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1、工程材料（第三版）8 铸铁教学课件 8铸铁 铸铁是含碳量大于是含碳量大于2.11%并含有并含有较多硅、多硅、锰、硫、磷等元素的多元硫、磷等元素的多元铁基合金。基合金。铸铁具有具有许多多优良的性能及生良的性能及生产简便、成便、成本低廉等本低廉等优点，因而是点，因而是应用最广泛的材料用最广泛的材料之一。之一。铸铁采用采用铸造成型造成型的方法制造零件。的方法制造零件。电动机壳机壳体体8 铸铁 铸铁中的碳除少量中的碳除少量固溶于基体固溶于基体中外，主要以化合中外，主要以化合态的的渗碳渗碳体体(Fe3C)和游离和游离态的的石墨石墨(G)两种形式存在。两种形式存在。石墨是碳的石墨是碳的单质之一，其之一，其
2、强度、塑性、度、塑性、韧性几乎性几乎为零。零。Fe3C是是亚稳相，在一定条件下将相，在一定条件下将发生分解：生分解：Fe3C3Fe+G（石墨）（石墨）8.1 概述一、一、铸铁的石墨化的石墨化过程程 Fe3C的晶格的晶格间隙固溶体隙固溶体石墨的晶体石墨的晶体结构构8.1 概述 1、Fe-Fe3C和和Fe-G(石墨石墨)双重相双重相图L+GL+Fe3C8.1 概述 2、铸铁的石墨化的石墨化过程程铸铁中的碳原子析出形成石墨的中的碳原子析出形成石墨的过程称程称为石墨化石墨化。铸铁中的石墨可以在中的石墨可以在结晶晶过程中直接析出程中直接析出,也可以由也可以由渗碳体渗碳体加加热时分解分解得到。得到。Fe3
3、C3Fe+G（石墨）（石墨）8.1 概述 第一第一阶段石墨化：段石墨化：P第二第二阶段石墨化：段石墨化：第三第三阶段石墨化：段石墨化：8.1 概述 铸铁的石墨化程度与其的石墨化程度与其组织之之间的关系的关系（以共晶（以共晶铸铁为例）例）石墨化程度石墨化程度显微微组织 铸铁类型型第一第一阶段段 第二第二阶段段 第三第三阶段段不不进行行不不进行行不不进行行Le白口白口铸铁部分部分进行行 部分部分进行行不不进行行Le+P+G 麻口麻口铸铁充分充分进行行 充分充分进行行充分充分进行行F+G灰口灰口铸铁部分部分进行行F+P+G不不进行行P+G8.1 概述 WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量件壁厚和碳硅
4、含量对铸铁组织的影响的影响3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素化学成分的影响化学成分的影响碳和硅是碳和硅是强烈促烈促进石墨化的元石墨化的元素。素。一般一般2.54.0%C，1.03.0%Si。冷却速度的影响冷却速度的影响铸件件冷冷却却缓慢慢，有有利利于于碳碳原原子子的的充充分分扩散散，结晶晶将将按按Fe-G相相图进行，因而促行，因而促进石墨化。石墨化。8.1 概述 二、二、铸铁的特点及分的特点及分类1、铸铁的的组织特点特点钢的基体的基体+G（石墨）（石墨）基体基体组织有有铁素体、珠光体素体、珠光体和和铁素体素体+珠光体珠光体三种。三种。F+GF+P+GP+G8.1 概述 2、铸铁的性能特点的
5、性能特点力学性能低。力学性能低。石墨相当于石墨相当于钢基体中的裂基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的或空洞，破坏了基体的连续性，性，减小了有效承减小了有效承载面面积，且易，且易导致致应力集中。力集中。减摩耐磨性能好。减摩耐磨性能好。石墨本身有石墨本身有润滑作用。滑作用。减振性能好。减振性能好。石墨可以吸收振石墨可以吸收振动能量。能量。铸造性能好。造性能好。铸铁硅含量高硅含量高,成分接近于共晶。成分接近于共晶。切削性能好。切削性能好。石墨使石墨使车屑容易脆断，不粘刀。屑容易脆断，不粘刀。8.1 概述 3、铸铁的分的分类与牌号表示方法与牌号表示方法根据根据铸铁中碳的存在形式分中碳的存在形式分为：白口白
6、口铸铁：第一、二、三第一、二、三阶段石墨化全部被抑制。碳除少数固溶于段石墨化全部被抑制。碳除少数固溶于F，绝大大部分主要以渗碳体形式存在。断口呈部分主要以渗碳体形式存在。断口呈银白色白色。硬而脆，生。硬而脆，生产上很少使用。上很少使用。麻口麻口铸铁：第一、二第一、二阶段石墨化未充分段石墨化未充分进行。碳主要以渗碳体形式存在，行。碳主要以渗碳体形式存在，少部分以游离石墨形式存在。断口呈灰白相少部分以游离石墨形式存在。断口呈灰白相间的麻口的麻口。硬而脆，极少。硬而脆，极少应用。用。灰口灰口铸铁：第一、二第一、二阶段石墨化充分段石墨化充分进行。碳大部分以石墨形式存在。断行。碳大部分以石墨形式存在。断
7、口呈暗灰色口呈暗灰色。生。生产上广泛上广泛应用。用。8.1 概述 3、铸铁的分的分类与牌号表示方法与牌号表示方法灰口灰口铸铁分分类可可锻铸铁球磨球磨铸铁蠕墨蠕墨铸铁灰灰铸铁8.1 概述 3、灰口、灰口铸铁的分的分类与牌号表示方法与牌号表示方法铸铁名称名称石墨石墨形形态基体基体组织编号号方方法法牌号牌号实例例灰灰铸铁片片状状FHT+一一组数字数字HT100F+PHT150PHT200可可锻铸铁团絮絮状状FKTH+两两组数字数字KTH黑心可黑心可锻铸铁KTB白心可白心可锻铸铁KTZ珠光体可珠光体可锻铸铁KTH300-06表表F心心PKTB+两两组数字数字KTB350-04PKTZ+两两组数字数字K
8、TZ450-068.1 概述 3、铸铁的分的分类与牌号表示方法与牌号表示方法铸铁名称名称石墨石墨形形态基体基体组织编号号方方法法牌号牌号实例例球球墨墨铸铁球球状状FQT+两两组数字数字QT400-15F+PQT600-3QT700-2P蠕蠕墨墨铸铁蠕蠕虫虫状状FRuT+一一组数字数字RuT260F+PRuT300PRuT4208.1 概述 铸铁常用常用铸铁灰灰铸铁、可、可锻铸铁 一、灰一、灰铸铁石墨呈石墨呈片状片状的灰口的灰口铸铁。由液。由液态铁水水经石墨化得到。石墨化得到。其其产量量约占占铸铁总产量的量的80%以上。以上。1、化学成分：、化学成分：8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁化学成分化学
9、成分C（）（）Si（）（）Mn（）（）P（）（）S（）2.63.61.23.00.51.2 0.20.15 2、灰、灰铸铁显微微组织：钢的基体（的基体（F,F+P,P）+G片状片状铁素体灰素体灰铸铁珠光体灰珠光体灰铸铁铁素体素体+珠光体灰珠光体灰铸铁石墨片的三石墨片的三维形貌形貌8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 对灰灰铸铁进行行孕育孕育处理理，以，以细化片状石墨化片状石墨，可提高灰，可提高灰铸铁的力学性能的力学性能。常用的孕育常用的孕育剂有硅有硅铁和硅和硅钙合金。合金。经孕育孕育处理的灰理的灰铸铁称称为孕育孕育铸铁。硅硅铁硅硅钙孕育孕育处理前理前孕育孕育处理后理后8.2常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁
10、 3、性能性能 灰灰铸铁的力学性能主要取决于的力学性能主要取决于基体基体组织和和石墨的形石墨的形态及分布及分布。由于片状石墨的存在，减小基体的有效截面，且造成由于片状石墨的存在，减小基体的有效截面，且造成应力集中，力集中，灰灰铸铁的抗拉的抗拉强度低（度低（约为钢的的3050%），塑形、），塑形、韧性差，但性差，但是是铸造性能、耐磨性能、减震性能好。造性能、耐磨性能、减震性能好。8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 4、热处理理热处理只改理只改变基体基体组织，不改，不改变石墨形石墨形态，故，故热处理理强化效果不大。化效果不大。灰灰铸铁常用的常用的热处理有：理有：消除内消除内应力退火力退火(又称人工又
11、称人工时效效)消除消除铸件局部白口的退火件局部白口的退火表面淬火表面淬火机床机床导轨8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 5、灰灰铸铁的牌号、的牌号、组织分分类牌号牌号显微微组织基体基体G灰灰铸铁HT100F粗片粗片HT150F+P较粗片粗片HT200P中等片中等片孕育孕育铸铁HT250P较细片片HT300S或或T细片片HT350HT4008.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 6、灰灰铸铁及孕育及孕育铸铁的的应用用灰灰铸铁制造承受制造承受压力和振力和振动且且对力学性能要求不高的零件力学性能要求不高的零件,如机床床身、如机床床身、各种箱体、壳体、各种箱体、壳体、泵体、缸体。体、缸体。孕育孕育铸铁制造受力
12、制造受力较大、截面尺寸大、截面尺寸变化大的重要零件，如重型机床床身、化大的重要零件，如重型机床床身、凸凸轮、汽缸等。、汽缸等。重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体速箱体8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 二、可二、可锻铸铁可可锻铸铁是是石墨呈石墨呈团絮状絮状的灰的灰铸铁，是由白口，是由白口铸铁经石墨石墨化退火化退火获得的得的。1、化学成分：、化学成分：8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁化学成分化学成分C（）（）Si（）（）Mn（）（）P（）（）S（）2.22.81.22.00.41.2 0.10.2 2、可、可锻铸铁的的显微微组织：可可锻铸铁的的组织：（：（F，P）基体基体+G团絮状絮
13、状黑心可黑心可锻铸铁珠光体可珠光体可锻铸铁8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 3、石墨化退火：、石墨化退火：可可锻铸铁石墨化退火工石墨化退火工艺曲曲线 可可锻铸铁的石墨化退火的石墨化退火8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 4、可、可锻铸铁的牌号和性能的牌号和性能8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁名称牌 号力学性能b/MPa/%HBS铁素体可锻铸铁KTH300-063006不大于150KTH330-083308KTH350-1035010KTH370-1237012珠光体可锻铸铁KTZ450-064506150200KTZ550-045504180230KTZ650-026502210260KTZ70
14、0-027002240290强度度为碳碳钢的的00%，接近于接近于铸钢。名名为可可锻，实不可不可锻。5、可、可锻铸铁的的应用用制造形状复制造形状复杂且承受振且承受振动和冲和冲击载荷的薄壁小型件，如荷的薄壁小型件，如汽汽车、拖拉机的前后拖拉机的前后轮壳、管接壳、管接头、低低压阀门等。等。8.2 常用铸铁灰铸铁和可锻铸铁 铸铁常用常用铸铁球墨球墨铸铁、蠕墨、蠕墨铸铁和合金和合金铸铁 一、球墨一、球墨铸铁石墨呈球形的灰口石墨呈球形的灰口铸铁。由液。由液态铁水水经石墨化得到。石墨化得到。1、化学成分：、化学成分：8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁化学成分化学成分C（）（）Si（）（）Mn（）
15、（）P（）（）S（）3.63.92.03.00.60.80.10.04 2、球墨、球墨铸铁的的显微微组织：（F、F+P、P）基体）基体+G球状球状铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铁铁素素体体球球墨墨铸铁珠珠光光体体球球墨墨铸铁球球墨墨铸铁中中的的石石墨墨球球8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 硅硅铁硅硅钙稀土稀土镁球化球化剂为镁、稀土和稀土、稀土和稀土镁。常用孕育常用孕育剂为硅硅铁和硅和硅钙合金。合金。8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 3、热处理理球墨球墨铸铁可可进行各种行各种热处理，理，如退火、正火、等温淬火如退火、正火、等温淬火、淬火淬火+回火等。回火等。8.3
16、常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 牌号牌号基体基体力学性能力学性能 b/MPa 0.2/MPa/%akkJ/m2HBQT400-17F40025017600179QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P8005602241-321QT1200-1B下下12008401300 38HRC4、球墨、球墨铸铁的牌号、性能的牌号、性能8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁强度度是是碳碳钢的的7090%。球球墨墨铸铁的的突突出出特特点点是
17、是屈屈强比比(0.2/b)高高,约 为 0.70.8,而而钢一一般般只只有有0.30.5。5、球墨、球墨铸铁的的应用用制造承受振制造承受振动、载荷大的零件，替代部分荷大的零件，替代部分铸钢、锻钢件，如件，如曲曲轴、传动齿轮、轧辊、连杆杆等。等。铸铁曲曲轴8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁制品制品(轧辊与与辊环)二、蠕墨二、蠕墨铸铁石墨呈石墨呈蠕虫状蠕虫状的灰口的灰口铸铁。由液。由液态铁水水经石墨化得到。石墨化得到。1、化学成分：、化学成分：8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁化学成分化学成分C（）（）Si（）（）Mn（）（）P（）（）S（）3.43.62.43.00.40.6
18、0.070.06 2、蠕墨、蠕墨铸铁的的显微微组织：（F、P）基体）基体+G蠕虫蠕虫状状蠕墨蠕墨铸铁中的石墨中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体素体基体8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 3、性能、性能蠕墨蠕墨铸铁的的强度、塑性和抗度、塑性和抗疲疲劳性能性能优于于灰灰铸铁，其力，其力学性能介于学性能介于灰灰铸铁与球墨与球墨铸铁之之间。灰灰铸铁灰灰铸铁蠕墨蠕墨铸铁蠕墨蠕墨铸铁球墨球墨铸铁球墨球墨铸铁8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 4、蠕墨、蠕墨铸铁的的应用用蠕墨蠕墨铸铁常用于制造承受常用于制造承受热循循环载荷荷的零件和的零件和结构复构复杂、强度要求度要求较高的高的铸件。
19、如件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液、液压阀的的阀体、耐体、耐压泵的的泵体体等。等。玻璃模具玻璃模具制制动鼓鼓8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 三、合金三、合金铸铁在在铸铁熔熔炼时有意加入一些合金元素，如有意加入一些合金元素，如铬、钼、铜、铝等，等，得到得到合金合金铸铁或称特殊性能或称特殊性能铸铁。包括耐磨包括耐磨铸铁，耐，耐热铸铁和耐和耐蚀铸铁。8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁 1、耐磨耐磨铸铁:包括高磷包括高磷铸铁，中，中锰球墨球墨铸铁，铬钼铜耐磨耐磨铸铁，钒钛耐磨耐磨铸铁，高，高铬白口白口铸铁等。等。2、耐、耐热铸铁：分分为硅系、硅系、铝系、硅系、硅铝系及系及铬系耐系耐热铸铁。制制作加作加热炉底板，坩炉底板，坩埚、换热器，器，热锭模。模。3、耐、耐蚀铸铁：分分为高硅、高高硅、高铬、高、高铝耐耐蚀铸铁。制作制作阀门、泵，管道等。，管道等。8.3 常用铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁