铸钢与铸铁讲义

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1、第七章 铸钢与铸铁 7.1 铸钢 7.2 铸铁 7.1 铸钢 钢号 如 ZG25 钢， w(C)=0.25 % 。 性能 强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。 钢号 化学成分, %机械性能 CMnSi s MPa b MPa 5 % % ak kJ/m2 ZG150.12-0.220.35-0.650.20-0.452004002540600 ZG250.22-0.320.50-0.800.20-0.452404502032450 ZG350.32-0.420.50-0.800.20-0.452805001625350 ZG450.42-0.520.50-0.800.20-

2、0.453205801220300 ZG550.52-0.620.50-0.800.20-0.453506501018200 轧辊外壳 组织 PF 用途 形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。 7.2 铸铁 1铸铁的特点 2常用铸铁 成分 w(C) = 2.54.0 % ， w(Si) = 1.03.0 % . 1铸铁的特点 （）铸铁的石墨化 C 的同素异构体： 石墨G（简单六方晶格） 金刚石 Fe - Fe3CG 相图 Fe3C 亚稳定相 G 稳定相 石墨化过程 按Fe-G 相图结晶、转变 G结晶：过共晶成分 L L + GI 共晶转变 L4.26 A2.08+G（共晶）

3、(1154) G析出： AA+GII (1154738 ) 共析转变 A0.68F + G（共析）( 738) 影响石墨化的因素 化学成分 C、Si 促进石墨化 冷却速度 冷速慢有利石墨化 （）铸铁的组织和分类 名 称石 墨 化 程 度显微组织 灰口铸铁 按 Fe-G 相图结晶、转变F + G 较高F + P + G 中等P + G 麻口铸铁较低Le + P + G 白口铸铁按 Fe-Fe3C 相图结晶、转变Le + P + Fe3C 灰口铸铁的组织 钢基体 + G 力学性能 强度、塑韧性比钢低。 G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。 （）铸铁的性能 耐磨性好 石墨有利于

4、润滑、储油。 三种石墨形态 缺口敏感性低 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显 消震性好（是钢的十倍） G 组织松软 铸造性好 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。 切削加工性好 G 使切屑易断，还可润滑刀具。 其它性能 应用 如，机床床身、发动机缸体、齿轮、曲轴。 2常用铸铁 （）灰铸铁 （）球墨铸铁 （）蠕墨铸铁 （）可锻铸铁 （）合金铸铁 （）灰铸铁 牌号 如HT100，表示 b100MPa（直径30mm）。 组织 钢基体（F 、F + P 、P） + 片状G 性能 与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。 分类牌号 显微组织 基体粗片 普通灰铸铁 HT100F +少量P粗片 HT15

5、0F + P较粗片 HT200P中等片 孕育铸铁 HT250细 P较细片 HT300 S 或 T细片HT350 HT400 F+P基体+ 片状G 500 F基体+ 片状G P基体+ 片状G 孕育铸铁 浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂， 使P细化、G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。 热处理 去应力退火 500550，防止机加工、使用时变形或开裂。 水泵 叶轮 发动机飞轮 高温退火 850900, 表面、薄壁等白口处CmG, 硬度, 切削加工性 表面淬火 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。 应用 如，机床床身、导轨，汽缸体。 （）球墨铸铁 在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg）使G球化

6、 牌号 如 QT700-2 ，表示 b700， 2 。 组织 钢基体（F 、F + P 、P、 回火S、下B ) + 球状G 性能 强度、塑韧性明显优于灰铸铁。（ 球状G 对基体的割裂作用小） 牌号基体 机械性能 b MPa 0.2 MPa 5 % ak kJ/m2 HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207 QT500-5F+P5003505147-241 QT600-2P6004202229-302 QT700-2P7004902229-302 QT800-2P8005602241-321 QT1200-1下B12008401300

7、38HRC F+P基体 500 F基体 100 热处理 退火 去应力退火，500 600。 低温退火，720760， PG + F ，塑韧性、切削加工性 高温退火，900950， P, CmG + F ，塑韧性、切削加工性 正火 P% ，细化组织，强度、耐磨性 低温正火，840860， P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火，880920， P + G + 少量F ，强度较高。 不完全A化正火完全A化正火 调质 850900油淬 + 550600回火回火S + G 等温淬火 840900 + 300等温下B+G 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。 应用 替代部分铸钢、锻

8、钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。 连杆 管道接口 （）蠕墨铸铁 在铁水浇注前加蠕化剂而得 牌号 如 RuT420 ，表示 b420 。 组织 钢基体+ 蠕虫状G 性能 强度、塑韧性优于灰铸铁。 牌号 b MPa 0.2 MPa %硬度 HB 基体 不 小 于 RuT4204203350.75200280P RuT3803803000.75193274P RuT3403402701.0170249P+F RuT3003002401.5140217F+P RuT2602601953121197F 应用 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。 进气管 排气管 （）可锻铸铁 白口铸铁 经长时间石墨化退

9、火（900960）而得 牌号 如 KT300-6 ，表示 b300 ， 6 。 组织 钢基体 + 团絮状G 性能 强度、塑韧性优于HT，低于QT。 分类牌 号 壁厚 mm b MPa % 硬度 HB F基体 KT300-6123006120163 KT330-8123308120163 KT350-101235010120163 KT370-121237012120163 P基体 KT450-54505152219 KTZ500-45004179241 KTZ600-36003201269 KTZ700-27002240270 * 试棒直径16mm F+P基 500 F基 500 F基 100

10、 应用 管接头、低压阀门等。 （）合金铸铁 耐磨铸铁 减摩铸铁 P灰铸铁（F 为软基体，Cm为硬质点，G润滑、储油） 抗磨铸铁 白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好） 加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性。 耐热铸铁 耐蚀铸铁 随着生产的发展，对铸铁不仅要求有更高的机械性能 ，而且有时还要求具有某些特殊性能。如耐磨性、耐 热性和耐蚀性等。为此，可向铸铁中加入一定量的合 金元素制成合金铸铁（alloy cast iron）。 耐磨铸铁(wear resistant cast iron) 向铸铁中加入一定的P、B、V或Ti等元素， 使铸 铁组织中形成大量均布的高硬度显微夹杂物，大大提 高了铸铁的耐磨

11、性。向铸铁中加入Cr、Mo和Cu等元 素使基体组织细化和强化，也能提高耐磨性。高P、 Cu、Ti合金铸铁是制造机床导轨的好材料。Cr、Mo 、Cu 合金铸铁主要用在汽车、拖拉机、精密机床方 面以及要求较高的大型柴油机汽缸套及活塞环等零件 。此外，还有中锰球墨铸铁用于农机上的耙片、犁铧 、球磨机的衬板、磨球、拖拉机上的履带板等。 耐热铸铁（heat-resistant cast iron） 耐热铸铁是指在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的能 力。所谓“生长”是指由于氧化性气体沿着石墨片的边界和裂纹 渗入铸铁内部所造成的氧化以及由于Fe3C分解而发生的石墨化 引起铸铁件体积膨胀。向铸铁中加入一定量的

12、Al、Si或Cr等元 素，一方面使铸铁表面形成致密的氧化膜(Al2O3、SiO2、 Cr2O3)，使这类铸铁在高温下具有抗氧化、不起皮的能力；另 一方面，这些元素提高了铸铁组织的相变温度，阻止了Fe3C的 分解，增强了铸铁在高温下的抗生长性，使铸件的性能与尺寸 稳定，即提高了耐热性。耐热铸铁可用于制造炉门、炉栅等耐 热件。 耐蚀铸铁（corrosion resistant cast iron） 耐蚀铸铁是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能 力的铸铁。它们主要应用于化工部门，如阀门、管道 、泵、容器等。提高铸铁耐蚀性主要靠加入大量的Si 、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素。在铸件表面形成保护 膜，

13、可以提高铸铁的耐蚀性能。 小结 重点要求 灰铸铁 和 球墨铸铁 的成分，组织，性能特点，牌号及用途。 一般要求 1. 铸铁的石墨化原理，石墨的形态、大小对铸铁性能的影响。 2. 铸铁的常用热处理的方法和目的。 3. 了解可锻、蠕墨、合金铸铁。 思考题 1. 出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止或改善？ a. 灰铸铁磨床床身铸造以后就进行切削, 在切削加工后出现不允许的变形。 b. 灰铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。 2. 指出下列铸铁的类别、组织及性能的主要指标： HT150； HT350；QT600-3 。 人有了知识识，就会具备备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们们要勤恳读书恳读书 ，广泛阅读阅读 ， 古人说说“书书中自有黄金屋。 ”通过阅读过阅读 科技书书籍，我们们能丰富知识识， 培养逻辑逻辑 思维维能力； 通过阅读过阅读 文学作品，我们们能提高文学鉴赏鉴赏 水平， 培养文学情趣； 通过阅读报过阅读报 刊，我们们能增长见识长见识 ，扩扩大自己的知识识面。 有许许多书书籍还还能培养我们们的道德情操， 给给我们们巨大的精神力量， 鼓舞我们们前进进。