《工程材料》第6章 铸铁与铸钢

一、灰铸铁
• 2. 灰铸铁的性能 • 灰铸铁的性能主要取决于基体组织的性能和石墨的数量
、形状、大小和分布情况。 • 由于石墨的存在,铸铁具备了某些特殊优异性能,主要有: • ① 良好的切削加工性。 • ② 优良的铸造性。 • ③ 良好的耐磨性。 • ④ 良好的减振性。 • ⑤ 较低的缺口敏感性。
一、灰铸铁
• 2. 当某牌号的铁液浇注壁厚均匀 、形状简单的铸件时,壁厚变化引 起抗拉强度的变化,可从本表查出 参考数据,当铸件壁厚不均匀,或 有型芯时,此表只能给出不同壁厚 处大致的抗拉强度值,铸件的设计 应根据关键部位的实测值进行。
• 3. 表中斜体字数值表示指导值,其 余抗拉强度值均为强制性值,铸件 本体预期抗拉强度值不作为强制 性值。
• 4. 灰铸铁的热处理
• 热处理主要用来消除铸件内应力、改善切削加工性能和提 高表面耐磨性等。
• 常用的灰铸铁热处理方法有以下几种：去应力退火，表面 淬火，消除铸件白口、降低硬度的退火
二、球墨铸铁
• 1. 球墨铸铁的成分和球化处理 • 球墨铸铁与灰口铸铁相比,C、Si含量较高,有利于石墨化。
其化学成分一般为：C3.6%~3.9%，Si2.2%~2.8%， Mn0.6%~0.8%，P<0.1%，S<0.07%。 • 生产球墨铸铁时需要进行球化处理,即向铁水中加入一定量 的球化剂和孕育剂,使石墨呈球状析出。国外使用的球化剂 主要是金属镁。我国普遍使用稀土镁球化剂。
• 在磨粒磨损条件下工作的铸铁,应具有高而均匀的硬度。 • 在润滑条件下工作的耐磨铸件,要求在软的基体上牢固地嵌有
硬的组织成分。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、耐热铸铁
• 可以在高温下使用,其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸 铁,称为耐热铸铁。
• 铸铁在高温下损坏的形式主要是在反复加热、冷却过程中发 生相变 (渗碳体分解)和氧化,从而引起铸铁生长及产生微裂纹。
第二节 常用铸铁
• 一、灰铸铁 • 二、球墨铸铁 • 三、蠕墨铸铁 • 四、可锻铸铁
一、灰铸铁
• 1. 灰铸铁的牌号
• 我国灰铸铁的牌号 见下表。灰铸铁的 牌号用 “HT+数字” 表示, “HT”表示 “灰 铁”,“数字”表示最小 抗拉强度。
一、灰铸铁
• 注:1. 当铸件壁厚超过300mm 时, 其力学性能由供需双方商定。
三、铸钢在工程中的应用实例
• 1. 轧钢机机架常选用碳素铸钢 ZG270-450制造加工,其热处 理工艺为先880~900℃正火或退火,再620~680℃回火。
• 2.吊车是常用的机械设备,其所用的齿轮有开式小齿轮、大齿 轮、过渡齿轮三种不同尺寸,一般均采用低合金铸钢件。如小 齿轮常采用ZG35Mn。由于齿轮的齿面要求有较高的强度和 耐磨性能,其热处理工艺采用调质加表面淬火。
第六章 铸铁与铸钢
• 第一节 铸铁的石墨化及分类 • 第二节 常用铸铁 • 第三节 合金铸铁 • 第四节 铸钢
第一节 铸铁的石墨化及分类
• 一、铸铁的石墨化及其影响因素 • 二、铸铁的分类
一、铸铁的石墨化及其影响因素
• 1. 铸铁的石墨化 • 在铁碳合金 中,碳 可 以 三 种
形 式 存 在:一 是 形 成 间 隙 固 溶 体;二 是 形 成 渗 碳 体 (石Fe墨3C具);有三特是殊游的离简态单石六墨方(G晶)。格, 如图所示，其强度、硬度和塑 性都很差。
• 低合金铸钢中的合金元素质量分数总量小于5%,主要加入的 元素有硅、铬、锰。硅在铁素体中能起到固溶强化作用;锰在 钢中能固溶于铁素体、奥氏体,并形成合金渗碳体,对钢有较 大的强化作用;铬能提高淬透性、耐磨性。
• 2. 高合金铸钢
• 高合金铸钢是指合金元素总含量在10%以上,从而具有高耐磨 性、耐热性、耐蚀性等特殊使用性能的合金铸钢。
第三节 合金铸铁
• 一、耐磨铸铁 • 二、耐热铸铁 • 三、耐蚀铸铁
一、耐磨铸铁
• 耐磨铸铁是指高硬度、在一定的磨损条件下具有高耐磨性的 铸铁。广泛地用作摩擦副的耐磨材料。
• 当摩擦副既要求耐磨性高,又要有好的减摩性时,往往采用铸 铁比采用钢更为有利。如机床导轨、活塞环、气缸套等零件 主要采用耐磨铸铁制造。
件表面形成一层致密的氧化膜,提高基体组织的电极电位,从 而提高耐蚀性。 • 常用的耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁。
第四节 铸钢
• 一、碳素铸钢 • 二、合金铸钢 • 三、铸钢在工程中的应用实例
一、碳素铸钢
• 碳素铸钢的牌号、化学成分和力学性能见下表。
一、碳素铸钢
• 牌号中 “ZG”表示 “铸钢”其后的数字表示平均屈服强度 和抗拉强度。
• 可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。黑心可锻铸铁以 “KTH”表示,珠光体可锻铸铁以 “KTZ”表示，白心可 锻铸 铁 以 “KTB” 表 示; 其 后 的 两 组 数 字 表 示 最 小 抗 拉 强 度 和 伸 长 率。
• 例 如,KTH350-10表示Rm 最低值为350MPa、A 最低值 为10%的黑心可锻铸铁。
• 3. 灰铸铁的孕育处理 • 为了细化石墨片,提高灰铸铁的力学性能,灰铸铁生产中常
采用孕育处理。经过孕育处理 (亦称变质处理)后的灰铸铁 叫做孕育铸铁。灰铸铁孕育处理前后的显微组织如图所 示。
一、灰铸铁
• 孕育铸铁具有较高的强度和硬度,可用来制造机械性能要求 较高的铸件,如气缸、曲轴、凸轮、机床床身等,尤其是截 面尺寸变化较大的铸件。
二、球墨铸铁
• 2. 球墨铸铁的牌号、组织和性能 • 球墨铸铁的牌号用 “QT+两组数字”表示。 “QT”是
“球铁”两字汉语拼音的首字母,前一组数字表示最小抗拉 强度,后一组数字表示伸长率。如 QT500-7,表示抗拉强度 最低值为500MPa、伸长率最低值为7%的球墨铸铁。
二、球墨铸铁
• 常用球墨铸铁的牌号和力学性能见下表
二、球墨铸铁
• 3. 球墨铸铁的热处理 • 球墨铸铁的热处理工艺性能较好,通过热处理改善性能的
效果比较明显。 • 中、小铸件可采用油淬,并且较易实现等温淬火工艺。 • 常用的球墨铸铁热处理工艺有退火、正火、调质、等温
淬火等。
三、蠕墨铸铁
• 1. 蠕墨铸铁的组织与性能
• 蠕墨铸铁的石墨形态介于 片状与球状之间,如图所示 。蠕墨铸铁的强度接近于 球墨铸铁,并且有一定的韧 性、较高的耐磨性;同时,它 又有和灰铸铁一样良好的 铸造性能和导热性。
• 在高温下工作的铸铁,如炉底板、换热器、热处理炉内的运输 链条等 ,必须使用耐热铸铁。
• 常用耐热铸铁的成分和耐热温度见下表。
二、耐热铸铁
三、耐蚀铸铁
• 耐蚀铸铁主要用于化工管道、泵、阀门、容器等。 • 耐蚀铸铁是指具有一定耐腐蚀能力的铸铁。 • 加入的合金元素主要有硅、铝、铬、镍、铜等,其作用是在铸
三、蠕墨铸铁
• 2. 蠕墨铸铁的牌号及应用 • 蠕墨铸铁的牌号用 “RuT+数字”表示。“RuT”表示 “蠕铁”,
其后的数字表示最小抗拉强度。
四、可锻铸铁
• 可锻铸铁又称马铁、玛钢。可锻铸铁实际上并不可以锻 造,它是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。 它有较高的强度、塑性和冲击韧度,可以部分代替碳钢。
• 碳是影响铸钢件性能的主要元素,随着碳的质量分数增大,其 屈服强度和抗拉强度均增加。当碳的质量分数超过0.45%时, 其屈服强度增加很少,而塑性、韧性却显著下降。
• 从铸造性能来看,适当地提高碳含量,可降低钢液的熔化温度, 增加钢水的流动性,钢中气体和夹杂也能减少。
二、合金铸钢
• 1. 低合金铸钢
• 铸铁中碳原子析出并形成石墨 的过程称为石墨化。
一、铸铁的石墨化及其影响因素
• 2. 影响铸铁石墨化的因素 • (1)加热温度和冷却速度的影响 • 铸铁的缓慢冷却,或在高温下长时间保温,均有利于石墨
化。
• (2)化学成分的影响 • C、Si、Al、Cu、Ni、Co等元素可促进石墨化,其中碳
和硅是强烈促进石墨化的元素。
• Cr、W、Mo、V、Mn、S等元素可阻碍石墨化。
二、铸铁的分类
• 1.根据碳在铸铁组织中存在形式 (断口特性)的不同,可分 为以下三种： 灰铸铁、白口铸铁、麻口铸铁。
• 2.根据铸铁中石墨形态的不同,又可分为以下四种：普通 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
• 3.为了满足一些特殊要求,向铸铁中加入一些合金元素,如 Cr、Cu、Al、B等,可得到耐蚀、耐热及耐磨等特性的合 金铸铁。