金属工艺学—铸铁
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b.磷共晶硬度较高：600～800HV，以断续状分布在基体金属中， 不易剥落，对提高铸铁的耐磨性有利。
高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶
100
（2）铸造性能 a.P↑，液相线↓，共晶温度↓→流动性↑；
b.P↑，铸铁导热性↓磷共晶与基体热膨胀系数不同，应力↑。
（3）应用：机床导轨，拖拉机和柴油机缸套，刹车闸瓦等
（2）受Fe-O化学反应速度控制的氧化过程;
Fe + O2 → FeO （3）受扩散速度控制的氧化过程. T > 1000℃时，FeO膜厚度达到500um，隔绝氧与金属基体的直 接接触，此时，铁的氧化就开始受金属铁离子通过FeO膜不断 扩散至表面与氧反应。
7.4 常用耐热铸铁
1.中硅耐热铸铁
形成单一的F
3.含铬耐热铸铁 提高淬透性，获得单一的A
（1）Cr的作用
形成致密的氧化膜Cr2O3 提高F—A相变温度 阻碍石墨化，稳定P
（2）含量
高Cr：15-18 低Cr：0.5-2
A基体 P基体
（3）组织
高Cr：A+M7C3 低Cr：P+G片状
（4）性能
高温下具有抗磨性
7.4.4耐蚀铸铁 1、铸铁的组织： 铸铁为铁、碳、硅三元合金，一般铸铁组织主要有铁素体、渗 碳体、石墨三个相。
二.基体组织对铸铁减摩性的影响
珠光体是最理想的基体，铁素体较差。 三.常用的减摩铸铁 1.含磷铸铁 （1）含磷铸铁——一般指含磷量高于0.3%的灰铸铁
a.P在铸铁基体中的固溶度很低，凝固过程中在最后凝固的晶界 处往往出现二元磷共晶（F+Fe3P）或三元磷共晶 （F+Fe3C+Fe3P）。一般P﹥0.15%就会出现磷共晶。
(1)硅的作用 形成致密的氧化膜SiO2 提高F—A相变温度 Si﹥5%，C=2.2~2.6% 灰铁：F+G片状
（2）组织
球铁：F+G球状
（3）性能：力学性能和耐热性能↑
2.含铝耐热铸铁 促进石墨化，形成单一的F （1）Al的作用 形成致密的氧化膜Al2O3 提高F—A相变温度 （2）Al的含量：Al﹥5% （3）组织 灰铁：F+G片状+ε 球铁：F+G球状+ ε （4）性能 耐热温度↑↑
课后习题 1.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？ 2.为什么一般机器的支架、机床床身常用灰铸铁制造？ 3.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能 有何主要区别？ 4.试述石墨形态对铸铁性能的影响。 5．下列牌号各表示什么铸铁? 牌号中的数字表示什么意 义? HT250 QT700-2 KTH330-08 KTZ450-06 RuT420 6.灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁在组织上的根 本区别是什么？
7.4 铬系白口铁 Cr↑，碳化物的形态：（Fe、Cr）3C→ （Fe、Cr）7C3→（Fe、Cr）23C6 （Fe、Cr）3C：连续网状或板状 1000-1230HV （Fe、Cr）7C3 ：不连续条状或条块状 1200-1800HV （Fe、Cr）23C6 ：不连续条状或条块状 1140HV 1.低铬白口铸铁 Cr﹤5%
（2）化学成分 a.C C↑碳化物↑；C↓碳化物↓，A稳定性↓，易出现P C=2.4-3.5 a.Cr 当Cr﹥10%时，M7C3才能成为主要碳化物，Cr↑淬透性↑ c.合金元素 Mo、Mn、Cu提高淬透性 （3）铸造性能
a.减少铸件收缩时的受阻；
b.缓冷；
c.用电炉熔炼； d.低温浇注。 （4）铸态组织 M+A+P+M7C3
2.钒钛铸铁
V=0.3～0.5%，Ti=0.15～0.35%。V、Ti与碳和氮有很强的亲和 力，易形成高硬度的碳化物和氮化物质点，显微硬度可达 960～1840HV，弥散分布在基体中，使铸铁的耐磨性大大提高。
7.4.2 耐热铸铁 金属的氧化——金属从表面开始逐渐向金属化合物变化的现象 金属的生长——金属在高温下工作，其体积将发生不可逆转的 胀大现象 耐热铸铁——在高温条件下，具有一定的抗氧化和抗生长性能， 并能承受一定载荷的铸铁 一.铸铁在高温下的氧化 1.氧化过程 （1）氧原子在铁表面形成化学吸附
特殊性能铸铁 7.4 耐磨铸铁 1.抗磨铸铁——用于抵抗磨料磨损（由硬颗粒或突出物作用使 材料迁移导致的磨损）的铸铁 一. 耐磨性及影响因素 1.材料的耐磨性
绝对耐磨性——磨损量的倒数
相对耐磨性=
标准试样的磨损量 试验试样的磨损量
2.影响耐磨性的主要因素 （1）外部条件：载荷、速度、温度、磨料的性质。
7.4.3铬铸铁
2、高铬铸铁，含铬量13～35%
ห้องสมุดไป่ตู้⑴特点：为白口铸铁，在高温氧化和腐蚀环境下具有特别优良的耐 磨性能。最适用于氧化性腐蚀介质 ⑵高铬铸铁分类：
①马氏体高铬铸铁（含铬量12～20%） 特点：硬度高（HRC57～58），耐蚀性好。
②奥氏体型高铬铸铁（含铬量24～28%） 特点：是一种综合性能非常优秀的合金铸铁。可在铸态下直接 使用，不需要热处理；可承受很大冲击，发生加工硬化，内部韧性 好。 ③铁素体高铬铸铁（含铬量30～35%）含碳量一般低于1.5% 。 特点：良好的高温抗氧化能力，在含硫氧化性气氛中更突出。 发生变形和裂纹的危险性较少。
7.4.3高硅铸铁
高硅铸铁是以硅为主要合金元素而获得的Fe-Si-C合金。通常， 其成分中硅含量为14.0%～18%，或更高。4-6%的铸铁具有耐热性， 大于13%的铸铁具有耐酸性。
1、特点： （1）这种合金在众多的化学介质中具有良好的耐蚀性，主要用于 化工、石油、化纤等工业设备中。 （2）在磷酸中耐蚀性良好。在98℃以下，各种浓度的磷酸中腐蚀 率大多不超过0.1mm/年。 原因：有利于形成SiO2的钝化保护作用。
2、腐蚀原因：
在电解质溶液中，石墨电极电位最高（+3.7V），渗碳体次之， 铁素体较低（-0.44V）。 因此，发生电化学腐蚀时，一般是形成以石墨或渗碳体为阴极， 铁素体为阳极的原电池，造成腐蚀破坏。
7.4.3提高铸铁耐蚀性所希望的组织:
1、基体最好是致密均匀的单相组织，如：奥氏体或铁素体（珠光 体不如铁素体耐蚀）
组织：P+（Fe、Cr）3C
宏观硬度450-550HB
2.中铬白口铸铁
Cr=7-11%
组织：P+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）3C
3.高铬白口铸铁
Cr=12-28%
组织：M+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）23C6
（1）性能特点
a.高硬度，高耐磨性；
b.较好的韧性；
c.淬透性高； b.高抗腐蚀磨损和高抗氧化性。
（5）热处理
a.退火 目的：降低硬度，便于加工。
b.淬火 目的：消除P，获得M。 （6）应用 马氏体→水泥行业 高铬铸铁基体 珠光体→冲击较大场合
奥氏体→湿磨工况
7.4 .2
减摩铸铁
一. 石墨对铸铁减摩性的影响 ★石墨的作用:(1)可作固体润滑剂；（2）储存润滑剂促进油 膜形成。 ★片状石墨成膜能力强，球状石墨成膜能力弱，蠕墨介 于两者之间。
2、碳以碳化物形式存在为好（因为渗碳体与铁素体形成的原电池 比石墨与铁素体形成的原电池的电动势小）
3、石墨以中等大小，互不相连为好，球状或团絮状比片状好。
铸铁中合金元素对耐蚀性的影响
7.4.3合金元素提高铸铁耐蚀性的主要作用： 1、改变某些相的电位，降低原电池的电动势。 如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基体的电极电位。 2、改善组织，使电池数量减少，电动势变小。 如加入硅14～18%，得到单一铁素体组织，加入锰得到单一奥 氏体组织。 3、使铸铁表皮层下形成致密而牢固的保护膜。 如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，
高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶
100
（2）铸造性能 a.P↑，液相线↓，共晶温度↓→流动性↑；
b.P↑，铸铁导热性↓磷共晶与基体热膨胀系数不同，应力↑。
（3）应用：机床导轨，拖拉机和柴油机缸套，刹车闸瓦等
（2）受Fe-O化学反应速度控制的氧化过程;
Fe + O2 → FeO （3）受扩散速度控制的氧化过程. T > 1000℃时，FeO膜厚度达到500um，隔绝氧与金属基体的直 接接触，此时，铁的氧化就开始受金属铁离子通过FeO膜不断 扩散至表面与氧反应。
7.4 常用耐热铸铁
1.中硅耐热铸铁
形成单一的F
3.含铬耐热铸铁 提高淬透性，获得单一的A
（1）Cr的作用
形成致密的氧化膜Cr2O3 提高F—A相变温度 阻碍石墨化，稳定P
（2）含量
高Cr：15-18 低Cr：0.5-2
A基体 P基体
（3）组织
高Cr：A+M7C3 低Cr：P+G片状
（4）性能
高温下具有抗磨性
7.4.4耐蚀铸铁 1、铸铁的组织： 铸铁为铁、碳、硅三元合金，一般铸铁组织主要有铁素体、渗 碳体、石墨三个相。
二.基体组织对铸铁减摩性的影响
珠光体是最理想的基体，铁素体较差。 三.常用的减摩铸铁 1.含磷铸铁 （1）含磷铸铁——一般指含磷量高于0.3%的灰铸铁
a.P在铸铁基体中的固溶度很低，凝固过程中在最后凝固的晶界 处往往出现二元磷共晶（F+Fe3P）或三元磷共晶 （F+Fe3C+Fe3P）。一般P﹥0.15%就会出现磷共晶。
(1)硅的作用 形成致密的氧化膜SiO2 提高F—A相变温度 Si﹥5%，C=2.2~2.6% 灰铁：F+G片状
（2）组织
球铁：F+G球状
（3）性能：力学性能和耐热性能↑
2.含铝耐热铸铁 促进石墨化，形成单一的F （1）Al的作用 形成致密的氧化膜Al2O3 提高F—A相变温度 （2）Al的含量：Al﹥5% （3）组织 灰铁：F+G片状+ε 球铁：F+G球状+ ε （4）性能 耐热温度↑↑
课后习题 1.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？ 2.为什么一般机器的支架、机床床身常用灰铸铁制造？ 3.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能 有何主要区别？ 4.试述石墨形态对铸铁性能的影响。 5．下列牌号各表示什么铸铁? 牌号中的数字表示什么意 义? HT250 QT700-2 KTH330-08 KTZ450-06 RuT420 6.灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁在组织上的根 本区别是什么？
7.4 铬系白口铁 Cr↑，碳化物的形态：（Fe、Cr）3C→ （Fe、Cr）7C3→（Fe、Cr）23C6 （Fe、Cr）3C：连续网状或板状 1000-1230HV （Fe、Cr）7C3 ：不连续条状或条块状 1200-1800HV （Fe、Cr）23C6 ：不连续条状或条块状 1140HV 1.低铬白口铸铁 Cr﹤5%
（2）化学成分 a.C C↑碳化物↑；C↓碳化物↓，A稳定性↓，易出现P C=2.4-3.5 a.Cr 当Cr﹥10%时，M7C3才能成为主要碳化物，Cr↑淬透性↑ c.合金元素 Mo、Mn、Cu提高淬透性 （3）铸造性能
a.减少铸件收缩时的受阻；
b.缓冷；
c.用电炉熔炼； d.低温浇注。 （4）铸态组织 M+A+P+M7C3
2.钒钛铸铁
V=0.3～0.5%，Ti=0.15～0.35%。V、Ti与碳和氮有很强的亲和 力，易形成高硬度的碳化物和氮化物质点，显微硬度可达 960～1840HV，弥散分布在基体中，使铸铁的耐磨性大大提高。
7.4.2 耐热铸铁 金属的氧化——金属从表面开始逐渐向金属化合物变化的现象 金属的生长——金属在高温下工作，其体积将发生不可逆转的 胀大现象 耐热铸铁——在高温条件下，具有一定的抗氧化和抗生长性能， 并能承受一定载荷的铸铁 一.铸铁在高温下的氧化 1.氧化过程 （1）氧原子在铁表面形成化学吸附
特殊性能铸铁 7.4 耐磨铸铁 1.抗磨铸铁——用于抵抗磨料磨损（由硬颗粒或突出物作用使 材料迁移导致的磨损）的铸铁 一. 耐磨性及影响因素 1.材料的耐磨性
绝对耐磨性——磨损量的倒数
相对耐磨性=
标准试样的磨损量 试验试样的磨损量
2.影响耐磨性的主要因素 （1）外部条件：载荷、速度、温度、磨料的性质。
7.4.3铬铸铁
2、高铬铸铁，含铬量13～35%
ห้องสมุดไป่ตู้⑴特点：为白口铸铁，在高温氧化和腐蚀环境下具有特别优良的耐 磨性能。最适用于氧化性腐蚀介质 ⑵高铬铸铁分类：
①马氏体高铬铸铁（含铬量12～20%） 特点：硬度高（HRC57～58），耐蚀性好。
②奥氏体型高铬铸铁（含铬量24～28%） 特点：是一种综合性能非常优秀的合金铸铁。可在铸态下直接 使用，不需要热处理；可承受很大冲击，发生加工硬化，内部韧性 好。 ③铁素体高铬铸铁（含铬量30～35%）含碳量一般低于1.5% 。 特点：良好的高温抗氧化能力，在含硫氧化性气氛中更突出。 发生变形和裂纹的危险性较少。
7.4.3高硅铸铁
高硅铸铁是以硅为主要合金元素而获得的Fe-Si-C合金。通常， 其成分中硅含量为14.0%～18%，或更高。4-6%的铸铁具有耐热性， 大于13%的铸铁具有耐酸性。
1、特点： （1）这种合金在众多的化学介质中具有良好的耐蚀性，主要用于 化工、石油、化纤等工业设备中。 （2）在磷酸中耐蚀性良好。在98℃以下，各种浓度的磷酸中腐蚀 率大多不超过0.1mm/年。 原因：有利于形成SiO2的钝化保护作用。
2、腐蚀原因：
在电解质溶液中，石墨电极电位最高（+3.7V），渗碳体次之， 铁素体较低（-0.44V）。 因此，发生电化学腐蚀时，一般是形成以石墨或渗碳体为阴极， 铁素体为阳极的原电池，造成腐蚀破坏。
7.4.3提高铸铁耐蚀性所希望的组织:
1、基体最好是致密均匀的单相组织，如：奥氏体或铁素体（珠光 体不如铁素体耐蚀）
组织：P+（Fe、Cr）3C
宏观硬度450-550HB
2.中铬白口铸铁
Cr=7-11%
组织：P+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）3C
3.高铬白口铸铁
Cr=12-28%
组织：M+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）23C6
（1）性能特点
a.高硬度，高耐磨性；
b.较好的韧性；
c.淬透性高； b.高抗腐蚀磨损和高抗氧化性。
（5）热处理
a.退火 目的：降低硬度，便于加工。
b.淬火 目的：消除P，获得M。 （6）应用 马氏体→水泥行业 高铬铸铁基体 珠光体→冲击较大场合
奥氏体→湿磨工况
7.4 .2
减摩铸铁
一. 石墨对铸铁减摩性的影响 ★石墨的作用:(1)可作固体润滑剂；（2）储存润滑剂促进油 膜形成。 ★片状石墨成膜能力强，球状石墨成膜能力弱，蠕墨介 于两者之间。
2、碳以碳化物形式存在为好（因为渗碳体与铁素体形成的原电池 比石墨与铁素体形成的原电池的电动势小）
3、石墨以中等大小，互不相连为好，球状或团絮状比片状好。
铸铁中合金元素对耐蚀性的影响
7.4.3合金元素提高铸铁耐蚀性的主要作用： 1、改变某些相的电位，降低原电池的电动势。 如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基体的电极电位。 2、改善组织，使电池数量减少，电动势变小。 如加入硅14～18%，得到单一铁素体组织，加入锰得到单一奥 氏体组织。 3、使铸铁表皮层下形成致密而牢固的保护膜。 如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，