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1.4常用合金铸件生产1.4.1铸铁件生产1.4.2铸钢件生产1.4.3非铁合金铸件生产铸铁是Wc2.11%的铁碳合金。实用的铸铁是Fe—C—Si为主的多元合金。铸铁具有许多优良性能，且制造简单，成本低廉，是最常用的金属材料之一。1.4.1铸铁件生产1.铸铁的石墨化及影响因素2.常用的铸铁铸铁分类碳部分以石墨的形式存在，部分以Fe3C的形式存在，断口呈黑白相间的麻点。铸铁的分类根据碳在铸铁中存在形式分①白口铸铁：②灰口铸铁：③麻口铸铁：碳主要以Fe3C的形式存在，断口呈银白色；碳全部或大部分以石墨(G)的形式存在，断口呈暗灰色；在这三类铸铁中，灰口铸铁用的最多。灰口铸铁的分类灰铸铁分类灰铸铁：石墨呈片状（）球墨铸铁：石墨呈球状（）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状（）可锻铸铁：石墨呈团絮状（）灰口铸铁根据组织中石墨形态的不同可分为四类，如表2.5.1所示表2.5.1灰口铸铁的分类1.铸铁的石墨化及影响因素铸铁的石墨化是指铸铁中碳以石墨形式析出的过程。（1）铸铁的石墨化图1.4.1铁碳合金双重相图石墨化过程的两个阶段共析温度以上的石墨化过程称为第一阶段石墨化；第一阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么铁。第一阶段石墨化过程无法进行，得到白口铸铁；第一阶段石墨化部分进行，得到麻口铸铁；第一阶段石墨化过程能够充分进行，得到灰口铸铁。共析及共析温度以下的石墨化过程称为第二阶段石墨化。第二阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么基体的铸铁，如表1所示。铸铁名称铸铁显微组织石墨化进行的程度第一阶段石墨化第二阶段石墨化灰铸铁F+G片F+P+G片P+G片完全进行完全进行部分进行未进行球墨铸铁F+G球F+P+G球P+G球完全进行完全进行部分进行未进行蠕墨铸铁F+G蠕虫F+P+G蠕虫完全进行完全进行部分进行可锻铸铁F+G团絮P+G团絮完全进行完全进行未进行表1铸铁组织与石墨化进行程度之间的关系（2）影响石墨化的主要因素化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的两个主要因素，如图1.4.2所示。图1.4.2碳硅含量和铸件壁厚对铸件组织的影响2.常用的铸铁（4）可锻铸铁（5）特殊性能铸铁（1）灰铸铁1）组织特征2）性能特点3)牌号及用途4)铸造性能5)孕育处理6)热处理（2）球墨铸铁（3）蠕墨铸铁1）组织特征2）性能特点3)牌号及用途4）蠕墨铸铁生产5)铸造性能白口铸铁自学（1）灰铸铁1）组织特征灰铸铁的组织由钢的基体+片状石墨所组成，按基体不同，灰铸铁分为三种类型，如图1.4.3所示。a）铁素体基体b)铁素体+珠光体基体c)珠光体基体图1.4.3灰铸铁的显微组织⑨铸造性能好。2）性能特点3)牌号及用途按GB9439-88规定，我国灰铸铁分为六个牌号。“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音字头，后面三位数字表示最低抗拉强度值。美国材料与试验协会标准(ASTM)中铸铁表示方法见表1.4.3。①抗拉强度低，塑性差；②抗压、弯曲强度较高；③减震性好；④减磨性好；⑤缺口敏感性低；⑥切削加工性好；⑦不能锻造；⑧焊接性差；表1.4.3A铸铁的表示方法(ASTM)名称牌号组成说明1.一般灰铸铁一位和二位数组，例：26、40、50一位数为序号，二位数表示最低抗拉强度值(1000PSi)，有时在数字后加字母表示尺寸种类2.阀门管配件灰铸铁用A、B、C字母表示3.球墨铸铁六位三组数，例80—55—06第一组数：最低抗拉强度值(1000PSi)第二组数：最低屈服强度值(1000PSi)第三组数：最小伸长率(%)4.可锻铸铁五位数组，例：32510、500055.奥氏体铸铁D—数字序号+字母类号，例：D—3B6.机动车用灰铸铁G+四位数字组四位数组：缩小10倍的最低抗拉强度值(PSi)7.汽车用可锻铸铁M+四位数字组前两位数：最小屈服强度(1000PSi)，后两位数：最小伸长率(%)8.耐磨铸铁百分数+元素符号+.HC(或LC)例：20%-Cr-Mo-LC百分数代表第一位元素含量。HC：高含碳量，LC：低含碳量铸铁注:Psi：表示每平方英寸磅力，1000PSi≈6.9MPa。表1.4.4灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例牌号铸件壁厚mm抗拉强度N/mm2显微组织应用举例≤≥基体石墨HT1002.5102030102030501301009080F粗壮片手工铸造用砂箱、盖、下水管、底座、外罩、手轮、手把、重锤等HT150(20B)2.510203010203050175145130120F+P较粗壮片机械制造业中一般铸件，如底座、手轮、刀架等；冶金业中流渣槽、渣缸、压钢机托辊等；机车用一般铸件，如水泵壳、阀体、阀盖等；动力机械中拉钩、框架、阀门、油泵壳等HT200(30B)2.510203010203050220195170160P中等片状一般运输机械中的气缸体、缸盖、飞轮等；一般机床中的床身、机座等；通用机械承受中等压力的泵体、阀体等；动力机械中的外壳、轴承座、水套筒等HT250(35B)4.510203010203050270240220200细P较细片状运输机械中的缸体、缸盖、；机床中立柱、横梁、床身、滑板、箱体等；冶金矿山机械中的轨道板、齿轮；动力机械中的缸体、缸套、活塞HT300(45B)102030203050290250230细P较小片状机床导轨、受力较大的机床床身、立柱机座等；通用机械的水泵出口管、吸入盖等；动力机械中的液压阀体、涡轮、汽轮机隔板、泵壳、大型发动机缸体、缸盖HT350(50B)102030203050340290260细P细小片状大型发动机气缸体、缸盖、衬套；水泵缸体、阀体、凸轮等；机床导轨、工作台等摩擦件；需经表面淬火的铸件注：括号内材料牌号为ASTM标准表2.5.4灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例①灰铸铁的碳当量接近共晶成分，结晶温度区间小、熔点低，故流动性好，可浇注形状复杂的薄壁铸件；②灰铸铁收缩小、有自身补缩能力，可不用或少用冒口；③灰铸铁熔点低（与铸钢比），对型砂耐火度要求低，适合于湿型铸造。由于灰铸铁铸造性能好，不需炉前处理，不用冒口和冷铁，铸后一般不需热处理，仅复杂件铸后时效处理，以消除内应力和防止变形，所以应用十分广泛（由上述①②③得来的结果）。4)铸造性能普通灰铸铁的壁厚越厚，心部的强度、硬度低。如壁厚为30～50mm的铸件，要求σb为200MPa时，应选HT250。图1.4.4铸铁件截面上的硬度分布但是，普通灰铸铁石墨呈粗大的片状，力学性能差，而且，薄壁易产生白口，厚壁晶粒粗大。影响铸态组织的因素：原始炉料、冷却速度、孕育处理。5)孕育处理目前应用最多的孕育剂是含硅75%的硅铁。孕育处理常用的方法在出铁槽内加孕育剂。孕育衰退-近年发展了瞬时孕育（后孕育）--如浇口杯、型内孕育。孕育铸铁石墨仍为片状，塑形、韧性仍很低，本质仍属灰口铸铁。另外，含碳、硅量低，浇注温度高，收缩大，有时要冒口补缩，铸造性能比普通灰口铸铁差，工艺较复杂。粗大的片状石墨是普通灰口铸铁力学性能差的原因之一，因此，可以通过工艺手段使石墨片变得细小、均匀。晶粒粗大—时间太长；晶核太少。（1）限制石墨晶核过早生成---尽量降低原铁水含碳量，同时适当降低硅含量；此时易生成渗碳体，得到珠光体基体。但易形成白口或麻口，（2）因此在浇注前的铁水中加硅铁或硅钙合金，产生大量的人工晶核，促进石墨形核和结晶。6)热处理常用的热处理方法如下：①去应力退火-人工时效（也有自然时效）加热500℃～600℃，保温、缓冷，消除铸件中残余应力，防止铸件变形或开裂，保证铸件加工精度；②软化退火（消除表面硬化层）加热850℃～950℃，保温、缓冷，使Fe3C分解成铁和石墨，改善铸件的切削加工性；③表面淬火提高表面硬度和耐磨性，如机床导轨面采用接触电阻加热表面淬火，使用寿命可提高1.5倍。(2)球墨铸铁球墨铸铁是通过球化处理和孕育处理使石墨呈现球状，并配合适当的热处理改善基体组织，从而使铸铁的性能产生了质的飞跃，尽管球墨铸铁的历史（1947年英国人偶然发现了铸铁中的球状石墨，1949年成功利用Mg进行球化）很短，却在国内外得到迅速发展，在一些工业发达国家，其产量已超过铸钢，仅次于灰铸铁。我国1950年开始生产球墨铸铁，20世纪60年代又结合国内丰富的稀土资源开发了稀土镁球墨铸铁，使我国球墨铸铁生产处于世界前列。球墨铸铁本节主要讲述以下几个问题：1）组织特征2）性能特点3）牌号及用途4）球墨铸铁的生产5）铸造性能6）热处理1）组织特征球墨铸铁的显微组织是由球状石墨和钢的基体所组成，显微组织如图1.4.5所示。在铸态下，金属基体通常是铁素体-珠光体的混合组织，铁素体位于石墨球周围呈现“牛眼状”，如图1.4.5b）。通过热处理还可以得到铁素体基体、珠光体基体或下贝氏体基体的球铁。目前，人们已经通过各种工艺手段在铸态下直接获得铁素体或珠光体基体，使球墨铸铁的生产周期缩短，成本降低。a）F球铁250xb)F+P球铁250xc)P球铁200xd)B下球铁500x图1.4.5球墨铸铁的显微组织2）性能特点由于球状石墨对基体的割裂作用小，从而使基体强度的利用率从灰铸铁的30%～50%提高到70%～90%，其力学性能远远超过灰铸铁，抗拉强度可与钢媲美，塑性、韧性明显提高，尤其是屈强比（σ0.2/σb）高，更增加了使用的可靠性。球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减震性、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性等性能。3）牌号及用途球墨铸铁的牌号、力学性能和用途见表2.5.5，其中“QT”表示“球铁”二字的汉语拼音字头，后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最小伸长率数值。(ASTM标准中的表示方法见表1.4.5)。表1.4.5球墨铸铁的牌号、力学性能和用途牌号基体组织力学性能用途举例σbMPaσ0.2MPaδ%HBS不小于QT400-18(60-40-18)铁素体40025018130～180承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机、驱动桥壳、差速器壳、拨叉，中低压阀门、管道、齿轮箱等QT400-15铁素体40025015130～180QT450-10铁素体45031010160～210QT500-7(80-55-06)铁素体+珠光体5003207170～230机座、传动轴、飞轮、电动机架、油泵齿轮、机车轴瓦等QT600-3铁素体+珠光体6003703190～270载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套、部分机床的主轴、机床蜗杆、蜗轮、轧钢机轧辊、大齿轮、小型水轮机主轴、气缸体、起重机大小滚轮等QT700-2(100-70-03)珠光体7004202225～305同上QT800-2(120-90-02)珠光体或回火组织8004802245～335QT900-2贝氏体或回火马氏体9006002280～360高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮，大减速器齿轮，内燃机曲轴、凸轮轴等注：括号内材料牌号为ASTMA536—84标准铁素体球墨铸铁塑性、韧性较高，强度较低，因而可代替可锻铸铁制造承受振动和冲击的零件，如汽车、拖拉机底盘、后桥壳等。铁素体—珠光体球墨铸铁强度和韧性配合较好，多用于生产汽车、农机、冶金设备的零部件。珠光体球墨铸铁强度和硬度较高，耐磨性较好，具有一定的韧性，其屈强比高于45锻钢，表1.4.6是两者性能的比较，珠光体球墨铸铁可代替非合金钢制造承受交变载荷及耐磨损的零件，典型件是内燃机曲轴、连杆、齿轮，并广泛用于制造车床主轴等机床耐磨件。性能45锻钢（正火）珠光体球墨铸铁（正火）抗拉强度σb／MPa690815屈服强度σ0.2／MPa410640屈强比σ0.2/σb0.590.785伸长率δ(%)263疲劳强度（带缺口试样）σ-1／MPa150155硬度HBS229299~321表1.4.6珠光体球墨铸铁和45力学性能比较贝氏体球墨铸铁具有强度、塑性、韧性都很高的综合力学性能。开发于20世纪70年代后期的奥贝球铁抗拉强度高达900～1400MPa，明显优于珠光体球铁，并具有一定的伸长率。如适当降低抗拉强度，伸长率可高达10%以上，尤其是具有高的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，可制造承受重载荷的齿轮、大