铸铁PPT演示课件
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3
4
二、铸铁的分类
根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固 后断口颜色的不同，可分为三大类：
白口铸铁： 碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗
碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色； 麻口铸铁：
碳既以化合状态的渗碳体析出，又以游离状态的石墨 析出，凝固后断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色的石墨 ； 灰口铸铁：
工程材料——铸铁
河北理工大学 机械工程学院
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第八章 铸铁
第一节 铸铁的石墨化 第二节 灰铸铁 第三节 球墨铸铁 第四节 蠕墨铸铁 第五节 可锻铸铁 第六节 合金铸铁
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概述
铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、 硫、磷等元素的铁碳合金。
铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许 多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛 ，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造 各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的 汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧 辊及机器的底座等。
12
13
铸铁的石墨化
铸铁中碳原子析出并形成石墨过程称为石墨化。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过
渗碳体分解来获得。
灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出； 可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，
由渗碳体分解而得到。
14
铸铁的石墨化
按照Fe－G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段： 第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨(过共晶铸铁)
19
外因---冷却速度
在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高 温下长时间保温，均有利于石墨化。
在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁 厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石 墨化，反之亦然；
在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织， 使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。
碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口 呈灰色 。
5
普通灰口铸铁
可锻铸铁
球墨铸铁
6
铸铁的分类
按照石墨的形态,铸铁可分为: 石墨呈片状铸铁,称灰铸铁； 石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁； 石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁； 石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。
7
从灰铸铁金相照片中看 到的片状石墨，实际上 是一个立体的多枝石墨 团。由于石墨各分枝都 长成翘曲的薄片，在金 相磨片上所看到的仅是 这种多枝石墨团的某一 截面，因此呈孤立的长 短不等的片状（或细条 状）石墨。
和在1154℃通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在1154℃～738℃温度范围内奥氏体沿
E'S'线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在738℃通过共析反应析出共析石墨。
15
影响石墨化的因素
影响铸铁石墨化 的因素可分为内 因和外因两个方 面，内因是化学 成分，外因是冷
却速度。
16
22
灰铸铁的化学成分
碳含量一般控制在： 2.5%～4.0% 硅含量一般控制在：1.0%～2.0%。
23
灰铸铁的组织
24
灰铸铁的力学性能
灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对 基体的严重割裂所致。石墨强度、韧性极低，相 当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效 截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基 体的割裂作用越严重，其抗拉强度越低
内因---化学成分
促进石墨化和阻碍石墨化二类。
1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，
石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，
从而促进了石墨化； 在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，
所以有： 碳当量CE=C%+1/3Si%
20
碳 7.0 硅 当 量
6.0
来自百度文库
影响石墨化的因素
铸件壁厚(冷却速度）和成分对铸铁组织的影响
F+G
5.0
4.0 Fe3C Fe3C+P 10
P+G
20
30
P+F+G
40
50
60 70
铸件壁厚/mm
21
第二节 灰铸铁
一、 灰铸铁的化学成分、组织和性能 二 、灰铸铁的孕育处理 三 、灰铸铁的牌号和应用 四 、灰铸铁的热处理
石墨为稳定相，具有特殊的简单六方 晶格，其底面原子呈六方网格排列， 原子间距小（1.42×10-10m），结合 力很强；而底面之间的间距较大（ 3.04×10-10m），结合力较弱。所以 石墨的强度、硬度和塑性都很差。
11
铁碳合金双重相图
在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的 Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图，即铁碳合 金相图应该是复线相图：Fe-Fe3C相图和Fe－G 相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于 加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡 还是稳定平衡）。
18
内因---化学成分
磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液相线 降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于 0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆， 降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较 高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨 铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。
17
内因---化学成分
2、 S 是阻碍石墨化的元素。 硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械
性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成 低熔点(约980℃)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的 含量在0.15%以下。
锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体 中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻 止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰 还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为 0.5%～1.4%。
图7-2 片状石墨的立体模型
8
灰铸
石
铁的
墨 片
的
显微
三
维
形
铁 素 体 灰 铸 铁
组织
貌
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
9
第一节 铸铁的石墨化
一 铁碳合金双重相图 二 石墨化过程 三 影响石墨化的因素
10
铁碳合金双重相图
在铁碳合金中，碳可以以三种形式 存在：一是固溶在F、A中，二是化合 物态的渗碳体(Fe3C)，三是游离态石 墨（G）。渗碳体为亚稳相，具有复 杂的斜方结构。在一定条件下能分解 为铁和石墨（Fe3C→3Fe+C）。
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二、铸铁的分类
根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固 后断口颜色的不同，可分为三大类：
白口铸铁： 碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗
碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色； 麻口铸铁：
碳既以化合状态的渗碳体析出，又以游离状态的石墨 析出，凝固后断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色的石墨 ； 灰口铸铁：
工程材料——铸铁
河北理工大学 机械工程学院
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第八章 铸铁
第一节 铸铁的石墨化 第二节 灰铸铁 第三节 球墨铸铁 第四节 蠕墨铸铁 第五节 可锻铸铁 第六节 合金铸铁
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概述
铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、 硫、磷等元素的铁碳合金。
铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许 多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛 ，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造 各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的 汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧 辊及机器的底座等。
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铸铁的石墨化
铸铁中碳原子析出并形成石墨过程称为石墨化。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过
渗碳体分解来获得。
灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出； 可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，
由渗碳体分解而得到。
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铸铁的石墨化
按照Fe－G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段： 第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨(过共晶铸铁)
19
外因---冷却速度
在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高 温下长时间保温，均有利于石墨化。
在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁 厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石 墨化，反之亦然；
在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织， 使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。
碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口 呈灰色 。
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普通灰口铸铁
可锻铸铁
球墨铸铁
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铸铁的分类
按照石墨的形态,铸铁可分为: 石墨呈片状铸铁,称灰铸铁； 石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁； 石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁； 石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。
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从灰铸铁金相照片中看 到的片状石墨，实际上 是一个立体的多枝石墨 团。由于石墨各分枝都 长成翘曲的薄片，在金 相磨片上所看到的仅是 这种多枝石墨团的某一 截面，因此呈孤立的长 短不等的片状（或细条 状）石墨。
和在1154℃通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在1154℃～738℃温度范围内奥氏体沿
E'S'线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在738℃通过共析反应析出共析石墨。
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影响石墨化的因素
影响铸铁石墨化 的因素可分为内 因和外因两个方 面，内因是化学 成分，外因是冷
却速度。
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22
灰铸铁的化学成分
碳含量一般控制在： 2.5%～4.0% 硅含量一般控制在：1.0%～2.0%。
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灰铸铁的组织
24
灰铸铁的力学性能
灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对 基体的严重割裂所致。石墨强度、韧性极低，相 当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效 截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基 体的割裂作用越严重，其抗拉强度越低
内因---化学成分
促进石墨化和阻碍石墨化二类。
1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，
石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，
从而促进了石墨化； 在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，
所以有： 碳当量CE=C%+1/3Si%
20
碳 7.0 硅 当 量
6.0
来自百度文库
影响石墨化的因素
铸件壁厚(冷却速度）和成分对铸铁组织的影响
F+G
5.0
4.0 Fe3C Fe3C+P 10
P+G
20
30
P+F+G
40
50
60 70
铸件壁厚/mm
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第二节 灰铸铁
一、 灰铸铁的化学成分、组织和性能 二 、灰铸铁的孕育处理 三 、灰铸铁的牌号和应用 四 、灰铸铁的热处理
石墨为稳定相，具有特殊的简单六方 晶格，其底面原子呈六方网格排列， 原子间距小（1.42×10-10m），结合 力很强；而底面之间的间距较大（ 3.04×10-10m），结合力较弱。所以 石墨的强度、硬度和塑性都很差。
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铁碳合金双重相图
在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的 Fe-Fe3C相图和稳定平衡的Fe-G相图，即铁碳合 金相图应该是复线相图：Fe-Fe3C相图和Fe－G 相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于 加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡 还是稳定平衡）。
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内因---化学成分
磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液相线 降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于 0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆， 降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较 高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨 铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。
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内因---化学成分
2、 S 是阻碍石墨化的元素。 硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械
性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成 低熔点(约980℃)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的 含量在0.15%以下。
锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体 中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻 止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰 还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为 0.5%～1.4%。
图7-2 片状石墨的立体模型
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灰铸
石
铁的
墨 片
的
显微
三
维
形
铁 素 体 灰 铸 铁
组织
貌
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
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第一节 铸铁的石墨化
一 铁碳合金双重相图 二 石墨化过程 三 影响石墨化的因素
10
铁碳合金双重相图
在铁碳合金中，碳可以以三种形式 存在：一是固溶在F、A中，二是化合 物态的渗碳体(Fe3C)，三是游离态石 墨（G）。渗碳体为亚稳相，具有复 杂的斜方结构。在一定条件下能分解 为铁和石墨（Fe3C→3Fe+C）。