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1、工程材料 同济大学机械与能源工程学院,第八章 铸铁,重点：铸铁的石墨化、性能特点 常用铸铁的牌号、热处理、性能及应用,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,第八章 铸铁,根据Fe-Fe3C相图，含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。工业上常用铸铁不是白口铸铁。化学成分大致为： 2.54.0%、1.03.0%Si、0.51.4%Mn、 0.010.5%P、0.020.2%S。合金铸铁： 添加Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素，提高耐磨性、耐蚀性和耐热性。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,一、铸铁的化学成分 铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁
2、碳合金。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,二、铸铁的石墨化 第一阶段石墨化 LC AE+ G（共晶） 第二阶段石墨化 AG 第三阶段石墨化 ASFP+ G（共析）,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,二、铸铁的石墨化（先结晶出白口铸铁） 第一阶段石墨化 Fe3CI 、 Fe3C（共晶） AE+ G 第二阶段石墨化 Fe3CII A + G 第三阶段石墨化 Fe3C（共析） F+ G,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,三、灰口铸铁的分类 灰口铸铁 （钢基体 + 片状石墨） 可锻铸铁（钢基体
3、+ 团絮状石墨） 球墨铸铁（钢基体 + 球状石墨） 蠕墨铸铁（钢基体 + 蠕虫状石墨）,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,四、影响铸铁石墨化的因素 1. 化学成分 C、Si、P促进石墨化 S、Mn阻碍石墨化 2. 冷却速度 冷却速度慢 有利于石墨化,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.1 概述,五、铸铁的性能 1. 优良的铸造性能流动性好、收缩小。 2. 良好的切削性能易于断屑。 3. 较好的减振性石墨割裂基体，不利振动传播。 4. 较好的减磨性石墨是固体润滑剂。 5. 较低的缺口敏感性,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.2 灰口铸铁,一、灰口铸铁的成分 碳、硅
4、质量分数一般控制在以下范围：2.5%4.0%C；1.0%2.0%Si。二、灰口铸铁牌号（数字表示抗拉强度） HT100、HT150、HT200、HT250、 HT300、HT350,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.2 灰口铸铁,三、灰口铸铁的组织,F+G片,F+P+G片,P+G片,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.2 灰口铸铁,四、灰口铸铁的热处理,1. 去应力退火 加热到500600 消除内应力退火。2. 消除白口、降低硬度的退火 加热到850950 保温25h，降低硬度，又称高温退火。3. 表面淬火 表面加热到850950 ，硬度可达5061 HRC。,工程材料 同济大学
5、机械与能源工程学院,8.3 可锻铸铁,一、可锻铸铁的成分,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.3 可锻铸铁,二、可锻铸铁的牌号,黑心可锻铸铁：KTH300-06、KTH330-08、 KTH350-10、KTH370-12 弯头、三通、螺丝扳手 、转向节壳、制动器等 。 珠光体可锻铸铁：KTZ450-06、KTZ550-04、 KTZ650-02、KTZ700-02曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、活塞环、轴套、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.3 可锻铸铁,三、可锻铸铁的组织,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.4
6、 球墨铸铁,一、球墨铸铁的成分,球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：3.6%3.9% C ， 2.2%2.8% Si ， 0.6%0.8% Mn， 0.07%S，0.1%P。,孕育处理：硅铁和硅钙合金球化处理：稀土镁球化剂,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.4 球墨铸铁,二、球墨铸铁的牌号,F基体：QT400-18、QT400-15、QT450-10底盘零件，大气压阀门的阀体、阀盖等。F+P基体、P基体：QT500-7、QT600-3、 QT700-2、QT800-2曲轴、磨床、铣床、车床的主轴、空压机、冷冻机缸体、缸套等。B下基体：QT900-2汽车、拖拉机传动齿轮,工程材料 同
7、济大学机械与能源工程学院,8.4 球墨铸铁,三、球墨铸铁的组织,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.4 球墨铸铁,四、球墨铸铁的热处理,1. 退火（1）高温退火 加热至900950 、25h，缓慢冷却，消除白口、应力。（2）低温退火 加热至720760 、28h，缓慢冷却，消除应力。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.4 球墨铸铁,四、球墨铸铁的热处理,2. 正火（1）高温正火 加热至880920 、13h，空冷，得到珠光体基体。（2）低温正火 加热至840880 、14h，空冷，得到珠光体+铁素体基体。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.4 球墨铸铁,四、球墨铸铁的热处
8、理,3. 调质 加热至860920 基体完全A化，油淬，再550 600 回火24h。4.等温淬火 加热到860 920 左右A区，在300 左右盐溶中等温3090min，得到B下+G球。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.5 蠕墨铸铁,一、蠕墨铸铁的化学成分 3.53.9%C，2.22.9%Si，0.40.8%Mn， 0.1%S， 0.1%P 蠕化处理：Mg-Ti合金、Re- Mg-Ti合金、 Re- Mg-Ca合金 孕育处理：Si-Fe合金,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.5 蠕墨铸铁,二、蠕墨铸铁的牌号及应用 F基体： RuT260 增压器废气进气壳体、汽车底盘零件等
9、F+P基体：RuT300、RuT340 排气管、箱体、汽缸盖、液压件、飞轮、大型齿轮、重型机床零件等。 P基体： RuT380、RuT420 活塞环、汽缸套、制动盘、研磨盘、制动盘等。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.5 蠕墨铸铁,三、蠕墨铸铁的组织,蠕墨铸铁（未浸蚀）,排气管,进气管,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.5 蠕墨铸铁,四、蠕墨铸铁的热处理1. 石墨化退火（1）高温退火消除白口（2）低温退火使P分解，增加F含量。2. 正火增加P含量。3. 调质（油淬）较高硬度。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,合金铸铁： 在铸铁中添加合金元素，以提高其力
10、学性能、耐磨性能、耐热性能和耐腐蚀性能的铸铁。 通常加入的合金元素有硅、锰、磷、铝、铬、钼、钨、铜、锡、锑、硼、钒、钛等。常用的合金铸铁： 耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,一、耐磨铸铁 1. 减摩铸铁在有润滑的条件下工作 细片状珠光体基体+片状石墨,软基体有利于磨合，保持油膜。,润滑、储油,加0.40.6%P，形成减摩性能好的磷共晶。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,一、耐磨铸铁 2. 抗磨铸铁在无润滑及磨粒磨损条件下工作 白口铸铁,加Cr、Mo、Cu、W、Ni、Mn，提高硬度及耐磨性，同时提高强度和韧性。,工程材料
11、 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,二、耐热铸铁 铸铁耐热性：抗氧化性、热生长性 （1）硅系耐热铸铁（56%Si） Si形成致密氧化膜SiO，促进石墨化，形成F基体，避免使用过程中 Fe3C分解为石墨。 组织：F+P+G片状,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,二、耐热铸铁 铸铁耐热性：抗氧化性、热生长性 （2）含铝耐热铸铁 Al形成致密氧化膜Al2O3，形成F基体，避免使用过程中 Fe3C分解为石墨。 含5%左右Al的耐热铸铁：RQTAl4Si4、RQTAl4Si4 含22%左右Al的耐热铸铁：RQTAl22,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金
12、铸铁,二、耐热铸铁 铸铁耐热性：抗氧化性、热生长性 （3）含Cr耐热铸铁 Cr形成致密氧化膜Cr2O3，提高相变温度。 含0.52.0%左右Cr：P+碳化物+G片 含1215%左右Cr：P+碳化物（增加）+G片 含2530%左右Cr：F +碳化物（增加） +G片,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,三、耐蚀铸铁 1. 提高铸铁耐蚀性的途径（1）加入Cr、Mo、Cu、Ni、Si，提高铸铁基体的电极电位。（2）改善铸铁中石墨的形状、大小和分布及基体组织，减少原电池数量。（3）加入Si、Al、 Cr，形成致密氧化膜。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,三、耐蚀铸铁 2. 高硅耐蚀铸铁 含14.516.0%Si，组织为F（Si）+G片 高硅耐蚀铸铁在硝酸、硫酸、磷酸、醋酸、各种盐溶液和湿空气中，具有高度的化学稳定性。 但在HF、NaOH溶液中，SiO2氧化膜破坏，所以不耐这些介质的腐蚀。,工程材料 同济大学机械与能源工程学院,8.6 合金铸铁,三、耐蚀铸铁 3. 高铬耐蚀铸铁 含2036%Cr，在氧化性腐蚀介质中，其表面能生成一层很薄（约10nm）且紧密的氧化膜，从而大大提高了耐腐蚀性。 高铬耐蚀铸铁属于白口铸铁，其硬度较高，因此不但耐蚀性好，还有优异的抗固液两相流冲蚀磨损性能，其耐热性也很好。,
