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1、铸铁铸铁是含碳量大于是含碳量大于2.11%2.11%并含有较多硅、并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金，组锰、硫、磷等元素的多元铁基合金，组织中有莱氏体。织中有莱氏体。第七章第七章铸铸 铁铁7-1概述概述一、铸铁的成分和性能特点一、铸铁的成分和性能特点 力学性能低。力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了由于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，强度、塑性、韧性较差，基体的连续性，且易导致应力集中，强度、塑性、韧性较差，不易锻造。不易锻造。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。消振性能好。消振性能好。由于石
2、墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。铸造性能好。C C含量接近共晶成分，流动性好，铸造性能好；含量接近共晶成分，流动性好，铸造性能好；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。生产简便、成本低廉。生产简便、成本低廉。l例如，机床床身、内燃机例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。铁制造的。铸铁曲轴铸铁曲轴1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-GFe-G（石墨）双重相图石墨）双重相图 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要铸铁中的碳除少量固
3、溶于基体中外，主要以化合态的以化合态的渗碳体渗碳体（FeFe3 3C C）和游离态的和游离态的石石墨墨（G G）两种形式存在。两种形式存在。二、二、铸铁的铸铁的石墨化及其影响因素石墨化及其影响因素FeFe3 3C C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：是亚稳相，在一定条件下将发生分解：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石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。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+Fe
4、3C2 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铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为墨的过程称为石墨化。石墨化。l铸铁中的石墨可以在结晶过铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。碳体加热时分解得到。台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉石墨化分两个阶段石墨化分两个阶段：l在在PSKPSK线以上发生的石墨化称为线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨第一阶段石墨化。化。（包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加（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次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解）热时一次渗碳体、
5、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解）l在在PSKPSK线及以下发生的石墨化称为线及以下发生的石墨化称为第二阶段石墨第二阶段石墨化化。（。（包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解）包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解）l石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。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+G灰口铸
6、铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Ld+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Ld白口铸铁白口铸铁3 3、影响石墨化的因素影响石墨化的因素 化学成分化学成分的影响的影响 Fe-C合金的五大元素：合金的五大元素：C,Si,P,Mn,SC是是G的形成元素，的形成元素，C%，G化化；SiSi能抑制能抑制FeFe3 3C C的形成，促进的形成，促进FeFe3 3C C分解。分解。Si:是强烈促进是强烈促进G化的元素，化的元素，Si%,G化化。S:是阻碍是阻碍G化的元素，化的元素，S%,G化化 Mn：Mn0.20.4%时，形成合金渗碳体时，形成合金
7、渗碳体(Fe,Mn)3C,G化化。合金元素合金元素Cr、W、Mo、V与与C亲合力强，阻碍石墨化亲合力强，阻碍石墨化合金元素合金元素Al、Cu、Ni、Co增加增加Fe自扩散能力，促进石自扩散能力，促进石墨化。墨化。P P促进石墨化不明显，但提高铁水流动性，改善其铸促进石墨化不明显，但提高铁水流动性，改善其铸造性能。若其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷造性能。若其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高（达高（达0.3%0.3%以上）以上）。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶 冷却速度冷却速度的影响的影响铸件冷却缓慢，有利
8、于碳原子的充分扩散，结晶将铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按按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。而快冷时由于而快冷时由于过冷度大，结过冷度大，结晶将按晶将按Fe-FeFe-Fe3 3C C相图进行，不相图进行，不利于石墨化。利于石墨化。铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 w w (c c+s si i)%V冷冷，G化化，Fe3C量量，G片细小、量少。片细小、量少。V冷冷 ，G化停止，无石墨形成，化停止，无石墨形成，CFe3C，即形成白口铸铁。即形成白口铸铁。G化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间化是靠原子扩散进行的
9、，需要温度、时间三、三、铸铁的铸铁的分类分类根据铸铁结晶过程中的石墨化程度，铸铁可分为：根据铸铁结晶过程中的石墨化程度，铸铁可分为：灰口铸铁灰口铸铁、白口铸铁白口铸铁、麻口铸铁麻口铸铁（工业上使用的铸铁主要是（工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁灰口铸铁）根据石墨形态，灰口铸铁又可分为：根据石墨形态，灰口铸铁又可分为：灰铸铁灰铸铁、可锻铸铁可锻铸铁、球墨铸铁球墨铸铁、蠕墨铸铁蠕墨铸铁等。等。a.灰铸铁灰铸铁片状石墨片状石墨b.球墨铸铁球墨铸铁球状球状c.可锻铸铁可锻铸铁团絮状团絮状d.蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕虫状蠕虫状灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸
10、铁总产量的量约占铸铁总产量的80%80%以上。以上。1 1、组织、组织l灰灰铸铸铁铁的的组组织织是是由由液液态态铁铁水水缓缓慢慢冷冷却却时时通通过过石石墨墨化化过过程程形形成成的的，其其基基体体组组织织有有铁铁素素体体、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。7-2 7-2 灰铸铁灰铸铁灰铸铁的显微组织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珠光体基体珠光体基体+片状石墨片状石墨X500常对灰铸铁进行常对灰铸铁进行孕育处理孕育处理，以细化片状石墨。，以细化片状石墨。常用的孕育剂有常用的孕育剂有硅铁硅铁和和硅钙硅钙合
11、金。合金。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2 2、用途、用途 制造承受压力和震动的零件，如制造承受压力和震动的零件，如机床机床 床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体床身、各种箱体、壳体、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)变变速速箱箱体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曲线 l又称马铁，石墨呈又称马铁，石墨呈团絮状团絮状l的灰口铸铁，是由白口铸铁的灰口铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。1 1、组织、
12、组织：基体（：基体（F F、P P）团絮状团絮状G G 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。2 2、性能、性能：强度为碳钢的：强度为碳钢的000%0%，接近于铸钢。，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻7-3 7-3 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁的显微组织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3 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，用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如如汽车、拖拉机的前后轮壳汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门管接头、低压阀门等等可锻铸铁管件可锻铸铁管件 石墨呈石墨呈
13、球形球形的灰口铸铁。的灰口铸铁。1 1、组织：基体（、组织：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。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。l球化剂为球化剂为镁、稀土镁、稀土和和稀土镁稀土镁。l为避免白口，并使石墨细小均匀，为避免白口，并使石墨细小均匀，在在球化处理球化处理同时还进行同时还进行孕育处理。孕育处理。l常用孕育剂为常用孕育剂为硅铁硅铁和和硅钙合金硅钙合金。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁7-4 7-4 球墨铸铁球墨铸铁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
14、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 2 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%。球墨铸铁的突出特点。球墨铸铁的突出特点是是屈强比屈强比(0.20.2/b b)高高,约为约为0.70.8,0.70.8,而钢而钢一般只有一般只有0.30.50.30.5。l热处理有热处理有退火、正火、淬火加回火、等温淬退火、正火、淬火加回火、等温淬火火等。等。（1）退火）退火获得塑性好的铁素体基体，改善切削获得塑性好的铁素体基体，改善切削性能和消除铸造应力。性能和消除铸造应力。原始铸态组织中存在自由渗碳体，采用高温退火；原始铸态组织中存在自由渗碳体，采用高温退
15、火；原始铸态组织中不存在自由渗碳体，采用低温退火。原始铸态组织中不存在自由渗碳体，采用低温退火。（2）正火）正火增加基体中珠光体的数量，细化基增加基体中珠光体的数量，细化基体组织，提高强度和耐磨性。体组织，提高强度和耐磨性。完全奥氏体化，采用高温正火；完全奥氏体化，采用高温正火；不完全奥氏体化，采用低温正火。不完全奥氏体化，采用低温正火。注：注：正火后要进行去应力退火。（正火后有较大内应力）正火后要进行去应力退火。（正火后有较大内应力）（3）调质）调质获得较高的综合力学性能。获得较高的综合力学性能。承受交变载荷工件承受交变载荷工件（4）等温淬火）等温淬火很高的强度，良好的塑性和韧性。很高的强度
16、，良好的塑性和韧性。这种工艺适合于综合力学性能要求高且外形又较为复杂、这种工艺适合于综合力学性能要求高且外形又较为复杂、热处理易变形与开裂的零件，如：齿轮、凸轮轴。热处理易变形与开裂的零件，如：齿轮、凸轮轴。贝氏体基球墨铸铁贝氏体基球墨铸铁组织组织制品（轧辊与辊环）制品（轧辊与辊环）3 3、用途、用途l承受震动、载荷承受震动、载荷大的零件，如大的零件，如曲曲轴、传动齿轮轴、传动齿轮等。等。核燃料贮存运输容器核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴 蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是2020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。l蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕
17、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。l常常用用蠕蠕化化剂剂有有稀稀土土硅硅铁铁镁镁合合金金、稀稀土土硅硅铁铁合合金金、稀稀土土硅铁钙合金等。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 7-5 7-5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织（铁素体基体）（铁素体基体）蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨l蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。铸铁与球墨铸铁之间。l常用于制造承受热循环载荷的零件常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。耐压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动盘制动盘阀芯阀芯1、耐磨铸铁：耐磨铸铁：高磷高磷磷共晶；激冷磷共晶；激冷白口；珠光体灰口白口；珠光体灰口2、耐热铸铁：耐热铸铁：Al、Si、Cr氧化膜；单相氧化膜；单相F化；球墨化；球墨3、耐蚀铸铁：耐蚀铸铁：Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni氧化膜，提高基氧化膜，提高基体电位体电位7-6 7-6 特殊性能铸铁特殊性能铸铁