工程材料学-8铸铁

工程材料学南京航空航天大学梁文萍第八章铸铁§8.2灰铸铁§8.3可锻铸铁§8.4球墨铸铁§8.5蠕墨铸铁§8.1概述学习要求和难点学习重点：1.铸铁的分类与编号。2.铸铁的组织与性能特点。3.影响石墨化的因素。400C1400C1200C1000C800C600C1600CFe1%C2%C3%C4%C5%C6%C6.70%CLgad钢铸铁引言铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。铸铁曲轴§8.1概述8.1.1铸铁的石墨化过程Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。1、渗碳体的分解§8.1概述台车式石墨化退火炉2、铸铁的石墨化过程铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。§8.1概述P’石墨化分两个阶段：在P’S’K’线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化。包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出；加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。P’在P’S’K’线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。§8.1概述石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一阶段石墨化第二阶段石墨化完全进行完全进行F+G灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Le’+P+G麻口铸铁未进行未进行Le’白口铸铁铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）§8.1概述§8.1概述SiC白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量过高→石墨数量多且粗大→基体内铁素体量增多→降低铸件的性能.3、影响石墨化的因素⑴化学成分的影响碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅含量过低→易出现白口组织→力学性能和铸造性能变差。铸铁中的磷共晶磷虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高(达0.3%以上)。碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。§8.1概述§8.1概述WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化。⑵冷却速度的影响冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。§8.1概述7.1.2铸铁的成分及性能特点1.成分特点：C、Si、Mn含量较高，杂质元素S、P也较多。wc:2.5%~4.0%,wSi:1.0%~3.0%,wMn:0.5%~1.4%。共晶白口铸铁F基体球墨铸铁工业铸铁的成分范围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工业铸铁的成分范围与组织铸铁与铸钢的强度比较耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶.切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2、铸铁的性能特点力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，易导致应力集中。§8.1概述§8.1概述铸铁特殊性能铸铁白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁碳存在形态组织性能特点普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁F基体铸铁P基体铸铁F+P基体铸铁耐磨铸铁耐蚀铸铁耐热铸铁8.1.3铸铁的分类铸铁的分类铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+XXXHT--灰铸铁代号XXX--最低抗拉强度值，MPa。HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH+XXXKTH--黑心KTB--白心KTZ--珠光体XXX--最低抗拉强度，MPa；XX--最低伸长率,%KTH300-06表F心PKTB+XXX+XXKTB350-04PKTZ+XX+XXKTZ450-06铸铁的分类与牌号表示方法铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+XXX+XXQT--球墨铸铁代号；XXX--最低抗拉强度值，MPa；XX--最低伸长率值，%。QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+XXXRuT--蠕墨铸铁代号；XXX--最低抗拉强度值,MPa。RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法（续）灰铸铁齿轮箱灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。1、组织灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体+珠光体三种。§8.2灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌灰铸铁的显微组织孕育处理前孕育处理后硅铁硅钙灰铸铁的孕育处理—细化片状石墨。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。§8.2灰铸铁§8.2灰铸铁灰铸铁件汽缸套活塞环2、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：①消除内应力退火(又称人工时效)②消除白口组织退火③表面淬火大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体3、用途制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。§8.2灰铸铁石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。1、组织：基体(F、P)＋团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。2、性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻。可锻铸铁石墨化退火工艺曲线§8.3可锻铸铁黑心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显微组织§8.3可锻铸铁可锻铸铁管件3、用途形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。§8.3可锻铸铁硅铁硅钙稀土镁为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.1、组织：基体（F、F+P、P）+球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。§8.3球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁的显微组织2、性能与热处理强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2/b)高,约为0.7~0.8,而钢一般只有0.3~0.5。球墨铸铁可进行各种热处理,如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。§8.3球墨铸铁制品(轧辊与辊环)组织贝氏体基球墨铸铁球墨铸铁的热处理特点：奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高;淬透性比碳钢高;奥氏体中碳含量可控。§8.3球墨铸铁核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴3、用途承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等.§8.3球墨铸铁蠕墨铸铁中的石墨稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状G蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁.蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕化剂为稀土硅铁镁合金、§8.5蠕墨铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。玻璃模具制动鼓蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。