第9章铸铁2案例

（2）冷却速度的影响
越慢，越有利于按Fe-G相图结晶和转变，越有利于石墨化 的进行；浇注温度越高、壁越厚、铸型蓄热能力越小，越慢。 越快，越有利于按Fe-Fe3C相图结晶和转变。

砂型铸造条件下铸铁壁厚、化学成分与铸铁组织的关系
9.1.3 铸铁的分类 根据石墨化进行的程度，铸铁可分为三大类： （1）白口铸铁：第一、二、三阶段石墨化完全不 进行，完全按照Fe -Fe3C相图结晶得到的铸铁，其组 织中存在共晶莱氏体，断口白亮，性能硬脆； （2）麻口铸铁：第一阶段石墨化进行了一部分的 铸铁，断口呈黑白相间的麻点，也有共晶莱氏体，有 较大脆性，也很少用； （3）灰口铸铁：第一、二阶段石墨化充分进行， 断口暗灰色。
HT100
铁素体－ 珠光体 灰铸铁
HT150
HT200 珠光体 灰铸铁 HT250
2.5～10 10～20 20～30 30～50
4.0～10 10～20 20～30 30～50 10～20 20～30 30～50 10～20 20～30 30～50
HT300
孕育铸铁 （全珠光 体基体）
HT350
220 195 170 160 270 240 220 200 290 250 230 340 290 260
9.1.2.3 影响石墨化的因素
（1）化学成分的影响
C、Si含量愈↑，石墨化愈易充分进行。 含量过高，易产生粗大石墨，应控制C含量在2.5~4.0%， Si含量在1.0～2.5％。 碳当量CE%＝C+1/3(Si%+P%) P：促进石墨化； S：强烈阻碍石墨化，有害元素，S含量应控制在<0.15%。 Mn：增加Fe与C的结合力，阻碍石墨化，但能与S形成 MnS，减轻S的有害作用，允许含量0.5～1.4％。
（1）一般机械制造中较为重要的零件，如：汽缸、齿 轮、机座、金属切削机床床身及床面等 （2）汽车、拖拉机的汽缸体、汽缸盖、活塞、刹车轮 、联轴器盘以及汽油机和柴油机的活塞环 （3）具有测量平面的检验工件，如：划线平板、V形铁 、平尺、水平仪框架等 （4）需经表面淬火的零件
（1）机械制造中重要的铸件，如：床身导轨、车床、 冲床、剪床和其他重型机械等受力较大的床身、机座、主 轴箱、卡盘、齿轮、凸轮、衬套；大型发动机的曲轴、汽 缸体、缸套、汽缸盖等 （2）高压的液压缸、泵体、阀体 （3）需经表面淬火的零件
KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 KTZ450-06 珠光体 KTZ550-04 可锻铸铁 KTZ650-02 KTZ700-02
≤150 150～200 180～230 210～260 240～290
12或15
（2）性能特点及用途
性能特点：介于灰铁与球铁之间，有较好耐蚀性。 F基体：具有一定的强度和较高的塑性和韧性，主要 用作承受冲击和振动的铸件； P基体：具有高的强度、硬度和耐磨性以及一定的塑 性、韧性，主要用于要求高强度、硬度、耐磨的铸件。如： 纺机、农机零件，曲轴连杆、凸轮轴等。 可锻铸铁另一重要特点是其生产过程是先浇注成白口 铸铁，然后再退火成灰口组织。因此，非常适宜生产形状 复杂的薄壁细小的铸件，以及薄壁管件等。这是任何其它 铸铁所不能媲美的。
铸铁由于生产工艺简单，成本低廉，被广泛 应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通运 输、建筑和国防等工业部门。 在各类机械中，铸铁件约占机器总重量的 40～70%，在机床和重型机械中，则要占机器总重 量的80～90%。 高强度铸铁和特殊性能铸铁还可以代替部分 昂贵的合金钢和有色金属材料。
9.1.2 铸铁的石墨化
9. 3.1 成分和组织特征
（1）成分范围 碳、硅含量较低，浇注后要进行石墨化退火以获 得团絮状石墨，阻碍石墨化的锰含量也不能太高， 杂质元素硫、磷含量要严格控制。 常用可锻铸铁的大致化学成分范围如下： 含C量：2.3～2.8％， 含Si量：1.2～2.0％， 含Mn量：0.4～0.7％Mn， 含S量：<0.2％， 含P量：<0.1％。
9. 3
可锻铸铁
可锻铸铁：先将铁水浇注成白口铸铁，然后经石 墨化退火，使游离渗碳体发生分解，形成团絮状石墨 的一种高强度铸铁，又称玛钢。 团絮状石墨对铸铁金属基体的割裂和引起应力集 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。 实际上，可锻铸铁并不能锻造。
可锻铸铁的牌号和力学性能（摘自GB/T9440-1988）
类型 黑心 可锻铸铁 (铁素体 可锻铸铁) 牌号 试样直径 d /mm 抗拉强度 σb/MPa 300 330 350 370 450 550 650 700 屈服强度 σ0.2/MPa 不小于 － － 200 － 270 340 430 530 伸长率 δ（%） 硬度 （L0=3d） （HBS） 6 8 10 12 6 4 2 2
铁素体可锻铸铁
珠光体可锻铸铁
可锻铸铁的石墨化退火工艺
9.3.2 牌号、性能及用途
（1）牌号 KTH300-06： KT—可铁 ， H—黑（铁素体基体），300—最低抗 拉强度，06—最低伸长率。 KTZ550-04： KT—可铁 ， Z—珠（珠光体基体），550—最低抗 拉强度，04—最低伸长率。
9.2. 4
热处理
热处理只能改变灰铸铁的基体组织，不能改变石墨的形 状和分布。 强化效果不明显。 局限于消除内应力和改变铸件的硬度。 （1）消除内应力退火 目的：防止铸件的变形或开裂。也称人工时效。 工艺：以60～100℃/h的速度缓慢加热至500～600℃， 保温4～8h，以20～30℃/h的冷却速度缓冷至150～200℃出 炉空冷。 通常只进行一次，对于精密铸件，常进行两次，第二次 在粗加工后进行。
石墨的结构为层片状，强度、塑性和韧性很低， 几乎为零，硬度3HBS，在金属基体中相当于“微 裂纹”和“微孔洞”。 铸铁的主要缺点：抗拉强度低，塑性、韧性远 不如钢。 优点：铸造性能优良，减震性和切削加工性能 较好，也有较好的耐磨性和减摩性。
石墨的晶体结构
底面上的原子间距0.142nm，结合力较强， 底面间的原子间距0.34nm，结合力较弱。
铸铁的石墨化：铸铁中碳 原子析出和形成石墨的过程。 7.1.2.1 F-Fe3C和Fe-G 双重相图 Fe3C：介稳定相 石墨：稳定相。 两个铁碳合金相图： Fe-G 系相图， F-Fe3C系相图。 两者叠合得到双重相图。 实线：F-Fe3C系相图； 部分实线+虚线：Fe-G系 相图。
F-Fe3C和Fe-C双重相图 L—液态合金 γ—奥氏体 G—石墨 δ、α—铁素体 P—珠光体

第三阶段石墨化进行的程度不同，灰铸铁的基体不同。 完全进行，则为F基体灰口铸铁； 部分进行，则为F+P基体灰口铸铁； 完全不进行，则是P基体灰口铸铁。 根据灰口铸铁中石墨的形态，又可将灰口铸铁分为： （1）普通灰铸铁：石墨呈片状； （2）球墨铸铁：石墨呈球状； （3）可锻铸铁：石墨呈团絮状； （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。
按石墨形成的温度，石墨的形成有三个阶段： 第一阶段：从液态～1154℃，合金从液体→石墨。 过共晶合金：GⅠ+G共晶 共晶合金：G共晶 亚共晶合金：A+G共晶 第二阶段：1154～738℃，自A→GⅡ； 第三阶段：738℃，共析反应→G共析。 因为第一、二阶段温度高，扩散容易进行，所以石墨化也 容易进行。而第三阶段因为温度低，则难进行。
（2）改善切削加工性的退火
目的：消除白口组织，降低硬度，改善力学性能与被 切削加工性。 工艺：850～950℃，保温2～5h，使共晶Fe3C分解。 组织： 若保温后直接出炉空冷，P+G片； 若保温后随炉缓冷至600℃以下出炉空冷，F+G片。
（3）表面淬火
目的：提高表面硬度和耐磨性。 方法：火焰淬火或高、中频淬火法，把铸件表面快速 加热到900～1000℃，然后喷水冷却。机床导轨还可采用 电接触淬火法。 表面组织： M+G片
第9章 铸铁
9-1 概述 9.1.1 铸铁的成分和特点
铸铁：以铁-碳-硅为主的多元铁基合金。 普通铸铁成分范围：C：2.0～4.0％，Si：1.0～ 3.0％，Mn：0.5～1.4％，P：0.01～0.5％，S： 0.02～0.20％。 普通铸铁中的碳，大部分以游离的石墨状态存在。 铸铁的组织：金属基体+石墨 金属基体有：P、F、P+F 组织特点：在钢的基体上分布着不同形态的石墨。
（2）组织特征
组织：片状石墨+金属基体。 石墨呈细长片状，端部尖 细。 金属基体有：F、F－P、P 三种。
9.2. 2
牌号、性能特点及用途
（1）牌号
H T 200 H：灰； T：铁； 200：最低抗拉强度
（2）性能特点及用途
力学性能：抗拉强度较钢低，塑、韧性几乎为零，硬度与 同样基体的正火钢接近；但灰铸铁的抗压强度较高。 其他性能：有优良的减震性，高的耐磨、减摩性，良好的 切削加工性能；灰铸铁流动性好，收缩率小，具有优良的铸造 性。 用途：可作机床床身、底座等耐压零部件；宜于铸造结构 复杂或薄壁铸件。Leabharlann 灰铸铁的牌号、力学性能和应用
铸铁类别 铁素体 灰铸铁 牌号 铸件壁厚 mm 2.5～10 10～20 20～30 30～50 2.5～10 10～20 20～30 30～50 最小抗拉强度 应用范围举例 σb/MPa 130 (1)盖、外罩、油盘、手轮、手把、支架、底板、重锤等 100 形状简单、不甚重要的零件 90 （2）对强度无要求的其他机械结构零、部件 80 175 145 130 120 （1）一般机械制造中的铸件，如：支柱、底座、罩壳、 齿轮箱、刀架、刀架座、普通机床床身 （2）滑板、工作台等与较高强度铸铁床身（如HT200 ）相摩擦的零件
（2）石墨化退火工艺与组织特征 组织：团絮状石墨+金属基体。 石墨化退火工艺不同，可锻铸铁的基体组织不同。