铸铁与有色金属

2）石墨形态的控制
⑴.冷却速度 V↑，石墨片细小；
⑵.化学元素 Mg、Ce、Re阻碍G 片析出，呈球状或蠕虫状；
Cr、W、Mo、V等减少G数量，细 化基体；
C、Si、Cu、Ni等促进石墨化； ⑶.变质处理 非自发晶核，细化
石墨；
⑷.石墨化方式 液相结晶，G片， 退火，G团，孕育处理等。
.
影石
响墨
1
拉机曲轴、连杆等。
球墨铸铁.3
⑸.热处理、用途 基体强度利用率高，可热处理强化和合金
化改变基体组织。 钢的热处理都可用 ⑴. 退火 消除铸造应力和白口组织，改善切削加工
性；
球墨铸铁.4
⑵.正火 获得珠光体型基体组织，细化晶粒，提高
铸件的力学性能。 ⑶. 淬火 ①.淬火＋低温回火，M回+AR少+G球 硬、耐磨，滚动轴承套圈、油泵芯套与阀
图5－14 灰铸铁的显微组织
F基体灰铸铁
P基体灰铸铁
F＋P基体灰铸铁
灰 铸 铁.1
3）性能 良好的铸造性、切削加工性、减振性和耐
磨性，低的缺口敏感性。 4）铸铁的孕育处理 铁水＋孕育剂—硅铁、硅钙合金 人工晶核，形成细小、均匀G片和细化基体 σb高，塑、韧性较好。
灰 铸 铁.2
5）常用牌号、用途
座；
球墨铸铁.5
② .淬火＋高温回火，S回+G球 综合力学性能，连杆、曲轴、内燃机车万
向轴等； ③ .淬火＋中温回火，T回+G球 较高的弹性和韧性，良好的耐磨性；
球墨铸铁.6
④ .等温淬火，B下 强度、硬度高，塑、韧性好，耐磨性好，
齿轮、凸轮轴、滚动轴承座圈等。 ⑷. 表面淬火 提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度， 机床导轨、齿轮、曲轴凸轮轴表面等、
3、可锻铸铁——G团
温度/℃
1）生产过程 先浇注成白口铸件，
900～950 Ⅰ A+G
Fe3C； 高温石墨化退火，
760 720
Ⅱ P+G团
F+G团
见图5－15。
P+Fe3C 0
KTZ
KTH 时间/h
图5－15 可锻铸铁的石墨化退火
可锻铸铁.1
2）组织 F+G团絮，P+G团絮
3）成分 WC=2.2~2.8%，WSi=1.0~1.8%，
HT ×××
最低抗拉强度σb/MPa “灰铁”
HT200，σb≥200MPa 用于机床床身、箱体、底座等。
灰 铸 铁.3
6）热处理 a.去应力退火 消除铸造应力，500~550℃
保温2~8h，炉冷或空冷； b.消除白口组织，850~950℃保温2~5h，炉
冷到500~550℃出炉空冷。 c.表面淬火 提高表面的硬度和耐磨性。
可锻铸铁的原料； ⑵灰口铸铁 游离的石墨“G”； ⑶麻口铸铁 Fe3C+G
铸铁的组织特征.1
按石墨的形态分： 灰 铸 铁 G片 球墨铸铁 G球 可锻铸铁 G团 蠕墨铸铁 G蠕虫状 2）石墨的构造 特殊的简单六方晶格
图5－12 石墨的晶体结构
2、铸铁的石墨化
1）Fe—C双重相图 G析出： 由铁水、A中析出Fe3C，Fe3C高温分解出G，
WMn=0.4~1.2%，WS<0.18%，WP<0.2%
图5－16 可锻铸铁的显微组织
（a）F可锻铸铁
（b）P可锻铸铁
图5－16 可锻铸铁的显微组织
F可锻铸铁
P可锻铸铁
可锻铸铁.2
4）性能、用途 与HT比，强度和韧性好； 与QT比，质量稳定，铁水处理简单，可流
水生产。 汽车、拖拉机前后轮壳、管接头、低压阀
形 态
对
铸
铁
组
织
和
性
能
的
4、铸铁的良好性能
1）良好的铸造性能； 2）切削加工性能优异； 3）减振性能良好； 4）减摩性良好； 5）缺口敏感性小。
二、常用铸铁的特点
1、灰铸铁——G片 1）组织：碳钢基体+片状石墨
F+G片，F+P+G片，P+G片 2）成分
WC=2.7~3.6%，WSi=1.0~2.5%， WMn=0.5~1.3%，WS≤0.15%，WP≤0.3%
4、高强铸铁
HT（QT、RuT）+Cr、Ni、Cu、Mo等，增 加珠光体数量并细化珠光体，↑σb。
在稀土镁球墨铸铁基础上加入Cu、Mo，形 成稀土镁钼系、稀土铜钼系特殊性能铸 铁。
用于柴油机曲轴、连杆、变速齿轮等。
作业 P221：39、40
用于大型球磨机衬板和大型粉碎机锤头等。
耐磨铸铁.2
2）减磨铸铁 软基体F＋硬强化相(Fe3C)+G片，磨合后，
形成沟槽和石墨片起储油和润滑作用。 也可加入P、Cu、Cr、Mo、V、Ti、Re等
孕育处理，P细+G片+Fe3P（VC、TiC）进 一步强化。 用于机床导轨、汽缸套等。
2、耐蚀铸铁
HT（QT）+Si、Al、Cr、Mo、Cu、Ni等， 提高基体电极电位，形成单相基体＋孤 立石墨，表面形成致密氧化膜。
门、暖气片等。
可锻铸铁.3
5）常用牌号
KT □ ××× — ××
最低延伸率％ 最低抗拉强度σb/MPa Z珠光体基体，H黑心（铁素体基体）
“可铁”
KTH-350-10， σb≥350MPa，δ≥10％ KTZ-450-06， σb≥450MPa，δ≥6％
4、蠕墨铸铁——G蠕虫状
铁水＋蠕化剂（ReMg-Ti、Re-Si-Mg）
水生产。
蠕墨铸铁.2
4）常用牌号、用途
RuT ×××
最低抗拉强度σb/MPa “蠕铁”
如RuT400， σb≥400MPa 用于活塞环、制动盘、泵体、变速器箱
体、排气管等。
表5－24 铸铁的分类、组织特征与用途
铸铁名称 典型牌号 石墨形态 组织特征
用途
灰铸铁
HT200 HT350
片状 F+G片，P+G片
蠕虫状
F+G蠕虫 活塞环、制动盘、泵体、 F+P+G蠕虫 变速器箱体、排气管
5、常用铸铁的热处理特点
⑴.铸铁的热处理只能改变基体的组织，不 能改变石墨的形态和分布；
⑵.改变加热温度和保温时间，获得不同比 例的F、P组织，获得不同的力学性能；
⑶.控制A化温度、保温时间和冷却方式， 可调整和控制A和转变产物的含碳量，获 得不同的组织和性能。
床身、机座
F+P+G片 机身、车床卡盘、齿轮
可锻铸铁 KTH350-10 KTZ450-06
球墨铸铁 QT600-3 QT800-2
团絮装 球状
F+G团 P+G团
汽车、拖拉机前后轮壳、 制动器、冷暖器接头
F+G球，P+G球 轴瓦、传动轴、飞轮 F+P+G球 曲轴、连杆、球磨机齿轮
蠕墨铸铁 RuT420 RuT300
B下基体球墨铸铁
球墨铸铁.1
3）优越的性能 σ0.2超过任何铁碳合金，屈强比高于碳钢，
疲劳强度同碳钢，小能量多次冲击韧性 高于碳钢，耐磨、耐蚀性高于钢，塑性、 韧性低于钢而高于其他铸铁。
球墨铸铁.2
4）常用牌号
QT ××× — ××
最低延伸率％ 最低抗拉强度σb/MPa “球铁”
如QT600-03，σb≥600MPa，δ≥3％ 受力复杂，阀门、机座、汽车后桥、拖
AS 738CFP G共析 Fe3C共析 退火G
表5－22 铸铁经不同程度石墨化后所得的组织
名称
石墨化程度 显微组织
第一阶段 第二阶段 第三阶段
充分进行 充分进行 充分进行 F+G
灰口铸铁 充分进行 充分进行 部分进行 F+P+G
充分进行 充分进行 不进行
P+G
麻口铸铁 部分进行 部分进行 不进行 L’d+P+G
进行蠕化处理和变质 处理
1）组织 F+G蠕虫、F+P+G蠕虫
图5-18 蠕墨铸铁的显微组织
蠕墨铸铁的显微组织
蠕墨铸铁.1
2）成分 WC=3.5~3.9%，WSi=2.1~2.8%，
WMn=0.4~0.8%，WS<0.1%，WP<0.1% 3）性能 与HT比，强度和韧性好； 与QT比，质量稳定，铁水处理简单，可流
稀土高硅球墨铸铁、中铝耐蚀铸铁、高铬 耐蚀铸铁等。
用于化工机械管道、阀门、离心泵、反应 锅等。
3、耐热铸铁
铸铁在高温下易“氧化”和体积长大“生 长”
常加入Al、Cr、Si等，表面形成致密氧化 膜，防止内氧化，形成单相F基体，防止 渗碳体分解，阻止生长。
用于加热炉底板、炉条、烟道挡板、炉内 渗碳罐和传送链条等。
5.6 铸铁与有色金属
一、铸铁的特征 WC>2.08%，具有共晶反应，杂质元素Si、
Mn、S、P等含量比碳钢多。 铸铁熔炼简便，成本低；强度、塑性和韧
性较低；铸造性能优良，很高的减摩性 和耐磨性，良好的消振性和切削加工性 及缺口敏感性等。
1、铸铁的组织特征
1）铸铁的分类 按碳的存在形式分： ⑴白口铸铁 Fe3C存在，硬而脆，炼钢、
符合Fe—Fe3C相图； 由铁水、A中析出G，符合Fe—G相图
温度 t /℃
1600δ A L+δ 1500
介稳定系 L
稳定系
1400N δ+A 1300
1200
A
1100
L+A E’2.08 1154℃
C’4.26
E2.11
1148℃ C4.3
1000G 900
800F 700
600
F+A S’0.68
2、球墨铸铁——G球
1）组织 F+G球，F+P+G球，P+G球
2）成分 WC=3.6~4.0%，WSi=2.0~3.2%，
WMn=0.31~0.8%，WS<0.07%，WP≤<0.1%， WMg=0.03~0.08%
图5－17 球墨铸铁的显微组织
F基体球墨铸铁
F＋P基体球墨铸铁
P基体球墨铸铁
白口铸铁 不进行 不进行 不进行 L’d+P+Fe3C
铸铁的石墨化.3
3）影响石墨化的因素 ⑴.化学成分 C、Si强烈促进石墨化，太多，石墨会粗大； S强烈阻止石墨化，严格控制； ⑵.冷却速度 冷速慢，有利于G，浇注温度高，V↓。
3、石墨形态及其对铸铁组织和性能的影响
1）石墨形态对铸铁组织的影响 石墨对基体起了一个割裂作用 灰 铸 铁 基体强度的利用率<30～50％； 可锻铸铁 基体强度的利用率40～70％； 球墨铸铁 基体强度的利用率70～90％。
三、特殊性能铸铁
1、耐磨铸铁 1）抗磨铸铁 ⑴灰铁＋Ni、Cr， “激冷”，表面白口组
织，心部为灰铸铁组织； ⑵稀土镁球铁＋Mn、Si，经球化和孕育处
理，M+AR+K+G球，球磨机磨球、衬板， 中小粉碎机的锤头。
耐磨铸铁.1
⑶白口铸铁＋Cr、Ni，获得Cr7C3、 (Cr·Fe)7C3，硬度极高、耐磨性好，且不 连续分布，韧性也好。
S0.77
738℃ 727℃
500
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Wc%
ห้องสมุดไป่ตู้
图5－13 铁碳合金双重相图
F’ F
K’ K
6.0
铁 碳 合 金 双 重 相 图
铸铁的石墨化.1
2）铸铁的石墨化过程 第一阶段：液态～共晶 由铁水结晶出GⅠ； 共晶反应
LC 1154C AE G共晶
铸铁的石墨化.2
第二阶段：共晶～共析 由A中直接析出，或由Fe3CⅡ分解析出G； 第三阶段：共析温度以下