机械工程材料第八章铸铁
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（二） 灰铸铁的牌号 HT100 HT150 HT200 HT300
F 基体 片状石墨
P 片状石墨
F
P 片状石墨
（三 ）灰铸铁的性能和用途
1. 优良的铸造性能 2. 优良的耐磨性和消振性 3. 较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能 4. 力学性能差 制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱 体、壳体、泵体、缸体。
2. 冷却速度的影响 冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散， 对石墨化有利。
三、铸铁的分类
（一）按石墨化程度分
1、白口铸铁： 碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色 。 2、灰口铸铁： 碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。 3、麻口铸铁： 碳以石墨和 Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成 麻点。
2、性能特点 ?抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。 ?良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、 优良的切削加工性。 ?铸造性能比钢好。
二、Fe-C双重相图及铸铁中石墨的形成 Fe-Fe3C相图
（一）双重铁碳合金相图
Fe-G相图
L+G
L+Fe3C
（二）铸铁中石墨化过程（石墨的形成过程）
碳含量为 2.5~4.0%的铸铁石墨化过程：
（一） 退火（为了获得铁素体基体球墨铸铁）
1、高温退火 当铸态组织为 F+P+Fe3C+G时采用 高温退火，工艺：加热到 900~950 ℃，保温2~5h 后，随炉缓冷至 600 ℃出炉空冷
2、低温退火 当铸态组织为 F+P+G时，采用低温退 火，工艺：加热到 720~760 ℃，保温2~8h后，随炉 缓冷至600 ℃出炉空冷
（二） 正火 （得到珠光体基体，以提高球墨铸 铁强度、硬度和耐磨性）
1 、高温正火（完全奥氏体化正火）
将工件加热到 880~920℃ ，保温3h左右，空冷，得到 P+G 组织
2 、低温正火（不完全奥氏体化正火）
将工件加热到 820~860℃ ，保温一定时间，空冷，得 到F+P+G 组织
Ⅰ、1154℃时通过共晶反应形成石墨 LC'→AE'+G
Ⅱ、1154 ℃ ~738 ℃ A → GⅡ
Ⅲ、738 ℃时共析反应 AS' →FP'+G
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度 第一、二 第三阶段 铸铁的显微组织
阶段 石墨化 石墨化
完全进行 F+G 完全进行 部分进行 F+P+G
三、 灰铸铁的热处理
灰铸铁的处理工艺仅有退火、表面淬火等 （一） 消除应力的退火（人工时效）
防止变形开裂，保证尺寸稳定 退火工艺：加热速度 50~100℃/h，加热温度 500~600 ℃ ， 保温2~8h，炉冷至150~200 ℃ ，空冷。
（二） 改善切削加工性的退火（高温退火 ） 降低硬度，防止产生白口组织 退火工艺：加热到 850~900 ℃ ，保温2~5h，随炉冷 至250~400 ℃ ，出炉空冷。
球墨铸铁
球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好的 塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。
一、球墨铸铁的生产 加球化剂（稀土镁合金）球化处理 加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理
二、球墨铸铁的牌号、组织和性能（ P186表7-3） QT400-18 QT600-3 QT700-2
球墨铸铁可分为 F+G、F+P+G、P+G三种组织
可锻铸铁的牌号、力学性能和用途 P223表8-2 KTH300-06 KTZ450-06
F 团絮状石墨
P 团絮状石墨
二、 可锻铸铁的生产
首先： 浇注成纯白口铸铁 其次： 石墨化退火
温
900~980
度
Fe3C→A+G A→GⅡ
770 A→F+G
720
650
P→F+G
P+团絮G
F+团絮G
时间
第四节
（三）表面淬火（孕育铸铁） 提高表面硬度和耐磨性
感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 点源自文库触电加热表面淬火
第三节 可锻铸铁
可锻铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得 到的一种高强度铸铁。
一 、可锻铸铁的组织、性能和用途 1 、 铁素体基体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）
2 、珠光体基体可锻铸铁 可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片 状石墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，还具有 一定的塑性和较高的韧性。
二、灰铸铁的孕育处理
?孕育铸铁：
在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行 孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或 变质铸铁。 ?组织：
细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。
?性能： 强度高于普通的灰铸铁， 断面敏感性小 。
?应用：制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大 的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮 等。
未进行 P+G 部分进行 未进行 Ld'+P+G+Fe 3C
未进行 未进行 Ld'
铸铁类型
灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
（三）影响石墨化的因素
1. 化学成分的影响 C、Si促进石墨化（常用的铸铁 C:2.5~4.0% ， Si:1%~2.5% ） C、Si ↑→石墨片多、粗大 另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。 S、Mn、 Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。
第八章 铸铁
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 其它铸铁简介
第一节 概述
铸铁是碳含量大于 2.11%的铁碳合金。
一、铸铁的特点
1、成分与组织特点 成分：较高的 C、Si等元素 组织：碳以石墨（ G）的形式存在，组织为 钢的 基体上分布着不同形态的石墨。
钢的基体有 F、P、F+P三种
力学性能：
?高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢（如弯曲疲 劳强度、耐磨性、抗拉强度等）。
?保留有灰铁的优点（优良的铸造性、切削加 工性、低的缺口敏感性）。 ?可进行热处理改善性能。
F 球状石墨
球状石墨 P
三、球墨铸铁的热处理
热处理特点： ?共析温度提高，温度范围变大 ?C曲线右移，淬透性增加 ?导热性差
（二）按石墨形态分
4
1、灰口铸铁： G呈片状 2、可锻铸铁： G呈团絮状 3、球墨铸铁： G呈球状 4、蠕墨铸铁： G呈短小的蠕虫状
1
2
3
第二节 灰铸铁
一 、灰铸铁的组织、性能和用途
（一）灰铸铁的组织 片状石墨 + 钢基体组成 依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为： 铁素体灰铸铁 铁素体 + 珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁
F 基体 片状石墨
P 片状石墨
F
P 片状石墨
（三 ）灰铸铁的性能和用途
1. 优良的铸造性能 2. 优良的耐磨性和消振性 3. 较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能 4. 力学性能差 制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱 体、壳体、泵体、缸体。
2. 冷却速度的影响 冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散， 对石墨化有利。
三、铸铁的分类
（一）按石墨化程度分
1、白口铸铁： 碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色 。 2、灰口铸铁： 碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。 3、麻口铸铁： 碳以石墨和 Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成 麻点。
2、性能特点 ?抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。 ?良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、 优良的切削加工性。 ?铸造性能比钢好。
二、Fe-C双重相图及铸铁中石墨的形成 Fe-Fe3C相图
（一）双重铁碳合金相图
Fe-G相图
L+G
L+Fe3C
（二）铸铁中石墨化过程（石墨的形成过程）
碳含量为 2.5~4.0%的铸铁石墨化过程：
（一） 退火（为了获得铁素体基体球墨铸铁）
1、高温退火 当铸态组织为 F+P+Fe3C+G时采用 高温退火，工艺：加热到 900~950 ℃，保温2~5h 后，随炉缓冷至 600 ℃出炉空冷
2、低温退火 当铸态组织为 F+P+G时，采用低温退 火，工艺：加热到 720~760 ℃，保温2~8h后，随炉 缓冷至600 ℃出炉空冷
（二） 正火 （得到珠光体基体，以提高球墨铸 铁强度、硬度和耐磨性）
1 、高温正火（完全奥氏体化正火）
将工件加热到 880~920℃ ，保温3h左右，空冷，得到 P+G 组织
2 、低温正火（不完全奥氏体化正火）
将工件加热到 820~860℃ ，保温一定时间，空冷，得 到F+P+G 组织
Ⅰ、1154℃时通过共晶反应形成石墨 LC'→AE'+G
Ⅱ、1154 ℃ ~738 ℃ A → GⅡ
Ⅲ、738 ℃时共析反应 AS' →FP'+G
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度 第一、二 第三阶段 铸铁的显微组织
阶段 石墨化 石墨化
完全进行 F+G 完全进行 部分进行 F+P+G
三、 灰铸铁的热处理
灰铸铁的处理工艺仅有退火、表面淬火等 （一） 消除应力的退火（人工时效）
防止变形开裂，保证尺寸稳定 退火工艺：加热速度 50~100℃/h，加热温度 500~600 ℃ ， 保温2~8h，炉冷至150~200 ℃ ，空冷。
（二） 改善切削加工性的退火（高温退火 ） 降低硬度，防止产生白口组织 退火工艺：加热到 850~900 ℃ ，保温2~5h，随炉冷 至250~400 ℃ ，出炉空冷。
球墨铸铁
球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好的 塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。
一、球墨铸铁的生产 加球化剂（稀土镁合金）球化处理 加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理
二、球墨铸铁的牌号、组织和性能（ P186表7-3） QT400-18 QT600-3 QT700-2
球墨铸铁可分为 F+G、F+P+G、P+G三种组织
可锻铸铁的牌号、力学性能和用途 P223表8-2 KTH300-06 KTZ450-06
F 团絮状石墨
P 团絮状石墨
二、 可锻铸铁的生产
首先： 浇注成纯白口铸铁 其次： 石墨化退火
温
900~980
度
Fe3C→A+G A→GⅡ
770 A→F+G
720
650
P→F+G
P+团絮G
F+团絮G
时间
第四节
（三）表面淬火（孕育铸铁） 提高表面硬度和耐磨性
感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 点源自文库触电加热表面淬火
第三节 可锻铸铁
可锻铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得 到的一种高强度铸铁。
一 、可锻铸铁的组织、性能和用途 1 、 铁素体基体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）
2 、珠光体基体可锻铸铁 可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片 状石墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，还具有 一定的塑性和较高的韧性。
二、灰铸铁的孕育处理
?孕育铸铁：
在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行 孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或 变质铸铁。 ?组织：
细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。
?性能： 强度高于普通的灰铸铁， 断面敏感性小 。
?应用：制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大 的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮 等。
未进行 P+G 部分进行 未进行 Ld'+P+G+Fe 3C
未进行 未进行 Ld'
铸铁类型
灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
（三）影响石墨化的因素
1. 化学成分的影响 C、Si促进石墨化（常用的铸铁 C:2.5~4.0% ， Si:1%~2.5% ） C、Si ↑→石墨片多、粗大 另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。 S、Mn、 Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。
第八章 铸铁
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 其它铸铁简介
第一节 概述
铸铁是碳含量大于 2.11%的铁碳合金。
一、铸铁的特点
1、成分与组织特点 成分：较高的 C、Si等元素 组织：碳以石墨（ G）的形式存在，组织为 钢的 基体上分布着不同形态的石墨。
钢的基体有 F、P、F+P三种
力学性能：
?高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢（如弯曲疲 劳强度、耐磨性、抗拉强度等）。
?保留有灰铁的优点（优良的铸造性、切削加 工性、低的缺口敏感性）。 ?可进行热处理改善性能。
F 球状石墨
球状石墨 P
三、球墨铸铁的热处理
热处理特点： ?共析温度提高，温度范围变大 ?C曲线右移，淬透性增加 ?导热性差
（二）按石墨形态分
4
1、灰口铸铁： G呈片状 2、可锻铸铁： G呈团絮状 3、球墨铸铁： G呈球状 4、蠕墨铸铁： G呈短小的蠕虫状
1
2
3
第二节 灰铸铁
一 、灰铸铁的组织、性能和用途
（一）灰铸铁的组织 片状石墨 + 钢基体组成 依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为： 铁素体灰铸铁 铁素体 + 珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁