机械料40-4学时综述

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1、 第八章 铸 铁 v二、灰口铸铁 v三、球墨铸铁 v四、蠕墨铸铁 v五、可锻铸铁 v一、概述 1铸铁的石墨化过程 2铸铁中的合金元素 3铸铁的组织和分类 4铸铁性能特点 结束放映下一页上一页 本章首页 铸铁：碳质量分数大于2.11%并含有较高的Si，还有较 高的杂质元素S、P的铁碳合金。 、铸铁的成分特点 与碳钢相比，除了有较高的C、Si外，还有较高的杂质元素S、P。 、铸铁中的碳主要有如下三种形式分布： 溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体。如铁素体、 奥氏体； 与Fe生成化合物，如Fe3C碳化物存在； 以游离的石墨（G）形式析出。 机械制造工业用的铸铁中，碳主要以石墨（G）形式存 在。 结束

2、放映下一页上一页 本章首页 一、概述 结束放映下一页上一页 本章首页 如图 1铸铁的石墨化过程 v石墨化过程就是铸铁中碳原子以石墨(G)形 式析出的过程。（相图分析） vFe-C双重相图 v石墨形成(石墨化)过程可分为3个阶段： v第一阶段石墨化（GG共晶）过程-决定了 石墨形态 v第三阶段石墨化（G共析 、G）过程-决定 了基体组织(F、P、F+P)。 结束放映下一页上一页 本章首页 第三阶段： 共晶及共晶温度以上的石墨 化过程称为第一阶段石墨化 ； 共析及共析温度以下的石墨 化过程称为第三阶段石墨化 。 结束放映下一页上一页 本章首页 2铸铁中的合金元素 v影响石墨化的因素（两个）：化学成

3、分和冷却速度。 v化学成分影响分为两大类 C、Si-促进石墨化的元素。 Mn、S、Mg-阻碍石墨化的元素。 Mg又是促进石墨球化的元素（球-） P的影响：磷是促进石墨化不十分强烈的元素。 vV冷越慢，愈有利于C原子的扩散，对石墨化愈有利。 结束放映下一页上一页 本章首页 影响石墨化的主要因素： 图中：碳、硅含量和铸件壁厚对铸件组织的影响 结束放映下一页上一页 本章首页 3铸铁的组织和分类 铸铁的组织相当于金属基体上分布着不同形态的石墨 。 金属基体有P、F、FP，经热处理后有M、B等组织 ，它们相当于钢的组织。 铸铁的分类 根据石墨的形态分类： 灰铸铁：片状石墨的铸铁 普通灰口铸铁 、 孕育铸

4、铁 可锻铸铁：团絮状石墨； 球墨铸铁：球状石墨； 蠕墨铸铁：蠕虫状石墨。如图所示。 结束放映下一页上一页 本章首页 灰口铸铁 分为 灰铸铁： 石墨呈片状（ ） 球墨铸铁： 石墨呈球状 （ ） 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 （ ） 可锻铸铁： 石墨呈团絮状 （ ） 灰口铸铁根据组织中石墨形态的不同可分为四类： 灰口铸铁的分类 结束放映下一页上一页 本章首页 结束放映下一页上一页 本章首页 根据石墨化程度（断口颜色）分类： 第一、二、三阶段石墨化过程全部被抑制，碳几乎全 部以Fe3C析出。凝固后断口呈白亮的颜色，故称得到白 口铸铁；(硬而脆，应用较少)。 第一、二阶段石墨化过程能够充分进行，凝固后断口

5、呈灰暗色，故称为灰口铸铁 第一阶段石墨化部分进行，凝固后断口夹杂着白亮的 渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁；。 结束放映下一页上一页 本章首页 4铸铁性能特点 v力学性能主要取决于基体组织及石墨（数量、形状 、大小、分布）。 v石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大，分布在基 体上的石墨，可看做孔、洞、裂纹。 G：3 5HBS； b20； 接近0 P：160200HBS； b 800 1000 F：50 80HBS； b 350 400 结束放映下一页上一页 本章首页 v力学性能：与钢比 强度低（b灰铁最低，球铁最好）、塑、韧性差（不能 锻造）石墨减小有效承载截面积，石墨尖端易使铸件在承载时

6、产生应力集中，形成脆性断裂。 v其它性能：由于石墨的存在，赋予铸铁许多钢所不及的性能 好的：切削加工性（切屑易断，润滑作用）、耐磨性（润 滑剂、储油） 、消震性（钢的十倍，石墨密度小，能迅速吸 收震动） 、铸造性（接近共晶成分）和低的缺口敏感性。 结束放映下一页上一页 本章首页 v此外：铸铁的碳含量高，其成分接近共晶成分，因 此，铸铁熔点低，约为1200左右，铁水流动性好； v 石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率小，其铸 造性能优于钢。 结束放映下一页上一页 本章首页 v一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越 接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。 对基体强度的利用率：灰铁最差（30-

7、50%），球 铁最好达（ 70-90% ）。 v 1灰铸铁的牌号 v 2影响灰铸铁组织和性能的因素 v 3孕育处理 结束放映下一页上一页 本章首页 二、灰铸铁(常被称为灰口铸铁 ) 灰铸铁是石墨呈片状分布的铸铁，它是应用最广的 一类铸铁。在各类铸铁的总产量中，灰铸铁所占的比 重最大，约占80以上。 1灰铸铁的牌号 v用“HTxxx”表示，例如HT150， 150表示30mm试样的最低抗拉强度为150MPa的灰口铸铁。 v普通灰铸铁有：HTl00、HT150、HT200和HT250 ， v孕育灰铸铁有：HT300、HT350和HT400。 v根据基体组织不同分为： F基体灰铸铁 - HTl00

8、FP基体灰铸铁- HT150 P基体灰铸铁 - HT200 、 HT250 最低b为 150MPa 灰铁 结束放映下一页上一页 本章首页 组织：钢的基体（F、F + P、P) + 片状石墨 G a）铁素体基体 b)铁素体+珠光体基体 c)珠光体基体 灰铸铁的显微组织图 结束放映下一页上一页 本章首页 2灰铸铁组织和性能特点 v组织：由片状石墨和金属基体组成。基体组织不同（ 分为F、P、F+P三种）可得到不同的灰铸铁。 v性能： 优良的铸造性能（成分接近共晶点，其熔点低，流 动性好，结晶后分散缩孔少，偏析小，可铸造复杂形 状零件）； 优良的耐磨和消震性能； 良好的切削加工性； 结束放映下一页上一

9、页 本章首页 结束放映下一页上一页 本章首页 v灰铸铁的力学性能：受片状石墨的影响，它的 抗拉强度、塑、韧及弹性模量都低于钢；抗压 强度接近钢（灰铸铁明显特性。应为硬度和抗压强 度主要取决基体组织 ）。对基体强度的利用率：灰铁最 差（30-50%），球铁最好达（ 70-90% ）。 灰铸铁件的机械性能不仅与石墨片的分布类型有 关， 而且还与石墨片的大小有关。灰铸铁片状石墨 的大小分为8级，以1级为最粗，8级为最细。 石墨片越粗，其机械性能越差。为了获得细片状的 石墨，通常采用孕育处理。经过孕育处理（变质处理 ）的灰铸铁, 称为孕育铸铁。 3孕育处理 v孕育处理是指铸铁溶液浇铸前加入少量孕育 剂

10、（硅铁，硅钙），细化基体组织，石墨变细而 均匀，提高铸铁的强度。孕育处理后的灰铸 铁叫做孕育铸铁或变质铸铁。 结束放映下一页上一页 本章首页 孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大 的大型铸件。 灰铸铁的应用 ：耐压、消震性好的件。如机床床身（要求消 震性好）、导轨及汽缸体（要求耐磨） 4、灰铸铁的应用 分类 牌号 铸件 尺寸 b (MP a) bb ( MPa ) 基体 石墨 应用 普通 灰铸铁 HT100 任意 100 260 铁素体 粗片 机床座 普通 灰铸铁 HT200 1530 200 400 珠光体 中等汽缸、飞轮 孕育 铸铁 HT300 1530 300 540 珠光体

11、 较细 重荷机床床 身 孕育 铸铁 HT400 1530 400 680 索氏体 细小 齿轮、高压 泵壳 5、热处理： 常用的热处理方法如下： 去应力退火 加热500600，保温、缓冷，消除铸件中残余 应力，防止铸件变形或开裂，保证铸件加工精度； 软化退火 加热850950，保温、缓冷，使Fe3C分解成铁 和石墨，改善铸件的切削加工性； 表面淬火 提高表面硬度和耐磨性，如机床导轨面采用接触电 阻加热表面淬火，使用寿命可提高1.5倍。 结束放映下一页上一页 本章首页 （热处理只能改变基体组织，不能改变石墨） 去应力退火软化退火 结束放映下一页上一页 本章首页 三、可锻铸铁 v可锻铸铁由白口铸铁经

12、长时间石墨化退火（900980 ）而得 到。 其强度、塑性和冲击韧度都较高，可部分代替碳钢。 结束放映下一页上一页 本章首页 由于团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起的应力集中作用 比灰铸铁小得多，因此，可锻铸铁具有较高的强度，特别是塑性 （延伸率可达12%)比灰铸铁高得多，有一定的塑性变形能力 ，因而得名可锻铸铁（或展性铸铁，又称为马铁）。 v力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。可锻铸铁不可锻！ v我国可锻铸铁的牌号用 “KT”表示，若其后加拼音“Z”，则表 示珠光体可锻铸铁。 KTZ450-5 最低抗拉强度 最低延伸率值 例：珠光体可锻铸铁 KT300- 6 弯头、三通 KT330- 8 扳

13、手、犁刀、车轮壳 KT350-10 机车轮壳，减速器壳，万向节壳，制动器 KT370-12 机车轮壳，减速器壳，万向节壳， 制动器 KTZ450-5 常见牌号： F可锻铸铁 P可锻铸铁KTZ500-4 KTZ600-3 KTZ700-2 曲轴，凸轮轴，连杆，齿轮 活塞环，轴套，万向接头 棘轮，扳手，传动链条。 1球墨铸铁的成分和球化处理 v球墨铸铁的成分要求比较严格，与灰铸铁相比，它 的碳当量较高，硫含量较低。 v要进行球化和孕育处理。 四、球墨铸铁 结束放映下一页上一页 本章首页 提高铸铁性能的根本途径是改变石墨的形态。 国内常用球化剂：镁、稀土、稀土镁合金。 孕育处理75%Si的硅铁 球墨

14、铸铁是通过球化处理和孕育处理使石墨呈 现球状，并配合适当的热处理改善基体组织，从而 使铸铁的性能产生了质的飞跃，尽管球墨铸铁的历 史很短，却在国内外得到迅速发展，在一些工业发 达国家，其产量已超过铸钢，仅次于灰铸铁。我国 1950年开始生产球墨铸铁，20世纪60年代又结合国 内丰富的稀土资源开发了稀土镁球墨铸铁，使我国 球墨铸铁生产处于世界前列。 v牌号用“QT数字数字” 例： QT40018 v组织：金属基体（F、P、F+P）上分布球状石墨。 v性能：力学性能大大高于灰铸铁（基体强度的利用率从灰 铸铁的30%50%提高到70%90%），更增加了使用的可靠性。 最低抗拉强度 最低延伸率 结束放

15、映下一页上一页 本章首页 2球墨铸铁的牌号、组织和性能 抗拉强度高，屈服强度(0.2)高，屈强比为0.7-0.8， 塑性与韧性虽低于钢，但却高于其它各类铸铁。 疲劳强度：铸铁的疲劳强度在很大程度上取决于石墨的形状。 球状的疲劳强度最高，团絮状的次之，片状的最低。且随石 墨数量增多，铸铁的疲劳强度降低。 例：QT400-17QT420-10 QT500-5 QT600-2 QT700-2 QT800-2 QT1200-1 阀体，阀盖机油泵齿轮柴油机等曲轴汽车齿轮 应用 ：替代部分铸、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等 v某些性能接近钢（如耐磨性、抗拉强度、弯曲疲劳 强度），同时有优良的铸造、

16、切削加工和低缺口敏 感性等等。 v球墨铸铁的用途 球墨铸铁和可锻铸铁相比较，除了具有更高的机械性能外，还 具有生产工艺简单，生产周期短且不受铸件尺寸限制的特点。 还可以像钢一样进行各种热处理以改善金属基体组 织，进一步提高机械性能。 球墨铸铁的球化处理与孕育处理 球化处理：球墨铸铁生产中，铁水在临浇铸前加入一 定量的球化剂，以促使石墨结晶时生长为球状的工艺 操作称为球化处理。 孕育处理：促使石墨生核片生成球径小、数量多、园 整度好、分布均匀的球状石墨，从而善球墨铸铁的机 械性能。孕育剂75%硅铁或钙铁合金 。 组织 ：钢的基体（F、F+P、P、S、B下 )+球状（G） a）F球铁250x b)F+P球铁250x c)P球铁200x d)B下球铁500x 球墨铸铁的显微组织 结束放映下一