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1、1.4 常用合金铸件生产 1.4.1 铸铁件生产 1.4.2 铸钢件生产 1.4.3 非铁合金铸件生产 铸铁是Wc2.11%的铁碳合金。实用的铸 铁是FeCSi 为主的多元合金。铸铁具有 许多优良性能，且制造简单，成本低廉，是 最常用的金属材料之一。 1.4.1 铸铁件生产 1.铸铁的石墨化及影响因素 2.常用的铸铁 铸铁分类 碳部分以石墨的形式存在 ，部分以Fe3C的形式存在 ，断口呈黑白相间的麻点 。 铸铁的分类 根据碳在铸铁 中存在形式分 白口铸铁： 灰口铸铁： 麻口铸铁： 碳主要以Fe3C的形式存在， 断口呈银白色； 碳全部或大部分以石墨(G) 的形式存在，断口呈暗灰 色； 在这三类铸
2、铁中，灰口铸铁用的最多 。 灰口铸铁的分类 灰铸铁分类 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 ，如表2.5.1所示 表2.5.1灰口铸铁的分类 1.铸铁的石墨化及影响因素(核心-石墨) 铸铁的石墨化是指铸铁中碳以石墨形式析出的过程。 （1）铸铁的石墨化 图1.4.1铁碳合金双重相图 石墨化过程的两个阶段 共析温度以上的石墨化过程称为第一阶段石墨 化； 第一阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么 铁。第一阶段石墨化过程无法进行，得到白口铸铁 ；第一阶段石墨化部分进行，
3、得到麻口铸铁；第一 阶段石墨化过程能够充分进行，得到灰口铸铁。 共析及共析温度以下的石墨化过程称为第二阶 段石墨化。 第二阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么 基体的铸铁，如表 1 所示。 铸铁名称 铸铁显微组织 石墨化进行的程度 第一阶段石墨化第二阶段石墨化 灰铸铁 F+G片 F+P+G片 P+G片 完全进行 完全进行 部分进行 未进行 球墨铸铁 F+G球 F+P+G球 P+G球 完全进行 完全进行 部分进行 未进行 蠕墨铸铁 F+G蠕虫 F+P+G蠕虫 完全进行 完全进行 部分进行 可锻铸铁 F+G团絮 P+G团絮 完全进行 完全进行 未进行 表 1 铸铁组织与石墨化进行程度之间的关系 （
4、2）影响石墨化的主要因素 化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨 化的两个主要因素，如图1.4.2所示 。 图1.4.2碳硅含量和铸件壁厚对铸件组织的影响 2.常用的铸铁 （4）可锻铸铁 （5）特殊性能铸铁 （1）灰铸铁 1）组织特征 2）性能特点 3) 牌号及用途 4) 铸造性能 5) 孕育处理 6) 热处理 （2）球墨铸铁 （3）蠕墨铸铁 1）组织特征 2）性能特点 3) 牌号及用途 4）蠕墨铸铁生产 5) 铸造性能 白口铸铁自学 （1）灰铸铁 1）组织特征 灰铸铁的组织由钢的基体+片状石墨所组 成，按基体不同，灰铸铁分为三种类型，如图 1.4.3所示。 a）铁素体基体 b)铁素体+珠光体基体
5、c)珠光体基体 图1.4.3 灰铸铁的显微组织 铸造性能好。 2）性能特点（制造与使用，不记但提到要懂） 3) 牌号及用途 按GB9439-88规定，我国灰铸铁分为六个牌号 。“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音字头，后面 三位数字表示最低抗拉强度值。美国材料与试验协 会标准 (ASTM) 中铸铁表示方法见表1.4.3。（略 ） 抗拉强度低，塑性差； 抗压、弯曲强度较高； 减震性好； 减磨性好； 缺口敏感性低； 切削加工性好； 不能锻造； 焊接性能差； 表1.4.3A 铸铁的表示方法(ASTM)（参考） 名称牌号组组成说说明 1.一般灰铸铸 铁铁 一位和二位数组组，例：26、 40、50 一位数
6、为为序号，二位数表示最低抗拉强度值值 (1000PSi)，有时时在数字后加字母表示尺寸种类类 2.阀门阀门管配 件灰铸铁铸铁 用A、B、C字母表示 3.球墨铸铁铸铁六位三组组数，例805506 第一组组数：最低抗拉强度值值 (1000PSi) 第二组组数：最低屈服强度值值 (1000PSi) 第三组组数：最小伸长长率 (%) 4.可锻铸铁锻铸铁五位数组组，例：32510、 50005 5.奥氏体铸铸 铁铁 D数字序号+字母类类号，例 ：D3B 6.机动车动车用 灰铸铁铸铁 G+四位数字组组 四位数组组：缩缩小10倍的最低抗拉强度值值 (PSi) 7.汽车车用可 锻铸铁锻铸铁 M+四位数字组组
7、前两位数：最小屈服强度 (1000PSi)，后两位数： 最小伸长长率 (%) 8.耐磨铸铁铸铁 百分数+元素符号+.HC (或 LC) 例：20%-Cr-Mo-LC 百分数代表第一位元素含量。HC：高含碳量，LC ：低含碳量 铸铸 铁铁 注: Psi：表示每平方英寸磅力，1000PSi6.9MPa。 表1.4.4灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例 牌号 铸铸件壁厚mm抗拉强度N/mm2显显微组织组织 应应用举举例 基体石墨 HT100 2.5 10 20 30 10 20 30 50 130 100 90 80 F粗壮片 手工铸铸造用砂箱、盖、下水管、底座、外罩、 手轮轮、手把、重锤锤等 HT
8、150 (20B) 2.5 10 20 30 10 20 30 50 175 145 130 120 F+P较较粗壮片 机械制造业业中一般铸铸件，如底座、手轮轮、刀 架等；冶金业业中流渣槽、渣缸、压钢压钢 机托辊辊 等；机车车用一般铸铸件，如水泵泵壳、阀阀体、阀阀 盖等；动动力机械中拉钩钩、框架、阀门阀门 、油泵泵 壳等 HT200 (30B) 2.5 10 20 30 10 20 30 50 220 195 170 160 P中等片状 一般运输输机械中的气缸体、缸盖、飞轮飞轮 等； 一般机床中的床身、机座等；通用机械承受中 等压压力的泵泵体、阀阀体等；动动力机械中的外壳 、轴轴承座、水套筒等
9、 HT250 (35B) 4.5 10 20 30 10 20 30 50 270 240 220 200 细细P较细较细 片状 运输输机械中的缸体、缸盖、；机床中立柱、横 梁、床身、滑板、箱体等；冶金矿矿山机械中的 轨轨道板、齿轮齿轮 ；动动力机械中的缸体、缸套、 活塞 HT300 (45B) 10 20 30 20 30 50 290 250 230 细细P较较小片状 机床导轨导轨 、受力较较大的机床床身、立柱机座 等；通用机械的水泵泵出口管、吸入盖等；动动力 机械中的液压阀压阀 体、涡轮涡轮 、汽轮轮机隔板、泵泵 壳、大型发动发动 机缸体、缸盖 HT350 (50B) 10 20 30
10、20 30 50 340 290 260 细细P细细小片状 大型发动发动 机气缸体、缸盖、衬衬套；水泵泵缸体 、阀阀体、凸轮轮等；机床导轨导轨 、工作台等摩擦 件；需经经表面淬火的铸铸件 注：括号内材料牌号为ASTM 标准 表2.5.4 灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例 灰铸铁的碳当量接近共晶成分，结晶温度区 间小、熔点低，故流动性好，可浇注形状复杂的薄 壁铸件； 灰铸铁收缩小、有自身补缩能力，可不用或 少用冒口； 灰铸铁熔点低（与铸钢比），对型砂耐火度要求 低，适合于湿型铸造。 由于灰铸铁铸造性能好，不需炉前处理，一般 不用冒口和冷铁等特殊工艺，铸后不需热处理，仅 复杂件铸后时效处理，以消
11、除内应力和防止变形， 所以应用十分广泛（由上述 得来的结果）。 4) 铸造性能 普通灰铸 铁的壁厚越厚 ，心部的强度 、硬度低。 如壁厚为 3050mm的铸 件，要求b为 200MPa时，应 选HT250。 图1.4.4 铸铁件截面上的硬度分布 但是，普通灰铸铁石墨呈粗大的片状，薄壁易产 生白口，厚壁晶粒粗大，因此，力学性能差（使用）。 影响铸态组织的因素：原始炉料、冷却速度、孕育处理。 5) 孕育处理 目前应用最多的孕育剂是含硅75%的硅铁。 孕育处理常用的方法在出铁槽内加孕育剂。孕育衰退-近 年发展了瞬时孕育（后孕育）-如浇口杯、型内孕育。 含碳、硅量低，浇注温度高，收缩大，有时要冒口补缩
12、 ，铸造性能比普通灰口铸铁差，工艺较复杂。孕育铸铁石墨 仍为片状，塑形、韧性仍很低，本质仍属灰口铸铁。 粗大的片状石墨是普通灰口铸铁力学性能差的原因之一， 因此，可以通过工艺手段使石墨片变得细小、均匀。 晶粒粗大(自发形核早、少，时间长)。 （1）限制石墨晶核过早生成-尽量降低原铁水含碳量， 同时适当降低硅含量；此时易生成渗碳体，得到珠光体基 体。但易形成白口或麻口，（2）因此在浇注前的铁水中加 硅铁或硅钙合金，产生大量的人工晶核，促进石墨形核和结晶。 6) 热处理 常用的热处理（难以提高力学性能）方法： 去应力退火-人工时效（也有自然时效） 加热、保温、缓冷，消除铸件中残余应力，防止 铸件变
13、形或开裂，保证铸件加工精度； 软化退火（消除表面硬化层） 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。 选择铸铁牌号必须考虑铸件壁厚。 (2) 球墨铸铁 球墨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（1947年英国人 偶然发现了铸铁中的球状石墨，1949年成功利用Mg进 行球化）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19
14、50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。 球墨铸铁 本节主要讲述以下几个问题： 1）组织特征 2）性能特点 3）牌号及用途 4）球墨铸铁的生产 5）铸造性能 6）热处理 1）组织特征 球墨铸铁的显微组织是由球状石墨和钢的 基体所组成，显微组织如图1.4.5所示。在铸 态下，金属基体通常是铁素体-珠光体的混合 组织，铁素体位于石墨球周围呈现“牛眼状” ，如图1.4.5b）。通过热处理还可以得到铁素 体基体、珠光体基体或下贝氏体基体的球铁。 目前，人们已经通过各种工艺手段在铸态下直 接获得铁素体或珠光体基体，使球墨
15、铸铁的生 产周期缩短，成本降低。 a）F球铁250 x b)F+P球铁250 x c)P球铁200 x d)B下球铁500 x 图1.4.5球墨铸铁的显微组织 2）性能特点 由于球状石墨对基体的割裂作用小，从 而使基体强度的利用率从灰铸铁的30%50% 提高到70%90%，其力学性能远远超过灰铸 铁，抗拉强度可与钢媲美，塑性、韧性明显 提高，尤其是屈强比（0.2/b）高，更 增加了使用的可靠性。球墨铸铁仍具有良好 的铸造性能、切削加工性能、减震性、耐磨 性，及低的缺口敏感性等性能。 3）牌号及用途 球墨铸铁的牌号、力学性能和用途 见表2.5.5，其中“QT”表示“球铁” 二字的汉语拼音字头，后面的两组数字 分别表示最低抗拉强度和最小伸长率数 值。(ASTM标准中的表示方法见表 1.4.5)。 表 1.4.5球墨铸铁的牌号、力学性能和用途 牌 号基体组织组织 力学性能 用途举举例 b MPa 0.2 MPa %HBS 不小于 QT400-18 (60-40-18) 铁铁素体40025018
