3金属材料--铸钢与铸铁

第三章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金黑色金属23铸钢主要用于制造形状复杂或大型，需要一定强度、塑性和韧性的零部件，例如机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。3.3铸钢与铸铁3.3.1铸钢外壳轧辊重型机械齿轮4◆粗大的奥氏体晶粒2、铸钢的组织特征和热处理退火或正火处理→细小的珠光体和铁素体1、碳素铸钢的化学成分和机械性能（表3-19）例：ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570/ZG35“ZG”，“铸钢”；35，平均碳质量分数(万分数)。形成“魏氏组织”：冷却时，铁素体沿奥氏体晶界网状析出，沿一定方向以片状生长，呈针状插入珠光体内，塑性和韧性下降，不能直接使用。53.3.2铸铁铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁基合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，优良的使用性能和工艺性能，应用非常广泛。制造各种机器零件，如机床床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧辊及机器底座等61、碳的三种存在形式：①溶于α-Fe或γ-Fe中形成F或A；②形成渗碳体(Fe3C)；③游离态石墨(G)。石墨强度、硬度和塑性都很差。石墨为稳定相。渗碳体为亚稳相，Fe3C→3Fe+C3.3.2铸铁（C＞2.11%）一、铸铁的的石墨化过程和特点石墨的晶体结构——简单六方晶格7亚稳定平衡的Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图，8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。2、铸铁的石墨化过程第一阶段：≥1154℃一次石墨：过共晶铸铁液体结晶共晶石墨：L4.25A2.08+G(共晶)第二阶段：1154℃～738℃二次石墨：A→G第三阶段:738℃共析石墨：A0.68→Fp’+G(共析)1154℃9①温度和冷却速度缓慢冷却，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。影响石墨化的主要因素：②合金元素促进石墨化的元素(C、Si、A1、Cu、Ni、Co等）阻碍石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn等)两大类。S强烈促进白口化，控制＜0.15%生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。103、铸铁的组织特征和分类名称石墨化程度显微组织第一阶段第二阶段第三阶段灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行不进行F+GF+P+GP+G麻口铸铁部分进行部分进行不进行Le’+P+G白口铸铁不进行不进行不进行Le’+P+Fe3C表3-20铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织11根据石墨形态：普通灰口铸铁片状；可锻铸铁团絮状；球墨铸铁球状；蠕墨铸铁蠕虫状。铸铁组织：石墨和基体（F、P、F+P）球状石墨各种铸铁的石墨形态（未腐蚀）片状石墨団絮状石墨蠕虫状石墨12由于石墨的存在，使铸铁具备下列特殊性能：①优良的切削加工性；②铸造性能好；③减磨性及耐磨性很高；④优异的消振性；⑤低的缺口敏感性。4、铸铁的性能特点石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨对基体的严重割裂致灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低。压缩强度不受影响13二、常用的铸铁1、灰口铸铁（80%）（1）牌号“HT”—“灰铁”，数字—最低抗拉强度。HT100、HT200、HT300（表3-22）性能：强度较低，韧性较差应用：承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等Ｆ、Ｐ和Ｆ+Ｐ三种基体14图3-14灰口铸铁的显微组织F+G片F+P+G片P+G片石墨片的三维形貌15（2）影响灰铸铁组织和性能的因素②冷却速度:铸件壁厚越薄，冷速越快，越易形成白口铁①化学成分:控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法主要C（2.5~4.0%）、Si（1.0~2.0%）。碳过低，易出现白口，使机械性能、铸造性能较低；碳过高，石墨过多且粗大，降低铸件的性能和质量；Mn（0.5～1.4%）：溶于F和Cm，增强Fe、C结合力，↑A区，阻止石墨化，促进P基体的形成。生成MnS;P：↓强度(0.12%)，↑耐磨性(0.3%);S(0.15%):有害，强烈促进白口化。不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织16（3）孕育铸铁经孕育处理（变质处理）后的灰铸铁叫孕育铸铁。孕育的目的：获得细小均匀的石墨片，细化基体组织，提高强度和硬度常用的孕育剂:硅铁和硅钙合金、碳类孕育处理前孕育处理后17b．消除铸件白口、降低硬度的退火（高温退火）在共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨；c．表面淬火高频、火焰、激光，50HRC~55HRC（4）灰铸铁的热处理及应用a．去应力退火（人工时效）500℃～550℃，防止变形和开裂消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。船用柴油机汽缸体(HT-300)182、球墨铸铁石墨呈球状，综合机械性能接近钢且铸造性好，成本低廉；（1）球墨铸铁的成分和球化处理成分要求比较严格：3.6~3.9%C，2.2~2.8%Si，0.6~0.8%Mn,＜0.07%S，＜0.1%P球化处理必须伴随着孕育处理球化剂（稀土镁），石墨球化孕育剂（硅铁和硅钙），石墨球细小、均匀分布19图3-16球墨铸铁的显微组织例：QT420-10、QT600-2、QT800-2“QT”，球铁，最低抗拉强度和延伸率。（2）球墨铸铁的牌号、组织和性能20性能特点：抗拉强度高，屈强比高，疲劳强度较好牌号基体机械性能bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HBQT400-17F40025017600179QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505－147-241QT600-2P6004202－229-302QT700-2P7004902－229-302QT800-2P8005602－241-321QT1200-1下B1200840130038HRC可用球铁代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴、轧辊等。21(3)球墨铸铁的热处理退火：Ｆ，高温退火或低温退火正火：Ｐ，并细化组织，提高强度和耐磨性高温正火(完全A化)和低温正火(不完全A化)调质：回火Ｓ，好的综合性能等温淬火：下Ｂ，高强度及良好的塑韧性球墨铸铁管道接口223、蠕墨铸铁牌号RuT300、RuT420RuT，蠕铁；最低抗拉强度蠕化剂（镁钛合金）组织：蠕虫状，短片较钝蠕墨铸铁新型高强铸铁材料。强度接近于球墨铸铁，一定的韧性、较高的耐磨性；和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。23由白口铸铁通过退火处理得到的较高的强度、塑性和冲击韧性，不可锻，部分代替碳钢石墨→团絮状4、可锻铸铁牌号KT350-10，Ｆ可锻铸铁；KTZ600-3，Ｐ可锻铸铁24可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的薄壁零件，如轮毂，减速器壳、汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。可锻铸铁管件25可锻铸铁的生产和热处理：第一步，铸造纯白口铸铁第二步，长时间石墨化退火处理G完全由渗碳体分解得到26灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁石墨形态片状团絮状球状基体组织F，F＋P，PF，PF，F＋P，P，B下牌号及含义HT×××KT（Z）×××-××QT×××-××工艺铁水经缓冷，G化退火表面淬火先浇注成白口，后石墨化退火铁水+球化+孕育热处理与钢同性能特点强度较低，韧性较差韧性较好，但不可锻造强度高，韧性好，可与钢媲美应用承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的薄壁零件，如：车轮外壳，管接头、活塞环可用球铁代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等