铸铁(金属工艺)

第七章铸铁一、何为铸铁？铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。有时为了提高力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。第一节概述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，是工程上最常用的金属材料之一。箱体启动阀二、铸铁中碳的存在形式铸铁中的碳除极少量固溶于铁素体之外，以两种形式存在：碳化物状态——Fe3C及合金铸铁中的其他碳化物游离状态——石墨（G）石墨的晶格类型为简单六方晶格基面中的原子结合力较强两基面之间的原子结合力弱石墨的基面容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低，常呈片状形态存在铸铁中石墨形态片状团絮状球状蠕虫状石墨呈片状石墨呈团絮状石墨呈球状石墨呈蠕虫状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。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、减振性和减摩性等。三、石墨存在对铸铁的力学性能影响四、铸铁的分类根据碳在铸铁中存在形式不同，可分为：1、白口铸铁2、灰口铸铁3、麻口铸铁C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，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（如轧辊、犁铧等）。C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。C的存在形式：石墨+渗碳体，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。性能：脆性大，很少使用。根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球状五、灰口铸铁的种类第二节铸铁的石墨化铸铁组织的类型取决于石墨化的程度。一、铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。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。石墨化若能充分或大部分进行，则能获得灰口铸铁，反之将得到白口铸铁。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。二、影响石墨化的因素冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化合金元素：碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳、硅的含量越高，越容易进行石墨化，得到灰口铸铁组织。硫是强烈阻止石墨化的元素。一般Ws＜0.15％。锰是阻止石墨化的元素。一般WMn＝0.6％～1.3％。磷是微弱促进石墨化的元素。一般WP＜0.3％。冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化1、灰铸铁的成分、组织与性能成份：一般为Wc=2.5%～4.0%,Wsi=1.0%～3.0%,WMn=0.5%～1.4%,Ws≤0.15%,Wp≤0.30%。组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。F+片状石墨（F+P）+片状石墨P+片状石墨第三节一般工程用铸铁一、灰铸铁性能：取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性和低的缺口敏感性。2、灰铸铁的孕育处理在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。3、灰铸铁的牌号、性能及用途牌号用“HT+数字”表示。HT是“灰铁”两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：HT150。灰铸铁的性能特点是生产简单、应用广泛，其产量占整个铸铁产量的80%以上。性能：取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性和低的缺口敏感性。2、灰铸铁的孕育处理在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。3、灰铸铁的牌号、用途牌号用“HT+数字”表示。HT是“灰铁”两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：HT150。灰铸铁的应用广泛，其产量占整个铸铁产量的80%以上。4、灰铸铁的热处理灰铸铁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。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。1）去应力退火工艺为：加热至500～600℃，保温一段时间后，随炉冷至200℃以下出炉空冷。2）消除白口、降低硬度退火加热到850～900℃，保温2～5h，然后随炉冷却至250～400℃出炉空冷。3）表面淬火主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。二、球墨铸铁1、球墨铸铁的成分、组织与性能成份：球墨铸铁的化学成分一般为：Wc=3．6％～4．0％，Wsi=2．0％～2．8％，WMn＝0.6％～0．8％，Ws≤0．04％，Wp＜0．1％，WMg＝0.03％～0.05％，WRE＝0．03％～0.05％。组织：分为铁素体球墨铸铁、铁素体—珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种。生产方法：在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨,得到球墨铸铁.性能：力学性能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近，屈强比达到0.7～0.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。牌号用“QT+A组数字-B组数字”表示。QT是“球铁”两字的汉语拼音字首;A组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）B组数字表示最低伸长率（%）。例：QT600-3。2、球墨铸铁的牌号、用途广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件。机械性能牌号基体bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB应用举例QT400-17铁素体40025017600≤179汽车、拖拉机床底盘零件；16-64大气压阀门的阀体、阀盖QT420-10铁素体42027010300≤207QT500-5铁素体+球光体5003505－147～241机油泵齿轮QT600-2球光体6004202－2297～302柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸套QT700-2球光体7004902－2297～302QT800-2球光体8005602－2417～3213、球墨铸铁的热处理热处理比钢的加热温度略高些、保温时间长些、加热速度和冷却速度要慢些。1）退火分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。2）正火分为高温正火和低温正火。目的是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。3）调质处理目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。4）等温淬火目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。4、球墨铸铁调质和正火后的组织性能机械性能热处理工艺显微组织σbMPa5%akkJ/m2HB调质:980℃退火后,900℃油淬+580℃回火回火索氏体+石墨800～10001.7～2.7260～320240～340正火:980℃退火后,900℃正火+580℃去应力退火珠光体+5%铁素体+石墨7002.5100317～321三、可锻铸铁可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温经长时间石墨化退火。1、可锻铸铁的成分、组织与性能成份：较低的碳、硅含量，一般Wc=2.2％～2.8％，Wsi=1.2％～1.8％，WMn＝0.4％～0．8％，Wp＜0．1％，Ws＜0.2％。组织：分为铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁两种。性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多。可锻铸铁并不可锻。2、可锻铸铁的牌号、用途牌号用“KT+表示类别的字母+A组数字-B组数字”表示。表示类别的字母有H、B、Z。例：KTH370-12。用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件，可以部分代替碳钢。四、蠕墨铸铁通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。1、蠕墨铸铁的成分、组织与性能成份：Wc=3.5％～3.9％，Wsi=2.2％～2.8％，WMn＝0.4％～0．8％，Wp＜0．1％，Ws＜0.2％。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，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。性能：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一样的良好的铸造性能和导热性。2、蠕墨铸铁的牌号、用途牌号用“RuT+一组数字”表示，RuT是“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（MPa）。例：RuT420。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。排气管进气管第四节特殊性能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。1、耐磨铸铁（加铬）2、耐热铸铁（Al、Si、Cr）扇形扩散器托架衬板弯管