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1、第七章第七章 铸铸 铁铁 一、何为铸铁？一、何为铸铁？铸铁铸铁是碳质量分数大于是碳质量分数大于2.11%2.11%、并常含有较多的硅、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。锰、硫、磷等元素的铁碳合金。有时为了提高力学性能或物理、化学性能，还可有时为了提高力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到加入一定量的合金元素，得到合金铸铁合金铸铁。第一节第一节 概述概述1用于制造机床的床身、床头箱用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。箱体箱体启启动动阀阀2二、铸铁中碳的存在
2、形式二、铸铁中碳的存在形式铸铁中的碳除极少量固溶于铁素体之外，以两种形式存在：铸铁中的碳除极少量固溶于铁素体之外，以两种形式存在：碳化物状态碳化物状态FeFe3 3C C及合金铸铁中的其他碳化物及合金铸铁中的其他碳化物 游离状态游离状态石墨（石墨（G G）石墨的晶格类型为简单六方晶格石墨的晶格类型为简单六方晶格 基面中的原子结合力较强基面中的原子结合力较强 两基面之间的原子结合力弱两基面之间的原子结合力弱石墨的基面容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低，常石墨的基面容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低，常呈片状形态存在呈片状形态存在3铸铁中石墨形态铸铁中石墨形态片状片状团絮状团絮状球状球状蠕
3、虫状蠕虫状4石墨呈片状5石墨呈团絮状6石墨呈球状7石墨呈蠕虫状8铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生石墨对基体产生割裂割裂作用。作用。因此，石墨的存在使铸铁的因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降力学性能下降，其性能比，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。越不均匀，铸铁的力学性能越差。但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能优良性能，如铸造性能、减振性和减摩性等。如铸造性能、减振性和减摩性等
4、。三、石墨存在对铸铁的力学性能影响三、石墨存在对铸铁的力学性能影响9四、铸铁的分类四、铸铁的分类根据碳在铸铁中存在形根据碳在铸铁中存在形式式式式不同，可分为：不同，可分为：1 1、白口铸铁、白口铸铁2 2、灰口铸铁、灰口铸铁3 3、麻口铸铁、麻口铸铁C C C C的的的的存在形式存在形式存在形式存在形式：渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体(Fe(Fe(Fe(Fe3 3 3 3C)C)C)C)，断口为白色，断口为白色，断口为白色，断口为白色。性能：硬而脆，难以切削加工。性能：硬而脆，难以切削加工。性能：硬而脆，难以切削加工。性能：硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。主要用
5、作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。C C C C的存在形式：的存在形式：的存在形式：的存在形式：石墨石墨石墨石墨，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。C C C C的存在形式：的存在形式：的存在形式：的存在形式：石墨石墨石墨石墨+渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体，断口为黑白色。，断口为黑白色。，断口为黑白色。，断口为黑白色。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好
6、，应用最广泛的铸铁材料。性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用。10根据根据石墨（石墨（G 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：石墨呈普通灰铸铁：石墨呈片状片状可锻铸铁：石墨呈可锻铸铁：石墨呈团絮状团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球墨铸铁：石墨呈球状球状五、灰口铸铁的种类五、灰口铸铁的种类11第二节第二节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁组织的类型取决于组织的类型取决于组织的类型取决于组织的类型取决于石墨化石墨化石墨化石墨化的程度。的程度。的程度。的程度。一、铸铁中碳原子析出并形
7、成石墨的过程称为一、铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。碳体分解来获得。石墨化若能充分或大部分进行，则能获得石墨化若能充分或大部分进行，则能获得灰口铸铁灰口铸铁，反，反之将得到之将得到白口铸铁白口铸铁。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。渗碳体分解而得到。12二、影响石墨化的因素二、影响石墨化的因素二、影响石墨
8、化的因素二、影响石墨化的因素冷却速度冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化合金元素：合金元素：碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳、硅的含量越碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳、硅的含量越高，越容易进行石墨化，得到灰口铸铁组织。高，越容易进行石墨化，得到灰口铸铁组织。硫是强烈阻止石墨化的元素。一般硫是强烈阻止石墨化的元素。一般WsWs0.150.15。锰是阻止石墨化的元素。一般锰是阻止石墨化的元素。一般WMnWMn0.60.61.31.3。磷是微弱促进石墨化的元素。一般磷是微弱促进石墨化的元素。一般WPWP0.30.3。13冷却速度冷却
9、速度：缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化缓慢冷却有利于石墨化141、灰铸铁的成分、组织与性能 成份：成份：一般为一般为Wc=2.5%Wc=2.5%4.0%,Wsi=1.0%4.0%,Wsi=1.0%3.0%,WMn=0.5%3.0%,WMn=0.5%1.4%,Ws0.15%,Wp0.30%1.4%,Ws0.15%,Wp0.30%。组织：组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素体基体、铁素体体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。F+F+F+F+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨（F+P
10、F+PF+PF+P）+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨P+P+P+P+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨第三节第三节 一般工程用铸铁一般工程用铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁15 性能：性能：取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性和低的缺口敏感性。和低的缺口敏感性。2 2、灰铸铁的孕育处理、灰铸铁的孕育处理 在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散
11、的难在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。3 3、灰铸铁的牌号、性能及用途、灰铸铁的牌号、性能及用途 牌号用牌号用“HT+HT+数字数字”表示。表示。HTHT是是“灰铁灰铁”两字的汉语拼音字两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（首，数字表示最低的抗拉强度值（M
12、PaMPa）。例：）。例：HT150HT150。灰铸铁的性能特点是生产简单、应用广泛，其产量占整个灰铸铁的性能特点是生产简单、应用广泛，其产量占整个铸铁产量的铸铁产量的80%80%以上。以上。16 性能：性能：取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性和低的缺口敏感性。和低的缺口敏感性。2 2、灰铸铁的孕育处理、灰铸铁的孕育处理 在浇注前向铁水中加
13、入少量孕育剂，使大量高度弥散的难在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。3 3、灰铸铁的牌号、用途、灰铸铁的牌号、用途 牌号用牌号用“HT+HT+数字数字”表示。表示。HTHT是是“灰铁灰铁”两字的汉语拼音字两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（首，数字表示最低
14、的抗拉强度值（MPaMPa）。例：）。例：HT150HT150。灰铸铁的应用广泛，其产量占整个铸铁产量的灰铸铁的应用广泛，其产量占整个铸铁产量的80%80%以上。以上。17 4 4、灰铸铁的热处理、灰铸铁的热处理 灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。1 1）去应力退火）去应力退火 工艺为：加热至工艺为：加热至500500600600，保温一段时间后，随炉，保温一
15、段时间后，随炉冷至冷至200200以下出炉空冷。以下出炉空冷。2 2）消除白口、降低硬度退火）消除白口、降低硬度退火 加热到加热到850850900900，保温，保温2 25h5h，然后随炉冷却至，然后随炉冷却至250250400400出炉空冷。出炉空冷。3 3）表面淬火）表面淬火 主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。18 二、球墨铸铁 1 1、球墨铸铁的成分、组织与性能、球墨铸铁的成分、组织与性能 成份：成份：球墨铸铁的化学成分一般为：球墨铸铁的化学成分一般
16、为：Wc=3Wc=36 64 40 0，Wsi=2Wsi=20 02 28 8，WMnWMn0.60.60 08 8，Ws0Ws00404，WpWp0 01 1，WMgWMg0.030.030.050.05，WREWRE0 003030.050.05。组织：组织：分为铁素体球墨铸铁、铁素体分为铁素体球墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种。珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种。生产方法：在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接生产方法：在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨获得球状石墨,得到球墨铸铁得到球墨铸铁.19 20性能：性能：力学性
17、能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近，屈力学性能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近，屈强比达到强比达到0.70.70.80.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。牌号用牌号用“QT+AQT+A组数字组数字-B-B组数字组数字”表示。表示。QT QT是是“球铁球铁”两字的汉语拼音字首两字的汉语拼音字首;A A组数字表示最低的抗拉强
18、度值（组数字表示最低的抗拉强度值（MPaMPa）B B组数字表示最低伸长率（组数字表示最低伸长率（%）。）。例：例：QT600-3QT600-3。2、球墨铸铁的牌号、用途 21 广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件。机械性能机械性能牌号牌号基体基体 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa 5 5%a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB应应 用用 举举 例例QT400-17QT400-17铁铁素体素体4004002502501717600600179179 汽汽车车、拖拉机床底、拖拉机床底盘盘零件；零件；16-6416-64大气大气压阀门压阀门的的阀阀体、体、阀阀盖盖QT
19、420-10QT420-10铁铁素体素体4204202702701010300300207207QT500-5QT500-5铁铁素体素体+球光体球光体5005003503505 5147147241241 机油机油泵齿轮泵齿轮QT600-2QT600-2球光体球光体6006004204202 222972297302302 柴油机、汽油机曲柴油机、汽油机曲轴轴；磨；磨床、床、铣铣床、床、车车床的主床的主轴轴；空；空压压机、冷机、冷冻冻机缸体、缸套机缸体、缸套QT700-2QT700-2球光体球光体7007004904902 222972297302302QT800-2QT800-2球光体球光体
20、8008005605602 22417241732132122 3、球墨铸铁的热处理 热处理比钢的加热温度略高些、保温时间长些、加热速热处理比钢的加热温度略高些、保温时间长些、加热速度和冷却速度要慢些。度和冷却速度要慢些。1 1）退火）退火 分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。2 2）正火）正火 分为高温正火和低温正火。目的是增加基体组织中的珠分为高温正火和低温正火。目的是增加基体组织中的珠光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。光体的数量，
21、细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。3 3）调质处理）调质处理目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。4 4）等温淬火）等温淬火 目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。较好的韧性。23 4 4、球墨铸铁调质和正火后的组织性能、球墨铸铁调质和正火后的组织性能 机械性能 热处理工艺 显微组织 b MPa 5%ak kJ/m2 HB 调质:980退火后,900油淬+580回火 回火索氏体+石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火:980退
22、火后,900正火+580去应力退火 珠光体+5%铁素体+石墨 700 2.5 100 317321 24三、可锻铸铁三、可锻铸铁 可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温经可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温经长时间石墨化退火。长时间石墨化退火。1 1、可锻铸铁的成分、组织与性能、可锻铸铁的成分、组织与性能成份：较低的碳、硅含量，一般成份：较低的碳、硅含量，一般Wc=2.2Wc=2.22.82.8，Wsi=1.2Wsi=1.21.81.8，WMnWMn0.40.40 08 8，WpWp0 01 1，WsWs0.20.2。组织：组织：分为铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）、珠光体
23、分为铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁两种。可锻铸铁两种。25 性能：性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多。强度和韧性比灰铸铁提高很多。可锻铸铁并不可锻可锻铸铁并不可锻。2 2、可锻铸铁的牌号、用途、可锻铸铁的牌号、用途 牌号用牌号用“KT+KT+表示类别的字母表示类别的字母+A+A组数字组数字-B-B组数字组数字”表示。表示类别的字母有表示。表示类别的字母有H H、B B、Z Z。例：例：KTH370-12KTH370-12。26 用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件，可以用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件，可以部分代替碳钢。部分代替碳钢。27 四、蠕墨铸铁
24、四、蠕墨铸铁 通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。剂而生产制得的。1 1、蠕墨铸铁的成分、组织与性能、蠕墨铸铁的成分、组织与性能成份：成份：Wc=3.5Wc=3.53.93.9，Wsi=2.2Wsi=2.22.82.8，WMnWMn0.40.40 08 8，WpWp0 01 1，WsWs0.20.2。组织：组织：蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状蠕虫状。28 性能：性能：蠕墨铸铁是一种
25、新型高强铸铁材料。它的强度接近于蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。2 2、蠕墨铸铁的牌号、用途、蠕墨铸铁的牌号、用途 牌号用牌号用“RuT+RuT+一组数字一组数字”表示，表示，RuTRuT是是“蠕铁蠕铁”两字的汉两字的汉语拼音字首，语拼音字首，一组数字表示最低的抗拉强度值（一组数字表示最低的抗拉强度值（MPaMPa）。）。例：例：RuT420RuT420。蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。排排气气管管 进进气气管管 29 第四节第四节 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。1 1、耐磨铸铁（加铬）、耐磨铸铁（加铬）2 2、耐热铸铁、耐热铸铁（AlAl、SiSi、CrCr）扇扇形形扩扩散散器器托托架架 衬衬板板弯弯管管30