铸铁知识-金相

FC250：汽缸体及汽缸头，飞轮，汽缸 灰铁由于内部的缺口和认为的片状 套，活塞，传动箱，轴承盖，刹车毂， 石墨大量分散在组织中，其冲击值极小， 离合盘等 一般夏氏冲击式样吸收的能量为 FC300：大型刹车毂，离合盘，汽缸 2~8×104J/m2程度。 体及汽缸头等 FC350：汽缸，阀座，压力板，齿轮箱等
A型: 片状石墨分布均匀,无方向地排列。这样 容易得到接近共晶组成的亚共晶组成，是灰铁 最理想的石墨组织。
A
B型: 因为石墨呈玫瑰花瓣状分布,也称为玫瑰 状石墨。细的石墨部分的基地被铁素体化,抗拉 强度容易降低。
B
C
C型: 在片状石墨均匀分布里自由发达的粗大 初晶石墨(结集石墨)也混在。出现过共晶组成的 情况，由于这粗大初晶石墨抗拉强度显著降低。
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灰铁的基地组织在没有特别的 热处理或添加合金的情况下,形 成珠光体或铁素体或此两者的 混合组织。
铁素体（Ferrite）：Fe中少量 含有被称为α固溶体的碳，软软 的。在灰铁上，多出现在石墨 的周边。
珠光体（Pearlite）：如图2.8所示,组织 呈白和黑的条纹状。是因为以铁素体 和渗碳体的板状结晶相交成层状的截 面作为观看的形状的。为此，有着极 其强韧的性质，在硅量的低范围里布 氏硬度约为230，抗拉强度约为 880N/mm2。
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成熟度：对于由铸铁的碳素饱 如前所述,灰铁的组织是 由石墨组织和基地组织构成的。和度推定的标准的抗拉强度， 石墨的强度和基地比较，小得 实际的抗拉强度比如下公式所 可以忽视，石墨量越是增加铸 示。 铁的强度就越低。另外，即使 成熟度 RG=σB×100/σB'=σB×100/(102-82.5Sc) 是同样石墨组织的情况下，因 比较硬度：由铸铁的抗拉强度推 基地组织，强度变化显著。灰 定的标准的布氏硬度和实际的硬 铁的基地如果从珠光体变化为 度公式如下。 铁素体的话抗拉强度和硬度也 比较硬度 RH=HB/HB'=HB/(100+4.3σB) 会显著降低，如果成为贝氏体 的话这些值就会显著上升。
灰铁的弹性系数在75~140GPa的范 围里。
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灰铁硬度考虑了其粗糙组织采用压 痕面积宽的布氏硬度。其值在120~300的 范围里，其变化与石墨量和基地组织相 关连。
FC150：机性质没什么问题的壳、罩类 FC200：小型汽缸体及汽缸头，离合盘， 齿轮箱，液压泵体，水泵，涡轮壳， 排气管，刹车毂等
1.1.1
石墨组织
灰铁的石墨组织由于会 对其各性质,特别是机械性 质以很大影响。显微镜试 料截面上观察到的石墨如 右图,能看到各个片状,如果 溶出基地立体地进行观察 的话,就如右下图,意外地有 连续性。
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１）黒鉛
灰鋳鉄金相組織
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片状石墨大小的分类（ISO 945）
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A
B
E
片状石墨的形状、分布的分类
C D
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球墨铸铁
灰口铸铁
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1.1 灰铁的组织
灰铁代表性的显微镜组织如图2.4所示。正如这张照片所看到的，灰 铁的显微镜组织由石墨组织和基地组织构成。而且，灰铁的各性质因这 些组织的状态而变化，铸铁的化学成分及凝固时的冷却速度等会给这些 组织很大影响。
接种的材质改善就是进行石墨组织 变化，通过接种将D型或E型石墨变为A 型石墨。接种能防止白口化，改善质量 效果等。 灰铁的溶解温度越高，石墨就越 小，残留成为初晶奥氏体形状。这是 由于高温溶解石墨的核消失，易过冷。 通过适当的接种，能够改善该石墨组 织。
（1）密度
灰铁的密度受其构成的组织要素的量的 影响。由于石墨特别轻，通过量的增减会对 密度产生差异。下图为各种类灰铁的密度。
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为了改善铸铁的材质，在浇注之前 的溶汤里添加粒状的纯硅素（Si），硅 铁（Fe-Si），硅化钙等，这一般被称为 接种。
1.2.1 物理的性质
灰铁的物理性质不仅取决于化学组成, 其组织也会带来很大的影响。例如,会因 铸铁中的碳以何种形式存在带来很大的 差异。因此，灰铁的物理性质不是以点， 很多是以范围来表示的。
●球化不良的常见类型：
◎蠕虫状石墨: ◎爆炸型石墨 ◎粗短形石墨 ◎钉状形石墨
◎石墨漂浮
◎表面片状石墨
◎不规则石墨
◎队列形石墨
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◎球化率：一般要求80%↑ ◎基地组织：一般可允许5%↓碳化物
铁素体基地：FCD400A 珠光体基地：FCD600↑ 铁素体与珠光体混合基地 抗拉强度 延伸率 硬度HB
基地 F F F+ P P+ F P P
●球化剂的种类
•金属 Mg
• 合金 NiMg • 镁硅铁 MgFeSi • 混合稀土金属
FJW使用球化剂:
MgFeSi球化剂
球化剂组成 Mg:5～6%
Si :40～50% Ca:1.8～3% Al: 1.5%↓ RE:1.5～3%
Mg + S = MgS Ca + S = CaS RE + S = RE-S Mg + Si + 3O = MgSiO3 2Mg + Si + 4O = Mg2SiO4
◎机械性能：
抗拉强度： 硬度： 延伸率：
400Mpa 450Mpa 500Mpa 550Mpa 600Mpa 700Mpa
15% 121～197 12% 143～217 7% 187～255 5% 192～269 3% 192～269 2% 245～295
◎石墨数：
一般要求100个/mm2
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铸铁的基本知识
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●铸铁的种类
按照石墨形态可分为下列五种：
◎灰口铸铁：片状石墨 ◎球墨铸铁：球状石墨 ◎蠕墨铸铁：蠕虫状石墨 ◎白口铸铁：石墨以碳化物形式存在 ◎可锻铸铁：团絮状石墨
围会因化学组成而变化，所以融点不固定。 凝固开始温度（初晶温度）根据化学组成 即碳及硅量而变化。
另一方面，如果增加灰铁中的磷（P），融点为 1228K（955℃）的话会出现低斯氏体〔磷化铁 （Fe3P）和铁素体的疑似—2元共晶〕，由于溶 解温度显著降低，高温下使用需要注意。因 此，作为灰铁的融点，应在1390~1520K （1117~1247℃）的范围内。
Mg- 吸收率:60 - 80% Mg残留量:0.025%↑
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●球化不良的原因
◎铁水的化学成分 ◎球化温度
◎球化剂的影响
◎球化衰退
◎球化桶与球化反应室的影响
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JIS G 5501-1989｢灰铁品｣上根据机 械性能可分为FC100、150、200、250、 300及350这6种。 表2.7所示的是为制造JIS G 5501的 灰铁品的各种类标准的C及Si量。
灰铁的抗拉强度受所占截面石墨部 面积的影响。因此，认为抗拉强度与表 示石墨量的碳素饱和度（Sc）和碳素当 量（CE）值之间有关联。左图所示的 是碳素饱和度及碳素当量和抗拉强度的 关系。
３）フェライト
铁素体
４）セメンタイト
渗碳体
５）ステダイト
斯氏体
燐を含む三元共晶組織 （αFe-Fe3C-Fe3P)；硬くて脆 い溶融温度が低い
含磷的三元共晶组织 （αFe-Fe3C-Fe3P)；既硬 又脆，熔融温度低
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Si 3.75 ～4.5%
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●球墨铸铁产生机理(1)：
原汤 + 球化剂 =球墨铸铁
片状石墨 球 化 处 理
元素：
球状石墨
• 镁 Mg • 钙 Ca • 铈 Ce • 镧 La •钇Y
载体: • 金属 Mg • 合金 NiMg • 镁硅铁 MgFeSi • 混合稀土金属
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●球墨铸铁产生机理(2)
夹 渣 Mg 大颗粒的MgO, MgS and Mg-Si-oxide
O
S
形核质点 小颗粒的MgO, MgS and Mg-Si-oxide
=
脱
硫
+
脱
氧
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◎QT700-2:JOHN DEERE YOKE / SUPPOT
Βιβλιοθήκη Baidu
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●球墨铸铁的种类(2)
富士和生产的大多数球铁为高硅高钼球铁,如:
◎排气管 ◎涡轮壳 ◎ELBOW
其主要特性为: 耐高温, 耐腐蚀. Mo 0.5 ～1.1%
●球墨铸铁的种类(1)
FJW:球铁代号为FCD
按照牌号(材质),可分为以下几类:
◎QT400-15/18 ,延伸性与冲击性能好,耐寒 ,如转向节 ◎QT450-12:HUB类
中国 GB
QT
◎QT500-7/10:
日本 JIS
DIN
FCD
GGG
◎QT550-5:SABS壳体/支架 德国 ◎QT600-3:TFS CD90CASE-B
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图2.13所示的是灰铁的抗拉强度和压 缩强度的关系,压缩强度的值为抗拉
强度的3~4倍
压缩强度和抗拉强度
灰铁的情况下，抗拉及压缩试验上 应力—歪曲的关系认为不是直线，是从 应力负荷的初期阶段一点点塑性变形。 而且该变形是抗拉方面比较大。弹性系 数为方便起见，显示了在抗拉试验上负 荷开始点上接线的倾斜。如图2.14所示,
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（2）融点
灰铁组织构成要素各密度
铁素体（Si，O%） 珠光体 渗碳体 石墨 斯氏体 奥氏体（C，0.9%） 马氏体（C，0.9%）
灰铁因为是Fe-C-Si系3元合金，从凝固 开始到终了期间存在凝固范围，由于该范
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D
D型: 细小的共晶石墨分布在树枝状晶（枝蔓 状晶）之间。这是因为如果冷却速度大的话就 形成过冷石墨组织，石墨全体细微化。这种情 况下，抗拉强度比较的高，由于基地容易铁素 体化，所以耐磨耗性差。
E
E型: 由于小片状石墨沿着树枝状晶分布，排 列有方向性，所以抗拉强度比D型高，比A型 低。
石墨
非常に軟らかくて脆い
很软，很脆 铁素体和渗碳体交互排 列的层状组织体；硬且 有强度 含有微量C（碳素）的α 铁；比较软有伸展性 铁和碳素的化合物 （ Fe3C）；很硬而且 脆
２）パーライト
珠光体
フェライトとセメンタイトが交 互に並んだ層状組織体；硬く て強度がある 微量のC（炭素）を含むα鉄； 比較的軟らかくて伸びがある 鉄と炭素の化合物(Fe3C)； 非常に硬くて脆い