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1、河北理工大学河北理工大学机械工程学院机械工程学院工程材料工程材料铸铁铸铁第八章第八章第八章第八章 铸铁铸铁铸铁铸铁第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化第二节第二节 灰铸铁灰铸铁第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁第四节第四节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁第五节第五节 可锻铸铁可锻铸铁第六节第六节 合金铸铁合金铸铁概概概概述述述述铸铁是碳含量大于铸铁是碳含量大于2.11%2.11%、并常含有较多的硅、锰、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是优
2、良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。底座等。 二、铸铁的分类二、铸铁的分类 n根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后断口颜色的不同，可分为三大类：后断口颜色的不同，可分为三大类： 白口铸铁：白口铸铁： 碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳碳除少
3、量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色；体析出，凝固后断口呈白亮的颜色； 麻口铸铁：麻口铸铁： 碳既以化合状态的渗碳体析出，又以游离状态的石墨析碳既以化合状态的渗碳体析出，又以游离状态的石墨析出，凝固后断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色的石墨出，凝固后断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色的石墨 ；灰口铸铁：灰口铸铁： 碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈灰色灰色 。 普通灰口铸铁普通灰口铸铁普通灰口铸铁普通灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁铸铁的分类铸铁的分类铸铁的分类铸铁的分
4、类按照石墨的形态按照石墨的形态, ,铸铁可分为铸铁可分为: :石墨呈片状铸铁石墨呈片状铸铁, ,称灰铸铁；称灰铸铁；石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁；石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁；石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁；石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁；石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。 从从灰灰铸铸铁铁金金相相照照片片中中看看到到的的片片状状石石墨墨，实实际际上上是是一一个个立立体体的的多多枝枝石石墨墨团团。由由于于石石墨墨各各分分枝枝都都长长成成翘翘曲曲的的薄薄片片，在在金金相相磨磨片片上上所所看看到到的的仅仅是是这这种种多多枝枝石石墨墨团团的的某某一一截截面面，因因此此呈呈孤孤立立的
5、的长长短短不不等等的的片片状状（或或细细条条状）石墨。状）石墨。图图7-2 片状石墨的立体模型片状石墨的立体模型 灰灰灰灰 铸铸铸铸铁铁铁铁 的的的的显显显显 微微微微组组组组 织织织织 铁铁素素体体灰灰铸铸铁铁珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片的的三三维维形形貌貌第一节第一节第一节第一节 铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁的石墨化一一 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图二二 石墨化过程石墨化过程三三 影响石墨化的因素影响石墨化的因素铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图n 在铁碳合金中，碳可以以三种形式在铁碳合金中，碳可
6、以以三种形式存在：一是固溶在存在：一是固溶在F F、A A中，二是化合中，二是化合物态的渗碳体物态的渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)，三是游离态石，三是游离态石墨（墨（G G）。渗碳体为亚稳相，具有复）。渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨（为铁和石墨（FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C）。）。n石墨为稳定相，具有特殊的简单六方石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，其底面原子呈六方网格排列，晶格，其底面原子呈六方网格排列，原子间距小（原子间距小（1.421.421010-10-10m m），结合），结合力很强；而底面之间的间距较大
7、力很强；而底面之间的间距较大（3.043.041010-10-10m m），结合力较弱。所），结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。以石墨的强度、硬度和塑性都很差。 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图n在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的Fe-FeFe-Fe3 3C C相图和稳定平衡的相图和稳定平衡的Fe-GFe-G相图，即铁碳合相图，即铁碳合金相图应该是复线相图：金相图应该是复线相图：Fe-FeFe-Fe3 3C C相图和相图和FeFeG G相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于相图。铁碳合金究竟按哪种相图变
8、化，决定于加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡还是稳定平衡）。还是稳定平衡）。 铸铁的石墨化铸铁的石墨化n铸铁中碳原子析出并形成石墨过程称为石墨化。铸铁中碳原子析出并形成石墨过程称为石墨化。n石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。渗碳体分解来获得。n灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；n可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。由渗碳体分解而得到。 铸铁的石墨化铸
9、铁的石墨化按照按照FeFeG G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨( (过共晶铸铁过共晶铸铁) )和在和在11541154通过共晶反应形成共晶石墨。通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化第二阶段石墨化 ：在：在11541154738738温度范围内奥氏体沿温度范围内奥氏体沿ESES线析出二次石墨。线析出二次石墨。 第三阶段石墨化第三阶段石墨化 ：在：在738738通过共析反应析出共析石墨。通过共析反应析出共析石墨。 影响铸铁石墨化的影响铸铁石墨化的因素可分为内因和因素可
10、分为内因和外因两个方面，内外因两个方面，内因是化学成分，外因是化学成分，外因是冷却速度。因是冷却速度。影响石墨化的因素影响石墨化的因素内因内因-化学成分化学成分促进促进石墨化和石墨化和阻碍阻碍石墨化二类。石墨化二类。1 1、 C C、SiSi为强烈促进石墨化的元素。为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易， 石墨越多；石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出， 从而促进了石墨化；从而促进了石墨化； 在铸铁中，在铸铁中，1%Si1%Si对石墨化的作用相当于对石墨化
11、的作用相当于1/3%C1/3%C， 所以有：所以有： 碳当量碳当量C CE E=C%+1/3Si%=C%+1/3Si% 内因内因-化学成分化学成分2 2、 S S 是阻碍石墨化的元素。是阻碍石墨化的元素。 硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成能恶化。少量硫即可生成FeS(FeS(或或MnS)MnS)。FeSFeS与铁形成低与铁形成低熔点熔点( (约约980)980)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量在量在0.15%0.15%以下。以下。 锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，锰
12、是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成与硫生成MnSMnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5%0.5%1.4%1.4%。内因内因-化学成分化学成分v磷是促进石墨化的元素。磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液相线铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于0.3%0.3%时，
13、常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%0.12%以下），而耐磨以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%0.3%以上）。以上）。 外因外因-冷却速度冷却速度n在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。温下长时间保温，均有利于石墨化。n在其它条件一定的情况下，冷却速度
14、与铸件的壁在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；墨化，反之亦然；n在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。影响石墨化的因素影响石墨化的因素影响石墨化的因素影响石墨化的因素铸件壁厚/mm铸件壁厚铸件壁厚(冷却速度）和成分对铸铁组织的影响冷却速度）和成分对铸铁组织的影响碳硅当量102030405060704.06.05.07.0F+GP+GP+F+GFeFe3 3C CFe
15、Fe3 3C+PC+P铸件壁厚/mm碳碳硅硅当当量量102030405060704.06.05.07.0F+GP+GP+F+GFeFe3 3C CFeFe3 3C+PC+P第二节第二节第二节第二节 灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁一、一、灰铸铁的化学成分、组织和性能灰铸铁的化学成分、组织和性能二二、灰铸铁的孕育处理、灰铸铁的孕育处理三三、灰铸铁的牌号和应用、灰铸铁的牌号和应用四四、灰铸铁的热处理、灰铸铁的热处理灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分v碳含量一般控制在：碳含量一般控制在：2.5%4.0%硅含量一般控制在：硅含量一般控制在：1.0%2.0%。 灰铸铁的组织灰铸铁的
16、力学性能灰铸铁的力学性能灰铸铁的力学性能灰铸铁的力学性能v灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对基体的严重割裂所致。石墨强度、韧性极低，相基体的严重割裂所致。石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基体的割裂作用越严重，其抗拉强度越低体的割裂作用越严重，其抗拉强度越低v孕育处理可细化石墨片，减轻其对基体的割裂作孕育处理可细化石墨片，减轻其对基体的割裂作用，因而提高铸铁的强度，但塑性无明显改善。用，因而提
17、高铸铁的强度，但塑性无明显改善。灰铸铁的工艺性能灰铸铁的工艺性能灰铸铁的工艺性能灰铸铁的工艺性能石墨的存在，使铸铁具备某些优良的工艺性能石墨的存在，使铸铁具备某些优良的工艺性能v因石墨的存在，造成脆性切屑，铸铁的切削加因石墨的存在，造成脆性切屑，铸铁的切削加工性能优异。工性能优异。v灰铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨灰铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少了铸件体积的收缩，降低了产生的膨胀，减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力。铸件中的内应力。v石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。铸件有很好的耐磨性能
18、。v石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的减振性能。的减振性能。v大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理n经孕育处理（亦称变质处理）后的灰铸铁叫做经孕育处理（亦称变质处理）后的灰铸铁叫做孕育铸铁。孕育铸铁。n孕育的目的是：使铁水内同时生成大量均匀分孕育的目的是：使铁水内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度；避免铸件边并细化基体组织，提高铸铁强度；避免铸件边缘
19、及薄断面处出现白口组织，提高断面组织的缘及薄断面处出现白口组织，提高断面组织的均匀性。均匀性。n孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造机械性能要求较高的铸件，如机械性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸汽缸、曲轴、凸轮、机床床身轮、机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。铸件。灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号由灰铸铁的牌号由HT+三位数字组成：三位数字组成：其中其中HT是灰铁的汉语拼音缩写；数字是灰铁的汉语拼音缩写；数字代表铸铁的抗拉强度。代表铸铁的抗拉强度。如如HT200表示最低抗拉强度为表示最低抗拉强度为200MPa
20、的灰铸铁。的灰铸铁。最小的灰铁是最小的灰铁是HT100，往上以，往上以50为间为间隔递增，最大为隔递增，最大为HT350。 灰铸铁的应用灰铸铁的应用四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理 热处理不能改变石墨的形态和分布，对提高灰口热处理不能改变石墨的形态和分布，对提高灰口铸铁整体机械性能作用不大，因此生产中主要用来铸铁整体机械性能作用不大，因此生产中主要用来消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。磨性等。四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理n消除内应力退火（又称人工时效
21、）消除内应力退火（又称人工时效）一些形状复杂和尺一些形状复杂和尺寸稳定性要求较高的重要铸件，如机床床身、柴油机寸稳定性要求较高的重要铸件，如机床床身、柴油机汽缸等汽缸等,为防止变形和开裂为防止变形和开裂,须进行消除内应力退火。须进行消除内应力退火。n消除铸件白口、降低硬度的退火消除铸件白口、降低硬度的退火灰口铸铁件表层和薄灰口铸铁件表层和薄壁处产生向口组织难以切削加工，需要退火以降低硬壁处产生向口组织难以切削加工，需要退火以降低硬度。退火在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨，度。退火在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨，所以又称高温退火。所以又称高温退火。n表面淬火表面淬火有些铸件如机床导
22、轨、缸体内壁等，因需要有些铸件如机床导轨、缸体内壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可进行表面淬火处理，如高频表提高硬度和耐磨性，可进行表面淬火处理，如高频表面淬火，火焰表面淬火和激光加热表面淬火等。淬火面淬火，火焰表面淬火和激光加热表面淬火等。淬火后表面硬度可达后表面硬度可达50HRC55HRC。第二节第二节第二节第二节 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁n球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了
23、广泛的低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用应用。铁铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 球墨球墨球墨球墨铸铁铸铁n球墨球墨铸铁在国外是在国外是由英国人莫洛于由英国人莫洛于1947年年发明，并发明，并用于工用于工业生生产的。的。n我国于我国于1950年开始生产。年开始生产。我国球墨铸铁技术的开发者我国球墨铸铁技术的开发者我国球墨铸铁技术的开发者我国球墨铸铁技术的开发者周行健周行健周行健周行健n周行健，冶金学家与冶金材料学家。周行健，冶金学家与冶金材料学家。是我国开发电炉炼钢技术中率先进行是我国
24、开发电炉炼钢技术中率先进行特殊钢和合金铸铁研究者和生产者之特殊钢和合金铸铁研究者和生产者之一；与周仁等一起，倡导以铸代锻一；与周仁等一起，倡导以铸代锻，首先在我国进行球墨铸铁研究成功；，首先在我国进行球墨铸铁研究成功；较早进行压力加工研究，并在上海创较早进行压力加工研究，并在上海创建了国内第一个压力加工实验室；开建了国内第一个压力加工实验室；开拓了金属物理性质和摩擦与润滑方面拓了金属物理性质和摩擦与润滑方面的研究工作。他长期致力于科研组织的研究工作。他长期致力于科研组织领导工作，恢复、发展和创建了三个领导工作，恢复、发展和创建了三个大型冶金科研机构。大型冶金科研机构。我国球墨我国球墨铸铁铸铁技
25、技术术的开的开发发者者周行健周行健n1950年，国家正着手迅速恢复、年，国家正着手迅速恢复、发展我国的展我国的钢铁生生产，周仁、周行健等，周仁、周行健等受党和政府的委托。到鞍受党和政府的委托。到鞍钢、大、大连等地考察，他等地考察，他们看到工厂所生看到工厂所生产的机的机械械强度不高的生度不高的生铁，不能，不能满足工足工农业生生产的需要，的需要，为了提高生了提高生铁的的强度，度，成立了球墨成立了球墨铸铁课题组。在周仁、周行健的。在周仁、周行健的亲自自领导下，制下，制订了研究了研究计划和技划和技术方案，一次次地方案，一次次地试验，终于找到了合适的球墨化添加于找到了合适的球墨化添加剂，掌握，掌握了球墨
26、了球墨铸铁的生的生产和和热处理工理工艺，在全国率先研制成功。球墨，在全国率先研制成功。球墨铸铁的性的性能达到当能达到当时国国际先先进水平水平,科学通科学通报1950年年12月第月第1卷第卷第8期以期以中中国科学院工学国科学院工学实验馆球状石墨球状石墨铸铁试制制过程程为题作了作了报道，引起了国道，引起了国内工内工业界的注意。界的注意。许多工厂想用球墨多工厂想用球墨铸铁来代替来代替铸钢和可和可锻铸铁，纷纷来来馆参参观学学习，使，使这一技一技术迅速得到推广。面迅速得到推广。面对新中国工新中国工业建建设正全面正全面展开。考展开。考虑到到铸钢和可和可锻铸铁所需的所需的设备比比较繁多，耗繁多，耗资巨大，增
27、加巨大，增加产量量颇为不易，而球墨不易，而球墨铸铁，有一定技，有一定技术力量的普通翻砂厂均可制造，所力量的普通翻砂厂均可制造，所需需设备及主要原料均及主要原料均较简单且易于运且易于运输，周仁、周行健等于，周仁、周行健等于1951年年7月月在在科学通科学通报（第（第2卷第卷第7期）上著文，倡期）上著文，倡导大面大面积的的进行推广。球墨行推广。球墨铸铁的研究成功，的研究成功，为推行以推行以铸代代锻及生及生铁变性研究开辟了道路。性研究开辟了道路。球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分 球墨铸铁的成分要求比较严格，有球墨铸铁的成分要求比较严格，有“两高两高三低三低”之
28、说之说, ,一般范围是：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。 球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理n一般在一般在浇注之前，在注之前，在铁液中加入少量球液中加入少量球化化剂（通常（通常为镁、稀土、稀土镁合金或含合金或含铈的的稀土合金）和孕育稀土合金）和孕育剂（通常（通常为硅硅铁），），使使铁水凝固后形成球状石墨。水凝固后形成球状石墨。 球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理球墨铸铁的的球化处理n球墨铸铁的的球化处理必须伴随着孕育处理，球墨铸铁的的球化处理必须伴随着
29、孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。孕育剂。n我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用的孕育剂为的孕育剂为75%硅铁和硅钙合金等。硅铁和硅钙合金等。球铁的组织球铁的组织球铁的组织球铁的组织 球铁的性能球铁的性能v球墨球墨铸铁是一种具有是一种具有优良机械性能的良机械性能的灰口灰口铸铁，球球铁的的强度和度和韧性比其他性比其他铸铁高高。v不同基体的球墨不同基
30、体的球墨铸铁，性能差，性能差别很大。珠光很大。珠光体球墨体球墨铸铁的抗拉的抗拉强度比度比铁素体基体高素体基体高50%50%以以上，而上，而铁素体球墨素体球墨铸铁的延伸率的延伸率为珠光体基的珠光体基的3-53-5倍。球墨倍。球墨铸铁还具有具有较好的疲好的疲劳强度。度。球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号球墨铸铁牌号用球墨铸铁牌号用“QTQT”标明，其后两组数值标明，其后两组数值表示最低抗拉强度极限和延伸率。表示最低抗拉强度极限和延伸率。如如QT420-10QT420-10、QT600-2QT600-2、QT800-2QT800-2球墨铸铁的应用球墨铸铁的应用球墨铸铁的应用球墨
31、铸铁的应用有有时可代替可代替铸钢和可和可锻铸铁在机械制造工在机械制造工业中中得到了广泛得到了广泛应用。用。可可以用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，以用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、轴等。如曲轴、连杆、轴等。 球墨铸铁的应用球墨铸铁的应用n 球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理 退火退火 900900950950、2h2h5h 5h 目的在于获目的在于获得铁素体基体。球化剂增大铸件的白口化倾得铁素体基体。球化剂增大铸件的白口化倾向，当铸件薄壁处出现自由渗碳体和珠光体向，当铸件薄壁处出现自由渗碳体和珠光体时，为了获得塑性好的铁素体基体，并改善时，为了
32、获得塑性好的铁素体基体，并改善切削性能，消除铸造应力。切削性能，消除铸造应力。球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理正火正火 880880920920，空冷。，空冷。目的在于得到珠光体基体（占基体目的在于得到珠光体基体（占基体75%75%以上），并以上），并细化组织，提高强度和耐磨性。细化组织，提高强度和耐磨性。球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理调质调质 要求综合机械性能较高的球墨铸铁零件，如要求综合机械性能较高的球墨铸铁零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。连杆、曲轴等，可采用调质处理。其工艺为：加热到其工艺为：加热到850850900
33、900，使基体转变为，使基体转变为奥氏体，在油中淬火得到马氏体，然后经奥氏体，在油中淬火得到马氏体，然后经550550600600回火，空冷，获得回火索氏体回火，空冷，获得回火索氏体+ +球状石墨。球状石墨。回火索氏体基体不仅强度高，而且塑性、韧性比回火索氏体基体不仅强度高，而且塑性、韧性比正火得到的珠光体基体好。正火得到的珠光体基体好。热处理工艺热处理工艺 显微组织显微组织 机械性能机械性能 b b MPa MPa 5%5%a ak k kJ/mkJ/m2 2 HB HB 调质调质: 980: 980退退火后火后,900,900油淬油淬+ +580580回火回火 回火索回火索氏体氏体+ +石
34、墨石墨 8008001000 1000 1.71.72.7 2.7 260260320 320 240240340 340 正火正火: 980: 980退退火后火后,900,900正火正火+580+580去应力退去应力退火火 珠光体珠光体+ +5%5%铁素铁素体体 + +石墨石墨 700 700 2.5 2.5 100 100 317317321 321 第三节第三节第三节第三节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁v蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。序与球墨铸铁基本相同。v蠕化剂目
35、前主要采用镁钛合金、稀土蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。镁钛合金或稀土镁钙合金等。蠕墨铸铁的化学成分蠕墨铸铁的化学成分蠕墨铸铁的化学成分蠕墨铸铁的化学成分一般成分范围如下：一般成分范围如下：碳碳=3.5%3.9%硅硅=2.1%2.8%锰锰=0.4%0.8%硫硫0.1%磷磷0.1%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蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的显微组织显微组织显微组织显微组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织 蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之
36、间蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，在光学显微镜下为互不相连的中间形态，在光学显微镜下为互不相连的短片，与灰口铸铁的片状石墨类似。所的短片，与灰口铸铁的片状石墨类似。所不同的是，其石墨片的长厚比较小，端部不同的是，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。较钝。 n蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。导热性。蠕墨铸铁的性能蠕墨铸铁的性能n蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳
37、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铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁 蠕墨铸铁牌号、性能以蠕墨铸铁牌号、性能以“RuT”表示，表示，其后的数字表示最低抗拉强度，如其后的数字表示最低抗拉强度，如 RuT300RuT300、RuT420RuT420 蠕墨铸铁的牌号 蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器。内燃机、汽缸和缸盖、压热交换器。内燃机、汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模
38、、液压阀等铸件。汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。蠕墨铸铁的应用 第四节第四节第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁v 可锻铸铁又称为玛铁、玛钢；可锻铸铁又称为玛铁、玛钢；v 它是由白口铸铁通过石墨化退火处理得到它是由白口铸铁通过石墨化退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。冲击韧性，可以部分代替碳钢。v 可锻铸铁不可锻！可锻铸铁不可锻！ 可锻铸铁的化学成分可锻铸铁的化学成分碳碳=2.2%2.8%硅硅=1.0%1.8%锰锰=0.4%1.2%硫硫0.18%磷磷0.2%可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产可锻铸铁
39、的生产 可锻铸铁生产分两个步骤。可锻铸铁生产分两个步骤。 第一步：先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨第一步：先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨；墨上沉淀，得不到团絮状石墨； 可锻铸铁的生产可锻铸铁的生产 第二步，进行长时间的石墨化退火处理。第二步，进行长时间的石墨化退火处理。将白口铸铁加热到将白口铸铁加热到900960，长时间保温，使，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过程。随后以较快的速度（程。随后以较快的速度（100/h
40、）冷却通过共析转变温）冷却通过共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至化，并在冷至720760后继续保温，使共析渗碳体后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在充分分解，完成第三阶段石墨化，在650700出炉出炉冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。 可锻铸铁的组织可锻铸铁的组织可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号v可锻铸铁有铁素体和珠
41、光体两种基体。可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。 v铁素体可锻铸铁以铁素体可锻铸铁以“KTHKTH”表示，珠光体表示，珠光体可锻铸铁以可锻铸铁以“KTZKTZ”表示。其后的两组数表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。字表示最低抗拉强度和延伸率。 vKTH350-10KTH350-10、KTZ600-3 KTZ600-3 v可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。接头、低压阀门等。v这些零件用铸钢生产时，因铸造性不好，工艺这些零件用铸钢生产时，因铸造性
42、不好，工艺上困难较大；而用灰口铸铁时，又存在性能不上困难较大；而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、铁水处理简单、容铁具有成本低、质量稳定、铁水处理简单、容易组织流水生产等优点。尤其对于薄壁件，若易组织流水生产等优点。尤其对于薄壁件，若采用球墨铸铁易生成白口，需要进行高温退火，采用球墨铸铁易生成白口，需要进行高温退火，采用可锻铸铁更为适宜。采用可锻铸铁更为适宜。可锻铸铁的应用可锻铸铁的应用 第五节第五节 合金铸铁合金铸铁在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨
43、铸铁耐磨铸铁n在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激较大，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的耐磨表面，其它部位采用砂型。同时调整铁水的化耐磨表面，其它部位采用砂型。同时调整铁水的化学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而心学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而心部为灰口铸铁组织，有一定的强度。用激冷方法制部为灰口铸铁组
44、织，有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产。生产。 耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常将铸铁的磷含量提高到将铸铁的磷含量提高到0.4%0.6%(高磷铸铁高磷铸铁），生成磷共晶（），生成磷共晶（F+Fe3P,P+Fe3P或或F+P+Fe3P），呈断续网状的形态分布在珠光），呈断续网状的形态分布在珠光体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基础上，还可加入础上，还可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，
45、等合金元素，改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、奥贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新奥贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁。型合金铸铁。耐热铸铁耐热铸铁耐热铸铁耐热铸铁 在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。加入热铸铁。加入AlAl、SiSi、CrCr等元素，一方面在铸等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；
46、另件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，从而改善铸铁的铁素体，不发生石墨化过程，从而改善铸铁的耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。常用耐热铸铁的成分和性能常用耐热铸铁的成分和性能耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保护膜，或使基体等合金元素形成保护膜，或使基体电极电位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。常用电极电位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁。铁。
