工程材料学之铸铁概述

减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶.
切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
§8.1 概述
8.1.3 铸铁的分类
碳存在形态
铸铁
组织性能特点
白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁
特殊性能铸铁
普通灰口铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 F基体铸铁 P基体铸铁 F+P基体铸 铁 耐磨铸铁 耐蚀铸铁 耐热铸铁
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。 1、组织
灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的，其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体+珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
铁素体灰铸铁
铁素体加珠光体灰铸铁
石墨片的三维形貌
珠光体灰铸铁
灰铸 铁的 显微 组织
§8.2 灰铸铁
铸铁类型
灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
§8.1 概述
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响
碳和硅是强烈促进石墨化的元素。
碳、硅含量过低→易出现白口组织→力学性能和铸造
性能变差。
碳、硅含量对铸铁石墨化的影响
碳、硅含量过高→石
墨数量多且粗大→基
麻口
体内铁素体量增多→ C
铸铁
降低铸件的性能.
白口铸铁
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
§8.1 概述
2、铸铁的性能特点
力学性能低。由于石 墨相当于钢基体中的
裂纹或空洞，易导致
应力集中。
铸铁与铸钢的强度比较
耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
铸铁中的磷共晶
§8.1 概述
⑵ 冷却速度的影响 冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按
Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过 WC 冷度大，结晶 + Wsi 将按 Fe-Fe3C (%) 相图进行, 不
利于石墨化。
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响
§8.1 概述
7.1.2 铸铁的成分及性能特点
灰口铸铁
Si
§8.1 概述
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。
磷虽然可促进石墨化,但 其含量高时易在晶界上 形成硬而脆的磷共晶， 降低铸铁的强度，只有 耐磨铸铁中磷含量偏高 (达0.3%以上)。
台车式石墨化退火炉
§8.1 概述
石墨化分两个阶段：
在P’S’K’线以上发 生的石墨化称为第一阶 段石墨化。
包括结晶时一次石墨、
P’
二次石墨、共晶石墨的
析出；加热时一次渗碳
体、二次渗碳体及共晶
渗碳体的分解。
§8.1 概述
在P’S’K’线以 下发生的石墨化称 为第二阶段石墨化。 包括冷却时共析石 墨的析出和加热时 共析渗碳体的分解。 P’
KTB + XXX+XX
KTZ--珠光体 XXX--最低抗拉强
KTH30006
KTB35004
铁
P
KTZ + XX+XX
度，MPa； KTZ450XX--最低伸长率,% 06
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
球
F QT + XXX+XX
QT400-15
石墨化程度不同， 所得到的铸铁类型 和组织也不同。
§8.1 概述
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度 第一阶段 第二阶段
石墨化 石墨化
完全进行 完全进行 部分进行
未进行 部分进行 未进行
未进行 未进行
铸铁的显微组织
F+G F+P+G P+G Le’+P+G Le’
1. 成分特点：
C、Si、Mn含量较高，杂质元
素S、P也较多。
共晶白口铸铁
wc: 2.5来自百度文库~4.0%, wSi: 1.0%~3.0%, wMn: 0.5%~1.4%。
F基体球墨铸铁
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
快冷 中速冷却 缓冷
灰铸铁的孕育处理—细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
硅铁 硅钙
孕育处理前
孕育处理后
§8.2 灰铸铁
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变
石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有：
1、渗碳体的分解 Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：
Fe3C→3Fe+C（石墨） 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态
的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。 石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。
§8.1 概述
2、铸铁的石墨化过程
铸铁中的石墨可以在 结晶过程中直接析出, 也可以由渗碳体加热 时分解得到。
钢
铸铁
400 C Fe
1% C
2% C
3% C
4% C
5% C
6% C 6.70% C
铸铁是含碳量大于2.11%并含 有较多硅、锰、硫、磷等元素 的多元铁基合金。
铸铁具有许多优良的性能及生 产简便、成本低廉等优点，因 而是应用最广泛的材料之一。
铸铁曲轴
§8.1 概述
8.1.1 铸铁的石墨化过程
铸铁的分类
铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号 实例
灰
F HT + XXX
HT100
铸 片 F+P HT--灰铸铁代号
HT150
铁 状 P XXX--最低抗拉强度值，MPa。 HT200
可 锻 铸
团 絮 状
F KTH + XXX
KTH--黑心
KTB--白心
表F 心P
墨
球
QT-- 球墨铸铁代号； F+P XXX--最低抗拉强度值， QT600-3
铸 铁
状
P
MPa； XX--最低伸长率值，%。
QT700-2
蠕 蠕 F RuT + XXX
RuT260
墨
铸 铁
虫 F+P RuT--蠕墨铸铁代号；
状
XXX--最低抗拉强度值,
P
MPa。
RuT300 RuT420
§8.2 灰铸铁
工程材料学
第八章 铸铁
§8.1 概述 §8.2 灰铸铁 §8.3 可锻铸铁 §8.4 球墨铸铁 §8.5 蠕墨铸铁
学习要求和难点
学习重点：
1. 铸铁的分类与编号 。 2. 铸铁的组织与性能特点 。 3. 影响石墨化的因素。
引言
1600 C
d
1400
L
C
1200 C
g
1000 C
800 C
a
600 C