工程材料学之铸铁概述
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铸铁的基础知识
1、铸铁及其熔炼铸铁是指碳的质量分数大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁-碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁的成分范围大致为ω（C）=2.4%～4.0%，ω（Si）=0.6%～3.0%，ω（Mn）=0. 2%～1.2%，ω（P）=0.04%～1.2%，ω（S）=0.04%～0.20%。
有时还可加入各种合金元素，以便获得能满足各种性能要求的合金铸铁。
铸铁是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。
在机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输和国防工业等各部门中，铸铁件约占整个机器重量的45%～90%。
因此，掌握铸铁的基本理论和生产技术，对于发展铸造生产，充分发挥铸铁件在国民经济各部门中的作用，是很有意义的。
相图是分析合金金相组织的有力工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，因此铁-碳相图和铁-碳-硅三元合金相图是分析铸铁的成分与组织的关系以及组织形成过程的基础。
2、铸铁的基础知识——铁-碳相图——铁—碳相图分析由于铸铁中的碳可能以渗碳体（Fe3C）或石墨两种独立的形式存在，因而铁、碳相图存在着Fe-G（石墨）和Fe-Fe3C两套体系，即铁-石墨系和铁-渗碳体系。
从热力学观点看，石墨比渗碳体更稳定，因此，铁-石墨系也称为稳定系，而铁-渗碳体系称为亚稳定系。
图2. 1-1所示为铁碳合金双重相图，即Fe-G（石墨）稳定系相图和Fe-Fe3C亚稳定系相图，分别以虚线和实线表示。
表2.1-1为相图中临界点的温度及含碳量。
铁-碳相图中各临界点的温度及含碳量Fe-G（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同处在于：1）稳定系的平衡共晶点C'的成分和温度与C点不同体（两相组成莱氏体）2）稳定平衡的共析点S，的成分和温度与S点不同在Fe-C相图中稳定系的共晶温度和共析温度都比亚稳定系的高一些。
材料知识-铸铁
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铸件内部孔眼缺陷可采用解剖与无损两 种方法进行检测。
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允许修补的缺陷
在不影响加工性能和使用性能的前提下， 根据产品技术条件的要求，允许加工前 对加工面进行修补，但是要保证加工后 修补点不脱落。
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在非过共晶成分条件下，灰铸铁基体组织中不会存在C型石 墨；经常在显微镜下看到的团、块状石墨并不是C形石墨， 而是片状石墨的不同剖面角度所致。
基体组织：主要为珠光体基体，允许有少量铁素体，碳化 物和磷共晶总量不大于2%。
灰铸铁件金相组织的检测方法和检测项目应符合GB/T 7216。 若需方对金相组织各检测项目的数量、分布、级别及取样 位置有明确规定时，应按需方图纸、技术要求执行。
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灰铸铁牌号对照
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2球墨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状的灰铸 铁，简称球铁。球铁是用灰铁 成分的铁液经球化处理和孕育 处理得到的。球铁组织由金属 基体和球状石墨组成。球铁的 基体组织常用的有铁素体、铁 素体加珠光体和珠光体三种。 经过合金化和热处理，也可以 获得下贝氏体、马氏体、屈氏 体、索氏体和奥氏体等基体组 织。
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3.3生产方法和化学成分
等淬球铁的生产方法，其化学成份、铸 造和热处理工艺由供方确定，但要保证 铸造和热处理工艺采用与已验收认可过 的第一批次试块同样的工艺参数，若需 方有特殊要求时，可由双方商定。
本标准规定的等淬球铁的力学性能是铸 件验收的主要指标。
最新工程材料9.1铸铁
1. 组织：由基体组 织和片状石墨组 成。其基体组织 有三种类型（F、 F+P、P）。
2、组织和性能
的提 措高 施强
度
强度、塑性和韧性比钢
性
低，但具有优良的铸
能
造性、切削加工性、
耐磨性、消振性、缺
口敏感性。
孕育处理(变质处理) ：在铁水中加入孕 育剂(硅合金)，使G变得细小，如 HT250、HT300、HT350均为孕育铸 铁。
铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 二． 合金铸铁
第二节 灰口铸铁
一、成分与牌号 二、组织与性能 三、热处理
1、成分与牌号
1）化学成分: 2.7%~3.9%C、1.1%~2.8%Si、 0.5%~1.4%Mn、<0.1%~0.3%P、 <0.04%~0.15%S
2）灰口铸铁的牌号 HTxxx 见下页或P265 GB9439-88
铸铁的石墨化过程
石墨化过程：铸铁组织中碳原子析出和形成石墨的过程
铁碳合金中碳的存在形式：(Fe3C)和游离态的石墨 石墨的晶格形式：简单六方，如图所示 结晶形态：常为片状
石墨的机械性能性能
1. 抗拉强度仅为20MPa，硬度HB3~5。塑性很差。 2. 石墨比重为2.25，是铁的比重的1/3。
1) 良好的切削加工性。
① F基体+团絮状G：其断口呈黑灰色，称黑心可锻 铸铁;
② P基体+团絮状G：称珠光体可锻铸铁; ③ F+P+Fe3C（少量）+团絮状G：其断口白亮，
称白心可锻铸铁 (如图)
牌号：（KTH-----黑心可锻铸铁；KTZ-----珠光体可锻铸铁；KTB-----白心可锻铸铁 ） +σb+
第四节 球墨铸铁
铸铁概述
正火 —— P% ↑ ，细化组织，强度、耐磨性↑ 低温正火，840~860℃， → P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火，880~920℃， → P + G + 少量F ，强度较高。
调质 —— 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G
b
0.2
MPa
MPa
%
不小于4Biblioteka 03350.75380
300
0.75
340
270
1.0
300
240
1.5
260
195
3
硬度 HB
200~280 193~274 170~249 140~217 121~197
基体
P P P+F F+P F
合金铸铁
高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量 并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度
固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G）
石墨的性能
HBS 3～5 σb＝20MPa δ≈ 0
ak ≈ 0
石墨的晶体结构
石墨对铸铁性能的影响 G → 分布于基体中 → 空洞 → 有效承载面积降低 → 力性比碳钢↓
耐磨性↑ 消震性↑ 缺口敏感性↓ 切削加工性↑ 铸造性能↑(熔点↓ 流动性↑ 收缩率↓)
Fe3C 6.0 6.69
铸铁的石墨化
➢ 影响石墨化的主要因素： 成分
促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等） 阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）
工艺 (1) 冷却速度：快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 (2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
调质 —— 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G
b
0.2
MPa
MPa
%
不小于4Biblioteka 03350.75380
300
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硬度 HB
200~280 193~274 170~249 140~217 121~197
基体
P P P+F F+P F
合金铸铁
高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量 并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度
固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G）
石墨的性能
HBS 3～5 σb＝20MPa δ≈ 0
ak ≈ 0
石墨的晶体结构
石墨对铸铁性能的影响 G → 分布于基体中 → 空洞 → 有效承载面积降低 → 力性比碳钢↓
耐磨性↑ 消震性↑ 缺口敏感性↓ 切削加工性↑ 铸造性能↑(熔点↓ 流动性↑ 收缩率↓)
Fe3C 6.0 6.69
铸铁的石墨化
➢ 影响石墨化的主要因素： 成分
促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等） 阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）
工艺 (1) 冷却速度：快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 (2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
铸铁的介绍
第一节 概述
石墨化进行的程度不同,将得到不同的基体组织
两个阶段石墨化都进行彻底 : α + G 第二阶段石墨化不彻底 : α + P + G 第二个阶段石墨化未进行 : P + G 若两个阶段石墨化都没进行: 白口
第一节 概述
影响铸铁石墨化的因素
1）化学成分 C、 Si、P、Al、Cu、Ni 、Co促进石墨化过程； S、Mn、 Cr、W、Mo、V 阻碍石墨化过程。 wc↑，有利于石墨的形核； wSi ↑，共晶温度↑，共晶点成分↓，也有利于石墨的析出
第一石墨化：P’S’K’线以上发生的石墨化过程 包括：
➢结晶时共晶石墨 Lc′→ γE′+ G共晶 ➢一次石墨 L → GI ➢二次石墨的析出γ → GⅡ ➢加热时共晶渗碳体、一次渗碳体、二次渗碳体的分解
Fe3C
3Fe+G
温度高，冷却速度极其缓慢，原子扩散能力强，该阶段石墨化容易进行。
第一节 概述
第二阶段石墨化：P’S’K’线以下发生的石墨化过程 共析反应形成的石墨， αs’ →γp + G共析 温度低原子扩散能力低，低温石墨化不容易进行。 此阶段石墨化进行的是否彻底，影响到铸铁室温组织。
第一节 概述
铸铁的组织与石墨形态及石墨化进行的程度有关!! 铸铁的组织=基体+石墨 石墨的形态(基体一定)取决于第一阶段石墨化过程
C和Si时影响铸铁组织和性能的主要元素 ，为综合考虑它们的影响，引入碳当量（ Ceq）和共晶度（Sc）的概念。
随着铸铁碳当量和共晶度的增加，石墨的 数量增多且变得粗大，铁素体数量增加， 石墨的数量增多且变得粗大，铁素体数量 增加。右图为铸铁的共晶度和壁厚与铸铁 组织的关系。
第一节 概述
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
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华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
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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。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
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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 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
高等数学a1 铸铁
高等数学a1 铸铁【最新版】目录1.铸铁概述2.铸铁的种类3.铸铁的性能特点4.铸铁的应用领域5.铸铁的优缺点分析正文一、铸铁概述铸铁，一种铸造铁碳合金的工艺，是工业生产中使用最广泛的金属材料之一。
铸铁具有良好的铸造性能、抗震性能和耐磨性，广泛应用于建筑、机械、汽车等行业。
二、铸铁的种类铸铁按照碳含量和组织结构的不同，可分为以下几种：1.灰铁：碳含量较低，一般在 2% 以下，铁素体基体，石墨以片状存在。
2.可锻铸铁：碳含量较低，一般在 1% 以下，铁素体基体，石墨以球状存在。
3.球墨铸铁：碳含量较高，一般在 2%-4%，铁素体基体，石墨以球状存在。
4.高硅铁：硅含量较高，一般在 2%-6%，铁素体基体，石墨以片状存在。
三、铸铁的性能特点铸铁具有以下性能特点：1.良好的铸造性能：铸铁的熔点低，流动性好，易于充型和排气，铸件表面光洁，轮廓清晰。
2.抗震性能好：铸铁的石墨结构具有缓冲作用，可以吸收振动和冲击，提高铸件的抗震性能。
3.耐磨性能好：铸铁的石墨结构具有自润滑性，可以减少摩擦，提高铸件的耐磨性能。
4.良好的耐腐蚀性能：铸铁中的石墨结构可以防止铸铁生锈，提高铸件的耐腐蚀性能。
四、铸铁的应用领域铸铁广泛应用于以下领域：1.建筑行业：铸铁排水管、井盖、阀门等。
2.机械行业：齿轮、壳体、轴承座等。
3.汽车行业：发动机缸体、缸盖、进气歧管等。
4.铁路行业：铁路铸件、道岔、轮轴等。
五、铸铁的优缺点分析铸铁的优点：1.成本低：铸铁的原材料成本低，生产工艺简单，可以降低生产成本。
2.性能稳定：铸铁的性能稳定，抗震性能好，可以提高铸件的使用寿命。
3.铸件质量好：铸铁的流动性好，铸件表面光洁，轮廓清晰，可以提高铸件的质量。
铸铁的缺点：1.强度低：铸铁的强度低，不能承受高压和高温的工作环境。
2.耐磨性能差：铸铁的耐磨性能相对较差，不能满足高负荷工作的要求。
工程材料学5第五章 铸铁
(白口铁)
东北大学
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（a）铁素体基灰口铁;（b）铁素体、珠光体基灰口铁;（c）珠光体基灰口铁
东北大学
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5.4 影响石墨化因素
（1）化学成分 普通铸铁中合金元素主要为C、Si、Mn、P、S 等。其中C、Si、P是促进石墨化元素，而Mn、 S为阻止石墨化元素。
a. 碳的影响
强烈促进石墨化，并对石墨形状、大小有显著影响。
铸铁成分 铸铁壁厚 对铸铁组 织的影响
东北大学
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5.5 铸铁热处理
铸铁生产除适当地选择优学成分以得到～定的组织外，热处理也是 进一步调整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。 铸铁的热处理和钢的热处埋有相同之处 ，也有不同之处。铸铁的热 处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。
东北大学
第五章 铸铁
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。 普通铸铁成分:C 2.4~4.0％， Si 0.6~3.0%，Mn 0.2~1.2，S 0.08~0.15％， P 0.1~1.2%。
成分特点： C、Si含量高；S、P等杂质较多；
（普通碳素钢 Si ≤0.35%，Mn 0.25~0.80%，S≤0.055%，P≤0.045％）
东北大学
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5.2 铸铁石墨化过程
3、若共析石墨化受 到抑制，则得到的 组织是珠光体基体 加片状石墨。
东北大学
12
5.2 铸铁石墨化过程
4、如果冷速过快， 两阶段石墨化均被 抑制，则得到白口 铁。
东北大学
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5.3 铸铁组织
铁素体 珠光体和铁素体 珠光体
+ 石墨
钢基体上加石墨的组织。
珠光体 + 渗碳体
东北大学
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（a）铁素体基灰口铁;（b）铁素体、珠光体基灰口铁;（c）珠光体基灰口铁
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5.4 影响石墨化因素
（1）化学成分 普通铸铁中合金元素主要为C、Si、Mn、P、S 等。其中C、Si、P是促进石墨化元素，而Mn、 S为阻止石墨化元素。
a. 碳的影响
强烈促进石墨化，并对石墨形状、大小有显著影响。
铸铁成分 铸铁壁厚 对铸铁组 织的影响
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5.5 铸铁热处理
铸铁生产除适当地选择优学成分以得到～定的组织外，热处理也是 进一步调整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。 铸铁的热处理和钢的热处埋有相同之处 ，也有不同之处。铸铁的热 处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。
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第五章 铸铁
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。 普通铸铁成分:C 2.4~4.0％， Si 0.6~3.0%，Mn 0.2~1.2，S 0.08~0.15％， P 0.1~1.2%。
成分特点： C、Si含量高；S、P等杂质较多；
（普通碳素钢 Si ≤0.35%，Mn 0.25~0.80%，S≤0.055%，P≤0.045％）
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5.2 铸铁石墨化过程
3、若共析石墨化受 到抑制，则得到的 组织是珠光体基体 加片状石墨。
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5.2 铸铁石墨化过程
4、如果冷速过快， 两阶段石墨化均被 抑制，则得到白口 铁。
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5.3 铸铁组织
铁素体 珠光体和铁素体 珠光体
+ 石墨
钢基体上加石墨的组织。
珠光体 + 渗碳体
铸铁
（3）麻口铸铁： 碳既以渗碳体形式存在，又以游离形式存在。 断口上黑白相间构成麻点。 2、按石墨的形式分类 铸铁中石墨形态分：片状、团絮状、球状及蠕 虫状四大类。 （1）普通灰铸铁：石墨呈片状 （2）可锻铸铁：石墨呈团絮状 （3）球墨铸铁：石墨呈球状 （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 3、按化学成分分类 （1）普通铸铁：常规元素铸铁
第四节 球墨铸铁 球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。 由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂 作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有 高得多的强度、塑性和韧性。 一、球墨铸铁的牌号、组织和性能 QT+最低抗拉强度+最低伸长率。 球墨铸铁的组织由金属基体（铁素体、珠光体、 珠光体+铁素体） 用途：曲轴、连杆、缸套、活塞
二、球墨铸铁的生产 1、球墨铸铁的化学成分
1.化学成分C 3.6-3.9% Si 2.0-2.8% S 0.04% P<0.1% Mn 0.6-0.8% Mg 0.03-0.05%, RE0.02-0.04%。 2、球化处理 球化剂：球墨铸铁的生产中，能使石墨结晶成球 状的物质。 球化剂：纯镁和稀土镁合金 三、球墨铸铁的热处理 1、高温退火和低温退火 退火目的：获得铁素体基体的球墨铸铁。
2、正火 高温正火：获得珠光体组织 低温正火：获得珠光体+铁素体组织 3、等温淬火 适用于形状复杂易变形，同时要求综合力学性 能高的球墨铸铁。获得下贝氏体+少量残余奥 氏体+球状石墨。 4、调质处理 应用于受力复杂、截面较大、综合性能要求高 的重要零件。获得回火索氏体
第五节 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是一种新型铸铁材料，石墨大 部分呈蠕虫状，间有少量球状，兼备灰 铸铁和球墨铸铁的某些优点。 一、化学成分 化学成分要求与球墨铸铁相似，3.5%3.9%C，2.1%-2.8%Si, 0.4%-0.8%Mn, S P<0.1%
铸 铁 概 述
磷是弱的促进石墨化的元素， 它能提高铁液的流动性，但会增加 铸铁的脆性，使铸铁在冷却过程中 容易产生开裂，一般磷的质量分数 应严格控制。
2. 冷却速度
铸铁概述
冷却速度是影响石墨化过程的工艺因素。若 冷却速度快，碳原子来不及充分扩散，石墨化过 程难以充分进行，容易产生白口铸铁组织；若冷 却速度慢，碳原子有时间充分扩散，容易获得灰 铸铁组织。例如，薄壁铸件在成型过程中冷却速 度快，容易形成白口铸铁组织；厚壁铸件在成型 过程中冷却速度慢，容易形成灰铸铁组织。
铸铁概述
化学成分和铸件壁厚对 石墨化过程的影响如图1-3所 示。可以看出，当碳和硅的质 量分数高时，薄壁铸件也能获 得灰铸铁组织；当铸件的壁厚 足够大时，碳和硅的质量分数 低也能获得灰铸铁组织。
图1-3 成分和壁厚对石墨化的影响
铸铁概述
一、 铸铁的种类
铸铁的种类很多，根据碳在铸铁中的存在形式及 石墨的形态不同，可分为以下几种。
(1)白口铸铁。碳主要以渗碳体的形式存在，其断 口呈银白色，所以称为白口铸铁。这类铸铁的性能硬 而脆，切削加工困难，很少直接用于制造机器零件。
铸铁概述
(2)灰铸铁。碳主要以片状石墨的形式存在，其断 口呈灰色，所以称为灰铸铁。这类铸铁是目前生产中应 用最广泛的铸铁。
铸铁概述
图1-2 铁碳双重相图
铸铁概述
铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁的石墨化有两 种方式: 一种是液态铁碳合金按Fe-G相图进行结晶，从液态和固 态中直接获得石墨；另一种是液态铁碳合金按Fe-Fe3C相图进行 结晶，随后Fe 3C在一定条件下发生分解而获得石墨。铸铁的石墨 化过程可以分为高温、中温和低温三个阶段。高温石墨化阶段是 指在共晶温度以上结晶出一次石墨GI和共晶转变时结晶出共晶石 墨G共晶的阶段；中温石墨化阶段是指在共晶温度至共析温度范围 内，从奥氏体中析出二次石墨GⅡ的阶段；低温石墨化阶段是指在 共析温度发生共析转变时析出共析石墨G共析的阶段。
工程材料第8章 铸铁讲解
第八章 铸铁
第一节 概述
铸铁是指碳含量大于2.11% 的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有 Si、Mn 、S、 P 等元素。只不过它的 Si含量较高，以及Mn 、S、P的含量也比碳钢多。
铸铁的分类
根据铸铁中碳存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：
1、白口铸铁：铸铁中碳主要以游离Fe3C形式存在，断口亮白色。 2、灰口铸铁：碳全部或大部以自由态—石墨(G)形式存在，断口暗灰色。 3、麻口铸铁：碳部分以游离Fe3C形式存在，部分以石墨(G)形式存在，
③ 铁素体灰铸铁：
在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。 力学性能最差，一般不用来生产机器零件，
但它的铸造性能好，故用来生产没有强度
要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。
（二）灰铸铁的热处理 1、消除内应力退火 2、改善切削加工性的高温退火 3、表面淬火
（三）灰铸铁的牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 牌号中的后两种是孕育铸铁。
磷对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性＜ 0.3% ， 如要求耐磨性好含量应＜0.5% 。
（2）冷却速度的影响 冷却速度减慢，石墨化程度增加。
铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。 所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁 厚和造型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。
导热性好，铸造性及切削加工性好。
① 珠光体灰铸铁：
在共析钢的基体上分布着细小均匀的片状石墨。 强度、硬度较高，用于制造重要铸件， 如气缸体、活塞及机床床身。
② 珠光体加铁素体灰铸铁：
在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。 强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。 用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。
第一节 概述
铸铁是指碳含量大于2.11% 的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有 Si、Mn 、S、 P 等元素。只不过它的 Si含量较高，以及Mn 、S、P的含量也比碳钢多。
铸铁的分类
根据铸铁中碳存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：
1、白口铸铁：铸铁中碳主要以游离Fe3C形式存在，断口亮白色。 2、灰口铸铁：碳全部或大部以自由态—石墨(G)形式存在，断口暗灰色。 3、麻口铸铁：碳部分以游离Fe3C形式存在，部分以石墨(G)形式存在，
③ 铁素体灰铸铁：
在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。 力学性能最差，一般不用来生产机器零件，
但它的铸造性能好，故用来生产没有强度
要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。
（二）灰铸铁的热处理 1、消除内应力退火 2、改善切削加工性的高温退火 3、表面淬火
（三）灰铸铁的牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 牌号中的后两种是孕育铸铁。
磷对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性＜ 0.3% ， 如要求耐磨性好含量应＜0.5% 。
（2）冷却速度的影响 冷却速度减慢，石墨化程度增加。
铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。 所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁 厚和造型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。
导热性好，铸造性及切削加工性好。
① 珠光体灰铸铁：
在共析钢的基体上分布着细小均匀的片状石墨。 强度、硬度较高，用于制造重要铸件， 如气缸体、活塞及机床床身。
② 珠光体加铁素体灰铸铁：
在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。 强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。 用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。
简述铸铁的概念。
简述铸铁的概念。
铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。
在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。
工业用铸铁一般含碳量为2.5%～3.5%。
碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。
除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。
合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。
碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。
铸铁可分为：
白口铸铁。
白口铸铁的断口是亮白色，所以称为白口铸铁。
白口铸铁硬而脆，不能进行切削加工，直接在工业中使用的不多，常用作炼钢原料或用于可锻铸铁的毛坯。
灰口铸铁。
灰口铸铁的断口呈浅灰色，由石墨片形成的条纹清晰可见。
灰口铸铁有良好的铸造性能、切削性能，而且耐磨性好、减震性也强，常用于制造机器床身、汽缸、箱体等结构复杂的铸件。
因为灰口铸铁中的石墨片有大有小，所以，按石墨大小划分有以下3种：粗晶灰口铸铁：石墨片较大，断口处有条纹状晶体，其传热性、韧性较差，但耐磨性较好，适用于重载荷下工作的铸件，如汽车后轮等；细晶灰口铸铁：石墨片不连续，呈团絮状和枝晶状，其传热性、韧性较好，适用于受力复杂、强度要求高的铸件，如内燃机汽缸体、汽缸
盖等；球墨铸铁：石墨呈球状，其强度大大高于灰口铸铁而接近于钢，同时又具有较好的铸造性能和切削加工性能，而且价格较低廉。
以上内容仅供参考，如需了解更多关于铸铁的信息，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
工程材料第八章铸铁
目的：将基体转换为细珠光体组织，提高强度、硬度和耐磨性。 工艺：850～900C加热保温后出炉空冷。 适用的铸件：组织为F＋P＋G球的铸件。 正火后的组织：P＋G球
目的：获得B下，使球墨铸铁具有良好的综合力学性能。 工艺：830～870C加热保温后投入280～350C的熔盐中保持。 组织：B下＋A＋G球。
抗拉强度不小于200MPa
“灰铁”之汉语拼音字头
2.灰铸铁的组织 第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能 F + G片 （F+P）+ G片 P + G片 电镜下的石墨片 石墨片的三维形貌
3.灰铸铁的性能特点 （1）力学性能低 抗拉强度低、塑性和韧性近于零，属于脆性材料。 片状石墨对钢基体的分割作用大。 抗压强度与钢相近。 用于制造承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身等。 （2）耐磨性和减振性好 石墨的存在，有利于润滑和储油、吸收振动能量。 （3）工艺性能好 液态流动性好，具有非常优良的铸造性能；切削时易断屑。
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
4.球墨铸铁的应用 球墨铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
核燃料贮存运输容器
铸铁曲轴
球墨铸铁制品
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
蠕墨铸铁（Vermicular Graphite iron） 蠕墨铸铁的牌号 RuT××× 字母“RuT”表示“蠕铁”，3位数字“×××”表示最低抗拉强度值。 举例：RuT 420
01
晶格 ⑵晶体缺陷 ⑶结构起伏 ⑷合金
02
相 ⑹滑移 ⑺同素异构转变 ⑻枝晶偏析
03
铁素体 ⑽奥氏体 ⑾滑移变形 ⑿固溶强化
金属工艺学 第七章 铸铁
二、铸铁中碳的存在形式
铸铁中的碳除极少量固溶于铁素体之外，以两种形式存在： 碳化物状态——Fe3C及合金铸铁中的其他碳化物
游离状态——石墨（G）
石墨的晶格类型为简单六方晶格 基面中的原子结合力较强 两基面之间的原子结合力弱 石墨的基面容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低，常 呈片状形态存在
铸铁中石墨形态
2、灰铸铁的孕育处理
在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥散的 难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和 细片珠光体。 通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较 高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。
3、灰铸铁的牌号、用途
牌号用“HT+数字”表示。HT是“灰铁”两字的汉语拼音 字首，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：HT150。 灰铸铁的应用广泛，其产量占整个铸铁产量的80%以上。
3、球墨铸铁的热处理 热处理比钢的加热温度略高些、保温时间长些、加热速 度和冷却速度要慢些。 1）退火 分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸 造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。 2）正火 分为高温正火和低温正火。目的是增加基体组织中的珠 光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。3） 调质处理 目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。 4）等温淬火 目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和 较好的韧性。
4、灰铸铁的热处理 灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形 状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、 改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。 1）去应力退火 工艺为：加热至500～600℃，保温一段时间后，随炉 冷至200℃以下出炉空冷。 2）消除白口、降低硬度退火 加热到850～900℃，保温2～5h，然后随炉冷却至 250～400℃出炉空冷。 3）表面淬火 主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有 火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。
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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’
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
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’
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
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。
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
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。
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. 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%~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
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
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
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
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
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)。
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
§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’
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
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’
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
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。
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
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。
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. 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%~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
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
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
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
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
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)。
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