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1、第十章第十章 铸铁及铸钢铸铁及铸钢铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程铸铁的定义、分类及特点铸铁的定义、分类及特点铸钢简介铸钢简介常用铸铁的特点与应用常用铸铁的特点与应用1 1 铸铁概述铸铁概述l铸铁的概念铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%4.0%) 铁碳合金 （含Si、Mn、S、P等元素，C、Si为为主要主要元素元素）l铸铁的特点：铸铁的特点： 历史上使用较早最便宜的金属材料之一铸造性能极极好，且只能只能用铸造成形生产成本低，工艺简单，减震性、耐磨性好，切削加工性好应用广主要用于制造各种机器零件l C C在在铁碳合金中的存在形式铁碳合金中的存在形式: :固溶在固溶在 F F、A A
2、 中中化合态的渗碳体化合态的渗碳体( (FeFe3 3C C) )游离态石墨（游离态石墨（G G）石墨（石墨（G G）的性能）的性能HBSHBS 3 35 5 b b20MPa20MPa 0 a0 ak k 0 0石墨对铸铁性能的影响石墨对铸铁性能的影响G G 分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢 耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能其中碳主要以石墨形状存在，断口为暗灰色，其中碳主要以石墨形状存在，断口为暗灰色，常见的铸铁件多数是灰口铸铁。常见的铸铁件多数是灰口铸铁。l铸铁的分类铸铁的分类: :完全按照完全按照Fe-Fe3CFe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。相图
3、进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体其中碳全部以渗碳体(Fe3C)(Fe3C)形式存在，断口呈银白色。形式存在，断口呈银白色。灰口铸铁：灰口铸铁：白口铸铁：白口铸铁：碳以碳以FeFe3 3C C、石墨、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间。两种形式存在，断口呈灰白色相间。麻口铸铁：麻口铸铁：Fe-Fe3C相图和相图和FeG相图（双重相图）相图（双重相图）l铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程: :石墨化石墨化铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程第一阶段第一阶段：过共晶铸铁 共晶、亚共晶铸铁第二阶段：第二阶段：第三阶段：第三阶段：共晶石墨共晶石墨一次石墨一次石墨二次石墨
4、二次石墨共析石墨共析石墨l铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程: :1.1.成分成分促进石墨化元素 C、Si、Al、Cu、Ni、Co等阻碍石墨化元素 Cr、W、Mo、V、Mn、S等2.2.工艺工艺冷却速度：快快速冷却按按 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图转变 缓慢缓慢冷却按按 FeFeG G 相图相图转变，石墨化充分温度：高温长时间保温有利于石墨化 l影响石墨化过程的主要因素影响石墨化过程的主要因素: :铸铁类型铸铁类型石石 墨墨 化化 程程 度度 显微组织显微组织 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 第三阶段第三阶段 灰口铸铁灰口铸铁 充分进行充分进行 充分进行充分进行 充分进行充分进行
5、 充分进行充分进行 充分进行充分进行 充分进行充分进行充分进行充分进行 部分进行部分进行 不进行不进行 F+GF+P+GP+G麻口铸铁麻口铸铁 部分进行部分进行 部分进行部分进行 不进行不进行 Ld+P+G白口铸铁白口铸铁 不进行不进行 不进行不进行 不进行不进行 Ld+P+Fe3CII铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织l灰口铸铁的分类灰口铸铁的分类: :灰铸铁灰铸铁 片状片状可锻铸铁可锻铸铁团絮状团絮状 球墨铸铁球墨铸铁珠状（球状）珠状（球状）蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕虫状蠕虫状 灰口铸铁类型灰口铸铁类型 与石墨形态与石墨形态l牌号：牌号：HT灰灰铸铁最低最低 b铁
6、素体铁素体+ +片状石墨片状石墨铁素体铁素体+ +珠光体珠光体+ +片状石墨片状石墨 珠光体珠光体+ +片状石墨片状石墨 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布2 2 常用铸铁的特点与应用常用铸铁的特点与应用l成分范围：成分范围： W WC C=2.5%=2.5%4.0%4.0%，W WSiSi=1.0%=1.0%3.0%3.0%，W WMnMn=0.5%=0.5%1.3%1.3%，W WS S0.15%0.15%，W WP P0.3%0.3%如 ：HT100HT100 ，表示 b100MPal普通（灰）铸铁性能：普通（灰）铸铁性能： b b 、（）（力学性能差（力学性能差, ,但其抗压强度
7、接近钢）但其抗压强度接近钢）缺口敏感性低缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用，表面粗糙，大量石墨的割裂作用，表面粗糙， 对疲劳极限影响不明显对疲劳极限影响不明显消震性好（是钢的十倍）消震性好（是钢的十倍） G G组织松软，对振动的传递起削弱作用组织松软，对振动的传递起削弱作用铸造性好铸造性好 熔点低、流动性好、凝固收缩小、内应力低熔点低、流动性好、凝固收缩小、内应力低切削加工性好切削加工性好G G 使切屑易断，还可润滑刀具使切屑易断，还可润滑刀具耐磨性好耐磨性好石墨本身就是良好的固体润滑剂，又可储存润滑油。石墨本身就是良好的固体润滑剂，又可储存润滑油。焊接性能很差，且不能用于锻造。焊接性能很差，且
8、不能用于锻造。 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅硅铁铁硅硅钙钙 浇注前在铁水中加 Si-FeSi-Fe，Si-CaSi-Ca等孕育剂 G细而均匀，壁厚敏感性小 P细化，强度、塑性、韧性明显提高 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布l孕育铸铁：孕育铸铁：分类分类牌号牌号显微组织显微组织基体基体石墨石墨普通灰铸铁普通灰铸铁HT100F +少量P粗片HT150F + P较粗片HT200P中等片孕育铸铁孕育铸铁HT250细 P较细片HT300S 或 T细片HT350HT400 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布l热处理特点热处理特点去应力退火
9、去应力退火 (低温退火、又称人工时效低温退火、又称人工时效) ： 500550，防止机加工、使用时变形或开裂高温退火（高温退火（消除白口组织退火消除白口组织退火 ）：）： 850900, 使表面、薄壁等处Fe3CGG, 硬度, 切削加工性表面淬火：表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性只改变基体组织，不能改变石墨的形态只改变基体组织，不能改变石墨的形态 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布l 应用应用制造承受压力和震动的零件如：机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等 灰铸铁灰铸铁石墨成片状分布石墨成片状分布水泵叶轮发动机飞轮灰铸铁齿轮箱l牌号牌号 ： KT -分类分类牌牌 号号壁厚壁
10、厚mm bMPa %硬度硬度HBF基体基体KT300-6123006120163KT330-8123308120163KT350-101235010120163KT370-121237012120163P基体基体KT450-54505152219KTZ500-45004179241KTZ600-36003201269KTZ700-27002240270铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁（玛钢、马铁）可锻铸铁（玛钢、马铁）石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布可锻铸铁可锻铸铁最低最低 b最低最低 由由白口铸铁经长时间石墨化退火而得白口铸铁经长时间石墨化退火而得 可锻铸铁可锻铸铁石墨成团絮状分布石墨
11、成团絮状分布l生产过程生产过程 ：l性能特点：性能特点： 强度、塑韧性优于强度、塑韧性优于HTHT，低于低于QTQT铁素体可锻铸铁：铁素体可锻铸铁：有一定的强度，塑性、韧性较好 珠光体可锻铸铁：珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性 有一定的塑性变形能力有一定的塑性变形能力（12%12%），但不能锻造但不能锻造可锻铸铁管件可锻铸铁管件 可锻铸铁可锻铸铁石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布 可锻铸铁可锻铸铁石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布l应用：应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件 （汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）铁素体球墨铸铁珠光体+铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁
12、球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布l牌号牌号 ： QT -球墨铸铁球墨铸铁最低最低 b最低最低 l生产过程生产过程球化处理球化处理 在铁水浇注前同时同时加入： 球化剂（Mg或稀土Mg） 孕育剂（硅铁和硅钙合金） 使 G 球化如 ：QT700-2QT700-2 ，表示 b700， 2牌号基体机械性能 bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P
13、8005602241-321 QT1200-1下B1200840130038HRC 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布l热处理特点热处理特点退火退火 去应力退火去应力退火，500 600。 低温退火低温退火，720760， PG + F ，塑韧性、切削加工性 高温退火高温退火，900950， P, FeFe3 3C C G + F ，塑韧性、切削加工性 正火正火 P% ，细化组织，强度、耐磨性 低温正火低温正火，840860， P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火高温正火，880920， P + G + 少量F ，强度较高。调质调质 850900油淬 + 550600回火 回
14、火S + G等温淬火等温淬火 840900 + 300等温 下B+G 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件下B+G钢基体钢基体 (F (F 、F+PF+P、P P、S S回火回火、B B下下) ) + + 球状球状G Gl组织特点：组织特点：球墨铸铁中的石墨球（经深腐蚀） 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布l性能特点：性能特点：强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁其综合机械性能接近于钢缺点：消振性能低l应用：应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件 （替代部分铸钢、锻钢件）P P
15、 球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等F F 球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等管道接口管道接口 铸铁曲轴铸铁曲轴轧辊与轧环轧辊与轧环连杆连杆 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布l牌号牌号 ： RuT 蠕墨铸铁蠕墨铸铁最低最低 b珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体l生产过程生产过程在铁水浇注前加蠕化剂蠕化剂（稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金）如： RuT420 RuT420 ，表示 b420MPal组织组织 钢基体+ 蠕虫状 G圆圆滑滑的的石石墨墨边边缘缘牌号bMPa0.2MPa%硬度HB基体不 小 于RuT
16、4204203350.75200280PRuT3803803000.75193274PRuT3403402701.0170249P+FRuT3003002401.5140217F+PRuT2602601953121197F 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布l性能特点：性能特点：强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁， 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰灰铸铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁
17、铁球球墨墨铸铸铁铁进气管进气管排气管排气管l应用：应用：制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件（钢锭模、玻璃模具、汽缸盖、排气阀、液压阀、耐压泵、高压热交换器等） 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布l高强度合金铸铁：高强度合金铸铁：加入加入CrCr、NiNi、CuCu、MoMo等，增加基体中珠光体等，增加基体中珠光体 数量并细化珠光体，从而显数量并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度著提高铸铁强度l耐热合金铸铁：耐热合金铸铁：加入加入SiSi
18、、AlAl、CrCr等，使铸件表面形成一层致密的等，使铸件表面形成一层致密的 SiOSiO2 2、 AlAl2 2O O3 3、CrOCrO3 3等氧化膜等氧化膜l耐蚀合金铸铁：耐蚀合金铸铁：加入加入SiSi、AlAl、CrCr、CuCu、NiNi等，在铸铁表面形成致等，在铸铁表面形成致 密的保护膜，减少各相间的密的保护膜，减少各相间的电位差电位差l耐磨合金铸铁：耐磨合金铸铁：白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好）白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好） 激冷铸铁、高磷铸铁、高铬激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等耐磨铸铁等 合金铸铁合金铸铁工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织工业铸铁的成分范
19、围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁蠕化剂球化剂P+GF+GF+GP+GP+GF+GP+GF+GP+Fe3CZG- - 如 ZG200-400，表示：s200 、b400 ZG+钢号 如：ZG25 钢， w(C)=0.25 % 2 2 铸钢铸钢l牌号牌号 ：钢号化学成分, %机械性能CMnSisMPabMPa5%akkJ/m2ZG150.12-0.220.35-0.650.20-0.452004002540600ZG250.22-
20、0.320.50-0.800.20-0.452404502032450ZG350.32-0.420.50-0.800.20-0.452805001625350ZG450.42-0.520.50-0.800.20-0.453205801220300ZG550.52-0.620.50-0.800.20-0.453506501018200铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较2 2 铸钢铸钢l组织：组织： P PF F强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。l性能：性能：l热处理：热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力轧辊外壳 形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，
21、如： 机车车辆、 船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等2 2 铸钢铸钢l用途：用途：课堂练习（三）1.1.铸铁与碳钢都属于铁铸铁与碳钢都属于铁- -碳合金，碳合金，铸铁铸铁的含碳量一般为的含碳量一般为 , , 而而钢钢的含碳量范围是的含碳量范围是 。2.2.灰铸铁中灰铸铁中G G主要以主要以 形式存在，可制造形式存在，可制造 。3.3.可锻可锻铸铁中铸铁中G G的形态为的形态为 ，可制造，可制造 。4.4.球墨球墨铸铁中铸铁中G G的形态为的形态为 ，可制造，可制造 。5.5.蠕墨蠕墨铸铁中铸铁中G G的形态为的形态为 ，可制造，可制造 。6.6.影响石墨化的主要因素是影响石
22、墨化的主要因素是 和和 。7.7.球墨球墨铸铁铸铁的强度、塑韧性均较普通的强度、塑韧性均较普通灰灰铸铁高，是因为铸铁高，是因为 。8.8.HT200HT200牌号中牌号中“HTHT”表示表示（ ）, ,“200200”表示（表示（ ）。）。填空：填空：1. 1. 铸铁与碳素钢的根本区别在于：铸铁与碳素钢的根本区别在于： A A、 铸铁的含碳量高，碳素钢的含碳量低；铸铁的含碳量高，碳素钢的含碳量低； B B、铸铁中硫、磷的含量高，而碳钢中低；铸铁中硫、磷的含量高，而碳钢中低； C C、 铸铁的力学性能远不如碳钢高。铸铁的力学性能远不如碳钢高。2. 2. 灰口铸铁的力学性能差，但是为什么应用非常广
23、泛？灰口铸铁的力学性能差，但是为什么应用非常广泛？ A A、 灰口铸铁的铸造性能非常好；灰口铸铁的铸造性能非常好； B B、 灰口铸铁具有优良的减震性能、耐磨性能和切削加工性能；灰口铸铁具有优良的减震性能、耐磨性能和切削加工性能； C C、 灰口铸铁价格低；灰口铸铁价格低； D D、 灰口铸铁的抗压强度与钢接近。灰口铸铁的抗压强度与钢接近。选择：选择：1.1.灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。2.2.可锻可锻铸铁在高温时可以进行锻造铸铁在高温时可以进行锻造加工。加工。3.3.可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁铸铁。4.4.球墨球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。工艺提高其机械性能。5.5.灰铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。灰铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。判断：判断：
