号 方方 法法牌号牌号实实例例灰灰铸铸铁铁片状片状FHT+一一组组数字数字表示数字数字表示最低抗拉最低抗拉强强度度值值，单
9、单位位MPa。“HT”表示灰表示灰铸铁铸铁代号。代号。HT100F+PHT150PHT200可可锻锻铸铁铸铁团团絮絮状状FKTH+两两组组数字数字KTH、KTB、KTZ分分别别为为黑心、白心、珠光体黑心、白心、珠光体可可锻铸铁锻铸铁代号；第一代号；第一组组数字表示数字表示最低抗拉最低抗拉强强度度，第二第二组组数字表示数字表示最低伸最低伸长长率率KTH300-06F+PKTB+两两组组数字数字KTB350-04PKTZ+两两组组数字数字KTZ450-06铸铁铸铁牌号表示方法牌号表示方法铸铁铸铁名称名称石墨石墨形形态态基体基体组织组织编编 号号 方方 法法牌号牌号实实例例球墨球墨铸铁铸铁球状球状F
10、QT+两两组组数字数字。第一第一组组数字表数字表示最低抗拉示最低抗拉强强度度值值；第二；第二组组数字数字表示最低伸表示最低伸长长率率值值。“QT”表示表示 球墨球墨铸铁铸铁代号代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨蠕墨铸铁铸铁蠕虫蠕虫状状FRuT+一一组组数字。数字表示最低数字。数字表示最低抗拉抗拉强强度度值值。“RuT”表示蠕墨表示蠕墨铸铸铁铁代号代号RuT260F+PRuT300PRuT4202 常用铸铁常用铸铁1灰铸铁：指石墨呈片状分布的灰口铸铁。由液态铁水缓慢灰铸铁：指石墨呈片状分布的灰口铸铁。由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，基体组织有铁素体、珠光冷却时
11、通过石墨化过程形成的，基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。其产量约占铸铁总产量的体和铁素体加珠光体三种。其产量约占铸铁总产量的80%以上。以上。性能：性能：抗压不抗拉；耐磨、消振性好；缺口敏感性低；铸铁石墨的细化强化铸铁石墨的细化强化孕育处理孕育处理孕孕育育处处理理就就是是在在铸铸铁铁浇浇注注前前向向铁铁液液中中加加入入孕孕育育剂剂促促进进外外来来晶晶核核的的形形成成或或激激发发自自身身晶晶核核的的产产生生，使使晶晶核核数数目目大大量量增增加加的的一一种处理工艺。种处理工艺。经经孕孕育育处处理理后后的的铸铸铁铁的的组组织织为为细细珠珠光光体体基基体体加加上上细细小小均均匀匀分分布的片
12、状石墨，这种铸铁又称为孕育铸铁。布的片状石墨，这种铸铁又称为孕育铸铁。生产上常用的孕育剂为生产上常用的孕育剂为硅铁硅铁（含（含75的硅）和的硅）和硅钙合金硅钙合金孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后热处理：只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理强化效热处理：只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：果不大。灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火(又称人工时效)；消除白口组织退火；表面淬火。用途用途 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。2可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁：石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨可锻铸铁：石墨呈团絮状的灰口
13、铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。名为可锻，实不可锻（化退火获得的。名为可锻，实不可锻（较灰铸铁有一定的韧较灰铸铁有一定的韧性性）。）。组织：基体组织：基体(F、P)团絮状团絮状G；铁素体基体可锻铸铁又称黑；铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。心可锻铸铁。性能：强度为碳钢的性能：强度为碳钢的40%70%，接近于铸钢。，接近于铸钢。用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。3球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球墨铸铁是在浇注前往铁水中加
14、入一定量的球化剂球化剂（Mg、稀、稀土）进行球化处理，并加入少量的土）进行球化处理，并加入少量的孕育剂孕育剂（硅铁或硅钙合金）（硅铁或硅钙合金）以促进石墨化，浇注后得到球状石墨的铸铁。以促进石墨化，浇注后得到球状石墨的铸铁。组织：由球状石墨和钢基体两部分组成。如果将铸件进行调组织：由球状石墨和钢基体两部分组成。如果将铸件进行调质或等温淬火，则基体组织可转变为回火索氏体或下贝氏体质或等温淬火，则基体组织可转变为回火索氏体或下贝氏体组织。组织。球墨铸铁与其它铸铁相比，抗拉强度高，屈服强度高。且由球墨铸铁与其它铸铁相比，抗拉强度高，屈服强度高。且由于石墨为球状使其疲劳强度与高（团絮状的次之，片状的最
15、于石墨为球状使其疲劳强度与高（团絮状的次之，片状的最低）。塑性与韧性虽低于钢，但却高于其它各类铸铁。低）。塑性与韧性虽低于钢，但却高于其它各类铸铁。球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某些合金钢及可锻铸球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某些合金钢及可锻铸铁等，用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较铁等，用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较高的零件；高的零件；如制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、如制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、缸套、活塞、受压阀门、机器底机床的主轴、蜗杆、蜗轮、缸套、活塞、受压阀门、机器底座等。座等。
16、4蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕化剂为稀铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。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。土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。组织：基体（组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G 蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。铸造性能、减振性、导热性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。铸造性能、减振性、导热性及切削加工性等均优于
17、球墨铸铁，及切削加工性等均优于球墨铸铁，由于蠕墨铸铁的综合性能好，组织致密，所以它主要应用在由于蠕墨铸铁的综合性能好，组织致密，所以它主要应用在一些经受热循环载荷的铸件（如钢锭模、玻璃模具、柴油机一些经受热循环载荷的铸件（如钢锭模、玻璃模具、柴油机缸盖、排气管、刹车件等）和组织致密零件（如一些液压阀缸盖、排气管、刹车件等）和组织致密零件（如一些液压阀的阀体、各种耐压泵的泵体等）。的阀体、各种耐压泵的泵体等）。5 5合金铸铁合金铸铁随着铸铁在现代工业中的广泛应用，对其性能的要求愈来愈随着铸铁在现代工业中的广泛应用，对其性能的要求愈来愈高，不仅要求具有更高的力学性能，有时还应具有某些特殊高，不仅要求具有更高的力学性能，有时还应具有某些特殊的性能如耐热性、耐蚀性及耐磨性等，为使其具有这些特殊的性能如耐热性、耐蚀性及耐磨性等，为使其具有这些特殊性能，向铸铁中加入合金元素，这种加入了合金元素的铸铁性能，向铸铁中加入合金元素，这种加入了合金元素的铸铁即合金铸铁，如：高强度合金铸铁，耐热合金铸铁、耐磨合即合金铸铁，如：高强度合金铸铁，耐热合金铸铁、耐磨合金铸铁、耐蚀合金铸铁等。金铸铁、耐蚀合金铸铁等。