常用铸铁材料

Page1/907©2012YangLi第五章铸铁铸铁石墨化过程及影响因素；铸铁的分类、成分、组织、性能、用途本章目的:掌握铁碳双重相图深入理解铸铁的石墨化过程与影响因素，石墨形态对铸铁性能的影响，铸铁的热处理特点，常用铸铁的牌号、组织和用途本章重点：Page2/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi第一节概述铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。实际应用的铸铁中还会含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。为了提高铸铁的性能，还可以加入一定量的合金元素，组成合金铸铁。同钢相比，虽然强度、塑性和韧性较低，但是铸铁熔炼简便，成本低廉，具有优良的铸造性能、很高的耐磨性、良好的减振性和切削加工性能等一系列的优点，因此而获得较为广泛的应用。Page3/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi在汽车上，重量约为50%~70%的金属材料为铸铁。如：汽缸体、变速箱体、后桥壳、曲轴等。随着科技的发展，新型铸铁的不断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部件（曲轴、齿轮），形成了以铁代钢的趋势。Page4/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi碳的存在形式：①固溶于A和F中②化合物渗碳体（Fe3C）③游离态的石墨（G）石墨特点：•C%≈100%•简单六方晶体结构•强度、塑性和韧性极低•松软相，相当于孔洞和裂缝graphite一、铸铁组织的形成Page5/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi碳存在的形式及断口的颜色白口铸铁灰铸铁麻口铸铁渗碳体游离的石墨渗碳体游离的石墨根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：Page6/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为3HB～5HB，抗拉强度为20MPa，延伸率接近零。石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多。铸铁性能石墨的形态抗拉强度（MPa）伸长率（%）无缺口试样冲击韧度(J/cm2)粗片状100-2000-0.3%0-3细片状200-4000.2-0.5%3-8团絮状450-7002.5-5%5-15球状600-8002.0-4.015-30Page7/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：Page8/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi第二节常用铸铁铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。通常铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成，也可将白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮状形态的石墨。Page9/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi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。一、灰铸铁命名HT+三位数字，表示最低的抗拉强度。如：HT100，HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。Page10/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi分类牌号显微组织基体G普通灰铸铁HT100F粗片HT150F+P较粗片HT200P中等片孕育铸铁HT250P较细片HT300细P细片HT350S或T牌号抗拉强度值，MPaPage11/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi耐磨性好——石墨有利于润滑、储油。抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。消震性好（是钢的十倍）——G组织松软铸造性好——接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。切削加工性好——G使切屑易断，还可润滑刀具抗拉强度低、塑韧性很差——基体强度不能充分发挥，其强度利用率仅30~50%，表现为σb很低，塑性和韧性几乎为零性能Page12/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi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。大型船用柴油机汽缸体(HT300)重型机床床身(HT250)变速箱体应用Page13/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi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。石墨呈团絮状，对基体破坏作用较小，所以比灰铸铁具有较高的强度强度为碳钢的４0-７0%，接近于铸钢、塑性和冲击韧度，但不能锻造。二、可锻铸铁命名KT+种类+三位数字-两位数字，种类：H：黑心铸铁，Z珠光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的伸长率。如KTH300-06，KTZ450-06Page14/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi强度为碳钢的40~70%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻可锻铸铁的石墨化退火性能Page15/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi用于制造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。可锻铸铁管件生产周期长，工艺复杂，成本较高，已部分地被球墨铸铁所代替。典型用途Page16/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi石墨呈球形的灰口铸铁。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。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。三、球墨铸铁Page17/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi牌号意义例如QT400-15，QT为球铁代号，400表示抗拉强度不低于400MPa，15表示伸长率不低于15%。牌号基体组织力学性能σb（MPa）σs（MPa）δ（%）硬度HBS不小于QT400-18F40025018130~180QT400-15F40025015130~180QT450-10F45031010160~210QT500-7F+P5003207170~230QT600-3P+F6003703190~270QT700-2P7004202225~305QT800-2P或回火组织8004802245~335QT900-2B或回火马氏体9006002280~360Page18/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi强度是碳钢的70~90%。具有灰铸铁的优点：良好的铸造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性等，又具有与中碳钢相媲美的力学性能。球状石墨对基体的割裂作用小！性能Page19/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi典型用途铸铁曲轴连杆替代部分铸钢、锻钢件承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。Page20/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是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。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GPage21/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。并且具有优良的抗热疲劳性能。它的铸造性能和减振性能都比球铁为优。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性能Page22/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi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。玻璃模具制动鼓蠕墨铸铁用途Page23/907FundamentalsofMaterialsScience©2012YangLi化学成分/%铸铁类型CSiMnPS灰铸铁2.7-3.91.1-2.40.5-1.40.30.1可锻铸铁2.4-2.80.8-1.40.3-0.60.20.18球墨铸铁3.5-3.92.0-2.10.3-0.80.10.03蠕墨铸铁3.5-3.92.1-2.80.4-0.80.10.1各种铸铁的化学成分/%