第五章第五章 铸铸 铁铁 引言引言: :1 1、何为铸铁？、何为铸铁？ 铸铁是碳质量分数大于铸铁是碳质量分数大于2.11%2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。元素的铁碳合金。 用于制造机床的床身、床头箱用于制造机床的床身、床头箱, ,发动机的汽缸体、机器的底座等，发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。是工程上最常用的金属材料之一。 箱体箱体启启动动阀阀2 2、铸铁分几类？、铸铁分几类？根据碳在铸铁中存在形根据碳在铸铁中存在形式式式式不同，可分三大类：不同，可分三大类：1 1白口铸铁白口铸铁2 2灰口铸铁灰口铸铁3 3麻口铸铁麻口铸铁C C C C的存在形式：的存在形式：的存在形式：的存在形式：渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体(Fe3C)(Fe3C)(Fe3C)(Fe3C)，断口为白色，断口为白色，断口为白色，断口为白色。 性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件如轧辊、犁铧等。如轧辊、犁铧等。如轧辊、犁铧等。如轧辊、犁铧等。 C C C C的存在形式：的存在形式：的存在形式：的存在形式：石墨石墨石墨石墨，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。，断口为灰黑色。 C C C C的存在形式：的存在形式：的存在形式：的存在形式：石墨石墨石墨石墨+ + + +渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体，断口为黑白色。，断口为黑白色。，断口为黑白色。，断口为黑白色。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用性能：脆性大，很少使用。第六章第六章 铸铸 铁铁根据石墨根据石墨G在铸铁中存在形态，可分为：在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁：石墨呈普通灰铸铁：石墨呈片状片状可锻铸铁：石墨呈可锻铸铁：石墨呈团絮状团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球墨铸铁：石墨呈球状球状3 3、灰口铸铁的种类、灰口铸铁的种类第六章第六章 铸铸 铁铁第第1 1节节 普通灰铸铁普通灰铸铁一、灰铸铁的组织一、灰铸铁的组织一、灰铸铁的组织一、灰铸铁的组织 由于石墨形成的程度不同，灰铸铁有铁素体、珠光体、由于石墨形成的程度不同，灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体铁素体+珠光体珠光体)+石墨三种根本组织。石墨三种根本组织。 F+F+F+F+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨F+PF+PF+PF+P+ + + +片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨P+P+P+P+片状石墨片状石墨片状石墨片状石墨第六章第六章 铸铸 铁铁 由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。优点：灰铸铁的减振性、耐磨性、导热性好，缺口敏感性低。二、灰铸铁的性能与应用二、灰铸铁的性能与应用 但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如和结构，如机座、机床床身、轴承机座、机床床身、轴承等。等。叶轮叶轮 发动机飞轮发动机飞轮 6-1 6-1 普通灰铸铁普通灰铸铁三、灰铸铁的牌号三、灰铸铁的牌号三、灰铸铁的牌号三、灰铸铁的牌号HTHT+ +三位数字三位数字，数字表示最低抗拉强度数字表示最低抗拉强度。五、灰铸铁的热处理五、灰铸铁的热处理五、灰铸铁的热处理五、灰铸铁的热处理如：如：HT150，HT200，HT250 热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和平共处目的是：平共处目的是：1 1、消除内应力退火：、消除内应力退火：2 2、高温退火：消除白口组织、高温退火：消除白口组织3 3、外表淬火：提高外表硬度、耐磨性和疲劳强度。、外表淬火：提高外表硬度、耐磨性和疲劳强度。6-1 6-1 普通灰铸铁普通灰铸铁四、灰铸铁的孕育处理变质处理：变质剂：硅铁四、灰铸铁的孕育处理变质处理：变质剂：硅铁7575。 在铸铁未浇注前，向铁水中参加少量变质剂在铸铁未浇注前，向铁水中参加少量变质剂SiSiFeFe、SiSiCaCa，形成非自发晶核，细化晶粒，从而提高，形成非自发晶核，细化晶粒，从而提高其力学性能。强度、硬度、气密性显著提高其力学性能。强度、硬度、气密性显著提高第第2 2节节 可锻铸铁俗称为玛铁、马钢可锻铸铁俗称为玛铁、马钢 一、生产方法：一、生产方法： 先将铸铁浇注成白口铸铁先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行然后进行高温石墨化退火高温石墨化退火,使渗碳体分使渗碳体分解得到解得到团絮状石墨团絮状石墨。二、可锻铸铁的组织二、可锻铸铁的组织可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。 第六章第六章 铸铸 铁铁也即黑心可锻铸铁和白心可锻铸铁。三、可锻铸铁的牌号三、可锻铸铁的牌号四、可锻铸铁的性能及应用四、可锻铸铁的性能及应用 可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以局部代替碳钢。可锻可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以局部代替碳钢。可锻铸铁不可锻。铸铁不可锻。 铁素体可锻铸铁以铁素体可锻铸铁以“KT“KT表示，珠光体可锻铸铁以表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ“KTZ表表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。 如：如：KT350-10KT350-10、KTZ600-3KTZ600-3可锻铸铁的牌号和机械性能可锻铸铁的牌号和机械性能 6-2 6-2 可锻铸铁可锻铸铁第第3 3节节 球墨铸铁球墨铸铁一、生产方法：一、生产方法： 在浇注前向铁水中参加一定量的球化剂而直接获得球状石墨在浇注前向铁水中参加一定量的球化剂而直接获得球状石墨,得到得到球墨铸铁球墨铸铁.二、球墨铸铁的组织二、球墨铸铁的组织第六章第六章 铸铸 铁铁三、三、球墨铸铁球墨铸铁的牌号的牌号四、球墨铸铁的和机械性能四、球墨铸铁的和机械性能 用用“QT“QT标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如如:机械性能机械性能机械性能机械性能牌号牌号牌号牌号基体基体基体基体 b b b b MPaMPaMPaMPa 0.20.20.20.2 MPaMPaMPaMPa 5 5 5 5 % % % %a a a ak k k k kJ/mkJ/mkJ/mkJ/m2 2 2 2HBHBHBHB应应 用用用用 举举 例例例例QT400-17QT400-17QT400-17QT400-17铁铁素体素体素体素体40040040040025025025025017171717600600600600179179179179 汽汽汽汽车车、拖拉机床底、拖拉机床底、拖拉机床底、拖拉机床底盘盘零零零零件；件；件；件；16-6416-6416-6416-64大气大气大气大气压阀门压阀门的的的的阀阀体、体、体、体、阀阀盖盖盖盖QT420-10QT420-10QT420-10QT420-10铁铁素体素体素体素体42042042042027027027027010101010300300300300207207207207QT500-5QT500-5QT500-5QT500-5铁铁素体素体素体素体+ + + +球光体球光体球光体球光体5005005005003503503503505 5 5 5147147147147241241241241 机油机油机油机油泵齿轮泵齿轮QT600-2QT600-2QT600-2QT600-2球光体球光体球光体球光体6006006006004204204204202 2 2 22297229722972297302302302302 柴油机、汽油机曲柴油机、汽油机曲柴油机、汽油机曲柴油机、汽油机曲轴轴；磨床、磨床、磨床、磨床、铣铣床、床、床、床、车车床的主床的主床的主床的主轴轴；空空空空压压机、冷机、冷机、冷机、冷冻冻机缸体、缸机缸体、缸机缸体、缸机缸体、缸套套套套QT700-2QT700-2QT700-2QT700-2球光体球光体球光体球光体7007007007004904904904902 2 2 22297229722972297302302302302QT800-2QT800-2QT800-2QT800-2球光体球光体球光体球光体8008008008005605605605602 2 2 224172417241724173213213213216-3 6-3 球墨铸铁球墨铸铁六、球墨铸铁调质和正火后的组织性能六、球墨铸铁调质和正火后的组织性能 机械性能机械性能 热处理工艺热处理工艺 显微组织显微组织 b b MPa MPa 5 5 % % a ak k kJ/mkJ/m2 2 HB HB 调质调质: 980: 980退火退火后后, ,900900油淬油淬+ 580+ 580回火回火 回火索氏回火索氏体体+ +石墨石墨 8008001000 1000 1.71.72.7 2.7 260260320 320 240240340 340 正火正火: 980: 980退火退火后后, , 900 900正正火火+ 580+ 580去应力退去应力退火火 珠光体珠光体+ +5%5%铁素体铁素体 + +石墨石墨 700 700 2.5 2.5 100 100 317317321 321 五、球墨铸铁的应用五、球墨铸铁的应用 具有与钢相近的力学具有与钢相近的力学性能，可代替钢和合金钢性能，可代替钢和合金钢使用。使用。球墨球墨铸铁铸铁管道管道接口接口 6-3 6-3 球墨铸铁球墨铸铁第第4 4节节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 一、生产方法：一、生产方法： 在一定成分的铁水中参加适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与在一定成分的铁水中参加适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁根本相同。球墨铸铁根本相同。 二、二、蠕墨蠕墨铸铁的组织铸铁的组织 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。第六章第六章 铸铸 铁铁 蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨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，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁铸铁，并且有一定的韧性、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导热性。一样的良好的铸造性能和导热性。 三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 蠕墨铸铁以蠕墨铸铁以“RuT“RuT表示，其后的数字表示最低抗拉强度。表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 RuT300RuT300、RuT420RuT420 如：如： 蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃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、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。 牌号牌号：性能性能：应用应用：排排气气管管 进进气气管管 6-4 6-4 蠕墨铸铁蠕墨铸铁第第5 5节节 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中参加某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合在铸铁中参加某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。金铸铁。 1 1、耐磨铸铁加铬、耐磨铸铁加铬 2 2、耐热铸铁、耐热铸铁 AlAl、SiSi、Cr Cr 扇扇形形扩扩散散器器托托架架 衬衬板板弯弯管管第六章第六章 铸铸 铁铁石墨呈片状6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁石墨呈石墨呈团絮状团絮状6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁石墨呈石墨呈球状球状6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁石墨呈石墨呈蠕虫状蠕虫状6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁何为何为何为何为石墨？石墨？石墨？石墨？ 石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为度仅为35HBS35HBS，伸长率近于零，伸长率近于零。 铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生对基体产生割裂作用割裂作用。 因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。学性能越差。 但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造性能、铸造性能、切削性能、减振性和减摩性切削性能、减振性和减摩性等。等。提示：缺口敏感性提示：缺口敏感性由于石墨的组织松软，能够吸收震动；因而又使铸铁由于石墨的组织松软，能够吸收震动；因而又使铸铁具有良好的消振性；加之片状石墨本身就相当于许多微缺口，故铸铁尚有低具有良好的消振性；加之片状石墨本身就相当于许多微缺口，故铸铁尚有低的缺口敏感性。的缺口敏感性。6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁组织的类型取决于组织的类型取决于组织的类型取决于组织的类型取决于石墨化石墨化石墨化石墨化的程度。的程度。的程度。的程度。1 1铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。 石墨化假设能充分或大局部进行，那么能获得灰口铸铁，石墨化假设能充分或大局部进行，那么能获得灰口铸铁，石墨化假设能充分或大局部进行，那么能获得灰口铸铁，石墨化假设能充分或大局部进行，那么能获得灰口铸铁，反之将得到白口铸铁。反之将得到白口铸铁。反之将得到白口铸铁。反之将得到白口铸铁。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分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。解来获得。 灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨那么完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分铸铁中的石墨那么完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。解而得到。 6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁2 2 2 2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冷却速度冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化；缓慢冷却有利于石墨化；缓慢冷却有利于石墨化；缓慢冷却有利于石墨化；合金元素合金元素：C C和和SiSi强烈促进，强烈促进，S S强烈阻碍，强烈阻碍，MnMn阻碍，阻碍，P P微弱促进。微弱促进。6-5 6-5 特殊性能铸铁特殊性能铸铁提示：提示： 影响铸铁组织和性能的因素影响铸铁组织和性能的因素GG石墨石墨1 1化学成分：化学成分： C C 、SiSiG G ， Mn Mn、S S、P PFe3C Fe3C 。2 2冷却速度：冷却速度： V V Fe3C Fe3C、 V VG G 。3 3铸件壁越厚，冷却越缓慢。铸件壁越厚，冷却越缓慢。4 4灰铸铁灰铸铁 高温石墨化充分，低温石墨化不同即高温石墨化充分，低温石墨化不同即产生铁素体、铁素体产生铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种基体。珠光体、珠光体三种基体。 白口铸铁白口铸铁 石墨化完全被抑制石墨化完全被抑制FeFe3CFeFe3C。 麻口铸铁麻口铸铁 组织介于白口与灰口之间。组织介于白口与灰口之间。