机械工程材料第十章铸钢与第十一章铸铁

第十一章
铸铁
铸铁是含碳量大于2.14%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、减震 性好、耐磨、易切削、流动 性好等优点，因而是应用最 广泛的材料之一。
塑性差，不能锻造。
例如，机床床身、内燃机的汽
缸体、缸套、活塞环及轴瓦、
内 燃 机 汽 缸
影响铸造碳钢的因素 1、组织 魏氏体降低钢的韧性
改善组织方法：通过退火和正火消除魏氏 体组织。 2、化学成分 降低硅锰硫磷含量，使碳成为影响机械性能 的主要元素。
改善碳钢铸件的组织与性能，通常进行完全退火、 正火或正火+回火处理。
目的：细化晶粒，消除魏氏组织和铸造应力。
第二节 铸造合金钢
铸造碳钢淬透性低，且性能相对较差时，需要合金 化。 常用元素有Mn、Si、Mo、Cr、Ni、Cu等。 根据合金元素量：铸造低合金钢、铸造高合金钢。
铁 素 体 加 珠 光 体 灰 铸 铁
片状石墨
P
F
如果铸铁前两个阶段石墨化完成，第三阶段
完全被抑制
其组织为：珠光体+石墨。
珠 光 体 灰 铸 铁
P
片状石墨
二、影响灰口铸铁组织的因素 主要因素：化学成分及冷却速度 ⑴化学成分
碳、硅含量越高，越易得到充分的石墨化。
Al、Cu、Ni、Co等元素也促进石墨化。
曲轴等都可用铸铁制造。
铸铁曲轴
A

L+
H
B
J
L+A A
L
温N 度
A+
D C A+ Fe3C
L+ Fe3C
E
Le A+ Fe3CⅡ+Le
F
G
F A+F
S
P
A+ Fe3CⅡ
Le+ Fe3CⅠ
P
P+ Fe3CⅡ
K
F+ Fe3C
Le’ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
Q Fe
P+F
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
Le为A和Fe3C的机械混合物(蜂窝状)，Le’为P和Fe3C的机械混合物
石墨化：铸铁中石墨的形成。
Fe-Fe3C 和 Fe-G (石墨)双重相图。
Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨）
一般为片状
球墨铸铁
白口铸铁
按石墨化程度
灰口铸铁
麻口铸铁
灰铸铁 按石墨形态
牌号实例
HT + 一组数字 HT100 数字表示最低抗拉强度值，单位 F+P MPa。 HT150 “HT”表示灰铸铁代号。 P HT200
五、灰口铸铁的变质处理
石墨含量和尺寸越大，灰口铸铁性能越差。
可通过减少硅、碳量来限制石墨含量，但应防止
碳、硅含量对铸铁石墨化的影响
S、Mn、Cr、W、 Mo、V等元素阻止 石墨化。
C 白口铸铁 麻口 铸 铁 灰口铸铁
Si
⑵ 冷却速度的影响
铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，而促进
石墨化。 快冷时由于过 第三阶段完全
冷度大，结晶
WC + Wsi (%)
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响
被抑制，第二
将按 Fe-Fe3C
利于石墨化。 部受抑制。
阶段部分或全 相图进行, 不
三、灰口铸铁的性能 ⑴ 力学性能：取决于基体组织和石墨含量和形态 石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基 体的连续性，且易导致应力集中，导致拉伸载荷下 力学性能低； 压缩时，基体起主要的作用，因此性能较好。
铸铁与铸钢的强度比较
第一节 铸造碳钢
铸钢牌号 铸造碳钢含碳量在0.12%-0.62%之间，多属亚
共析钢。 旧牌号 新牌号 硫、磷为铸钢的有害杂质。 ZG45 ZG230-450
ZG25 ZG310-570
C
σs σb
铸钢属亚共析钢 铸造过程属于非平衡结晶，且铸态组织为粗 大的魏氏体组织。 魏氏体组织特征：先共析铁素体呈针状插向 奥氏体晶粒内部。
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。
铸铁石墨化的条件： 1、极其缓慢的冷却速度 2、具有促进石墨形成的元素 灰口铁一般时结晶过程得到的铸铁
结晶过程中，形成石墨的阶段有哪些？
高温条件下，碳 石墨化分三个阶段：
原子扩散能力 在 1153oC左右通过共 大，容易转变为 晶反应形成石墨 (G)；
可锻铸铁
球墨铸铁
蠕墨铸铁
白口铸铁碳全以渗碳体形式存在，端口呈白 亮色，硬而脆，难于加工。
第一节 灰口铸铁 第二节 可锻铸铁 第三节 球墨铸铁 第四节 特殊性能铸铁
第一节 灰口铸铁 灰口铸铁中全部或大 部分碳以石墨形式存 在，断口呈灰色。
珠 光 体 灰 铸 铁
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。
⑵ 耐磨性能好。 石墨本身有润滑作用。 ⑶ 消振性能好。 由于组织疏松，可以吸收振动能量。
⑷ 铸造性能好。
由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶。
⑸ 切削性能好。
由于石墨使切屑容易脆断脱离工件，因此不 粘刀。
四、灰口铸铁的牌号和用途
铸铁 石墨 名称 形态
灰 铸 Hale Waihona Puke Baidu 状 铁
基体 组织
F
编号方法
机械工程材料
哈尔滨工业大学(威海LOGO )，材料科学与工程学院
铸造的特点 ： 1、适应性强
中国古代货币
铸钢轧机机架，加工后198t
司母戊青铜方鼎
2、利用某些合金特性(如耐磨用高锰钢) 3、精度高 4、成本低
各种铸造方法的尺寸精度和表面粗糙度
铸造方法 普通砂型
尺寸精度等级(CT) 11-15
表面粗糙度(Ra/μm) 50-400
高压造型
熔模铸型(钢) 低压铸造 金属型铸造
8-10
5-7 5-9 5-8
12.5-50
0.8-12.5 0.8-100
金属铸造成形的缺点
第三篇 铸钢与铸铁
第十章 铸钢
第十一章 铸铁
第十章
铸钢
按化学成分，包括：铸造碳钢和铸造合金钢。 按用途，包括：铸造特殊钢(耐磨钢、不锈钢及耐 热钢等)和铸造工具钢(如铸造高速钢)等。 应用：量大、形状复杂、对性能要求不高的零件。 其强度、塑性及韧性 优于灰口铸铁（使用性能） 铸钢铸造性能比铸铁差。 流动性差、易氧化、收缩 大、产生缺陷倾向大。
oC范围自奥 石墨，因此前两 1153-738 个转变阶段容易 氏体中析出二次石墨 (G 实现。 II)；
P’
738oC时，共析反应形 成石墨。
如果铸铁三个阶段石墨化全部完成，
其组织为：铁素体+石墨。
铁 素 体 灰 铸 铁
F 基体
片状石墨
如果铸铁前两个阶段石墨化完成，
第三阶段部分进行，
组织为：铁素体+珠光体+石墨。