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1、1.1铁 碳 合金的平衡组织第1页/共32页1、2 铁碳合金的非平衡组织第2页/共32页2、球铁的基体组织第3页/共32页2 2、1 1 球化分级球化分级球化级别球化级别说明说明球化率（）球化率（）1 1级级石墨呈球状，少量团絮，允许极少量石墨呈球状，少量团絮，允许极少量团絮状团絮状95952 2级级石墨大部分呈球状，余为团状和极少石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状量团絮状909095953 3级级石墨大部分呈团状，余为团絮状，允石墨大部分呈团状，余为团絮状，允许有极少量蠕虫状许有极少量蠕虫状808090904 4级级石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团状、团
2、絮状状、团絮状707080805 5级级石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状状、团状、团絮状60607070第4页/共32页 GB9441GB944119981998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分成球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分成六级。六级。球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减小球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地提石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地提高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增多，石墨球径的减小，
3、使单位面积上球墨铸铁数量增多，可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳强度的一个要求。强度的一个要求。级别级别3 3级级4 4级级5 5级级6 6级级7 7级级8 8级级石墨直径石墨直径（100100）mmmm2525505012-2512-256-126-123-63-61.5-31.5-31.51.52 2、2 2 石墨大小石墨大小 石墨球大小分级石墨球大小分级(GB9441-1988)(GB9441-1988)第5页/共32页2、3 铁素体 根据GB9441-1988球墨铸铁金相检验评定铁素体数量。其百分比，按大多数视场对照图片评定
4、。一般不检查牛眼铁素体数量，仅检查与其共存的珠光体数量第6页/共32页2、4 珠光体 在球墨铸铁中，珠光体的形态一般分三级：粗状珠光体、片状珠光体、细片状珠光体。随着珠光体的细化，球墨铸铁的强度和硬度有所提高。若基体为粒状珠光体，则球墨铸铁在保持一定强度的同时，具有更高的塑性。第7页/共32页2、5 奥氏体、贝氏体、马氏体 由奥氏体、上贝氏体或下贝氏体通过等温淬火，加入适当元素获得。2、6 渗碳体 渗碳体多呈针状、条状，在球墨铸铁中易使基体变脆，故应避免其出现。2、7 磷共晶体 磷共晶体在球墨铸铁中对性能的危害比在灰铸铁中大得多。沿晶界分布的二元或三元磷共晶体，强烈降低球墨铸铁的韧性、塑性和强
5、度，受冲击时，裂痕总是沿磷共晶体边缘开始开裂。第8页/共32页3、球墨铸铁的力学性能第9页/共32页1 1、净荷载性能、净荷载性能（1 1）硬度）硬度 球墨铸铁的硬度主要取决于基体组织，而且与球墨铸铁的硬度主要取决于基体组织，而且与抗拉强度、延伸率等净荷载性能有相应的关系。抗拉强度、延伸率等净荷载性能有相应的关系。（2 2）强度和塑性）强度和塑性 球墨铸铁的强度和塑性主要取决于基体组织，球墨铸铁的强度和塑性主要取决于基体组织，热处理后的下贝氏体或回火马氏体强度最高，其热处理后的下贝氏体或回火马氏体强度最高，其次是上贝氏体、索氏体、珠光体。次是上贝氏体、索氏体、珠光体。随着铁素体增多，强度下降，
6、延伸率增加。奥随着铁素体增多，强度下降，延伸率增加。奥氏体或铁素体强度较低，塑性较好。氏体或铁素体强度较低，塑性较好。第10页/共32页2 2 2 2、动荷载性能、动荷载性能、动荷载性能、动荷载性能（1 1 1 1）冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁）冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁）冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁）冲击韧度：铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变化范围较大。由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变化范围较大。由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变
7、化范围较大。由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的变化范围较大。新标准改为有缺口！新标准改为有缺口！新标准改为有缺口！新标准改为有缺口！基体组织基体组织冲击韧度冲击韧度（J/cmJ/cm2 2）铁素体铁素体5050150150珠光体珠光体15153535贝氏体贝氏体3030100100回火索氏体回火索氏体20206060J J铁素体铁素体球墨铸铁球墨铸铁试样冲击吸收功温度曲线试样冲击吸收功温度曲线各种基体组织球墨铸铁常温冲击韧度各种基体组织球墨铸铁常温冲击韧度第11页/共32页（2 2）疲劳强度）疲劳强度 某些球墨铸铁具有很高的疲劳强度，相当于某些球墨铸铁具有很高的疲劳强度，相当于454
8、5号正火钢，号正火钢，如珠光体球铁。如珠光体球铁。材料材料抗拉强度抗拉强度b b （MPaMPa）疲劳强度疲劳强度1 1 （MPaMPa）疲劳强度疲劳强度/抗拉强度抗拉强度铁素体球铁铁素体球铁4614612062060.450.45铁素体球铁铁素体球铁4704702452450.520.52珠光体球铁珠光体球铁7357352552550.3470.347珠光体球铁珠光体球铁7607602692690.350.35珠光体球铁珠光体球铁7107102622620.370.37贝氏体球铁贝氏体球铁11701170147014703043043433430.2-0.260.2-0.26铁素体球铁铁素体
9、球铁4904902102100.430.43珠光体铁素体球铁球铁珠光体铁素体球铁球铁6216212762760.440.44回火马氏体球铁回火马氏体球铁9319313383380.360.36上贝氏体球铁上贝氏体球铁108810884124120.380.38各种基体组织球墨铸铁的弯曲疲劳强度各种基体组织球墨铸铁的弯曲疲劳强度第12页/共32页3 3、高温性能、高温性能（1 1）硬度）硬度 各种球墨铸铁低温下有很好的硬度，但在各种球墨铸铁低温下有很好的硬度，但在540540时开始粒状化，高时开始粒状化，高于于650650 开始分解，硬度开始下降并逐渐接近铁素体球墨铸铁的硬开始分解，硬度开始下降
10、并逐渐接近铁素体球墨铸铁的硬度。度。第13页/共32页（2 2）高温短时力学）高温短时力学 性能性能 图中表明球墨铸图中表明球墨铸铁铁抗拉强度随温度抗拉强度随温度升高而降低。升高而降低。延伸率中，铁延伸率中，铁素体先显著降低再素体先显著降低再急剧升高，珠光体急剧升高，珠光体缓慢下降，然后显缓慢下降，然后显著增加。著增加。第14页/共32页（3 3）高温蠕变和持久强度）高温蠕变和持久强度 材料材料常温（常温（2020）力学性能力学性能试验温度试验温度高温持久强度（高温持久强度（MPa)MPa)抗拉强度抗拉强度b b延伸率延伸率100h100h1000h1000h退火铁素体退火铁素体433.043
11、3.02222427427538538649649210.7210.768.368.322.722.7169.5169.551.551.5152.5152.5正火珠光体正火珠光体901.6901.65 5427427538538649649352.8352.8115.2115.227.427.4285.2285.262.262.216.716.7奥氏体奥氏体429.2429.23535427427538538649649277.3277.3176.4176.481.881.8236.2236.2142.1142.160.860.8第15页/共32页(4)(4)抗疲劳强度抗疲劳强度温度（温度（）
12、疲劳强度疲劳强度1 1（MPaMPa）铸态珠光体铸态珠光体退火铁素体退火铁素体2020223.4223.4183.3183.3250250203.8203.8183.3183.3400400176.4176.4132.3132.3500500170.5170.5132.3132.3第16页/共32页4、低温性能 随温度降低，球墨铸铁逐渐发生由韧性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，冲击值急剧下降。同时，屈服强度提高，延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形量较小即断裂。对于常温下塑韧性较好的铁素体球墨铸铁，低温下抗拉强度提高。第17页/共32页铁素体和珠光体的低温拉伸性能铁
13、素体和珠光体的低温拉伸性能SiSi：2.1%2.1%；P P：0.09%0.09%温度（温度（）正火珠光体球墨铸铁正火珠光体球墨铸铁退火铁素体球墨铸铁退火铁素体球墨铸铁抗拉强度抗拉强度b bMPaMPa延伸率延伸率（）（）抗拉强度抗拉强度b bMPaMPa延伸率延伸率（）（）2020803.6803.62 2470.4470.424240 0759.5759.52 2492.9492.924242525744.8744.81 1515.5515.524245050739.9739.91 1539.0539.019197575744.8744.81 1554.7554.7131310010076
14、9.3769.30.50.5564.5564.59 9125125784.0784.00.50.5548.8548.85 5150150754.6754.60.50.5558.6558.63 3196196700.7700.70.50.5627.2627.20.50.5269269629.2629.20 0605.6605.60 0第18页/共32页球墨铸铁的物理性能1 1、密度、密度（1 1）球墨铸铁的常温密度）球墨铸铁的常温密度材料材料密度密度(g/cm(g/cm3 3)铁素体球铁铁素体球铁6.9-7.26.9-7.2珠光体球铁珠光体球铁7.1-7.57.1-7.5中硅耐热球铁中硅耐热球铁
15、7.17.1温度温度1225122512501250130013001335133513501350137513751400140014151415备注备注密度密度(g/cm(g/cm3 3)7.057.056.946.946.916.916.856.856.786.786.756.75（1 1）6.906.906.876.876.836.836.806.80（2 2）（2 2）熔融状态镁球墨铸铁的密度）熔融状态镁球墨铸铁的密度备注备注（1 1）C:3.44%C:3.44%，Si:2.56%Si:2.56%，Mn:0.22%Mn:0.22%，P:0.11%P:0.11%（2 2）C:3.3C:
16、3.33.6%3.6%，Si:1.6-2.6%Si:1.6-2.6%，Mn:0.4-0.5%Mn:0.4-0.5%，第19页/共32页2 2、线膨胀系数、线膨胀系数 随着温度升高，线膨胀系数缓慢增加，随着温度升高，线膨胀系数缓慢增加，600600以后显著增加。以后显著增加。第20页/共32页（3）热导率 热导率取决于成分、组织、石墨形态和温度。石墨比基体组织的导热性好，石墨沿基面又比沿C轴的导热性好。含碳量越高，导热性越好；球化率越低，导热性越好；温度越低，导热性越好。球墨铸铁热导性高于钢，但低于灰铸铁。第21页/共32页球墨铸铁的其他性能1、减震性 球墨铸铁的减震性优于钢，劣于灰铸铁。球化率
17、越高，减震性越差。温度上升，灰铸铁的减震性下降，但是对球墨铸铁的影响很小。球墨铸铁的弹性模量高于灰铸铁，因此其声波传播速度，固有频率都高于灰铸铁。利用声学的差别，可检验球化率等级。第22页/共32页2、切削性能 球墨铸铁含有较多的石墨，起到切削润滑作用。因此球墨铸铁的切削阻力小于钢，切削速度较高。珠光体增多使球墨铸铁的切削性能下降，贝氏体球墨铸铁切削性能较差。所以，阀门中使用球墨铸铁时，都是采用铁素体珠光体的基体类型。第23页/共32页3、焊补性 球墨铸铁不能焊接，只能焊补。当球墨铸铁中稀土镁合金含量较高时，在焊缝和近焊缝区易产生白口或马氏体组织，形成内应力和裂纹。为此，国家标准GB/T100
18、441988规定了适用于球墨铸铁焊补用的焊条，按照要求，可获得高强度珠光体基体球墨铸铁的焊缝。第24页/共32页4、耐热性 球墨铸铁中的石墨彼此分离，与灰铸铁相比，可阻碍高温下氧的扩散。因此球墨铸铁的抗氧化性和抗生长性均优于灰铸铁，也优于可锻铸铁。铁素体球墨铸铁的高温抗生长性优于珠光体球墨铸铁。提高硅含量或铝含量可改善球墨铸铁的抗氧化性及耐热性。第25页/共32页5 5、耐腐蚀性、耐腐蚀性 在大气中球墨铸铁耐蚀性优于钢，与灰铸铁、可锻铸在大气中球墨铸铁耐蚀性优于钢，与灰铸铁、可锻铸铁相近。球墨铸铁在土壤的耐蚀性优于钢，与灰铸铁相铁相近。球墨铸铁在土壤的耐蚀性优于钢，与灰铸铁相近。近。球墨铸铁抗
19、点蚀能力略强，但球墨铸铁管经腐蚀后的强球墨铸铁抗点蚀能力略强，但球墨铸铁管经腐蚀后的强度损失则小于灰铸铁管。球墨铸铁在室温，度损失则小于灰铸铁管。球墨铸铁在室温，0.5%0.5%的硫酸的硫酸溶液的耐蚀性与灰铸铁大体相同，开始阶段球墨铸铁的溶液的耐蚀性与灰铸铁大体相同，开始阶段球墨铸铁的腐蚀率低于灰铸铁，但在灰铸铁表面形成石墨化层后腐腐蚀率低于灰铸铁，但在灰铸铁表面形成石墨化层后腐蚀速度下降，球墨铸铁则无下降倾向，而在后期高于灰蚀速度下降，球墨铸铁则无下降倾向，而在后期高于灰铸铁。铸铁。球墨铸铁和灰铸铁在碱溶液中的耐蚀性良好，与钢相近。球墨铸铁和灰铸铁在碱溶液中的耐蚀性良好，与钢相近。球墨铸铁对
20、有机物、硫化物、熔融金属（低熔点）的耐球墨铸铁对有机物、硫化物、熔融金属（低熔点）的耐蚀性与灰铸铁相近。蚀性与灰铸铁相近。第26页/共32页6、耐磨性 球墨铸铁是良好的耐磨和减磨材料，耐磨性优于同样基体的灰铸铁、碳钢以致低合金钢。（1）润滑耐磨 球墨铸铁的耐磨性优于灰铸铁。（2）磨料磨损 球墨铸铁在磨料磨损条件下也有一定应用。但与白口铸铁、低合金钢相比，普通球墨铸铁的耐磨性并不太好，只有合金球墨铸铁或合金贝氏球墨铸铁有良好的耐磨性。第27页/共32页球墨铸铁的应用铁素体球墨铸铁的性能及应用铁素体球墨铸铁的性能及应用 铁素体球墨铸铁是基体组织中，铁素体占到铁素体球墨铸铁是基体组织中，铁素体占到8
21、080以上，余量为珠光体的球墨铸铁，典型牌号为以上，余量为珠光体的球墨铸铁，典型牌号为QT400-15QT400-15，QT400QT4001818，QT400QT4001010。其性能特点。其性能特点为塑性和韧性较高，强度较低。为塑性和韧性较高，强度较低。这种铸铁用于制造受力较大而又承受振动和冲这种铸铁用于制造受力较大而又承受振动和冲击的零件。目前在国外一些用离心铸造方法大量击的零件。目前在国外一些用离心铸造方法大量生产的球墨铸铁铁管也是铁素体，并能承受地基生产的球墨铸铁铁管也是铁素体，并能承受地基下沉以及轻微地震所造成的管道变形，而且具有下沉以及轻微地震所造成的管道变形，而且具有比钢高得多
22、的耐腐蚀性，因而具有高的可靠性及比钢高得多的耐腐蚀性，因而具有高的可靠性及经济性。经济性。第28页/共32页混合基体球墨铸铁的性能及应用 QT500-7QT500-7，QT600-3QT600-3属铁素体和珠光体混属铁素体和珠光体混合基体的球墨铸铁，这种铸铁由于有较好的合基体的球墨铸铁，这种铸铁由于有较好的强度和韧性的配合，多用于机械、冶金设备强度和韧性的配合，多用于机械、冶金设备的一些部件中。的一些部件中。通过铸态控制或热处理手段可调整和改善通过铸态控制或热处理手段可调整和改善组织中珠光体和铁素体的相对数量及形态分组织中珠光体和铁素体的相对数量及形态分布，从而在一定范围内改善和调整和韧性的布
23、，从而在一定范围内改善和调整和韧性的配合，以满足各类部件的要求。配合，以满足各类部件的要求。第29页/共32页珠光体球墨铸铁的性能及应用 珠光体球墨铸铁是基体组织中，珠光体占8080以上，余量为铁素体的球墨铸铁，QTQT7007002 2和QTQT800-2800-2，可以采用正火处理获得。珠光体球墨铸铁的性能特点为强度和硬度较高，具有一定的韧性，而且具有比4545号锻钢较优良的屈强比、低的缺口敏感性。第30页/共32页奥氏体贝氏体球墨铸铁的性能及应用奥氏体贝氏体球墨铸铁的性能及应用 奥氏体贝氏体球墨铸铁开发于上世纪奥氏体贝氏体球墨铸铁开发于上世纪7070年代后期，年代后期，与普通球墨铸铁相比
24、，具有高强度、高塑性、高韧性与普通球墨铸铁相比，具有高强度、高塑性、高韧性的综合特点。的综合特点。奥氏体贝氏体的抗拉强度高达奥氏体贝氏体的抗拉强度高达9009001400MPa1400MPa，如，如果降低抗拉强度，延伸率可高达果降低抗拉强度，延伸率可高达1010。奥氏体贝氏体具有的高冲击韧性和抗点蚀疲劳能奥氏体贝氏体具有的高冲击韧性和抗点蚀疲劳能力，尤其具有高抗弯曲疲劳性能和耐磨性，可用于代力，尤其具有高抗弯曲疲劳性能和耐磨性，可用于代替某些锻钢或普通球墨铸铁不能胜任的部件，为此收替某些锻钢或普通球墨铸铁不能胜任的部件，为此收到广泛重视，视为铸铁冶金领域的重大突破。到广泛重视，视为铸铁冶金领域的重大突破。第31页/共32页感谢观看！感谢观看！第32页/共32页