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第八章铸铁二、灰口铸铁三、球墨铸铁四、蠕墨铸铁五、可锻铸铁一、概述1．铸铁的石墨化过程2．铸铁中的合金元素3．铸铁的组织和分类4．铸铁性能特点结束放映下一页上一页本章首页铸铁：碳质量分数大于2.11%并含有较高的Si，还有较高的杂质元素S、P的铁碳合金。㈠、铸铁的成分特点与碳钢相比，除了有较高的C、Si外，还有较高的杂质元素S、P。㈡、铸铁中的碳主要有如下三种形式分布：①溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体。如铁素体、奥氏体；②与Fe生成化合物，如Fe3C碳化物存在；③以游离的石墨（G）形式析出。机械制造工业用的铸铁中，碳主要以石墨（G）形式存在。结束放映下一页上一页本章首页一、概述结束放映下一页上一页本章首页如图1．铸铁的石墨化过程石墨化过程就是铸铁中碳原子以石墨(G)形式析出的过程。（相图分析）⑴Fe-C双重相图⑵石墨形成(石墨化)过程可分为3个阶段：第一阶段石墨化（GⅠG共晶）过程---决定了石墨形态第三阶段石墨化（G共析、GⅢ）过程---决定了基体组织(F、P、F+P)。结束放映下一页上一页本章首页第三阶段：共晶及共晶温度以上的石墨化过程称为第一阶段石墨化；共析及共析温度以下的石墨化过程称为第三阶段石墨化。结束放映下一页上一页本章首页2．铸铁中的合金元素影响石墨化的因素（两个）：化学成分和冷却速度。化学成分影响分为两大类①C、Si----促进石墨化的元素。②Mn、S、Mg----阻碍石墨化的元素。Mg又是促进石墨球化的元素（球--）③P的影响：磷是促进石墨化不十分强烈的元素。V冷越慢，愈有利于C原子的扩散，对石墨化愈有利。结束放映下一页上一页本章首页影响石墨化的主要因素：图中：碳、硅含量和铸件壁厚对铸件组织的影响结束放映下一页上一页本章首页3．铸铁的组织和分类①铸铁的组织相当于金属基体上分布着不同形态的石墨。金属基体有P、F、F＋P，经热处理后有M、B等组织，它们相当于钢的组织。②铸铁的分类⑴根据石墨的形态分类：灰铸铁：片状石墨的铸铁普通灰口铸铁、孕育铸铁可锻铸铁：团絮状石墨；球墨铸铁：球状石墨；蠕墨铸铁：蠕虫状石墨。如图所示。结束放映下一页上一页本章首页灰口铸铁分为灰铸铁：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：灰口铸铁的分类结束放映下一页上一页本章首页结束放映下一页上一页本章首页⑵根据石墨化程度（断口颜色）分类：●第一、二、三阶段石墨化过程全部被抑制，碳几乎全部以Fe3C析出。凝固后断口呈白亮的颜色，故称得到白口铸铁；(硬而脆，应用较少)。●第一、二阶段石墨化过程能够充分进行，凝固后断口呈灰暗色，故称为灰口铸铁●第一阶段石墨化部分进行，凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁；。结束放映下一页上一页本章首页4．铸铁性能特点力学性能主要取决于基体组织及石墨（数量、形状、大小、分布）。石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大，分布在基体上的石墨，可看做‘孔、洞、裂纹’。G：3～5HBS；σb≤20；δ接近0P：160～200HBS；σb800～1000F：50～80HBS；σb350～400结束放映下一页上一页本章首页①力学性能：与钢比强度低（σb灰铁最低，球铁最好）、塑、韧性差（不能锻造）石墨减小有效承载截面积，石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。②其它性能：由于石墨的存在，赋予铸铁许多钢所不及的性能好的：切削加工性（切屑易断，润滑作用）、耐磨性（润滑剂、储油）、消震性（钢的十倍，石墨密度小，能迅速吸收震动）、铸造性（接近共晶成分）和低的缺口敏感性。结束放映下一页上一页本章首页③此外：铸铁的碳含量高，其成分接近共晶成分，因此，铸铁熔点低，约为1200℃左右，铁水流动性好；石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率小，其铸造性能优于钢。结束放映下一页上一页本章首页一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。对基体强度的利用率：灰铁最差（30-50%），球铁最好达（70-90%）。1．灰铸铁的牌号2．影响灰铸铁组织和性能的因素3．孕育处理结束放映下一页上一页本章首页二、灰铸铁(常被称为灰口铸铁)灰铸铁是石墨呈片状分布的铸铁，它是应用最广的一类铸铁。在各类铸铁的总产量中，灰铸铁所占的比重最大，约占80％以上。1．灰铸铁的牌号用“HTxxx”表示，例如HT150，150表示Ф30mm试样的最低抗拉强度为150MPa的灰口铸铁。普通灰铸铁有：HTl00、HT150、HT200和HT250，孕育灰铸铁有：HT300、HT350和HT400。根据基体组织不同分为：F基体灰铸铁---HTl00F＋P基体灰铸铁---HT150P基体灰铸铁---HT200、HT250最低σb为150MPa灰铁结束放映下一页上一页本章首页组织：钢的基体（F、F+P、P)+片状石墨Ga）铁素体基体b)铁素体+珠光体基体c)珠光体基体灰铸铁的显微组织图结束放映下一页上一页本章首页2．灰铸铁组织和性能特点组织：由片状石墨和金属基体组成。基体组织不同（分为F、P、F+P三种）可得到不同的灰铸铁。性能：优良的铸造性能（成分接近共晶点，其熔点低，流动性好，结晶后分散缩孔少，偏析小，可铸造复杂形状零件）；优良的耐磨和消震性能；良好的切削加工性；…结束放映下一页上一页本章首页结束放映下一页上一页本章首页灰铸铁的力学性能：受片状石墨的影响，它的抗拉强度、塑、韧及弹性模量都低于钢；抗压强度接近钢（灰铸铁明显特性。应为硬度和抗压强度主要取决基体组织）。对基体强度的利用率：灰铁最差（30-50%），球铁最好达（70-90%）。灰铸铁件的机械性能不仅与石墨片的分布类型有关，而且还与石墨片的大小有关。灰铸铁片状石墨的大小分为8级，以1级为最粗，8级为最细。石墨片越粗，其机械性能越差。为了获得细片状的石墨，通常采用孕育处理。经过孕育处理（变质处理）的灰铸铁,称为孕育铸铁。3．孕育处理孕育处理是指铸铁溶液浇铸前加入少量孕育剂（硅铁，硅钙），细化基体组织，石墨变细而均匀，提高铸铁的强度。孕育处理后的灰铸铁叫做孕育铸铁或变质铸铁。结束放映下一页上一页本章首页孕育铸铁用来制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大的大型铸件。灰铸铁的应用：耐压、消震性好的件。如机床床身（要求消震性好）、导轨及汽缸体（要求耐磨）4、灰铸铁的应用分类牌号铸件尺寸σb(MPa)σbb(MPa)基体石墨应用普通灰铸铁HT100任意100260铁素体粗片机床座普通灰铸铁HT20015～30200400珠光体中等汽缸、飞轮孕育铸铁HT30015～30300540珠光体较细重荷机床床身孕育铸铁HT40015～30400680索氏体细小齿轮、高压泵壳5、热处理：常用的热处理方法如下：①去应力退火加热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。结束放映下一页上一页本章首页（热处理只能改变基体组织，不能改变石墨）去应力退火软化退火结束放映下一页上一页本章首页三、可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁经长时间石墨化退火（900－980℃）而得到。其强度、塑性和冲击韧度都较高，可部分代替碳钢。结束放映下一页上一页本章首页由于团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起的应力集中作用比灰铸铁小得多，因此，可锻铸铁具有较高的强度，特别是塑性（延伸率δ可达～12%)比灰铸铁高得多，有一定的塑性变形能力，因而得名可锻铸铁（或展性铸铁，又称为马铁）。力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。可锻铸铁不可锻！我国可锻铸铁的牌号用“KT”表示，若其后加拼音“Z”，则表示珠光体可锻铸铁。KTZ450-5最低抗拉强度最低延伸率值例：珠光体可锻铸铁KT300-6弯头、三通KT330-8扳手、犁刀、车轮壳KT350-10机车轮壳，减速器壳，万向节壳，制动器KT370-12机车轮壳，减速器壳，万向节壳，制动器KTZ450-5常见牌号：F可锻铸铁P可锻铸铁KTZ500-4KTZ600-3KTZ700-2曲轴，凸轮轴，连杆，齿轮活塞环，轴套，万向接头棘轮，扳手，传动链条。1．球墨铸铁的成分和球化处理球墨铸铁的成分要求比较严格，与灰铸铁相比，它的碳当量较高，硫含量较低。要进行球化和孕育处理。四、球墨铸铁结束放映下一页上一页本章首页提高铸铁性能的根本途径是改变石墨的形态。国内常用球化剂：镁、稀土、稀土镁合金。孕育处理—75%Si的硅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。牌号用“QT数字—数字”例：QT400—18组织：金属基体（F、P、F+P）上分布球状石墨。性能：力学性能大大高于灰铸铁（基体强度的利用率从灰铸铁的30%～50%提高到70%～90%），更增加了使用的可靠性。最低抗拉强度最低延伸率结束放映下一页上一页本章首页2．球墨铸铁的牌号、组织和性能①抗拉强度高，屈服强度(σ0.2)高，屈强比为0.7-0.8，②塑性与韧性虽低于钢，但却高于其它各类铸铁。③疲劳强度：铸铁的疲劳强度在很大程度上取决于石墨的形状。球状的疲劳强度最高，团絮状的次之，片状的最低。且随石墨数量增多，铸铁的疲劳强度降低。例：QT400-17QT420-10QT500-5QT600-2QT700-2QT800-2QT1200-1阀体，阀盖机油泵齿轮柴油机等曲轴汽车齿轮应用：替代部分铸、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等某些性能接近钢（如耐磨性、抗拉强度、弯曲疲劳强度），同时有优良的铸造、切削加工和低缺口敏感性等等。球墨铸铁的用途球墨铸铁和可锻铸铁相比较，除了具有更高的机械性能外，还具有生产工艺简单，生产周期短且不受铸件尺寸限制的特点。还可以像钢一样进行各种热处理以改善金属基体组织，进一步提高机械性能。球墨铸铁的球化处理与孕育处理球化处理：球墨铸铁生产中，铁水在临浇铸前加入一定量的球化剂，以促使石墨结晶时生长为球状的工艺操作称为球化处理。孕育处理：促使石墨生核片生成球径小、数量多、园整度好、分布均匀的球状石墨，从而善球墨铸铁的机械性能。孕育剂75%硅铁或钙铁合金。组织：钢的基体（F、F+P、P、S、B下)+球状（G）a）F球铁250xb)F+P球铁250xc)P球铁200xd)B下球铁500x球墨铸铁的显微组织结束放映下一页上一页本章首页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，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。结束放映下一页上一页本章首页热处理：◆退火——去应力退火（类似于灰铸铁），低温退火。低温退火：700～760℃，Fe3C→F+G提高塑韧性。◆正火——得到P+G组织、细化均匀组织，从而提高强硬度、耐磨性。◆调质处理——组织为S回+球状G◆等温淬火——得到B下+G组织，综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。结束放映下一页上一页本章首页返回盐浴结束放映下一页上一页本章首页S回表.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铁素体40025018130～180承