金属材料借热处理 第七章 铸铁

KTH350-10
表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为350MPa， 最低伸长率为10%
KTZ650-02
表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为 650MPa，最低伸长率为2%
四、可锻铸铁的性能及应用 可锻铸铁有较高的强度、塑性和冲击韧性。强度、
塑韧性优于HT，低于QT。
可锻铸铁可以部分代替碳钢，但可锻铸铁不可锻。
球墨铸铁管道接口
连杆
蠕墨铸铁
一、生产方法： 在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成
的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。 二、蠕墨铸铁的组织
蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间 形态，其石墨片较短而厚，头部较圆，似蠕虫。呈 蠕虫状。
三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用
牌号：蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。
管
管
特殊性能铸铁
耐热铸铁： 加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成一层致密的SiO2、 Al2O3、Cr2O3等氧化膜 耐蚀铸铁： 加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致密 的保护膜，减少各相间的电位差
耐磨铸铁： 白口铸铁表层＋灰口铸铁心部（强度好） 激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等
AS' FP'C
铸铁成分和冷却速度(铸件壁厚)对铸铁组织的影响
三、铸铁的分类
根据碳在铸铁中存在形式不同，铸铁可分为三大类： 白口铸铁
C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。 性能：硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢 原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。 灰铸铁 C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。 灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。
可锻铸铁的应用
球墨铸铁
一、生产方法：
在浇注前向铁水中加入少量的球化剂和孕育剂， 获得具有球状石墨的铸铁，称为球墨铸铁. 二、球墨铸铁的组织
钢基体(F 、F + P 、P、 S回火、B下) + 球状C
三、球墨铸铁的牌号
用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉 强度和最低伸长率，如:
QT450-10 表示球墨铸铁，最低抗拉强度是450MPa，最低 伸长率是10%
机械性能
0.2 MPa
5 %
ak kJ/m
2
HB
应用举例
2
件；16-64大气压阀门的
270 10 300 ≤207 阀体、阀盖
350 5 －
147～ 241
机油泵齿轮
420
2
－
2297～ 302
柴油机、汽油机曲轴；
490
2
－
2297～ 磨床、铣床、车床的主轴； 302 空压机、冷冻机缸体、缸
可锻铸铁
一、生产方法：
先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温石 墨化退火,使渗碳体分解得到团絮状石墨。 二、可锻铸铁的组织
可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。
三、可锻铸铁的牌号
可锻铸铁以“KT”表示，黑心可锻铸铁用“KTH” 表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”表示，白心可 锻铸铁用“KTB”表示。其后的两组数字分别表 示最低抗拉强度和最低伸长率，如：
灰铸铁熔点低，流动性好，有非常优良的铸造 性能。
三、灰铸铁的牌号
HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。
如：HT150，HT200，HT250
四、灰铸铁的热处理
热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的 形态和分布，也不能改善片状石墨对基体切割的 有害作用，对提高铸铁的力学性能效果不大。常 用的热处理有去应力退火、石墨化退火和表面淬 火等。 1、消除内应力退火； 2、高温退火，石墨化退火，消除白口组织； 3、表面淬火，提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。
能进行锻造。
• 2) 铸铁的其他性能 • ① 铸造性能好 • ② 切削加工性良好 • ③ 耐磨耐压性好 • ④ 减振性好
⑤ 低的缺口敏感性
•
铸铁中的碳以石墨形式析出的现象称
为铸铁的石墨化。
何为石墨？
石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑 性、韧性很低，硬度仅为3—5HBS，伸长率近 于零。
铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上 夹杂着石墨，石墨对基体产生割裂作用。
铁碳合金的两种相图
如果铸铁全部按着Fe-C相图进行结晶，则铸铁的 石墨化过程可分为三个阶段。
第一阶段，即在1153OC时通过共晶反应而形成石墨， 其反应式为：
LC' AE'C
第二阶段，即在1153~738OC范围内冷却过程中，自 奥氏体中析出二次石墨（C⒒） 第三阶段，即在738 OC时，通过共析反应而形成石 墨，其反应式为：
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。
石墨化若能充分或大部分进行，则能获得灰口 铸铁，反之将得到白口铸铁。
铸铁组织的类型取决于石墨化的程度。
铸铁的石墨化 （2）影响石墨化的因素
合金元素：C和Si强烈促进， P微弱促进， S强烈阻碍，Mn阻碍。 冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化；
第七章 铸 铁
何为铸铁？ 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金、并常含有较多
的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。 用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机
器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。
箱体
启 动 阀
(1) 铸铁的成分范围一般是 • wC=2.2%～4.0%、wSi=1.0%～2.5%、 • wMn=0.5%～1.4%、wP≤0.30%、wS≤0.15%。 (2) 铸铁的性能 • 1) 铸铁的力学性能：强度、塑性、韧性较低，不
因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降， 其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多， 越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。
但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的 优良性能，如铸造性能、减振性等。
铸铁的石墨化
(一) 铸铁的石墨化
（1）铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。
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。
调质 —— 860~880℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + C 等温淬火 —— 860~920℃ + 300℃等温→B下+C
六、球墨铸铁的应用
应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（替代 部分铸钢、锻钢件） P球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等 F球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等
QT600-3 表示球墨铸铁，最低抗拉强度是600MPa，最低 伸长率是3%
四、球墨铸铁的牌号和机械性能
牌号
基体
b MPa
QT400-17 铁素体 400 QT420-10 铁素体 420
QT500-5
铁素体+ 球光体
500
QT600-2 球光体 600
QT700-2 球光体 700
QT800-2 球光体 800
F+片状石墨 （F+P）+片状石墨
P+片状石墨
二、灰铸铁的性能与应用
由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了 钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面 积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零， 属于脆性材料。
但其硬度和抗压强度与钢相近，因此普通灰铸 铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如机座、 机床床身、轴承等。
套
560
2
－
2417～ 321
五、球墨铸铁的热处理
退火 —— 去应力退火，500 ～600℃。 低温退火，720~760℃， P→C + F ，塑韧性、切削加工性↑
正火 —— P% ↑ ，细化组织，强度、耐磨性↑ 低温正火，840~860℃，部分奥氏体化→ P + F + C，塑韧性较好。 高温正火，880~920℃， 完全奥氏体化→ P + C ，强度较高。
如： RuT300、RuT420
性能： 蠕墨铸铁的力学性能介于优质灰铸铁和球墨铸铁之间。
其抗热疲劳性、导热性和铸造性能均比球墨铸铁好，易 于得到致密的铸件。切削加工性和铸造性能近似于球墨 铸铁。
应用：蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃
机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。
进
排
气
气
麻口铸铁
C的存在形式：渗碳体+石墨，断口呈灰白色。 性能：脆性大，很少使用。
根据石墨（C）在铸铁中存在形态，可分为：
灰铸铁：石墨呈片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 球墨铸铁：石墨呈球状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
灰铸铁
一、灰铸铁的组织
灰铸铁有铁素体+石墨（铁素体灰铸铁）、铁素体+珠光体+ 石墨（铁素体—珠光体灰铸铁） 、珠光体+石墨（珠光体灰铸铁） 三种基本组织。
(二) 铸铁的石墨化过程
铁碳合金在一般情况下结晶时，从液体 和奥氏体中析出的是渗碳体而不是石墨，但 渗碳体并不是稳定相。
在极其缓慢冷却条件下，或合金中含有 较多促进石墨形成的元素时，在结晶过程中， 便会析出稳定的石墨相。
因此，对铁碳合金的结晶过程来说，实 际上存在有两种状态的相图，即Fe-Fe3C相 图（实线）和Fe-C相图（虚线）。