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FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.铸铁的基本知识FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●铸铁的种类按照石墨形态可分为下列五种：◎灰口铸铁：片状石墨◎球墨铸铁：球状石墨◎蠕墨铸铁：蠕虫状石墨◎白口铸铁：石墨以碳化物形式存在◎可锻铸铁：团絮状石墨球墨铸铁灰口铸铁FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.1.1灰铁的组织灰铁代表性的显微镜组织如图2.4所示。正如这张照片所看到的，灰铁的显微镜组织由石墨组织和基地组织构成。而且，灰铁的各性质因这些组织的状态而变化，铸铁的化学成分及凝固时的冷却速度等会给这些组织很大影响。1.1.1石墨组织灰铁的石墨组织由于会对其各性质,特别是机械性质以很大影响。显微镜试料截面上观察到的石墨如右图,能看到各个片状,如果溶出基地立体地进行观察的话,就如右下图,意外地有连续性。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.１）黒鉛石墨非常に軟らかくて脆い很软，很脆２）パーライト珠光体フェライトとセメンタイトが交互に並んだ層状組織体；硬くて強度がある铁素体和渗碳体交互排列的层状组织体；硬且有强度３）フェライト铁素体微量のC（炭素）を含むα鉄；比較的軟らかくて伸びがある含有微量C（碳素）的α铁；比较软有伸展性４）セメンタイト渗碳体鉄と炭素の化合物(Fe3C)；非常に硬くて脆い铁和碳素的化合物（Fe3C）；很硬而且脆５）ステダイト斯氏体燐を含む三元共晶組織（αFe-Fe3C-Fe3P)；硬くて脆い溶融温度が低い含磷的三元共晶组织（αFe-Fe3C-Fe3P)；既硬又脆，熔融温度低FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.灰鋳鉄金相組織FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.片状石墨大小的分类（ISO945）FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.片状石墨的形状、分布的分类ABBCDEFUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.A型:片状石墨分布均匀,无方向地排列。这样容易得到接近共晶组成的亚共晶组成，是灰铁最理想的石墨组织。B型:因为石墨呈玫瑰花瓣状分布,也称为玫瑰状石墨。细的石墨部分的基地被铁素体化,抗拉强度容易降低。C型:在片状石墨均匀分布里自由发达的粗大初晶石墨(结集石墨)也混在。出现过共晶组成的情况，由于这粗大初晶石墨抗拉强度显著降低。ABCFUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.D型:细小的共晶石墨分布在树枝状晶（枝蔓状晶）之间。这是因为如果冷却速度大的话就形成过冷石墨组织，石墨全体细微化。这种情况下，抗拉强度比较的高，由于基地容易铁素体化，所以耐磨耗性差。E型:由于小片状石墨沿着树枝状晶分布，排列有方向性，所以抗拉强度比D型高，比A型低。DEFUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.灰铁的基地组织在没有特别的热处理或添加合金的情况下,形成珠光体或铁素体或此两者的混合组织。铁素体（Ferrite）：Fe中少量含有被称为α固溶体的碳，软软的。在灰铁上，多出现在石墨的周边。珠光体（Pearlite）：如图2.8所示,组织呈白和黑的条纹状。是因为以铁素体和渗碳体的板状结晶相交成层状的截面作为观看的形状的。为此，有着极其强韧的性质，在硅量的低范围里布氏硬度约为230，抗拉强度约为880N/mm2。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.为了改善铸铁的材质，在浇注之前的溶汤里添加粒状的纯硅素（Si），硅铁（Fe-Si），硅化钙等，这一般被称为接种。接种的材质改善就是进行石墨组织变化，通过接种将D型或E型石墨变为A型石墨。接种能防止白口化，改善质量效果等。灰铁的溶解温度越高，石墨就越小，残留成为初晶奥氏体形状。这是由于高温溶解石墨的核消失，易过冷。通过适当的接种，能够改善该石墨组织。1.2.1物理的性质灰铁的物理性质不仅取决于化学组成,其组织也会带来很大的影响。例如,会因铸铁中的碳以何种形式存在带来很大的差异。因此，灰铁的物理性质不是以点，很多是以范围来表示的。（1）密度灰铁的密度受其构成的组织要素的量的影响。由于石墨特别轻，通过量的增减会对密度产生差异。下图为各种类灰铁的密度。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.（2）融点灰铁因为是Fe-C-Si系3元合金，从凝固开始到终了期间存在凝固范围，由于该范围会因化学组成而变化，所以融点不固定。凝固开始温度（初晶温度）根据化学组成即碳及硅量而变化。另一方面，如果增加灰铁中的磷（P），融点为1228K（955℃）的话会出现低斯氏体〔磷化铁（Fe3P）和铁素体的疑似—2元共晶〕，由于溶解温度显著降低，高温下使用需要注意。因此，作为灰铁的融点，应在1390~1520K（1117~1247℃）的范围内。铁素体（Si，O%）珠光体渗碳体石墨斯氏体奥氏体（C，0.9%）马氏体（C，0.9%）灰铁组织构成要素各密度FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.如前所述,灰铁的组织是由石墨组织和基地组织构成的。石墨的强度和基地比较，小得可以忽视，石墨量越是增加铸铁的强度就越低。另外，即使是同样石墨组织的情况下，因基地组织，强度变化显著。灰铁的基地如果从珠光体变化为铁素体的话抗拉强度和硬度也会显著降低，如果成为贝氏体的话这些值就会显著上升。成熟度：对于由铸铁的碳素饱和度推定的标准的抗拉强度，实际的抗拉强度比如下公式所示。成熟度RG=σB×100/σB'=σB×100/(102-82.5Sc)比较硬度：由铸铁的抗拉强度推定的标准的布氏硬度和实际的硬度公式如下。比较硬度RH=HB/HB'=HB/(100+4.3σB)FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.JISG5501-1989｢灰铁品｣上根据机械性能可分为FC100、150、200、250、300及350这6种。灰铁的抗拉强度受所占截面石墨部面积的影响。因此，认为抗拉强度与表示石墨量的碳素饱和度（Sc）和碳素当量（CE）值之间有关联。左图所示的是碳素饱和度及碳素当量和抗拉强度的关系。表2.7所示的是为制造JISG5501的灰铁品的各种类标准的C及Si量。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.图2.13所示的是灰铁的抗拉强度和压缩强度的关系,压缩强度的值为抗拉强度的3~4倍压缩强度和抗拉强度灰铁的情况下，抗拉及压缩试验上应力—歪曲的关系认为不是直线，是从应力负荷的初期阶段一点点塑性变形。而且该变形是抗拉方面比较大。弹性系数为方便起见，显示了在抗拉试验上负荷开始点上接线的倾斜。如图2.14所示,灰铁的弹性系数在75~140GPa的范围里。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.灰铁硬度考虑了其粗糙组织采用压痕面积宽的布氏硬度。其值在120~300的范围里，其变化与石墨量和基地组织相关连。灰铁由于内部的缺口和认为的片状石墨大量分散在组织中，其冲击值极小，一般夏氏冲击式样吸收的能量为2~8×104J/m2程度。FC150：机性质没什么问题的壳、罩类FC200：小型汽缸体及汽缸头，离合盘，齿轮箱，液压泵体，水泵，涡轮壳，排气管，刹车毂等FC250：汽缸体及汽缸头，飞轮，汽缸套，活塞，传动箱，轴承盖，刹车毂，离合盘等FC300：大型刹车毂，离合盘，汽缸体及汽缸头等FC350：汽缸，阀座，压力板，齿轮箱等FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.铁素体基地：FCD400A珠光体基地：FCD600↑铁素体与珠光体混合基地◎机械性能：抗拉强度：硬度：延伸率：◎石墨数：抗拉强度延伸率硬度HB基地400Mpa15%121～197F450Mpa12%143～217F500Mpa7%187～255F+P550Mpa5%192～269P+F600Mpa3%192～269P700Mpa2%245～295P一般要求100个/mm2◎基地组织：一般可允许5%↓碳化物◎球化率：一般要求80%↑FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●球墨铸铁的种类(1)按照牌号(材质),可分为以下几类:◎QT400-15/18,延伸性与冲击性能好,耐寒,如转向节◎QT450-12:HUB类◎QT500-7/10:◎QT550-5:SABS壳体/支架◎QT600-3:TFSCD90CASE-B◎QT700-2:JOHNDEEREYOKE/SUPPOTFJW:球铁代号为FCD中国GBQT日本JISFCD德国DINGGGFUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●球墨铸铁的种类(2)富士和生产的大多数球铁为高硅高钼球铁,如:◎排气管◎涡轮壳◎ELBOW其主要特性为:耐高温,耐腐蚀.Mo0.5～1.1%Si3.75～4.5%FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●球墨铸铁产生机理(1)：原汤+球化剂=球墨铸铁片状石墨球化处理球状石墨元素：•镁Mg•钙Ca•铈Ce•镧La•钇Y载体:•金属Mg•合金NiMg•镁硅铁MgFeSi•混合稀土金属FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.OSMg大颗粒的MgO,MgSandMg-Si-oxide小颗粒的MgO,MgSandMg-Si-oxide形核质点夹渣=脱硫脱氧+●球墨铸铁产生机理(2)FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.FJW使用球化剂:MgFeSi球化剂Mg+S=MgSCa+S=CaSRE+S=RE-SMg+Si+3O=MgSiO32Mg+Si+4O=Mg2SiO4Mg-吸收率:60-80%Mg残留量:0.025%↑●球化剂的种类•金属Mg•合金NiMg•镁硅铁MgFeSi•混合稀土金属球化剂组成Mg:5～6%Si:40～50%Ca:1.8～3%Al:1.5%↓RE:1.5～3%FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●球化不良的原因◎铁水的化学成分◎球化温度◎球化剂的影响◎球化衰退◎球化桶与球化反应室的影响FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.●球化不良的常见类型：◎蠕虫状石墨:◎爆炸型石墨◎粗短形石墨◎钉状形石墨◎石墨漂浮◎表面片状石墨◎不规则石墨◎队列形石墨FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.这是因为球墨铸铁的材质主要是由基地组织的状态决定的，即使用同样化学组成的溶汤，基地组织也不光因铸物的凝固、冷却状况而改变，也会因热处理而改变，所以也根据制造的最终制品采取不同的，多种的方法。如果要根据用途调整化学成分，如下图所示例。该铸铁的规格被规定在JISG5502上，种类的记号如下表所示,分成另外浇注供试材的情况和主体附带供试材的情况。再者，对于JIS规定的种类的制造基本的化学成分，没有特别规定，参考值如下表所示。FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.备考付在种类记号上的文字L表示的是规定了低温冲击值的东西。付在种类记号上的文字A表示的是主体附带供应材的东西。球墨铸铁的种类记号别体浇注供试材的情况主体附带供试材的情况FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.FUJIWAMACHINERYINDUSTRY(KUNSHAN)CO.,LTD.奥氏体型FUJIWAMACHINERYIN