铸钢和铸铁

碳素铸钢的成分、机械性能及应用


随着C％的增加，屈服强度和抗拉强度均增 加，但抗拉强度增加得更快，超过0.45% 时，屈服强度很少增加，而塑韧性却显著下 降。 控制S、P，（S 热裂，P冷脆） 与铸铁相比，强度和塑性高，但流动性差， 收缩率大。（采取较高的浇注温度；大冒口 补偿）
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石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性 和韧性。其综合机械性能接近于钢。 (1) 成分 球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范 围是：3.6%～3.9%C, 2.2%～2.8%Si, 0.6%～0.8%Mn,
<0.07%S, <0.1%P。
球化处理 必须伴随着孕育处理，通常是在铁 水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。 球化剂：稀土镁 镁是强烈阻碍石墨化的元素 孕育剂：硅铁和硅钙合金等 为了避免白口，并使
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本章主要内容 1、铸钢 2、铸铁的石墨化及影响因素 3、铸铁组织特征及其分类 4、常用铸铁 （灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 可锻铸铁、合金铸铁）
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2 铸铁的组织特征和分类
显微组织 常用各类铸铁的组织是两部分组成的， 一 是石墨，二是基体， 基体可以是F、P或F+P，相当于铁或钢的组织。 铸铁的组织可以看成是铁或钢的基体上分布着石 墨夹杂。 不同类型铸铁组织中的石墨形态是不同的。 普通灰口铸铁和变质铸铁中的石墨呈片状；可 锻铸铁中石墨呈团絮状，球墨铸铁中的石墨呈 球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。
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灰铸铁的显微组织
F基体灰铸铁
F+P基灰铸铁
P基体灰铸铁
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（2）影响灰铸铁组织和性能的因素
①化学成分 C，Si 强烈促进石墨化 过低：白口 过高：G片过多且粗大 Mn 阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增 强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转 变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。 P 促进石墨化的元素。P%增加时，液相线降低，提 高了铁水的流动性。 P% >0.3%时，形成二元或三元 磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其 耐磨性。 S 硫是有害元素，它强烈促进白口化，并使铸铁的铸 造性能和机械性能恶化。
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② 冷却速度的影响 铸件的冷却速度对石墨化程度影响很大。 随着铸件壁厚增加，冷却速度减慢，依次 出现珠光体、珠光体加铁素体和铁素体灰 口铸铁组织。
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3.3.1 铸钢
外壳
重型机械齿轮 轧辊
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3.3.1 铸钢
铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、 塑性和韧性的零件。 1. 铸钢的化学成分 ZG XX ZG XXX-XXX(新牌号） ZG——“铸钢” XX——含碳量（万分数）
3.3 铸铁

引言 在常用合金铸件生产中，铸铁件的应用 最为广泛，约占铸件总重的70～75％。 铸铁的各种性能主要取决于组织状态， 在基体组织一定后，其性能与石墨析出的 形状、大小和分布状况有密切关系。
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3.3.2 铸铁



第二阶段石墨化： 奥氏体析出二次石墨 沿E´S´线 1154 ℃-738℃
第三阶段石墨化
① 共析转变过程中形成的共析石墨
AE´→FP´+G（共析）
②
由共析渗碳体分解析出的石墨。
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铁碳合金复线相图
Ⅰ 阶段 Ⅱ阶段 Ⅲ 阶段
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Fe-G 稳定平衡相图
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石墨化过程
铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。三个阶段
第一阶段石墨化：
① ② 从过共晶铁水中直接析出的初生（一次）石墨 在共晶转变中形成的共晶石墨
Lc´→AE´+G（共晶）） E´C´F´线 1154℃
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石墨在铸铁中的作用
石墨降低铸铁的力学性能，但使其它的性能优良 对力学性能的影响 灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢 抗压强度与钢相当 对其他性能的影响 （1）良好的铸造性能 （2）良好的减振性 （3）良好的耐磨性能 （4）良好的切削加工性能 （5）低的缺口敏感性 铸铁适用场合床身、机架、底座、壳体、箱体等
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灰铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁
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石墨呈片状 石墨呈球状 石墨呈蠕虫状 石墨呈团絮状
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灰口铸铁
（石墨形态不同）
3.铸铁的性能特点

灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是 石墨对基体的严重割裂所致。石墨强度、 韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞， 它减小基体的有效截面，并引起应力集中。 石墨越多，越大，对基体的割裂作用越严 重，其抗拉强度越低。 变质处理可细化石墨片，减轻其对基体 的割裂作用，因而提高铸铁的强度，但塑 性无明显改善。
思考题：45、T10、40Cr、9SiCr、ZG35、铸铁 含碳量由低到高的顺序
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随着C% 的增加，屈服强度和抗拉强度均增加， 但抗拉强度增加得更快，超过0.45%时，屈服强 度很少增加，而塑韧性却显著下降。
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二、常用铸铁



灰铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 合金铸铁
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灰铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁
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2 铸钢的组织特征和热处理

由于浇注温度高，而且冷却速度慢，容 易得到粗大的奥氏体晶粒。

在冷却过程中，铁素体首先沿着奥氏体 晶界呈网状析出，然后沿一定方向生长， 形成“魏氏体”。使钢的塑韧性下降。
退火或正火处理，消除魏氏组织和铸造 应力。
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灰铸铁常用牌号及应用
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液压件
阀门
叶轮
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发动机飞轮
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2. 球墨铸铁
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生产中，一般用碳当量CE和共晶度Sc来综 合评价铸铁成分的石墨化能力。把各元素 按其对石墨化的影响程度折算成碳的相当 含量。 碳当量 CE=ωc+1/3ω(Si+P) 共晶度 Sc=C/[4.26-1/3(Si+P)
共晶度：指铸铁中实际碳质量分数与共晶碳质量分数的 比值。 由于共晶成分的铸铁具有最好的铸造性能，常把碳当量 控制在4%左右。

铸铁是c%大于2.11%的铁碳合金； 常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素； 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜； 具有许多优良的使用性能和工艺性能，应 用广泛。如：机床床身，汽缸体，曲轴等。
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启动阀 箱体
铸铁应用举例 Henan University of Technology 10 铸钢和铸铁
一、铸铁的石墨化过程和特点 1. 铸铁的石墨化过程 在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在： 一是固溶在F、A中，
二是化合物态的渗碳体(Fe3C)，
三是游离态石墨（G）Graphite 。 石墨化：铸铁中碳原子析出并形成石墨的过 程。
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（3）孕育处理 经孕育处理（亦称变质处理）后的灰铸铁 叫做孕育铸铁。 孕育剂：硅铁合金，硅钙合金 孕育的目的是：大量均匀分布的非自发核 心；细小均匀的G片；细化基体组织，提 高铸铁强度；避免出现白口组织。 用途：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 汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等。
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2.铸铁的分类和组织
铸铁中的碳能以化合态的渗碳体和游离态的石 墨（G）两种形式存在，根据碳在铸铁中存在形 式的不同，铸铁可分为三类：
1．白口铸铁：碳主要以Fe3C的形式存在， 断口呈银白色。 2．灰口铸铁：碳全部或大部分以石墨的形 式存在，断口呈暗灰色。 3．麻口铸铁：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。