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1、第七章第七章 铸铁铸铁l铸铁是含碳量大于是含碳量大于2.11%并含并含有有较多硅、多硅、锰、硫、磷等元素、硫、磷等元素的多元的多元铁基合金。基合金。l铸铁具有具有许多多优良的性能及生良的性能及生产简便、成本低廉等便、成本低廉等优点，因点，因而是而是应用最广泛的材料之一。用最广泛的材料之一。 1l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、活塞环及及轴瓦、瓦、曲曲轴等都可等都可用用铸铁制造制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内内燃燃机机汽汽缸缸2第七章第七章 铸铁铸铁第一第一节概述概述第二第二节常用常用铸铁3l一、一、铸铁的石墨化的石墨化过程程l1、Fe-Fe3C和和Fe-G
2、(石石墨墨)双重相双重相图lFe3C是是亚稳相，在一定相，在一定条件下将条件下将发生分解：生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）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第一节概述概述4l石墨是碳的石墨是碳的单质之之一，其一，其强度、塑性度、塑性、韧性几乎性几乎为零。零。l铸铁中中的的碳碳除除少少量量固固溶溶于于基基体体中中外外，主主要要以以化化合合态的的渗渗碳碳体体(Fe3C)和和游游离离态的的石石墨墨(G)两两种种形式存在。形式存在。5存在两个存在两个存在两个存在两个铁铁碳相碳相碳相碳相图图：Fe-FeFe-Fe3 3C C和和和和Fe-GFe-G双重相双重相双重相双重相图
3、图L+GL+Fe3C6l2、铸铁的石墨化的石墨化过程程l铸铁中的碳原子析出中的碳原子析出形成石墨的形成石墨的过程称程称为石墨化石墨化。l铸铁中的石墨可以在中的石墨可以在结晶晶过程中直接析出程中直接析出,也可以由渗碳体加也可以由渗碳体加热时分解得到。分解得到。台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉7l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、共晶石墨二次石墨、共晶石墨的析出的析出和和加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
4、分解及共晶渗碳体的分解.P8l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段石墨化。包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。P9铸铁的石墨化程度与其的石墨化程度与其组织之之间的关系的关系（以共晶（以共晶铸铁为例）例） 石墨化石墨化进行程度行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行行完全完全进行行F+G灰口灰口铸铁部分部分进行行F+P+G未未进行行P+G部分部分进行行未未进行行Le+
5、P+G麻口麻口铸铁未未进行行未未进行行Le白口白口铸铁10l l3 3、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碳碳碳碳和和和和硅硅是是是是强强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
6、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11l碳、硅量控制范碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。lAl、Cu、Ni、Co等元素等元素对石墨化有促石墨化有促进作用。作用。lS、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。等元素阻碍石墨化。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷磷虽然可促然可促进石墨
7、化石墨化,但其含量高但其含量高时易在晶易在晶界上形成硬而脆的磷界上形成硬而脆的磷共晶，降低共晶，降低铸铁的的强度，只有耐磨度，只有耐磨铸铁中中磷含量偏高磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。12l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扩散散，结晶晶将按将按Fe-G相相图进行，因而促行，因而促进石墨化。石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响的影响 l快冷快冷时由由于于过冷度冷度大，大，结晶晶将按将按Fe-Fe3C相相图进行行,不不利于石墨利于石墨化化.13二、二、铸铁的特点及分的特点及分类l工工业上使用的上使用
8、的铸铁主要是灰口主要是灰口铸铁。l1、铸铁的的组织特点特点l钢的基体的基体+G（石墨）（石墨）l基体基体组织有有铁素体、珠光体素体、珠光体和和铁素体加珠光体素体加珠光体三种三种。F+GF+P+GP+G14l耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有由于石墨本身有润滑作用。滑作用。l消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振由于石墨可以吸收振动能量。能量。l铸造性能好。造性能好。由于由于铸铁硅含量高硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶.l切削性能好。切削性能好。由于石墨使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。力学性能低。由于由于石墨相当于石
9、墨相当于钢基体中基体中的裂的裂纹或空洞，破坏或空洞，破坏了基体的了基体的连续性，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153 3、铸铁铸铁的分的分的分的分类类与牌号表示方法与牌号表示方法与牌号表示方法与牌号表示方法铸铁名称名称石墨石墨形形态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。“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
10、心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分分别为黑心、白心、黑心、白心、珠光体可珠光体可锻铸铁代号；代号；第一第一组数字表示最低数字表示最低抗拉抗拉强度度值，MPa；第二第二组数字表示最低数字表示最低伸伸长率率值，%16铸铁铸铁的分的分的分的分类类与牌号表示方法（与牌号表示方法（与牌号表示方法（与牌号表示方法（续续）铸铁名称名称石墨石墨形形态基体基体组织编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
11、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+PRuT300PRuT42017工工业铸铁的的成成分分范范围与与组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18第二第二节常用常用铸铁l一、灰一、灰铸铁l灰灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口是指石
12、墨呈片状分布的灰口铸铁。其。其产量量约占占铸铁总产量的量的80%以上。以上。l1、组织l灰灰铸铁的的组织是由液是由液态铁水水缓慢冷却慢冷却时通通过石墨化石墨化过程形成程形成的，其基体的，其基体组织有有铁素体素体、珠珠光体光体和和铁素体加珠光体素体加珠光体三种。三种。灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱19灰灰铸铁的的显微微组织 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20l常常对灰灰铸铁进行行孕孕育育处理理，以以细化化片片状石墨。状石墨。l常用的孕育常用的孕育剂有硅有硅铁和硅和硅钙合金。合金。l经孕育孕
13、育处理的灰理的灰铸铁称称为孕育孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙21l2、热处理理l热处理只改理只改变基体基体组织，不改，不改变石石墨形墨形态。l灰灰铸铁强度只有碳度只有碳钢的的3050%，热处理理强化效果不大。化效果不大。l灰灰铸铁常用的常用的热处理有：理有：l消除内消除内应力退火力退火(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表面淬火表面淬火灰灰铸铁件件汽汽缸缸套套活活塞塞环环22l3、用途、用途l制造制造承受承受压力和震力和震动的零件的零件,如如机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳体、体、泵体、缸体体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型
14、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23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石墨呈石墨呈团絮状的灰口絮状的灰口铸铁，是由白口，是由白口铸铁经石墨化退火石墨化退火获得的。得的。l1、组织：基体基体(F、P)团絮状絮状Gl铁素体基体可素体基体可锻铸铁又称又称黑心可黑心可锻铸铁。l2、性能、性能：强度度为碳碳钢的的00%，接近于，接近于铸钢。l名名为可可锻，实不可不可锻24 可可锻铸铁的的显微微组织 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25l3、用途
15、、用途l用于制造形状复用于制造形状复杂且承受振且承受振动载荷的薄壁小型件，如荷的薄壁小型件，如汽汽车、拖拉机的前后、拖拉机的前后轮壳壳、管管接接头、低、低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件26l三、三、球墨球墨铸铁l石墨呈球形的灰口石墨呈球形的灰口铸铁。由液。由液态铁水水经石墨化得到石墨化得到.l1、组织：基体（基体（F、F+P、P）+球状球状Gl球状石墨是液球状石墨是液态铁水水经球化球化处理得到的。理得到的。l球化球化剂为镁、稀土和稀土、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨避免白口，并使石墨细小均小均匀，在球化匀，在球化处理同理同时还进行孕行孕育育处理。理。l
16、常用孕育常用孕育剂为硅硅铁和硅和硅钙合金。合金。27球墨球墨铸铁的的显微微组织 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 28l2、性能与、性能与热处理理l强度是碳度是碳钢的的7090%。球墨球墨铸铁的突出特点是屈的突出特点是屈强比比( / b)高高,约为0.70.8,而而钢一般只有。一般只有。l球墨球墨铸铁可可进行各行各种种热处理理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等温等温淬火淬火等等。29l球墨球墨铸铁的的热处理特点是：理特点是：l奥氏体化温度比碳奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量
17、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(轧轧辊辊与与辊辊环环)组织组织组织组织贝贝氏氏体体基基球球墨墨铸铸铁铁30l3、用途、用途l承受震动、载承受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如如曲轴、传动曲轴、传动齿轮齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴31l四、蠕墨四、蠕墨铸铁l蠕墨蠕墨铸铁是是20世世纪60年代年代发展起来的一种新型展起来的一种新型铸铁.l蠕墨蠕墨铸铁是液是液态铁水水经蠕蠕化化处理和孕育理和孕育处理得到的理得到的.l蠕化蠕化剂为稀土硅稀土硅铁镁合金合金、稀土硅稀土硅铁合金合金
18、、稀土硅稀土硅铁钙合金等。合金等。l蠕墨蠕墨铸铁的的组织：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32蠕墨蠕墨铸铁的的显微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33l蠕墨蠕墨铸铁的的强度、塑性和抗疲度、塑性和抗疲劳性能性能优于灰于灰铸铁，其力学性能介于灰其力学性能介于灰铸铁与球墨与球墨铸铁之之间。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34l蠕墨蠕墨铸铁常用于制造承受常用于制造承受热循循环载荷的零件和荷的零件和结构构复复杂、强度要求高的度要求高的铸件。件。如如钢锭模、玻璃模具、模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液、液压阀的的阀体、耐体、耐压泵的的泵体等。体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓返返回回35
