材料性能及其加工第6章铸铁.ppt

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1、第第6章章 铸铁铸铁本章知识点本章知识点先导案例先导案例第一节第一节 铸铁概述铸铁概述第二节第二节 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 可锻铸铁可锻铸铁第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁下一页第第6章章 铸铁铸铁知识扩展知识扩展先导案例解决先导案例解决本章小结本章小结思考题思考题上一页返回本章知识点本章知识点1掌握铸铁的基本概念及石墨在铸铁中的作用。掌握铸铁的基本概念及石墨在铸铁中的作用。2掌握灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁的特性及牌掌握灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁的特性及牌号选用。号选用。3了解铸铁的分类及其石墨化过程。了解铸铁的分类及其石墨化过程。返回先导案例

2、先导案例试分析试分析图片图片中的零件结构尺寸有什么特点？应选用什么材料中的零件结构尺寸有什么特点？应选用什么材料制造比较合理？制造比较合理？返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述一、铸铁的含义一、铸铁的含义铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称，在这些合金中，铸铁是指由铁、碳、硅组成的合金系的总称，在这些合金中，碳含量超过了在共晶温度时奥氏体中的饱和含碳量。从成份碳含量超过了在共晶温度时奥氏体中的饱和含碳量。从成份上看，铸铁与钢的主要区别在于铸铁比碳钢含有更高的碳和上看，铸铁与钢的主要区别在于铸铁比碳钢含有更高的碳和硅，同时硫、磷等杂质元素含量也较高，一般铸铁中的硅，同时硫、磷等杂质元素含量也较高

3、，一般铸铁中的WC=2.5%4.0%、WSi=1.0%3.0%、WMn=0.3%1.2%、WS0.05%0.15%、WP 0.05%1.0%常用铸铁具有优良的铸造性能，生产工艺简便，成本低，所常用铸铁具有优良的铸造性能，生产工艺简便，成本低，所以应用广泛，通常，以应用广泛，通常，50%以上的机器（以质量计）是铸铁件。以上的机器（以质量计）是铸铁件。下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述二、铸铁的分类二、铸铁的分类铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外，其余部分因结晶条件不铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外，其余部分因结晶条件不同可以形成渗碳体或者石墨。同可以形成渗碳体或者石墨。根据碳在铸铁中的存在形式，

4、铸铁可分为以下三类。根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为以下三类。（1）灰口铸铁。碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口）灰口铸铁。碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口呈灰黑色，这类铸铁是工业上最常用的铸铁。根据灰口铸铁呈灰黑色，这类铸铁是工业上最常用的铸铁。根据灰口铸铁中石墨存在的形式不同，可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸中石墨存在的形式不同，可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁四类，如图铁、蠕墨铸铁四类，如图6-1所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述（2）白口铸铁。碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，其性）白口铸铁。碳主要以渗碳体存在，断口呈白亮色，其性能硬而脆

5、，很难进行切削加工，故这种铸铁很少直接使用，能硬而脆，很难进行切削加工，故这种铸铁很少直接使用，但在某些特殊场合可使零件表面获得一定深度的白口层，这但在某些特殊场合可使零件表面获得一定深度的白口层，这种铸铁称为种铸铁称为“冷硬铸铁冷硬铸铁”，它可用作表面要求高耐磨性的零，它可用作表面要求高耐磨性的零件，如气门挺杆、球磨机磨球、轧辊等。件，如气门挺杆、球磨机磨球、轧辊等。（3）麻口铸铁。碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳体存）麻口铸铁。碳一部分以石墨存在，另一部分以渗碳体存在，断口呈黑白相间，这类铸铁的脆性较大，故很少使用。在，断口呈黑白相间，这类铸铁的脆性较大，故很少使用。上一页 下一页返回第

6、一节第一节 铸铁概述铸铁概述三、石墨在铸铁中的作用三、石墨在铸铁中的作用铸铁的性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常用铸铁的性能和使用价值与碳的存在形式有着密切联系。常用铸铁中，碳主要以石墨的形式存在，石墨用符号铸铁中，碳主要以石墨的形式存在，石墨用符号“G”表示，表示，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为HBS35，b约为约为20MPa，伸长率，伸长率接近于零；石墨具有不太明显的金属接近于零；石墨具有不太明显的金属性能（如导电性）。性能（如导电性）。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述常用铸铁的性能与其组织具有密切关系。常用铸铁的组织

7、可常用铸铁的性能与其组织具有密切关系。常用铸铁的组织可以看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨以看成是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成，因而，铸铁的力学性能不如钢，铸铁中石墨的存在使组成，因而，铸铁的力学性能不如钢，铸铁中石墨的存在使力学性能下降，一般铸铁的抗拉强度、屈服点、塑性和韧性力学性能下降，一般铸铁的抗拉强度、屈服点、塑性和韧性比钢低（但抗压强度与钢相当），且不能锻造。石墨的数量比钢低（但抗压强度与钢相当），且不能锻造。石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸越多，越粗大，分布越不均匀，石墨的边缘部位越尖锐，铸铁力学性能越差。铁力学性能

8、越差。但是，石墨的存在赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良但是，石墨的存在赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如良好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减摩性等，好的铸造性能、切削加工性能、良好的减振性和减摩性等，同时还有低的缺口敏感性。同时还有低的缺口敏感性。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述四、铸铁的石墨化及影响因素四、铸铁的石墨化及影响因素1）石墨化过程）石墨化过程铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁结晶时，石墨化若铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁结晶时，石墨化若能充分或大部分进行，则能获得灰口铸铁；反之，将会得到能充分或大部分进行，则能获得灰口铸铁；反之，将会得到白口

9、铸铁。白口铸铁。铁碳合金结晶时，碳更容易形成渗碳体，但在具有足够扩散铁碳合金结晶时，碳更容易形成渗碳体，但在具有足够扩散时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可通过渗碳体在时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可通过渗碳体在高温下的分解获得。可见，渗碳体是一种亚稳定相，而石墨高温下的分解获得。可见，渗碳体是一种亚稳定相，而石墨才是一种稳定的相。才是一种稳定的相。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述铸铁结晶时的石墨化过程可分为三个阶段。第一个阶段为高铸铁结晶时的石墨化过程可分为三个阶段。第一个阶段为高温石墨化，是指从液相中析出的石墨，它包括液相线到共晶温石墨化，是指从液相中析出的石墨

10、，它包括液相线到共晶温度区间内析出的一次石墨（温度区间内析出的一次石墨（G）和共晶反应时析出的石墨）和共晶反应时析出的石墨（G共晶共晶）。第二阶段为中温石墨化，是指共晶和共析温度之）。第二阶段为中温石墨化，是指共晶和共析温度之间从奥氏体中析出的二次石墨（间从奥氏体中析出的二次石墨（G）。第三个阶段为低温度）。第三个阶段为低温度石墨化，是指共析转变及以后析出的石墨（石墨化，是指共析转变及以后析出的石墨（G共析共析）等。）等。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述3个阶段个阶段的石墨化过程不一定都

11、能充分进行，其中第一阶段和第二个的石墨化过程不一定都能充分进行，其中第一阶段和第二个阶段石墨化时由于温度较高，碳原子的扩散能力强，石墨化阶段石墨化时由于温度较高，碳原子的扩散能力强，石墨化容易进行；第三阶段石墨化时由于温度较低，碳原子的扩散容易进行；第三阶段石墨化时由于温度较低，碳原子的扩散能力较差，石墨化较难进行。按第三阶段石墨化进行的程度能力较差，石墨化较难进行。按第三阶段石墨化进行的程度不同，灰口铸铁的基体组织会出现以下不同，灰口铸铁的基体组织会出现以下3种类型：铁素体、铁种类型：铁素体、铁素体珠光体、珠光体。素体珠光体、珠光体。除以上各阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下进行退除以上

12、各阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下进行退火，也能使渗碳体分解获得石墨，这也是生产可锻铸铁的方火，也能使渗碳体分解获得石墨，这也是生产可锻铸铁的方法。法。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述2）影响石墨化的因素）影响石墨化的因素铸铁的石墨化主要与化学成份和冷却速度有关。铸铁的石墨化主要与化学成份和冷却速度有关。（1）化学成份。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，含碳量增）化学成份。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，含碳量增加使石墨晶核数量增加，因而促进石墨化。硅原子容易与铁加使石墨晶核数量增加，因而促进石墨化。硅原子容易与铁结合，溶于铁素体中，削弱了铁与碳的结合力，并使共晶点结合，溶于铁

13、素体中，削弱了铁与碳的结合力，并使共晶点下降，也促进石墨化。铸铁中的碳与硅越多，石墨化程度越下降，也促进石墨化。铸铁中的碳与硅越多，石墨化程度越充分，越容易获得灰口铸铁组织，但碳和硅含量过高会导致充分，越容易获得灰口铸铁组织，但碳和硅含量过高会导致石墨粗大、增多，降低力学性能。因此，适当提高铸铁中的石墨粗大、增多，降低力学性能。因此，适当提高铸铁中的碳和硅含量是控制铸铁组织的基本措施之一。碳和硅含量是控制铸铁组织的基本措施之一。上一页 下一页返回第一节第一节 铸铁概述铸铁概述硫是强烈阻碍石墨化的元素，促使铸铁白口化。同时，硫还硫是强烈阻碍石墨化的元素，促使铸铁白口化。同时，硫还降低铁液的流动性

14、并促进铸件高温开裂，使铸铁的铸造性能降低铁液的流动性并促进铸件高温开裂，使铸铁的铸造性能变差，因此，硫是有害元素，一般控制在变差，因此，硫是有害元素，一般控制在WS0.15%锰是阻碍石墨化的元素，但锰能与硫结合形成硫化锰，减弱锰是阻碍石墨化的元素，但锰能与硫结合形成硫化锰，减弱了硫对石墨化的阻碍作用，所以，又能间接促进石墨化。了硫对石墨化的阻碍作用，所以，又能间接促进石墨化。磷是微弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性，但磷是微弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性，但使铸铁的脆性增大，一般铸铁中的磷含量也应严格控制。使铸铁的脆性增大，一般铸铁中的磷含量也应严格控制。上一页 下一页返回

15、第一节第一节 铸铁概述铸铁概述（2）冷却速度。缓慢冷却时，碳原子扩散充分，易形成稳定）冷却速度。缓慢冷却时，碳原子扩散充分，易形成稳定的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中，凡影响冷却速度的的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中，凡影响冷却速度的因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热性因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热性越差，越有利于石墨化。越差，越有利于石墨化。上一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸铁一、灰铸铁的成份、组织及性能一、灰铸铁的成份、组织及性能灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最广泛灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最广泛的一种铸铁，约占铸

16、铁总量的的一种铸铁，约占铸铁总量的80%。灰铸铁的化学成份一般为灰铸铁的化学成份一般为WC=2.7%3.6%,WSi=1.0%2.5%,WMn=0.5%1.3%,WP0.3%；WS0.15%灰铸铁的组织特征是片状石墨分布于钢的基体上。由于化学灰铸铁的组织特征是片状石墨分布于钢的基体上。由于化学成份和冷却速度的综合影响，灰铸铁的组织有以下三种：铁成份和冷却速度的综合影响，灰铸铁的组织有以下三种：铁素体素体+片状石墨（片状石墨（F+G片片）；珠光体）；珠光体+铁素体铁素体+片状石墨片状石墨（P+F+G片片）；珠光体）；珠光体+片状石墨（片状石墨（P+G片片）。）。下一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸

17、铁灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分布状态，灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分布状态，同时也与基体的组织有关。由于石墨的力学性能几乎为零，同时也与基体的组织有关。由于石墨的力学性能几乎为零，在铸铁中相当于孔洞和裂纹，破坏了基体的连续性，使基体在铸铁中相当于孔洞和裂纹，破坏了基体的连续性，使基体的有效承载面积减小，且片状石墨的端部容易造成应力集中，的有效承载面积减小，且片状石墨的端部容易造成应力集中，因此，灰铸铁的力学性能明显低于碳钢，也明显低于其他铸因此，灰铸铁的力学性能明显低于碳钢，也明显低于其他铸铁件。灰铸铁中的石墨数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，铁件。灰铸铁中的

18、石墨数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对基体的割裂作用越强烈，其力学性能越差，生产时应尽量对基体的割裂作用越强烈，其力学性能越差，生产时应尽量获得细小的石墨片。同时，灰铸铁的力学性能还与基体的组获得细小的石墨片。同时，灰铸铁的力学性能还与基体的组织有关，具有珠光体基体的灰铸铁强度较高。织有关，具有珠光体基体的灰铸铁强度较高。灰铸铁的抗压强度比较高，约为抗拉强度的灰铸铁的抗压强度比较高，约为抗拉强度的34倍，故灰铸倍，故灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床床身、底座、支柱铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床床身、底座、支柱等。等。上一页 下一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸铁二、灰铸铁的孕育处

19、理二、灰铸铁的孕育处理在铸铁液中加入少量的孕育剂（一般加入铁液质量在铸铁液中加入少量的孕育剂（一般加入铁液质量4%的硅的硅铁或硅钙合金）以形成大量的结晶核心，获得极为细小的片铁或硅钙合金）以形成大量的结晶核心，获得极为细小的片状石墨和珠光体基体。经这样处理后的铸铁称为孕育铸铁。状石墨和珠光体基体。经这样处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁的抗拉强度高于普通灰铸铁，同时，由于结晶时冷孕育铸铁的抗拉强度高于普通灰铸铁，同时，由于结晶时冷却速度对孕育铸铁的结晶影响较小，故铸件各个部位的组织却速度对孕育铸铁的结晶影响较小，故铸件各个部位的组织较均匀，性能也趋于一致。孕育铸铁适用于制造性能要求较较均匀，性

20、能也趋于一致。孕育铸铁适用于制造性能要求较高、截面尺寸变化较大的大型铸件。高、截面尺寸变化较大的大型铸件。上一页 下一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸铁三、灰铸铁的牌号及应用三、灰铸铁的牌号及应用灰铸铁的牌号、力学性能及应用如表灰铸铁的牌号、力学性能及应用如表6-1所列。牌号中的所列。牌号中的“HT”是是“灰铁灰铁”两字的第一个拼音字母，后面的数字表示两字的第一个拼音字母，后面的数字表示最低抗拉强度，如最低抗拉强度，如HT200表示最低抗拉强度为表示最低抗拉强度为200MPa的的灰铸铁。灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，同一牌号的铸铁，灰铸铁。灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，同一牌号的铸铁，随壁厚的增

21、加，强度和硬度下降。随壁厚的增加，强度和硬度下降。上一页 下一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸铁四、灰铸铁的热处理四、灰铸铁的热处理热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大。因此用于灰小和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大。因此用于灰铸铁的热处理主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高铸铁的热处理主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。表面的硬度和耐磨性等。1去应力退火去应力退火铸件在冷却过程，因壁厚不同，造成各部位的冷却速度不同，铸件在冷却过程，因壁厚不同，造成各部位

22、的冷却速度不同，铸件内部会产生很大的内应力，使铸件出现变形或开裂，故铸件内部会产生很大的内应力，使铸件出现变形或开裂，故需进行去应力退火。其工艺为：加热至需进行去应力退火。其工艺为：加热至500600，保，保温一段时间后，随炉冷至温一段时间后，随炉冷至200以下出炉空冷。以下出炉空冷。上一页 下一页返回第二节第二节 灰铸铁灰铸铁2消除白口、降低硬度退火消除白口、降低硬度退火铸件的表面和薄壁处冷却速度快，容易产生白口组织，使铸铸件的表面和薄壁处冷却速度快，容易产生白口组织，使铸件的硬度增加，切削加工困难，需采用降低硬度的退火处理。件的硬度增加，切削加工困难，需采用降低硬度的退火处理。渗碳体在退火

23、的保温和缓冷过程中分解而析出石墨，从而降渗碳体在退火的保温和缓冷过程中分解而析出石墨，从而降低铸件硬度、改善切削加工性能。退火方法是将铸件加热到低铸件硬度、改善切削加工性能。退火方法是将铸件加热到850900，保温，保温25h，然后随炉冷却至，然后随炉冷却至250400出炉空冷。最后形成以铁素体或铁素体出炉空冷。最后形成以铁素体或铁素体+珠光体为基珠光体为基体的灰铸铁。体的灰铸铁。3表面淬火表面淬火表面淬火的主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用表面淬火的主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的方法有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。的方法有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等

24、。上一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理，使石墨全部或大部分呈球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理，使石墨全部或大部分呈球状分布的铸铁。球化处理方法是在浇注前的铸铁液中，加球状分布的铸铁。球化处理方法是在浇注前的铸铁液中，加入一定量的球化剂（镁或稀土镁合金）和促进石墨化的孕育入一定量的球化剂（镁或稀土镁合金）和促进石墨化的孕育剂（硅铁），以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。剂（硅铁），以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。我国目前主要应用的球化剂是稀土镁合金。我国目前主要应用的球化剂是稀土镁合金。下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁一、球墨铸铁的化学成份、组

25、织和性能一、球墨铸铁的化学成份、组织和性能球球墨墨铸铸铁铁的的化化学学成成份份一一般般也也在在共共晶晶点点附附近近，按按基基体体组组织织的的不不同同分分为为4类类：铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁、铁铁素素体体+珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁、珠珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁，其显微组织如图光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁，其显微组织如图6-2所示。所示。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理，使石墨全部或大部分呈球墨铸铁是指铸铁液经过球化处理，使石墨全部或大部分呈球状分布的铸铁。球化处理方法是在浇注前的铸铁液中，加球状分布的铸铁。球化处理方法是在浇注前的铸铁液中

26、，加入一定量的球化剂（镁或稀土镁合金）和促进石墨化的孕育入一定量的球化剂（镁或稀土镁合金）和促进石墨化的孕育剂（硅铁），以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。剂（硅铁），以改变石墨的结晶条件，促使石墨形成球状。我国目前主要应用的球化剂是稀土镁合金。我国目前主要应用的球化剂是稀土镁合金。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，表面积最小，与片状石墨在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，表面积最小，与片状石墨相比，大大减少了对基体的割裂作用，应力集中现象也大大相比，大大减少了对基体的割裂作用，应力集中现象也大大降低，提高了基体的承载能力。因此，球墨铸铁的力学性能降低

27、，提高了基体的承载能力。因此，球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高得多，特别是强度与钢接近，屈强比达到比灰口铸铁高得多，特别是强度与钢接近，屈强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善，仍比，比碳钢高；塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善，仍比钢差。此外，还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨钢差。此外，还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。球墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的球墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较缺口敏感性、

28、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷，故对原材料、熔炼和大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷，故对原材料、熔炼和铸造工艺的要求也高些。铸造工艺的要求也高些。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁二、球墨铸铁的牌号、性能及用途二、球墨铸铁的牌号、性能及用途球墨铸铁的牌号用球墨铸铁的牌号用“QT+A组数字组数字-B组数字组数字”表示，表示，QT是是“球铁球铁”两字的汉语拼音字首；两字的汉语拼音字首；A组数字表示最低的抗拉强度组数字表示最低的抗拉强度值（值（MPa）；）；B组数字表示最低伸长率。例如组数字表示最低伸长率。例如QT600代表代表抗拉强度抗拉强度

29、b600MPa、3%的球墨铸铁。的球墨铸铁。球墨铸铁在机械制造、造船、冶金、化工等行业中，广泛用球墨铸铁在机械制造、造船、冶金、化工等行业中，广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件，如代替铸钢、于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件，如代替铸钢、锻钢，制作柴油机曲轴、连杆、齿轮等。球墨铸铁的牌号、锻钢，制作柴油机曲轴、连杆、齿轮等。球墨铸铁的牌号、性能及用途见表性能及用途见表6-2所列。所列。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，表面积最小，与片状石墨在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，表面积最小，与片状石墨相比，大大减少了对基体的割裂作用，应力集中现象

30、也大大相比，大大减少了对基体的割裂作用，应力集中现象也大大降低，提高了基体的承载能力。因此，球墨铸铁的力学性能降低，提高了基体的承载能力。因此，球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高得多，特别是强度与钢接近，屈强比达到比灰口铸铁高得多，特别是强度与钢接近，屈强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善，仍比，比碳钢高；塑性和韧性虽比灰铸铁大为改善，仍比钢差。此外，还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨钢差。此外，还可通过改变球墨铸铁的基体组织、球状石墨的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。的圆整度、大小和分布进一步改善力学性能。球墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的球

31、墨铸铁仍然具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较缺口敏感性、切削加工性等。但与灰铸铁相比存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷，故对原材料、熔炼和大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷，故对原材料、熔炼和铸造工艺的要求也高些。铸造工艺的要求也高些。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁三、球墨铸铁的热处理三、球墨铸铁的热处理球球墨墨铸铸铁铁的的热热处处理理与与钢钢相相似似，但但因因含含碳碳、硅硅量量较较高高，有有石石墨墨存存在在，因因此此热热处处理理的的加加热热温温度度略略高高些些、保保温温时时间间长长些些、加加热热速度和冷却速度

32、要慢些。速度和冷却速度要慢些。1退火退火球球墨墨铸铸铁铁的的退退火火是是为为了了获获得得铁铁素素体体基基体体，提提高高塑塑性性和和韧韧性性。根据铸铁的铸造组织不同，采用的退火方法有以下根据铸铁的铸造组织不同，采用的退火方法有以下3种。种。1）去应力退火）去应力退火对对不不再再进进行行其其他他热热处处理理的的铸铸铁铁件件，常常进进行行去去应应力力退退火火，以以消消除除铸铸件件的的应应力力。其其工工艺艺是是将将其其加加热热至至500600，保保温温28h，然后缓冷。，然后缓冷。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁2）低温退火）低温退火对对铸铸态态组组织织是是铁铁素素体体+珠珠光光体体和

33、和石石墨墨，而而没没有有自自由由渗渗碳碳体体时时，可可进进行行低低温温退退火火，使使珠珠光光体体中中的的渗渗碳碳体体分分解解为为铁铁素素体体和和石石墨墨，最最后后得得到到铁铁素素体体基基体体的的球球墨墨铸铸铁铁。其其退退火火工工艺艺是是加加热热至至700760，保保温温36h，然然后后随随炉炉缓缓冷冷至至600出出炉炉空冷。空冷。3）高温退火）高温退火对对铸铸态态组组织织不不仅仅有有石石墨墨还还有有自自由由渗渗碳碳体体时时，可可进进行行高高温温退退火火，使使渗渗碳碳体体分分解解为为铁铁素素体体和和石石墨墨，最最后后得得到到铁铁素素体体基基体体的的球球墨墨铸铸铁铁。其其退退火火工工艺艺是是加加热

34、热至至920980，保保温温25h，然后随炉缓冷至然后随炉缓冷至600出炉空冷。出炉空冷。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁2正火正火球墨铸铁的正火是为了增加基体组织中的珠光体的数量，细球墨铸铁的正火是为了增加基体组织中的珠光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。正火后，常采用消化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。正火后，常采用消除应力的回火。除应力的回火。1）低温正火）低温正火低温正火又称不完全奥氏体化正火，其工艺是将铸件加热至低温正火又称不完全奥氏体化正火，其工艺是将铸件加热至820860，保温，保温13h（使基体组织大部分奥氏体化，（使基体组织大部分奥氏体化，保留

35、少量铁素体）然后出炉空冷，以得到珠光体和少量铁素保留少量铁素体）然后出炉空冷，以得到珠光体和少量铁素体基体的球墨铸铁，既提高强度又具有较好的塑性和韧性。体基体的球墨铸铁，既提高强度又具有较好的塑性和韧性。上一页 下一页返回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁2）高温正火）高温正火高温正火又称完全奥氏体化正火，其工艺是将铸件加热至高温正火又称完全奥氏体化正火，其工艺是将铸件加热至880950，保温，保温13h（使基体组织全奥氏体化）然（使基体组织全奥氏体化）然后出炉空冷，以得到珠光体基体的球墨铸铁，提高强度、硬后出炉空冷，以得到珠光体基体的球墨铸铁，提高强度、硬度和耐磨性。度和耐磨性。上一页 下一页返

36、回第三节第三节 球墨铸铁球墨铸铁3调质处理调质处理球墨铸铁的调质处理是为了得到回火索氏体基体，以获得较球墨铸铁的调质处理是为了得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。其工艺为，淬火加热温度高的综合力学性能。其工艺为，淬火加热温度860900、油冷，、油冷，550600回火。回火。4等温淬火等温淬火球墨铸铁的等温淬火是为了得到下贝氏体基体，使其具有高球墨铸铁的等温淬火是为了得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。其工艺为，淬火加热温度硬度、高强度和较好的韧性。其工艺为，淬火加热温度850900、保温后迅速放入、保温后迅速放入250350的盐浴中的盐浴中等温等温11.5h，然后

37、取出空冷。，然后取出空冷。上一页返回第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁一般是先浇铸成白口铸铁，然后，通过高温石墨化可锻铸铁一般是先浇铸成白口铸铁，然后，通过高温石墨化退火，使渗碳体分解得到团絮状石墨。根据石墨化退火工艺退火，使渗碳体分解得到团絮状石墨。根据石墨化退火工艺不同，可分别获得铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸不同，可分别获得铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁，如图铁，如图6-3所示。所示。下一页返回第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁将将白白口口铸铸铁铁加加热热至至900980经经长长时时间间保保温温，Fe3C分分解解形形成成团团絮絮状状石石墨墨，在在缓缓慢慢冷冷却却时时奥奥氏氏

38、体体中中将将析析出出二二次次石石墨墨，却却至至共共析析转转变变温温度度（770720）时时进进入入低低温温石石墨墨化化阶阶段段。此此时时，若若冷冷却却速速度度十十分分缓缓慢慢，将将使使第第三三阶阶段段石石墨墨化化充充分分进进行行，得得到到铁铁素素体体基基体体可可锻锻铸铸铁铁。若若冷冷速速较较快快或或在在略略低低于于共共析析温温度度范范围围作作长长时时间间等等温温，将将获获得得珠珠光光体体基基体体的的可可锻锻铸铸铁铁。生生产产中中，也也可可将将铁铁素素体体可可锻锻铸铸铁铁重重新新加加热热至至共共析析转转变变温温度度以以上上保保温温一一段段时时间间，再再以以较较快快的的速速度度冷冷却却，以以获获得

39、得珠珠光光体体可可锻锻铸铁。铸铁。上一页 下一页返回一、可锻铸铁的成份、组织及性能一、可锻铸铁的成份、组织及性能为保证浇注后获得全部白口组织，可锻铸铁的含碳和含硅量为保证浇注后获得全部白口组织，可锻铸铁的含碳和含硅量一般较低，一般较低，WC=2.2%2.8%，WSi=1.0%1.8%，WMn=0.4%1.2%一般要求一般要求WS0.18%，WP0.2%可锻铸铁的组织为钢的基体上分布着团絮状石墨，根据石墨可锻铸铁的组织为钢的基体上分布着团絮状石墨，根据石墨化退火工艺不同，有铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻化退火工艺不同，有铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁。铁素体基体的可锻铸铁具有较好的塑

40、性和韧性，珠光铸铁。铁素体基体的可锻铸铁具有较好的塑性和韧性，珠光体基体的可锻铸铁具有较高的强度。体基体的可锻铸铁具有较高的强度。上一页 下一页返回第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁由于团絮状石墨对基体的割裂作用较小，可锻铸铁的力学性由于团絮状石墨对基体的割裂作用较小，可锻铸铁的力学性能普遍比灰铸铁好，通常可锻铸铁具有较高的强度和韧性，能普遍比灰铸铁好，通常可锻铸铁具有较高的强度和韧性，它适宜于制造薄壁、形状复杂且要求有一定韧性的小型铸件，它适宜于制造薄壁、形状复杂且要求有一定韧性的小型铸件，如水管接头，汽车后桥壳、轮毂、减速器壳、散热器进水管如水管接头，汽车后桥壳、轮毂、减速器壳、散热器进水管等

41、。由于石墨化退火工艺复杂，生产率低，可锻铸铁的应用等。由于石墨化退火工艺复杂，生产率低，可锻铸铁的应用受到了限制，有时也采用球墨铸铁来代替。受到了限制，有时也采用球墨铸铁来代替。上一页 下一页返回第四节第四节 可锻铸铁可锻铸铁二、可锻铸铁的牌号及应用二、可锻铸铁的牌号及应用可锻铸铁的牌号用可锻铸铁的牌号用“KT+表示类别的字母表示类别的字母+A组数字组数字-B组数字组数字”表示，表示，KT是是“可铁可铁”两字的汉语拼音字首；表示类别的字两字的汉语拼音字首；表示类别的字母有母有H、B、Z，分别代表，分别代表“黑心黑心”“白心白心”“珠光体基体珠光体基体”；A组数字表示最低的抗拉强度值（组数字表示

42、最低的抗拉强度值（MPa），），B组数字表示组数字表示最低伸长率。例如最低伸长率。例如KTH370-12，代表，代表b370MPa、12%的黑心可锻铸铁。的黑心可锻铸铁。可锻铸铁用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零可锻铸铁用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件。可锻铸铁的常用牌号、性能及用途见表件。可锻铸铁的常用牌号、性能及用途见表6-3所列。所列。上一页返回第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁的生产方法与球墨铸铁相似，是通过在一定成份的蠕墨铸铁的生产方法与球墨铸铁相似，是通过在一定成份的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。蠕化铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而

43、生产制得的。蠕化剂有镁钛合金、稀土镁钛合金、稀土镁钙合金等。剂有镁钛合金、稀土镁钛合金、稀土镁钙合金等。下一页返回第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁一、蠕墨铸铁的成份、组织与性能一、蠕墨铸铁的成份、组织与性能蠕墨铸铁的化学成份一般为：蠕墨铸铁的化学成份一般为：WC=3.5%3.9%,WSi=2.2%2.8%,WMn=0.4%0.8%,WP0.1%,WS0.1%.由于蠕虫状石墨的形态介于球状和片状之间，比片状短、粗，由于蠕虫状石墨的形态介于球状和片状之间，比片状短、粗，端部呈球状，如图端部呈球状，如图6-4所示。所以，蠕墨铸铁的力学性能介所示。所以，蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。减振性

44、、铸造性能、导热性优于于灰铸铁和球墨铸铁之间。减振性、铸造性能、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。蠕墨铸铁的基体组织有铁素体、铁素体蠕墨铸铁的基体组织有铁素体、铁素体+珠光体和珠光体三珠光体和珠光体三种，一般为铁素体蠕墨铸铁。种，一般为铁素体蠕墨铸铁。上一页 下一页返回第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁二、蠕墨铸铁的牌号、性能及用途二、蠕墨铸铁的牌号、性能及用途蠕墨铸铁的牌号用蠕墨铸铁的牌号用“RuT+一组数字一组数字”表示，表示，RuT是是“蠕铁蠕铁”两字的汉语拼音字首，一组数字表示最低的抗拉强度值两字的汉语拼音字首，一组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）

45、。例如）。例如RuT420，代表，代表b420MPa的蠕墨铸铁。的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁的牌号、性能及用途见表蠕墨铸铁的牌号、性能及用途见表6-4所列。所列。上一页返回知识拓展知识拓展合金铸铁是指在普通铸铁基础上加入一种或多种元素、提高合金铸铁是指在普通铸铁基础上加入一种或多种元素、提高常规元素硅、锰的含量，获得的具有较高力学性能或某些特常规元素硅、锰的含量，获得的具有较高力学性能或某些特殊性能的铸铁。殊性能的铸铁。1耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。加入的主要合金元素有锰、耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。加入的主要合金元素有锰、磷、铬、钼、钨、铜、钛、钒、硼等元素，其作用是形成硬磷、铬、钼

46、、钨、铜、钛、钒、硼等元素，其作用是形成硬化相，提高耐磨性。耐磨铸铁广泛用于机床导轨、气缸套、化相，提高耐磨性。耐磨铸铁广泛用于机床导轨、气缸套、活塞环、轴承、犁铧、轧辊等。活塞环、轴承、犁铧、轧辊等。下一页返回知识拓展知识拓展2耐热铸铁耐热铸铁耐热铸铁是指在高温下使用，具有抗氧化性或抗生长性能符耐热铸铁是指在高温下使用，具有抗氧化性或抗生长性能符合使用要求的铸铁。加入的主要合金元素有硅、铝、铬等，合使用要求的铸铁。加入的主要合金元素有硅、铝、铬等，其作用是在铸件表面形成一层致密的其作用是在铸件表面形成一层致密的SiO2、Al2O3、Cr2O3等等氧化膜，保护内层不被氧化。耐热铸铁主要用于制作

47、炉底板、氧化膜，保护内层不被氧化。耐热铸铁主要用于制作炉底板、烟道挡板、炉条、渗碳坩埚等。烟道挡板、炉条、渗碳坩埚等。3耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁是指具有一定耐腐蚀能力的铸铁。加入的合金元素耐蚀铸铁是指具有一定耐腐蚀能力的铸铁。加入的合金元素主要有硅、铝、铬、镍、铜等，其作用是在铸件表面形成一主要有硅、铝、铬、镍、铜等，其作用是在铸件表面形成一层致密的氧化膜、提高基体组织的电极电位、形成单相基体层致密的氧化膜、提高基体组织的电极电位、形成单相基体加球状石墨，从而提高耐蚀性。耐蚀铸铁主要用于化工管道、加球状石墨，从而提高耐蚀性。耐蚀铸铁主要用于化工管道、泵、阀门、容器等。泵、阀门、容器等。上一页返

48、回先导案例解决先导案例解决根据图片分析可知，零件的结构尺寸偏大，一般的常规加工根据图片分析可知，零件的结构尺寸偏大，一般的常规加工制造方法非常困难，若采用铸造的方法比较合适，因此，选制造方法非常困难，若采用铸造的方法比较合适，因此，选用铸铁材料比较合理，方便加工，同时强度和硬度又能够保用铸铁材料比较合理，方便加工，同时强度和硬度又能够保证，成本也低。证，成本也低。返回本章小结本章小结了解铸铁的分类及其石墨化过程，掌握灰铸铁、球墨铸铁、了解铸铁的分类及其石墨化过程，掌握灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁的特性及牌号选用方法。本章重点是介可锻铸铁和蠕墨铸铁的特性及牌号选用方法。本章重点是介绍灰铸

49、铁和球墨铸铁的性能及热处理方法，同时也是本章的绍灰铸铁和球墨铸铁的性能及热处理方法，同时也是本章的难点，这部分知识是今后分析机械制造工艺和故障维修的重难点，这部分知识是今后分析机械制造工艺和故障维修的重要知识点，也是以后学习机械加工的必要基础知识。要知识点，也是以后学习机械加工的必要基础知识。返回思考题思考题1什么叫铸铁？铸铁是如何分类的？可分为哪几类？什么叫铸铁？铸铁是如何分类的？可分为哪几类？2铸铁与钢相比有何优缺点？其主要原因是什么？铸铁与钢相比有何优缺点？其主要原因是什么？3何为铸铁的石墨化？影响石墨化的主要因素有哪些？何为铸铁的石墨化？影响石墨化的主要因素有哪些？4对灰铸铁进行孕育处

50、理的目的是什么？对灰铸铁进行孕育处理的目的是什么？5简述铸铁的性能和基体组织、石墨形态的关系。简述铸铁的性能和基体组织、石墨形态的关系。6为何可锻铸铁适合制造壁薄的铸件，而灰铸铁和球墨铸铁为何可锻铸铁适合制造壁薄的铸件，而灰铸铁和球墨铸铁却适合制作相对较厚的铸件？却适合制作相对较厚的铸件？下一页返回思考题思考题7可锻铸铁是否能锻压加工？为什么？可锻铸铁是否能锻压加工？为什么？8说明下列牌号的意义，举例说明其应用。说明下列牌号的意义，举例说明其应用。HT150 QT800-2 KTH300-06 RuT3009下列铸件，应选用何种铸铁材料较合适：内燃机曲轴、车下列铸件，应选用何种铸铁材料较合适：