第八章 铸铁 05年

（三）灰铸铁的牌号及用途 灰铸铁的牌号由“灰铁”两字的汉语拼音字母字头 “HT”及后面一组数字组成，数字表示最低抗拉 强度。 如：HT200表示最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁：
HT200
灰铁 最低抗拉强度
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四、灰铸铁的热处理 灰铸铁可以通过热处理改变基体组织，但不能改变石 墨的形态和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大。
(一)可锻铸铁的组织与性能
为了保证在一般冷却条件下获得白口铸铁件， 又要在退火时使渗碳体易分解，并呈团絮状石墨 析出，就要严格控制铁水的化学成分。与灰铸铁 相比，碳和硅的含量要低一些，以保证铸件获得 白口组织。但也不能太低，否则退火时难以石墨 化，延长退火周期。 可锻铸铁的成分一般为：C：2.2%～2.8%，Si： 1.2% ～ 1.8% ， Mn ： 0.4% ～ 0.6% ， P<0.1% ， S <0.25%。
二次结晶（1154℃→738℃）
பைடு நூலகம்
石 墨 化 第 二 阶 段
共析石墨化
三次结晶（ 738 ℃→室温）
铸铁中析出碳原子形成石墨的过程，按Fe—C相图结晶的过程。 石墨化过程分为二个阶段： 第一阶段：高于共析转变温度的石墨化称石墨化第一阶段。 在1154℃以上时液相析出一次石墨L→C
在1154℃时通过共晶反应而形成石墨Le—A+C
可 锻 铸 铁 分 类
铁素体基体 的可锻铸铁
可锻铸铁断口呈黑灰色，俗称黑心 可锻铸铁，这种铸铁件的强度与塑 性与韧性均较灰口铸铁的高，非常 适合铸造薄壁零件，是最为常用的 一种可锻铸铁。 可锻铸铁件断口呈白色，俗称白心 可锻铸铁，这种可锻铸铁具有较高 的强度、硬度和耐磨性，塑性和韧 性则较低。应用不多。
第三节
合金铸铁
往铸铁中加入一定的合金元素，称合金铸铁。其目的使铸铁具 有某些特殊的性能，如耐磨、耐热、耐蚀等。
一、耐磨铸铁 根据工作条件的不同，耐磨铸铁可以分为减摩铸铁和抗磨铸铁 两类。
减摩铸铁用于制造在润滑条件工作的零件，如机床床身、导轨和 汽缸套等。这些零件要求较小的摩擦系数。 抗磨铸铁用来制造在于摩擦条件下工作的零件，如轧辊、球磨机 磨球等。
特点： 机械性能较差
耐磨性好
减振性好 缺口敏感性低 铸造性能和切削加工 性能良好 价格低廉。
应用：
广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、 交通运输等部门。尤其在机床制造（制造机床 床身、导轨）工业用量很大。
一般来说，铸铁中的碳以石墨形式存在时， 才能被广泛应用。
二、铸铁的石墨化
石墨化:

性能
灰铸铁与普通碳钢相比，具有如下特点： •机械性能较差 •耐磨性好
•减振性好
•缺口敏感性低
•铸造性能和切削加工性能良好
（二）灰铸铁的孕育处理 孕育处理（或称变质处理）：在浇注前往 铁水中投加少量硅铁、硅钙合金等作孕育剂，使 铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石墨片及基 体组织得到细化。 经过孕育铸铁称为孕育铸铁，其不仅强度 有很大提高，而且塑性和韧性也有所改善。因此 ，孕育铸铁常用作力学性能要求较高、截面尺寸 变化较大的大型铸铁件。
铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。
石墨化程度 ，基体中P数量 所以，石墨化程度决定了铸铁的组织
1、Fe—Fe3C与Fe—C双重相图 石墨的结构及性能 石墨是 C 的一种结晶形态，具有六方晶格 。 Wc=100% 石墨本身的强度和塑性非常低。（σb =20MPa ；δ≈ 0） 组织松软，可起润滑剂作用。 石墨是稳定相（Fe3C是亚稳定相）
第二节 一、 灰铸铁
常用铸铁
碳大部或全部以石墨形式存在，其断口呈 暗灰色，故称为灰铸铁。
灰铸铁是一种价格便宜的结构材料，在铸 铁生产中，灰铸铁产量约占80%以上。
（一）灰铸铁的成分、组织与性能
成分：灰铸铁的化学成分一般为： C ： 2.7% ～ 3.6% ， Si：1.0%～3%， Mn：0.4%～1.2%，S<0.15%；P<0.3%。 组织：由金属基体和片状石墨两部分组成。 根据石墨化进行的程度不同，可分为三种不同基体组 织的灰铸铁： （1）铁素体灰铸铁（F+片状G）； （2）铁素体－珠光体灰铸铁（F+P+片状G）； （3）珠光体灰铸铁（P+片状G）。
在1154～738℃冷却过程中，由奥氏体中不断析出二次石墨即C2 A→A+CII (1154℃→738℃)
第二阶段：共析转变或低于共析转变温度的石墨化称石墨化第二阶 段。
在738℃时通过共析反应形成石墨
As—Fp+C
在温度低于738℃时,铁素体析出石墨F→CII
影响石墨化的主要因素是铸铁的成分和冷却速度。
在同一温度下，石墨在液相、奥氏体和铁素体 中的溶解度分别低于渗碳体在这些相中的溶解度。 同时， Fe—C 系的共晶温度比 Fe—Fe3C 系相应的温 度要高。
复线铁碳相图，是在实线的Fe-Fe3C相图上再叠加上虚线的FeG相图，不同点在于： （1）Fe- C共晶、共析温度高些，1154℃,738℃ （2）Fe- C共晶、共析成分左移，4.26%,0.68%
石墨形态
灰铸铁 灰 口 铸 铁
片状石墨
可锻铸铁
球墨铸铁 蠕墨铸铁
团絮状
球状 蠕虫状
石墨形态对铸铁性能的影响
石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截
面积，引起应力集中。 • 片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状作用轻。 变质处理后，石墨片细化，割裂作用减轻，强度提高。 • 蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。 • 可锻、球状铸铁中石墨对基体割裂作用小，强度、塑性 提高
（3）溶解度曲线向左移: 2.08%
（4）液相线C'D'稍高于Fe-Fe3C相图 共晶：LC' --> C +AE' 共析： AS'---> C +FP‘ (1154℃) (738℃)
2、石墨化的过程
石墨化：铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。 石 墨 化 第 一 阶 段 一次结晶和共晶石墨化
消除铸件白口，降低硬度，便于切削加工。
二、 可锻铸铁(俗称马钢、马铁) 可锻铸铁的制作过程是：先铸造成白口铸铁，再进行 “可锻化”退火将渗碳体分解为团絮状石墨，得到铁素体 基体加团絮状石墨或珠光体（亦或珠光体及少量铁素体） 基体加团絮状石墨。 由于石墨呈团絮状，减轻了石墨 对金属基体的割裂作用和应力集中。 可锻铸铁相对灰铸铁有较高的强 度，塑性和韧性也有很大的提高，因 其具有一定的塑性变形的能力，故得 名可锻铸铁。 注意：实际上可锻铸铁并不能锻。
石墨析出的条件：
（1）含碳、硅较高的铁水在缓冷时直接析出石墨。
（2）已经形成的渗碳体在高温长时间退火可使渗碳体分解析出石 墨碳。
因此，要描述铁碳合金 的相图应有两个。即可用 Fe—Fe3C （ 图 中 实 线 ） 与 Fe—C（图中虚线） 由图可见，虚线在实线 上方，表明Fe—C系较Fe— Fe3C系更为稳定。
促进石墨化的元素：C和Si是强烈的促进石墨化 元素。 P促进石墨化微弱。 阻碍石墨化的元素：S、Mn。加Mn (Mn+S→MnS) ，削弱硫的危害。 2．冷却速 度的影响 缓慢冷却有利于扩散，石墨化过程可充分进 行，结晶的石墨又多又大； 而快冷则阻碍石墨化，促使白口化。
1．成分 的影响
铸铁的冷却速度主要决定于铸件的壁厚和铸型材料。 例如铸铁在砂型中冷却比在金属型中冷却慢；铸件越厚，冷
二、耐热铸铁 铸铁在高温条件下工作、通常会产生氧化和生长等现象。 氧化是指铸铁在高温下受氧化性气氛的侵蚀，在铸件表面发生的 化学腐蚀的现象。由于表面形成氧化皮，减少了铸件的有效断面， 因而降低了铸件的承载能力。
生长是指铸铁在高温下反复加热冷却时发生的不可塑的体积长大， 造成零件尺寸增大，并使机械性能降低。 铸件在高温和负荷作用下，由于氧化和生长最终导致零件变形、翘 曲、产生裂纹，甚至破裂。所以铸铁在高温下抵抗破坏的能力通常 指铸铁的抗氧化性和抗生长能力。耐热铸铁是指在高温条件下具有 一定的抗氧化和抗生长性能，并能承受一定载荷的材料。
第八章 铸铁
铸铁的概念
铸铁与钢相比有何特点。
石墨化的概念，影响石墨化的因素
铸铁的分类和组织、用途
石墨形态对铸铁性能的影响
第一节
一、铸铁的成分和特性
概论
铸铁：含碳量超过2.11%的铁碳合金。 工业上常用铸铁成分： C: 2.5-4.0%，Si：1.0-3.0%，Mn：0.5-1.4%， P≤0.3%，S ≤0.15%。
灰铸铁的热处理主要是为了减小铸铁的内应力，提高 表面硬度和耐磨性等。 常用的热处理工艺有以下几种： 1．去应力退火
消除铸造内应力，防止铸件开裂或减少变形
2．表面淬火
有些铸铁件如机床导轨、缸体内壁，因要求较高的表面硬度和 耐磨性，要进行表面淬火。淬火后表面的硬度可达50～55HRC。
3．高温退火(石墨化退火）
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球墨铸铁按其基体组织不同，可分为：
（1）铁素体球墨铸铁；
（2）铁素体－珠光体球墨铸铁； （3）珠光体球墨铸铁。
由于球墨铸铁中的石墨呈球状，其割裂基体的作用及应力集中 现象大为减小，可以充分发挥金属基体的性能，所以，它的强度和 塑性已超过灰铸铁，接近铸钢。 （二）、球墨铸铁的牌号及用途 球墨铸铁的牌号是由“球铁”两字的汉语拼音的第一个字母 “ QT” 及两级数字组成，两组数字分别代表其最低抗拉强度和伸长 率。如 QT400 － 18 表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为 400MPa ，最低 伸长率为18%。
珠光体基体 的可锻铸铁
(二)可锻铸铁的牌号及用途
可锻铸铁的牌号是由三个字母及两组数字组成。前两个 字母“KT”是“可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，第 三个字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别代表最 低抗拉强度和伸长率的数值。 如 KTH300 － 06 表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为 300MPa，最低伸长率为6%。 KTZ450 － 06 表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为 450MPa，最低伸长率为6%。