材料加工物理 第二节 灰铸铁

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F 型石墨(星状)

E 型石墨(枝晶片状) D 型石墨(枝晶点状)

C 型石墨(块片状)

B 型石墨(菊花状) A 型石墨(片状) 1.2.1 灰铸铁的组织与性能 (1) 石墨的形态

第二节 灰铸铁

➢ 灰铸铁的组织与性能 ➢ 提高灰铸铁性能的途径 ➢ 灰铸铁研究和生产的新进展

(3)

灰铸铁的性能特点 ① 力学性能

➢ 灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。

➢ 灰铸铁的机械性能利用率仅有30％（与钢比）

表 灰铸铁与铸造碳钢力学性能比较

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性能指标 抗拉强度 σb /

MPa 延伸率 / % 冲击韧性 αk / J

弹性模量 E/

MPa 铸造碳钢 400~650 10~25 20~60 20×104 灰铸铁

100~400

~0.5

~5.0

(7~16)×104

3

P+G 片

F+P+G 片 F+G 片 (2) 基体组织

(4)

灰铸铁的国家标准 标准号：GB/T 9439-2010

φ30mm 单铸试棒的抗拉强度和布氏硬度

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牌号 最小抗拉强度Rm （MPa ）

布氏硬度(HBW)

HT100 100 ≤170 HT150 150 125-205 HT200 200 150-230 HT225 225 170-240 HT250 250 180-250 HT275 275 190-260 HT300 300 200-275 HT350

350

220-290

② 减震性好 用于机床、缸体、缸套 ③ 导热性好 用于缸体、缸套、排气管、铁锅 ④ 加工性能好 硬度HB170~250 ⑤ 铸造性能好。可浇注复杂和薄壁铸件 ⑥ 成本较低 成本仅为锻钢1/3 ~1/4

钢、球铁、灰铸铁振动衰减图

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①

共晶度

表：元素对Fe-C 相图的影响

碳当量： CE

C 1

(Si

3

8

元素

铁－石墨系

共晶温度

℃

共析温度

共晶点碳 量 (%) γ饱和碳

量

共析点

碳量

S - + -0.36 + - Si +14 ++ -0.31 - - Mn -8 - -0.027 +

- P -21 + -0.33

-

Cr -6 + +0.063 + -

Ni +3 - -0.053 -

Cu +3 - -0.074

Co + -

V - + +0.135

Ti - +

Al + + -0.25 Mo

-10

+

+0.025

(5) 灰铸铁的冶金质量

同一成分的铁水经不同的处理，可获得不同性能的铸铁，因此，必须对灰铸铁件生产的冶金过程作周密的考虑，以便既能得到要求的强度指标，又能保证铸铁具有良好的工艺性能。 为了衡量灰铸铁的冶金质量，提出了一些综合性指标。

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表

同等强度下中日机床铸件共晶度对比

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抗拉强度(MPa)

国家牌号 C(%) Si (%) 平均C (%) 平均共晶度

250

日本FC25

3.25~3.35

1.85~

2.05

3.95

0.90

中国HT250

3.10~3.30 1.50~1.80 3.75 0.85

300

日本FC30 3.15~3.25 1.80~2.00 3.83 0.87 中国HT300

2.90~

3.20 1.40~1.70 3.61 0.82

350

日本FC35 3.10~3.20 1.75~1.95 3.76 0.85 中国HT350

2.80~

3.10

1.30~1.60

3.43

0.77

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式中 C 铁——铸铁实际含碳量(%)；

C c '——稳定态共晶点的含碳量(%)； Si 、P ——铸铁中硅、磷含量(%)

S c 的大小还能间接地推断出铸铁铸造性能的好坏以及石墨化能力的大小，因此是一个较重要的参数。

4.26% 1 / 3(Si P )

C

铁 C S C / C ' 铸铁偏离共晶点的程度，还可用铸铁的实际含碳量和共晶点 的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以S c 表示。

C 铁

共晶度：

表

中德缸体缸盖的碳当量和共晶度对比

德国单缸缸盖Mo0.25%, 双缸缸盖Ni0.75%, 6缸缸盖Cu0.3%, 柴油机双缸缸盖Ni1.1% 中国一汽缸盖Mo0.5%，红岩缸盖Cu0.4%，195缸盖Cu0.9%

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铸件 公司名 C(%) Si(%) CE(%) 共晶度 Cr(%) σb (MPa)

德国

单缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.9-2.0 4.10 0.94 0.15 ≥250 双缸缸盖 MAN 3.5-3.55 1.7-1.8 4.10 0.94 0.30 ≥250 6缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.7-1.8 4.03 0.93 0.30 ≥250 柴油机缸盖 Motortex 3.4-3.45 1.8 4.02 0.92 0.3 ≥250

中国

缸盖

一汽 3.2-3.4 1.8-2.0 3.93 0.90 0.5 ≥250 EQ140缸体 二汽 3.2-3.4 1.9-2.1 3.96 0.90 0.3 ≥250 缸盖

红岩 3.1-3.3 1.6-2.1 3.81 0.86 0.3 ≥250 195缸盖

常柴

3.19

1.58

3.71

0.85

0.33

≥270

日本的FC35与中国的HT250共晶度、碳当量相当，而抗拉强度却与中国的HT350相当；相同的牌号日本的共晶度却比我国高出0.05～0.08，碳当量高出0.20%~0.33%。

目前国外机床铸件比我国同类型铸件高一个牌号，正因为强度高碳当量也较高，国外机床不断地向轻量化方向发展，机床铸件主要壁厚从20~25mm 减至14~20mm ，比我国机床铸件薄5~15mm 。

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