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1、第七章 铸铁,要弄清楚些什么呢? 1. 铸铁是什么?（如何形成的） 2. 有何特性? 3. 有哪些铸铁? 各有何特点?,Fe-Fe3C及Fe-G相图,7. 1 铸铁概论,一. 铸铁概念与分类 1. 铸铁是以Fe、C、Si为主要成分，并有共晶转变的工业铸造合金。,铸铁与钢总体比较： A. 成分 C、Si含量高，S、P含量高； 2.5-4.0 C, 1.0-3.0 Si, 0.5-1.4 Mn, 0.01-0.5 P, 0.02-0.2 S B. 组织 钢的基体 +（不同形状）石墨； C. 热处理 不同形式的热处理,D. 性能 取决于基体组织及G数量、形状、大小及分布. G：HB3-5， 屈强20
2、MPa, 延伸率近为0; G对基体有割裂（削弱）作用，对钢强度（抗拉强度）、塑性、韧性均有害，其性能比钢要低，特别塑、韧性; 但：具有优良的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敏感性； E. 生产 铸铁熔化设备简单，工艺操作简便，生产成本低廉。,2. 铸铁分类 根据C在铸铁中存在的形态和石墨形状的不同: 存在的形态 白口铸铁 麻口铸铁 灰口铸铁 石墨形状 灰口铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁（白心与黑心） 合金铸铁,硬度高、抗磨损性能好，做耐磨零件和工具。例如犁铧、球磨机的内衬及磨球、喷丸机的叶片等等。 “冷硬铸铁”件：如轧辊及矿车车轮等。 炼钢原料。,既不利于机械加工，又无特殊优
3、异的使用性能，故一般应用得较少。,白心KT,黑心KT,片状G,球状G,团絮状G,蠕虫状G,灰口铸铁（HT）,球墨铸铁（QT）,可锻铸铁（KT）,蠕墨铸铁（RuT）,二. 铸铁的石墨化原理 1. Fe-C相图的两重性 Fe-Fe3C Fe-G,2. G化过程（G形成条件） 热力学条件：G更稳定, 有利于G形成; 动力学条件：有利于Fe3C形成 1）C：（共晶）4.3 % ; G: 100 Fe3C中的C %为6.69 % ; 2）晶体结构: Fe3C比G更接近于奥氏体； 3）G形成时除C扩散外, 还需Fe的完全扩散, 而 Fe3C 形成时Fe不需作长程扩散。,要想在结晶过程中形成G: 1）成分条
4、件: C, Si石墨化元素含量较高； 2）冷却条件: 缓慢冷却。,3. 影响铸铁G化的因素 化学成分, 冷却速度, 熔炼条件等. 碳当量: 一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量（C.E） C.E = C + 0.3 （Si+P） + 0.4 S - 0.03 Mn 由于S, P%低, Mn的作用又较小 C.E = C + 0.3 Si,共晶度 铸铁含C量与共晶点实际含C量之比 , 表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度。 共晶点实际C量 = 4.3 - 0.3Si Sc=C% / （4.3-0.3 Si ）% Sc1, 过共晶铸铁； S
5、c=1, 共晶铸铁； Sc1, 亚共晶铸铁。,1976年，Graville发表了对钢板焊接性研究的重要成果，即Graville图，以该图为指导，开发了多种类型焊接性优良的HSLA钢。,1）化学成分对G化的影响 (强) Al, C, Si, Ti、Ni, Cu, P (弱) (促进G化) Nb(中性) (弱) Mn, Mo, S, Cr, V, Mg, Ce, B (强) (反石墨化元素, 促进白口),2）冷却速度对G化的影响 冷却速度与浇注温度、铸型、壁厚等有关铸件冷却速度越慢，越易G化； 对于一些厚薄不均的铸件，会产生性能不一致现象，薄处易出现白口，厚处灰口。 （1）可孕育处理，防止白口；
6、（2）可热处理，消除白口。,?均是G化铸铁（HTKTRuTQT），性能为何相差很大呢？ 化学成分、冷却速度、炉前处理、热处理 基体组织，G形态不同 （片状，球状，团絮状，蠕虫状） 性能差异,7.2 常用铸铁,一. 灰口铸铁 1. 成分：C 2.5-3.6 Si 1-2.5 2. 组织：F，F+P，P + 片状G（A型， , F型） 3. 牌号：HT100，150，200，250，HT300，350 一般铸铁 F F+P P P或S （孕育铸铁）,4.生产：一般铸铁的主要缺点： 1）G呈粗大片状， 性能较低； 2）壁厚敏感性高 5.热处理：去应力退火，G化退火，正火，表淬 6.性能：强度较低，塑
7、韧性低，硬度HB130-270，耐磨性好，减振性好，缺口敏感性小等 7.用途：可用作耐压减震件，如机床底座、支柱等,一般铸铁(调整成分)-孕育处理-孕育铸铁 1）孕育处理：在浇铸前往铁水中加入孕育剂进行处理，以改变合金的凝固过程与组织，提高性能； （机理：外来核心学说；温度浓度起伏学说） 2）孕育剂: 硅铁（SiFe）或硅钙(SiCa)合金； 还有许多复合长效孕育剂（防止孕育衰退） 3）孕育剂作用：促进非自发形核，细化组织与G片； 4）成分要求：原铁水中，C 2.8-3.2%, C.E 3.0-3.5%； 5）性能：壁厚敏感性较小；性能提高（与一般片铸铁相比） 6）用途：气缸、齿轮、机床铸件等
8、动载荷较小但静载要求较高的重要灰铸铁零件。,二. 球墨铸铁,概念：通过在浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理，再加入少量孕育剂进行孕育处理，以促进石墨化，在浇铸后可直接获得具有球状G结晶的铸铁，称为球墨铸铁。 成分： C.E较高 (4.3-4.6);低S量,较低Mn量 P-QT： C 3.6-3.8%, Si 2.0-2.5, Mn0.6-0.8 , P 0.1, S1400度； B. 球化剂：镁及其合金，稀土，稀土镁合金 C. 孕育剂：Si-Fe 或其它长效孕育剂 目的：1）消除球化元素白口倾向； 2）细化； 3）减小偏析 D. 球化方法：冲入法；型内球化法 用途：可制造各种受力复杂
9、、负荷较大和耐磨的重要铸件，如曲轴、连杆、齿轮等，在一定条件下可取代铸钢、锻钢、合金钢。,三. 可锻铸铁,定义：由白口铸铁在固态下经长时间G退火，使渗碳体分解形成团絮状G的一种高强度铸铁; 成分：C 2.2, Si 1.2-2.0, Mn 0.4-1.2,P0.1, S0.2; 牌号： KT300-6，330-8，350-10，370-12（F-KT） KTZ450-5，500-4，600-3，700-2 （P-KT）,性能：较高强度，良好塑性，有一定的塑变能力（展性铸铁，马铁），但并不能锻造。 但生产周期长，工艺复杂，成本较高。 生产：分两步： 1）生产白口铸铁； 2）高温G化退火（900-
10、980度,15h ） 用途：制造一些形状复杂而在工作中以经受震动的薄壁（25mm）小件。,白心可锻铸铁 white heart malleable cast iron 白心可锻铸铁断面呈银白色，一外缘有较厚的脱碳层、表里 组织不均匀的可锻铸铁。国家标准(GB9440-88)共有KTB350一04、KTB380-12、KTB400-05和KTB450-07 4种牌号，常用于水暖配件上。其最大的组织特点是不均匀性，厚度6mm以下的薄壁铸件 外层为全铁素体(因此具有焊接性)，心部有珠光体， 没有退火态石墨;壁厚6-15mm的铸件外层为铁素体，心部有珠光体并有团絮状石墨，甚至有残留的自由渗碳体。 白口
11、可锻铸铁的热处理工艺: 氧化气氛中脱碳.,四. 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁对铁液的化学成分要求与球墨铸铁相似，向铁液中加人蠕化剂即可; 组织由P、P+F、F + 蠕状石墨; 蠕墨铸铁的力学性能取决于石墨蠕化率、形状和分布及基体组织。蠕墨铸铁的强度、塑性和韧性优于灰口铸铁，尤其具有耐热冲击和抗热生长的优点。,7.3 合金铸铁 自学,合金铸铁是在剧烈摩擦磨损、腐蚀介质或高温条件下使用的特殊铸铁，一般含有较多的合金元素。 分类： 耐磨合金铸铁 耐热合金铸铁 耐蚀合金铸铁,一. 耐磨合金铸铁 铬系耐磨合金铸铁（白口铸铁） 镍系耐磨合金铸铁（白口铸铁） 锰系耐磨合金铸铁（白口铸铁） 二. 耐热合金铸铁 铸铁中加入Cr、Al、Si，与它们在耐热钢和耐热合金中一样，可大大提高其抗氧化性. 三. 耐蚀合金铸铁 常用耐蚀合金铸铁是高Si耐蚀铸铁和高Cr耐蚀铸铁.,双金属套缸,外层：50钢,内层：高铬铸铁,高铬铸铁,中锰球铁,
