铸铁及应用(精)

铸铁的石墨形态有几种？试述石墨形态对铸铁性能的影响。
铸铁的石墨化过程是如何进行的？影响石墨化的主要因素 有哪些？
试述灰铸铁片状石墨的形成机理及其热处理特点。 试述球墨铸铁的组织及热处理特点。 试述蠕墨铸铁显微组织和性能特点。 可锻铸铁是如何获得的？为什么它只宜制作薄壁小铸件？ 比较灰口铸铁与碳钢在化学成分、组织和性能上的主要差 别。
灰铸铁
游离的石墨
渗碳体
麻口铸铁 游离的石墨
石墨与基体对铸铁性能的影响
灰铸铁 分类 Grey cast iron 球墨铸铁 可锻铸铁 Spheroidal Malleable cast graphite cast iron iron
片状 flake 石墨 形态
球状 spherical
团絮状 flocculent
替代部分铸钢、锻钢件
连杆
铸铁曲轴
四、蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕 墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。 蠕化剂为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁 钙合金等。 蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G
蠕墨铸铁的组织
珠光体基体
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
黑心可锻铸铁（ F＋G）
可锻铸铁石墨化退火工艺曲线
牌号
力学性能
种类
牌号 KTH300-06
σb MPa 300 330
σs MPa — —
δ % 6 8
不小于源自文库
硬度 HBS
黑心可锻 KTH330-08 铸铁 KTH350-10 KTH370-12
350
370
200
—
10
12
≤150
KTZ450-06
HT+三位数字，表示最低的抗拉强度。如：HT100， HT150、HT200、 HT250、 HT300、 HT350 。
组织
石墨片的 三维形貌 ①铁素体灰铸铁（F+G）
②珠光体灰铸铁（ P+G ）
③铁素体加珠光体灰铸铁(F+P+G)
牌号
分类 牌号 HT100 普通 灰铸铁 HT150 HT200 HT250 孕育铸铁 HT300 HT350
在汽车上，重量约为50%~70%的金属材料为铸铁。如：汽缸体、 变速箱体、后桥壳、曲轴等。随着科技的发展，新型铸铁的不 断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部 件（曲轴、齿轮），形成了以铁代钢的趋势。
根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：
白口铸铁 碳存在的形式 及断口的颜色
渗碳体
蠕墨铸铁的性能
蠕墨铸铁的力学性
能介于灰铸铁与球墨铸
铁之间。并且具有优良
灰铸铁
蠕墨铸铁
球墨铸铁
的抗热疲劳性能。
它的铸造性能和减 振性能都比球铁为优。
灰铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁
蠕墨铸铁用途
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
硬度 HBS 130~180 130~180 160~210 170~230 190~270 225~305
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2
F F F F+P P+F P P或回 火组织 B或回
QT800-2
QT900-2
800
900
生产周期长，工艺复杂，成本较高， 已部分地被球墨铸铁所代替。
可锻铸铁管件
三、球墨铸铁

石墨呈球形的灰口铸铁。 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。

球化剂为镁、稀土和稀土镁。
稀土镁
为避免白口，并使石墨细小均匀，在 球化处理同时还进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。
硅 钙
硅铁
牌号 意义
虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋 予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：
石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。
铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀， 减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。
石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好 的耐磨性能。
石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。
等。
玻璃模具
制动鼓
各种铸铁的化学成分/%
化学成分/% 铸铁类型 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁
C 2.73.9 2.42.8 3.53.9
Si 1.12.4 0.81.4 2.02.1
Mn
P
S <0.1 <0.18 < 0.03 < 0.1
0.5-1.4 <0.3 0.3-0.6 <0.2 0.3-0.8 < 0.1 0.4-0.8 < 0.1
例如QT400-15，QT为球铁代号，400表示抗拉强 度不低于400MPa，15表示伸长率不低于15%。
力学性能
牌号
基体组织
σb σs δ （MPa） （MPa） （%）
不小于 400 400 450 500 600 700 250 250 310 320 370 420 18 15 10 7 3 2
基体 组织
基体（F 、F + P 、P）
铸铁性能
铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量 、形状、大小及分布特点。 石墨机械性能很低，硬度仅为3HB～5HB，抗拉强度为 20MPa，延伸率接近零。
石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多。 石墨的形态
粗片状 细片状 团絮状 球状 抗拉强度 （MPa） 100-200 200-400 450-700 600-800 伸长率 （%） 0-0.3% 0.2-0.5% 2.5-5% 2.0-4.0 无缺口试样 冲击韧度 (J/cm2) 0-3 3-8 5-15 15-30
在铸铁中加入Al、Si、Cr等元素，一方面在铸件表面形成 致密的SiO2、Al2O3、Cr2O3等氧化膜，阻碍继续氧化；另一 方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生 石墨化过程，从而改善铸铁的耐热性。 耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等 。其中铝系耐热铸铁脆性较大，而铬系耐热铸铁的价格较贵 ，所以我国多采用硅系和硅铝系耐热铸铁。
机床床身、各种箱体、壳体、泵 体、缸体。
变速箱体
重型机床床身(HT250)
大型船用柴油机汽缸体(HT300)
二、可锻铸铁
石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退 火获得的。石墨呈团絮状，对基体破坏作用较小，所以比 灰铸铁具有较高的强度强度为碳钢的４0-７0%，接近于 铸钢、塑性和冲击韧度，但不能锻造。 命名
耐蚀铸铁
普通铸铁的耐蚀性很差，这是因为铸铁本身是一种多相合 金，在电解质中各相具有不同的电极电位，其中以石墨的电极 电位最高，渗碳体次之，铁素体最低。电位高的相是阴极，电 位低的相是阳极，这样就形成了一个微电池，于是作阳极的铁 素体不断被消耗掉，一直深入到铸铁内部。 提高铸铁耐蚀性的主要途径是合金化。在铸铁中加入Si、 Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保护膜，或使基体电极电 位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。另外，通过合金化，还可 获得单相金属基体组织，减少铸铁中的微电池，从而提高其抗 蚀性。目前应用较多的耐蚀铸铁有高硅铸铁、高硅钼铸铁、铝 铸铁、铬铸铁等。
KT+种类+三位数字-两位数字，种类：H：黑心铸铁，Z 珠光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的 伸长率。如KTH300-06，KTZ450-06
性能 强度为碳钢的40~70%，接近于铸钢。

名为可锻，实不可锻
可锻铸铁的石墨化退火
组织
基体(F、P)＋团絮状G
珠光体可锻铸铁（ P＋G）
抗拉强度值，MPa
显微组织 基体 F F+P P P 细P S或T G 粗片 较粗片 中等片 较细片 细片
性能

耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。

抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。 消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收 缩小。 切削加工性好 —— G 使切屑易断，还可润滑刀具 抗拉强度低、塑韧性很差——基体强度不能充分发挥，其强 度利用率仅30~50%，表现为σb很低，塑性和韧性几乎为零
480
600
2
2
245~335
280~360
组织
球状G + 金属基体（F， F+P，P，S回，B下等）。球 状G孤立分布，理想的是 “小、 匀、圆、适量”。 铁素体球墨铸铁(F+ G)
珠光体球墨铸铁(P+ G)
铁素体加珠光体球墨铸铁(F+P+ G)
性能
球状石墨对基体的割裂作用小！
强度是碳钢的70~90%。具有灰铸铁的优点：良好的铸 造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性等，又具 有与中碳钢相媲美的力学性能。
灰铸铁的热处理
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%，所以灰铸铁热处理不能显著改 善其力学性能，主要为消除铸件内应力，稳定尺寸，改 善切削加工性能和提高表面耐磨性。
灰铸铁常用的热处理有：
① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火或正火 ③ 表面淬火
应用 制造承受压力和震动的零件,如
耐热铸铁
普通灰口铸铁的耐热性较差，只能在小于400℃的温度 下工作，在高温下工作的炉底板、换热器、坩埚、热处理炉 内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。耐热铸铁是指在高温 下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁。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 却时发生的体积长大，造成零件尺寸增大，并使力学性能降 低。铸件在高温和有负荷作用下，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。
（1）消除内应力退火 （2）高温石墨化退火 消除游离渗碳体
（3）低温石墨化退火 消除共析渗碳体
（4）正火处理和调质处理 获得珠光体的组织和提高珠 光体的分散度 （5）等温淬火处理 得到B体或A—B体基体组织。提高 综合机械性能 （6）表面淬火 （7）化学热处理 氮化、渗硼和渗硫等
典型用途
承受震动、载荷大的零件， 如曲轴、传动齿轮等。
KTZ550-04 珠光体 可锻铸铁 KTZ650-02 KTZ700-02
450
550 650 700
270
340 430 530
6
4 2 2
150~200
180~230 210~260 240~290
典型用途 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。
职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工设备认知与制图》课程
铸铁及应用
吉林工业职业技术学院
第一节
概述
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。实际应用的铸铁中 还会含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。为了提高铸铁 的性能，还可以加入一定量的合金元素，组成合金铸铁。 同钢相比，虽然强度、塑性和韧性较低，但是铸铁熔炼简 便，成本低廉，具有优良的铸造性能、很高的耐磨性、良好的 减振性和切削加工性能等一系列的优点，因此而获得较为广泛 的应用。
球墨铸铁的热处理特点
共析转变不是在恒定的温度下进行，而是在一个较宽 的温度范围内进行

改变热处理T和t
不同比例的F和P基体组织 较大幅度地调整铸铁的力学性能
奥氏体含C量可在较宽范围内变化 石墨是C的“仓库”，既可在高温时输出给奥氏体， 也可在冷却时容纳奥氏体中析出的C G参与相变，但一般不能改变G形状与分布 一般热处理工艺方法基本上可采用
常用铸铁
铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。 铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。 通常铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成，也可将 白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮 状形态的石墨。
一、灰铸铁
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。 命名
3.53.9
2.12.8
第三节 特殊性能铸铁
工业上除了要求铸铁有一定的力学性能外，有时还要求它 具有较高的耐磨性以及耐热性、耐蚀性。为此，在普通铸铁的 基础上加入一定量的合金元素，制成特殊性能铸铁，主要包括 ：耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁。
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。减磨铸铁用于制造在有润滑条件时工作的零件，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。 常用的减磨铸铁主要有磷铸铁、硼铸铁、钒钛铸铁和铬钼铜铸 铁。抗磨铸铁用来制造在干摩擦条件下工作的零件，如轧辊、 球磨机磨球等。常用的抗磨铸铁有珠光体白口铸铁、马氏体白 口铸铁和中锰球墨铸铁。