铸造合金

（5）球墨铸铁的热处理 1）退火 最终获得铁素体球铁。 当铸态组织为F+P+Fe3C+G时， 进行高温退火，将铸件加热到 900-950℃，保温3-6h，随炉冷 到600℃，出炉空冷。
当铸态组织为F+P+G时，进 行低温退火，将铸件加热到 720-760℃左右，保温2-8h，炉 冷到600℃，出炉空冷，获得 铁素体基体的球铁。
第一：铸出白口铸铁坯；
毛坯不能有石墨存在，
否则将导致废品。
第二：石墨化退火。
白口铁
可锻铸铁的石墨化退火工艺
C：2.4~2.8%；Si：<1.4%
生产周期长（50-70h），工艺 复杂，成本高； C、Si含量低，熔点高 （1300℃ ），结晶范围大，导致 流动性差，收缩大。 需高温浇注、顺序凝固
冷却速度主要取决于铸 型材料和铸件壁厚。
对于薄壁件容易得到 白口组织，要获得灰口 组织就应增加碳、硅含 量；反之亦然。
冷却速度对铸铁组织的影响
铸铁成分（C+Si）和铸件壁厚（冷速）对铸铁组织的影响
4) 灰 铸 铁 的 牌 号 及 应 用
5)、灰铸铁的孕育处理
（变质处理： 变质铸铁、高强度铸铁） 孕育处理：为了提高灰口铁的强度，尽量使石墨片细化， 对其进行孕育处理。即在铸造之前向铁液中加入了孕育 剂（或称变质剂）Si75-Fe，结晶时石墨晶核数目增多， 石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。
可锻铸铁
团絮状 “G”
球墨铸铁
球状 “G”；
蠕墨铸铁
蠕虫状 “G”
1、灰铸铁 脆性材料
1)、灰铸铁的组织 显微组织：金属基体 + “G”片
三种组织：
（1） 珠光体灰铸铁 P +“G”片
HT200
（2） 珠光体-铁素体灰铸铁 P+F+“G”片 HT150
（3） 铁素体灰铸铁 F +“G”片
HT100
Mn: 锰与硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提 高铸铁的强度。锰是阻碍石墨化的元素，增加白口倾 向。生产中常加入0.6～1.2%锰铁，控制铸铁组织。
（2）冷却速度 冷却速度越慢，越有利于石墨化过程的进行。
在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩 散能力，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。
4）等温淬火 获得高强度、一定塑性及韧性的B球铁。 加热到860-900℃，在250-300℃的等温盐浴等温处理 0.5-1.5h后空冷。
贝
制
氏
品
百度文库
(
体
轧
基
辊
球
与
墨
辊
铸 铁
)
环
组织
4)、球墨铸铁的牌号及应用
• 用途 • 承受震动、载荷大的零件，
如曲轴、传动齿轮等。
铸铁曲轴
4、蠕墨铸铁 是近年来发展起来的一种新型工程材料 1)蠕墨铸铁的组织特征
3）高碳铸钢 含碳量0.5-0.6%，ZG340-640，组织为：P+少量F 硬度高，塑性低； 流动性好，收缩较小，但导热性差，仅适合耐磨件。
2. 碳钢的铸造工艺特点
铸造性能差 ∵熔点高，浇注温度高，
流动性差，易氧化和吸气，同时体积
收缩率大。壁厚不能小于8mm
1）型砂的强度、耐火度、退让性
和透气性要高。
孕育铸铁的性能及应用：
孕育铸铁适合于动载荷 较小、静载荷较大、要求 耐磨和减震的重要铸件， 尤其是厚大截面的铸件。
6)、灰铸铁的热处理 1）消除内应力的退火
大型、复杂的或精度要求较高
铸件（如：床身、机架）在机加
工前进行去应力退火：500-600℃
2）消除铸件白口，改善切 削加工性退火：
850-900℃保温,
2）正火 目的：增加基体中P量，以提高强度、硬度及耐磨性。
高温正火:880℃-920℃,细珠光体+石墨+F（少量） 低温正火:840℃-860℃，P+F基体的球墨铸铁
球墨铸铁中的牛眼状 铁素体组织
珠光体基球墨铸铁
正火后冷却速 度越快，F含 量越少；但会 引起内应力， 需进行消除应 力退火。
3）调质 用于一些要求较高或截面较大的球铁件，如大 型曲轴和连杆。860-900℃+550-620℃;
常用的铸造碳钢的牌号、成分和力学性能
1）低碳铸钢 含碳量<0.25%，如ZG200-400 ，组织为：F+少量P 强度、硬度低，塑性韧性好；
但熔点高，流动性差，铸造困难。应用较少 2）中碳铸钢 含碳量0.25-0.45%，如ZG310-570 ，组织为：F+P 强度、硬度较高，塑性韧性较低； 流动性好，热裂倾向小，但导热性差，应用最多。
使Fe3C分解，炉冷
至400℃后空冷。
活 塞
环
3）表面淬火
刨床 床身
汽 缸
气缸套 套
• 用途 • 制造承受压力和震动的零件,
如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
变速箱体
重型机床床身(HT-250)
大型船用柴油机汽缸体(HT-300)
2、可锻铸铁 玛铁 1)、定义及性能：可锻铸铁是白
口铸铁在固态下经长时间石墨化
硅是强烈促进石墨化的 元素。含硅量过少，即使 高含碳量石墨也不宜析出， 容易形成白口组织。
灰铸铁中：2.5-4.0%C，
1.0-3.0%Si。
S：硫是强烈阻碍石墨化的元素，能促进铸铁白口化， 形成热脆性，并降低流动性，增大收缩，产生热裂。 有害元素，应严格限制其含量在0.1%以下。
P: 磷对石墨化影响不显著，磷含量大于0.3%时会形 成硬而脆的磷共晶，能提高铸铁的耐磨性，但又会形 成冷脆性，对于灰铸铁含磷量应限制在0.15%以下。
（2）灰口铸铁 指碳主要以石墨形式出现的铸铁，断 口呈灰色。强度低塑性差，但铸造性能好，是工业中 应用最广的铸铁。
（3）麻口铸铁 属于白口铁和灰口铁之间的过渡组织， 其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。断口灰白相间。 硬、脆，难加工，很少应用。
其中灰口铸铁又以“G”形态的不同，分为：
（普通）灰铸铁 C以片状 “G”
玻璃模具
制动鼓
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
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
中速冷却 缓冷
珠光体 铁素体 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁
白口铸铁 珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁 珠光体
石墨化退火
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
二、 铸钢 15% 铸钢特点：
铸造合金
常用铸造合金：铸铁、铸钢
和非铁合金中的铝、铜合金。
内
燃
铸铁：是以铁、碳和硅为主要元
机
汽
素的多元合金。常用成分如下表：
缸
铸铁曲轴
一、铸铁
根据碳在铸铁中的存在形式分类
（1）白口铸铁 指碳主要以Fe3C形式出现的铸铁，断 口呈银白色。极硬且脆，很难切削加工。多制作耐磨零
件，如犁、铧、磨球等，或制造冷硬铸铁件，如轧辊。
3、 球墨铸铁 1947年
灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但球状 石墨则是最为理想的一种石墨形态。 1)、定义：在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂 进行球化处理和孕育处理，获得石墨呈球状分布的 铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。
2)、球墨铸铁的组织 对基体割裂作用进一步减轻
3)、球墨铸铁的生产
（1） 铁液的化学成分: C↑(3.6-4.0%) ，Si（22.6%）， S、P↓
（2）球化剂和孕育剂 球化剂（稀土镁合金)的作用：使石墨 呈球状析出；加入量1-1.6%铁液质量。 孕育剂(硅铁 75%Si)的作用： 促使石墨化，防 白口。加入量0.41%铁液质量。
(3) 球化处理 常用冲入法
(4 ) 球墨铸铁的铸造工艺特点
1铁液高温出炉：经球化及孕育处理温度要降低40 ℃ ； 2采用顺序凝固：球铁收缩大，易形成缩孔缩松；
收缩会随铸型的刚度而改变。
铸件的外壳强度很低，球 状石墨析出引起的膨胀力 很大。若铸型的刚度不足， 铸件外壳将向外胀大，造 成铸件内部的铁水不足， 在铸件最后凝固的部位产 生缩孔和缩松。
3严格控制S含量及型砂中的水分：易产生皮下气孔。
灰口铸铁中石墨片的特征是片长、较薄、端部较尖； 球墨铸铁中的石墨大部分呈球状； 石墨形态介于片状和球状石墨之间，呈短片状，片 端钝而圆，类似蠕虫。
蠕墨铸铁的显微组织
2)蠕墨铸铁的性能
力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性 能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁 相近；强韧性不如球铁。
断面敏感性教灰铸铁小，厚达截面上性能较均匀。
退火，获得具有团絮状石墨的铸
铁。由于石墨呈团絮状，故抗拉
强度↑，塑、韧↑。
珠光体可锻铸铁
黑心可锻铸铁
可锻铸铁的石墨化退火
2)、牌号及应用
• 3）、用途 • 用于制造形状复杂且承受振
动载荷的薄壁小型件，如汽 车、拖拉机的前后轮壳、管 接头、低压阀门等。
可锻铸铁管件
黑心可锻铸铁件
4)、可锻铸铁的生产
3)、影响灰铸铁组织和性能的主要因素
分析三种灰铸铁：
C化合=0.8%时，为P灰铁，石墨片细小，分布均匀， 强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。
C化合 < 0.8%时,为（P+F）灰铸铁，石墨片较粗大， 强度低，适于一般机件。其铸造性能和减振性均优于
前者，应用最广。
C化合=0时,为F灰铸铁。 强度硬度最差，很少用。
3)蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途
蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与 球墨铸铁之间。
灰铸铁
蠕墨铸铁 球墨铸铁
灰铸铁
蠕墨铸铁 球墨铸铁
球
墨
铸
蠕铁
墨
灰 铸
铸 铁
铁
• 蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构 复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、 柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐 压泵的泵体等。
2、铸铁的性能特点
⑴ 力学性能低。由于 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。
铸铁与铸钢的强度比较
• ⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
• ⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
• 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。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
结论：必须控制石 墨化程度来控制铸 铁的组织和性能。
铸铁的石墨化：在铸铁组织中形成石墨的过程。
影响铸铁组织和性能的主要因素与影响铸铁石墨化 的因素是一致的，即为化学成分和冷却速度。
（1）化学成分 C、Si、Mn、S、P
碳和硅 对铸铁的组织和 性能起着决定性的影响
碳是形成石墨的元素， 也是促进石墨化的元素。
力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，焊接性 能优良，适于采用铸、焊联合工艺制造重型机械。 但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。
铸钢用途：
承受重载荷及冲击载荷的 零件，如铁路车辆上的摇 枕、侧架、车轮及车钩， 重型水压机横梁，大型轧 钢机机架、大齿轮等。
摇枕侧架
1 、铸钢的分类、性能和应用 铸造碳钢 易于制取、较经济，占80% 以上 铸造合金钢 ZGMn13铸造火车道岔
2）使用补缩冒口和冷铁
3.铸钢件热处理
1）原因：为了细化组织，消除内应力，改善偏析 ，提高铸件的力学性能。 2）工艺：正火后的力学性能较退火高，且生产率 高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但正火 较退火的内应力大，因此形状复杂、含碳量超过 0.35%的铸钢件，则需退火。