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1、第12章 铸铁,教学要求： 1、介绍铸铁的分类及其组织特征； 2、介绍铸铁的石墨化过程及其影响因素； 3、介绍铸铁的热处理特点、性能及用途。,重点：铸铁的组织特征；铸铁的石墨化过程及其影响因素。,难点：铸铁的石墨化；铸铁的热处理。,铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。 碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。,第一节 概 述,例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造.,铸铁曲轴,一、铸铁的石墨化过程 1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石墨)双重
2、相图 Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）,第一节 概 述,石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。,存在两个铁碳相图： Fe-Fe3C和Fe-G双重相图,2、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。,台车式石墨化退火炉,石墨化分两个阶段： 在PSK线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化。 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
3、共晶渗碳体的分解.,在PSK线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。 石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。,三、铸铁分类 按石墨的形态和形状分 1）白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。 由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。 2）灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部分以片状石墨形状存在断口呈灰色存在。 3）麻口铸铁： 组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的点，故而得名。,4蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d。,a,b
4、,c,d,根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：,1普通灰铸铁 ： 简称灰铸铁，其石墨呈片状。如图a.,2可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b。,3球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c。,1.化学成分的影响,1）碳和硅,碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。,硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。,所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。,四、影响石墨化的因素,3）锰,所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。,使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收缩率）
5、。,锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。,一般控制在0.61.2%之间,4）磷,磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。,限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.20.3%以下。,2）硫,硫是强烈阻碍石墨化元素。,铸铁中的磷共晶,2.冷却速度的影响,在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。,1）铸件壁厚,铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。,铸铁壁厚（mm）,（wC+wSi）%,白口铸铁,麻口铸铁,灰口铸铁,白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸
6、铁：,珠光体灰口铸铁,珠光体+铁素体灰口铸铁,铁素体灰口铸铁,P+Fe3C+Le,P+Fe3C+G+Le,珠光体灰口铸铁：,铁素体灰口铸铁：,珠光体+铁素体灰口铸铁：,P+G片,P+F+G片,F+G片,第二节 常 用 铸 铁,工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 1、铸铁的组织特点 钢的基体+G（石墨） 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。, 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,2、铸铁的性能特点 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
7、基体的连续性，且易导致应力集中。,铸铁与铸钢的强度比较,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（续）,第二节 常用铸铁,一、灰铸铁 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80%以上。 1、组织,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，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。,灰铸铁齿轮箱,灰 铸铁 的显 微组 织,常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。,2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。,1.消除内
8、应力退火(又称人工时效) 加热到500600，保温一定时间，随炉冷至200 以下出炉空冷。 2. 消除白口组织退火 加热到850900 ，保温25h，然后随炉冷至250400 出炉空冷。 3.表面淬火 主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的方法是火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。,3、用途 制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,二、可锻铸铁 石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。 1、组织： 基体(F、P)团絮状G 铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。 2、性能：强度为碳钢的00%，接近于铸钢。 名为可
9、锻，实不可锻,可锻铸铁的显微组织,3、用途 用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,三、 球墨铸铁 石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到. 1、组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土镁。,为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。,球墨铸铁的显微组织,2、性能与热处理 强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2 /b)高, 约为0.70.8, 而钢一般只有0.30.5。,球墨铸铁可进行各种热处理,如退火、正火、
10、淬火加回火、等温淬火等。,球墨铸铁的热处理特点是： 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; 淬透性比碳钢高; 奥氏体中碳含量可控。,退火,退火是为了获得F基体，提高塑性和韧性。,1）去应力退火 对不再进行其他热处理的铸铁件，将其加热至500600，保温28h，然后缓冷。 2）低温退火 对铸态组织是F-P和石墨，而没有自由渗碳体时，可进行低温退火，使P中的渗碳体分解为F和石墨，最后得到F基体的球墨铸铁。工艺是加热至700760 ，保温36h，然后随炉缓冷至600 出炉空冷。 3）高温退火 对铸态组织不仅有石墨还有自由渗碳体时，可进行高温退火，使渗碳体分解为F和石墨，最后得到F基体的球墨铸铁。工艺是
11、加热至920980 ，保温25h ,然后随炉缓冷至600 出炉空冷。,正火,正火是为了增加基体组织中P的数量，细化组织，提高强度和耐磨性。,1）低温正火 又称不完全奥氏体正火，其工艺是将铸件加热到820860 ，保温13h然后出炉空冷，以得到P和少量F基体的球墨铸铁，既提高强度又具有较好的塑性和韧性。 2）高温正火 又称完全奥氏体正火，其工艺是将铸件加热到880950 ，保温13h然后出炉空冷，以得到P基体的球墨铸铁，提高强度、硬度和耐磨性。,调质处理,为了得到回火S基体，以获得较高的综合力学性能。其工艺为，淬火加热温度860900，油冷，550600.,等温淬火,为了得到下B基体，使其具有高
12、硬度、高强度和较好的韧性。其工艺为，淬火加热温度850900，保温后迅速放入250350的盐浴中等温11.5h，然后取出空冷。,3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。,四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、,稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。 蠕墨铸铁的组织： 基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G,蠕墨铸铁中的石墨,蠕墨铸铁的显微组织,蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。,蠕墨铸铁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。
13、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、耐压泵的泵体等。,第三节 合金铸铁,合金铸铁是指在普通铸铁基础上加入一种或多种元素，提高常规元素硅、锰的含量，获得的具有较高力学性能或某些特殊性能的铸铁。,1.耐磨铸铁 是指不易磨损的铸铁。加入的主要元素有锰、磷、铬、鉬、钨、铜、钛、钒、硼等元素，其作用是形成硬化相，提高耐磨性。广泛应用于机床导轨、汽缸套、活塞环、轴承、轧辊和1球磨机磨球等。,2.耐热铸铁 是指在高温下使用，具有抗氧化性或抗生长性能符合使用要求的铸铁。主要用于制作炉底板、烟道挡板、炉条、渗碳坩埚。 3.耐蚀铸铁 是指具有一定耐腐蚀能力的铸铁。主要用于化工管道、泵、阀门、容器等。,
