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1、第七章第七章 铸铁铸铁l铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%并含并含有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。的多元铁基合金。l铸铁具有许多优良的性能及消铸铁具有许多优良的性能及消费简便、本钱低廉等优点，因费简便、本钱低廉等优点，因此是运用最广泛的资料之一。此是运用最广泛的资料之一。l例如，机床例如，机床床身、内燃床身、内燃机的汽缸体、机的汽缸体、缸套、活塞缸套、活塞环及轴瓦、环及轴瓦、曲轴等都可曲轴等都可用铸铁制造用铸铁制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内内燃燃机机汽汽缸缸第七章第七章 铸铁铸铁第一节第一节 概述概述第二节第二节 常用铸铁常用铸铁l一、一、铸铁的石墨化的石
2、墨化过程程l1、Fe-Fe3C和和Fe-G(石墨石墨)双重相双重相图lFe3C是是亚稳相，在一相，在一定条件下将定条件下将发生分解：生分解：lFe3C3Fe+C石石墨墨共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁第一节第一节 概述概述l石墨是碳的单质之石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、一，其强度、塑性、韧性几乎为零。韧性几乎为零。l铸铁中的碳除少量铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，固溶于基体中外，主要以化合态的渗主要以化合态的渗碳体碳体(Fe3C)和游离和游离态的石墨态的石墨(G)两种两种方式存在。方式存在。存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图：Fe-Fe
3、3CFe-Fe3C和和和和Fe-GFe-G双重相图双重相图双重相图双重相图L+GL+Fe3Cl2、铸铁的石墨化过、铸铁的石墨化过程程l铸铁中的碳原子析出铸铁中的碳原子析出构成石墨的过程称为构成石墨的过程称为石墨化。石墨化。l铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热也可以由渗碳体加热时分解得到。时分解得到。台台台台车车式石墨化退火炉式石墨化退火炉式石墨化退火炉式石墨化退火炉l石墨化分两个石墨化分两个阶段：段：l在在PSK线以上以上发生生的石墨化称的石墨化称为第一第一阶段石墨化。段石墨化。l包括包括结晶晶时一次石墨、一次石墨、二次石墨、共晶石墨二
4、次石墨、共晶石墨的析出和加的析出和加热时一次一次渗碳体、二次渗碳体渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解及共晶渗碳体的分解.Pl在在PSK线以下以下发生的石墨化称生的石墨化称为第第二二阶段石墨化。包段石墨化。包括冷却括冷却时共析石墨共析石墨的析出和加的析出和加热时共共析渗碳体的分解。析渗碳体的分解。l石墨化程度不同，石墨化程度不同，所得到的所得到的铸铁类型型和和组织也不同。也不同。P铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系以共晶铸铁为例以共晶铸铁为例 石墨化石墨化进展程度展程度铸铁的的显微微组织铸铁类型型第一第一阶段段石墨化石墨化第二第二阶段段石墨化石墨化完全完全进展
5、展完全完全进展展F+G灰口灰口铸铁部分部分进展展F+P+G未未进展展P+G部分部分进展展未未进展展Le+P+G麻口麻口铸铁未未进展展未未进展展Le白口白口铸铁l l3 3、影响石墨化的要素、影响石墨化的要素、影响石墨化的要素、影响石墨化的要素l l 化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响 l l碳和硅是碳和硅是碳和硅是碳和硅是剧剧烈促烈促烈促烈促进进石墨化的元素。石墨化的元素。石墨化的元素。石墨化的元素。l l碳、硅含量碳、硅含量碳、硅含量碳、硅含量过过低，易出低，易出低，易出低，易出现现白口白口白口白口组织组织，力学性能和，力学性能和，力学性能和，力学性能和铸铸造造造造性能
6、性能性能性能变变差。差。差。差。l l碳、硅含量碳、硅含量碳、硅含量碳、硅含量过过高高高高, ,会使石墨数量多会使石墨数量多会使石墨数量多会使石墨数量多且粗大，基体内且粗大，基体内且粗大，基体内且粗大，基体内铁铁素体量增多，素体量增多，素体量增多，素体量增多，降低降低降低降低铸铸件的性能件的性能件的性能件的性能. .SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响l碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。lAl、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。lS、Mn、
7、Cr、W、Mo、V等元素妨碍石墨化。等元素妨碍石墨化。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶但其含量高时易在晶界上构成硬而脆的磷界上构成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强共晶，降低铸铁的强度，只需耐磨铸铁中度，只需耐磨铸铁中磷含量偏高磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。l冷却速度的影响冷却速度的影响l铸件件冷冷却却缓慢慢，有有利利于于碳碳原原子子的的充充分分分分散散，结晶晶将按将按Fe-G相相图进展，因此促展，因此促进石墨化。石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由快冷时由于过冷度于过冷
8、度大，结晶大，结晶将按将按Fe-Fe3C相图相图进展进展,不不利于石墨利于石墨化化.二、铸铁的特点及分类二、铸铁的特点及分类l工业上运用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上运用的铸铁主要是灰口铸铁。l1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点l钢的基体钢的基体+G石墨石墨l基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。F+GF+P+GP+Gl耐磨性能好。由于石墨本身有光滑作用。耐磨性能好。由于石墨本身有光滑作用。l消振性能好。由于石墨可以吸收振消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。能量。l铸造性能好。由于造性能好。由于铸铁硅含量高硅含量高,成分接近于共晶成分接近于
9、共晶.l切削性能好。由于石墨使切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。屑容易脆断，不粘刀。l2、铸铁的性能特点的性能特点l力学性能低。由于力学性能低。由于石墨相当于石墨相当于钢基体中基体中的裂的裂纹或空洞，破坏或空洞，破坏了基体的延了基体的延续性，且性，且易易导致致应力集中。力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较3 3、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁称号称号石墨石墨形状形状基体基体组织编号号方方法法牌号牌号实例例灰灰铸铁片片状状FHT+一一组数字数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强度度值，单位位MPa
10、。“HT表示灰表示灰铸铁代号。代号。HT100F+PHT150PHT200可可锻铸铁团絮絮状状FKTH+两两组数字数字KTB+两两组数字数字KTZ+两两组数字数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低伸长率值，伸长率值，%铸铁的分类与牌号表示方法续铸铁的分类与牌号表示方法续铸铁的分类与牌号表示方法续铸铁的分类与牌号表示方法续铸铁称号称号石墨石墨形状形状基体基体组织编
11、号号方方法法牌号牌号实例例球球墨墨铸铁球球状状FQT+两两组数字数字第第一一组数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强度度值，MPa；第第二二组数数字字表表示示最最低低伸伸长率率值，%。“QT表表示示球球墨墨铸铁代代号号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕墨墨铸铁蠕蠕虫虫状状FRuT+一一组数字数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强度度值,MPa。“RuT表表示示蠕蠕墨墨铸铁代代号号RuT260F+PRuT300PRuT420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
12、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Si/Mg/Ce返返回回第二节第二节 常用铸铁常用铸铁l一、灰铸铁一、灰铸铁l灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的产量约占铸铁总产量的80%以上。以上。l1、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时经过石墨化过程构成慢冷却时经过石墨化过程构成的，其基体组织有铁素体、珠的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。光体和铁素体加珠光体三种。灰灰灰灰铸铁齿轮铸铁齿轮箱箱箱箱灰灰铸铸铁铁的的显显
13、微微组组织织铁素素体体灰灰铸铁珠珠光光体体灰灰铸铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铁石石墨墨片片的的三三维形形貌貌l常常对对灰灰铸铸铁铁进进展展孕孕育育处处置置，以以细细化化片片状石墨。状石墨。l常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。l经孕育处置的灰铸铁称为孕育铸铁。经孕育处置的灰铸铁称为孕育铸铁。孕育处置前孕育处置前孕育处置后孕育处置后硅铁硅铁硅钙硅钙l2、热处置置l热处置只改置只改动基体基体组织，不改，不改动石石墨形状。墨形状。l灰灰铸铁强度只需碳度只需碳钢的的3050%，热处置置强化效果不大。化效果不大。l灰灰铸铁常用的常用的热处置有：置有：l消除内消除内应力退火力
14、退火(又称人工又称人工时效效)l消除白口消除白口组织退火退火l外表淬火外表淬火灰铸铁件灰铸铁件汽汽缸缸套套活活塞塞环l3、用途、用途l制造接受压力和震动的零件制造接受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 l l二、可二、可锻铸铁l l石墨呈石墨呈团絮状的灰口絮状的灰口l l铸铁，是由白口，是由白口铸铁l l经石墨化退火石墨化退火获得的。得的。l l1、组织：l l基体基体
15、(F、P)团絮状絮状Gl l铁素体基体可素体基体可锻铸铁又称黑心可又称黑心可锻铸铁。l l2、性能：、性能：强度度为碳碳钢的的00%，接近于，接近于铸钢。l l名名为可可锻，实不可不可锻 可锻铸铁的显可锻铸铁的显微组织微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火l3、用途、用途l用于制造外形复杂且接受振用于制造外形复杂且接受振动载荷的薄壁小型件，如汽动载荷的薄壁小型件，如汽车、迁延机的前后轮壳、管车、迁延机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。接头、低压阀门等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件l三、三、球墨铸铁球墨铸铁l石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水
16、经石墨石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到化得到.l1、组织：基体、组织：基体F、F+P、P+球状球状Gl球状石墨是液态铁水经球化处置得到的。球状石墨是液态铁水经球化处置得到的。l球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为防止白口，并使石墨细小均为防止白口，并使石墨细小均匀，在球化处置同时还进展孕匀，在球化处置同时还进展孕育处置。育处置。l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铁 铁素素体体球球墨墨铸铁珠珠光光体体球球墨墨铸铁球球墨墨铸铁中中的的石石墨墨球
17、球 l2、性能与热处置、性能与热处置l强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强。球墨铸铁的突出特点是屈强比比( 0.2/ b)高高,约为约为0.70.8,而钢普通只需而钢普通只需0.30.5。l球墨铸铁球墨铸铁可进展各可进展各种热处置种热处置,如退火、如退火、正火、淬正火、淬火加回火、火加回火、等温淬火等温淬火等。等。l球墨球墨铸铁的的热处置特点是：置特点是：l奥氏体化温度比碳奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高高，由于硅含量高;l淬透性比碳淬透性比碳钢高高;l奥氏体中碳含量可控。奥氏体中碳含量可控。制制品品(轧辊与与辊环)组织组织贝氏氏体体基基球球墨墨铸铁l3、用途、用途l
18、接受震动、载接受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如曲轴、传动如曲轴、传动齿轮等。齿轮等。核燃料储存运输核燃料储存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴l四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁l蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代年代开展起来的一种新型铸铁开展起来的一种新型铸铁.l蠕墨铸铁是液态铁水经蠕蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处置和孕育处置得到的化处置和孕育处置得到的.l蠕化剂为稀土硅铁镁合金、蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体基体F、F+P、P+蠕虫状蠕虫状G蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的蠕墨
19、铸铁的显微组织显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体l蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、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。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铁蠕蠕墨墨铸铁球球墨墨铸铁l蠕墨铸铁常用于制造接受热循环载荷的零件和构造蠕墨铸铁常用于制造接受热循环载荷的零件和构造复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓返返回回
