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1、机械工程材料 -教材配套PPT课件第八章第八章 铸铸 铁铁第八章 铸铁n n铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%并含并含并含并含有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。的多元铁基合金。的多元铁基合金。的多元铁基合金。n n铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的
2、材料之一。而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的材料之一。n n一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程n n1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C 和和和和 Fe-G Fe-G(石石石石墨墨墨墨)双重相图双重相图双重相图双重相图n nFeFe3 3C C是亚稳相，在一定是亚稳相，在一定是亚稳相，在一定是亚稳相，在一定条件下将发生分解：条件下将发生分解：条件下将发生分解：条件下将发生分解：Fe Fe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨）（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 铸铁的分类与铸铁的石墨化存在两
3、个铁碳相图存在两个铁碳相图：Fe-Fe Fe-Fe3 3C C和和Fe-GFe-G双重相图双重相图L+GL+Fe3Cn n2 2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程n n铸铁中的碳原子析出形铸铁中的碳原子析出形铸铁中的碳原子析出形铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨成石墨的过程称为石墨成石墨的过程称为石墨成石墨的过程称为石墨化。化。化。化。n n铸铁中的石墨可以在结铸铁中的石墨可以在结铸铁中的石墨可以在结铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出晶过程中直接析出晶过程中直接析出晶过程中直接析出,也也也也可以由渗碳体加热时分可以由渗碳体加热时分可以由渗碳体加热时
4、分可以由渗碳体加热时分解得到。解得到。解得到。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n n3 3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素n n 化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响 n n碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳和硅是强烈促进石墨化的元素。n n碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差
5、。性能变差。性能变差。性能变差。n n 冷却速度的影响冷却速度的影响冷却速度的影响冷却速度的影响n n铸铸铸铸件件件件冷冷冷冷却却却却缓缓缓缓慢慢慢慢，有有有有利利利利于于于于碳碳碳碳原原原原子子子子的的的的充充充充分分分分扩扩扩扩散散散散，结结结结晶晶晶晶将按将按将按将按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。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-Fe3C相图进相图进行行,不利于石墨化不利于石墨化.二、铸铁的特点及分类n n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
6、。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。n n1 1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点n n钢的基体钢的基体钢的基体钢的基体+G+G（石墨）（石墨）（石墨）（石墨）n n基体组织有基体组织有基体组织有基体组织有铁素体、珠光体铁素体、珠光体铁素体、珠光体铁素体、珠光体和和和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种三种三种三种。F+GF+P+GP+Gn n 耐磨性能好。耐磨性能好。耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。n n 消振性能好。消
7、振性能好。消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。n n 铸造性能好。铸造性能好。铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶成分接近于共晶成分接近于共晶.n n 切削性能好。切削性能好。切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。l2、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。由于石墨相当于钢基体中由于石墨相当
8、于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。易导致应力集中。3 3、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁铸铁铸铁铸铁名称名称名称名称 石墨石墨石墨石墨形态形态形态形态 基体基体基体基体组织组织组织组织 编编编编 号号号号 方方方方 法法法法 牌号实例牌号实例牌号实例牌号实例 灰灰灰灰 铸铸铸铸 铁铁铁铁 片片片片状状状状F FHT+HT+一组数字一组数字一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位数字表示最低抗拉强度值，单位数字表示最低抗拉强度值，单位数字表示最低抗拉强度值，单位MPaMPa。“HT”“HT”表示灰铸铁代
9、号。表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100HT100F+PF+PHT150HT150P PHT200HT200 可可可可 锻锻锻锻 铸铸铸铸 铁铁铁铁 团团团团絮絮絮絮状状状状F FKTH+KTH+两组数字两组数字两组数字两组数字KTB+KTB+两组数字两组数字两组数字两组数字KTZ+KTZ+两组数字两组数字两组数字两组数字KTH300-06KTH300-06表表表表F F心心心心P PKTB350-KTB350-0404P PKTZ450-06KTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示
10、最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低伸长率值，伸长率值，%铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁铸铁铸铁铸铁名称名称名称名称 石墨石墨石墨石墨形态形态形态形态 基体基体基体基体组织组织组织组织 编编编编 号号号号 方方方方 法法法法 牌号实例牌号实例牌号实例牌号实例 球球球球 墨墨墨墨 铸铸铸铸 铁铁铁铁 球球球球状状状状F FQT+QT+两组数字两组数字两组数字两组数字 第第第第一一一一组组组组数数数数字字字字表表表表示示示示最最最最低低低低抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度值值值值，MPaMPa；第二组数字表示最
11、低伸长率值，第二组数字表示最低伸长率值，第二组数字表示最低伸长率值，第二组数字表示最低伸长率值，%。“QT”“QT”表示表示表示表示 球墨铸铁代号球墨铸铁代号球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT400-15QT400-15F+PF+PQT600-3QT600-3P PQT700-2QT700-2蠕蠕蠕蠕 墨墨墨墨铸铸铸铸 铁铁铁铁 蠕蠕蠕蠕虫虫虫虫状状状状F FRuT+RuT+一组数字一组数字一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值,MPa,MPa。“RuT”“RuT”表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号 Ru
12、T260RuT260F+PF+PRuT300RuT300P PRuT420RuT420第二节 常用铸铁n n一、灰铸铁一、灰铸铁n n灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的占铸铁总产量的占铸铁总产量的占铸铁总产量的80%80%以上。以上。以上。以上。n n1 1、组织、组织、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过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，其基体组织有石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体铁素体、珠光体珠光
13、体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。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n n常常常常对对对对灰灰灰灰铸铸铸铸铁铁铁铁进进进进行行行行孕孕孕孕育育育育处处处处理理理理，以以以以细细细细化化化化片片片片状石墨。状石墨。状石墨。状石墨。n n常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。n n经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为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铸铁孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处
14、理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙n n2 2、热处理、热处理、热处理、热处理n n热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。墨形态。墨形态。墨形态。n n灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%3050%，热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。n n灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：n n 消除内应力退火消除内应力退火消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工
15、时效又称人工时效又称人工时效)n n 消除白口组织退火消除白口组织退火消除白口组织退火消除白口组织退火 n n 表面淬火表面淬火表面淬火表面淬火 n n3 3、用途、用途、用途、用途n n制造制造制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件,如如如如机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体体、泵体、缸体体、泵体、缸体体、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)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺
16、曲线 n n二、可锻铸铁二、可锻铸铁n n石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。n n1 1、组织、组织、组织、组织：基体基体基体基体(F(F、P)P)团絮状团絮状团絮状团絮状G Gn n铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称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。黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁。n n2 2、性能、性能、性能、性能：强度为碳钢的强度为碳钢的强度为碳钢的强度
17、为碳钢的000%0%，接近于铸钢。，接近于铸钢。，接近于铸钢。，接近于铸钢。n n名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻 可锻铸铁的显微组织 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 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火n n3 3、用途、用途、用途、用途n n用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如动载荷的薄壁小型件，如动载荷的薄壁小型件，如动载荷的薄壁小型件，如汽汽汽汽车、拖拉机的前后轮壳车、拖拉机的前后轮壳车、拖拉机的前后轮壳车、拖拉机的前后轮壳、管管管管接头
18、、低压阀门接头、低压阀门接头、低压阀门接头、低压阀门等。等。等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件n n三、三、球墨铸铁球墨铸铁n n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.n n1 1、组织：基体（、组织：基体（、组织：基体（、组织：基体（F F、F+PF+P、P P）+球状球状球状球状G Gn n球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。n n球化剂为镁、稀土
19、和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。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，并使石墨细小均为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕匀，在球化处理同时还进行孕育处理。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。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 n n2 2、性能与热处理、性能与热处理、性能与热处理、性能与热处理n n强度是碳钢的强度是碳钢的强度是碳钢的强度是碳钢的7090%7090
20、%。球墨铸铁的突出特点是屈强。球墨铸铁的突出特点是屈强。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比比(0.20.2/b b)高高高高,约为约为约为约为0.70.8,0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有而钢一般只有而钢一般只有0.30.50.30.5。l球墨铸铁球墨铸铁可进行各可进行各种热处理种热处理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等温等温淬火淬火等等。n n3 3、用途、用途、用途、用途n n承受震动、载荷大的零件，如承受震动、载荷大的零件，如承受震动、载荷大的零件，如承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮曲轴、传动齿轮曲轴、传动齿轮曲轴、传动齿轮等。等。等。等。n n四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁n n蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是2020世纪世纪世纪世纪6060年代发展起来的一种新型铸铁年代发展起来的一种新型铸铁年代发展起来的一种新型铸铁年代发展起来的一种新型铸铁.n n蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.n n蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金、