常用铸造合金及其熔炼
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钢 （ 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %）
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁
（2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
10
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。优质钢， 合金钢的钢锭
半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
7
镇静钢： 浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上 部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这 节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收缩率低， 但组织致密，偏析小，质量均匀。
镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接
铸铁 是以Fe、C元素为主的铁基材料，其含碳量 Wc >2.11%。
铸铁成形只能用铸造方法，不能用锻或轧制方法。 与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差，但具 有优良的铸造和切削加工性能。
按碳元素在铸铁中存在的方式不同，可将铸铁分 为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。
根据石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
G 抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为3HB。
分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹.
铸铁的力学性能主要取决于基体组织及石墨的数量、 形状、大小和分布。
33
铸铁的性能特点
⑴ 力学性能低。
G → 分布于基体中 → 空洞、裂纹→ 有效承载面积降低 、 受力时石墨尖端处产生应力集中→ 力学性比碳钢↓
L+
A
H
B J
N
+
L+
E’ 2.08
E
L
1154℃ C C’ 4.26
L+G D F
+
G S’ 0.68
+ Fe3C A+G
738℃
L+Fe3C
I
PS
F+G
K
+ Fe3C
19
Q
第一阶段石 墨化
A
H
B J
L
N
L+
L+G
E’
1154℃ C
2.08 E
C’ 4.26
G S’ 0.68
A+G 738℃
石墨化程度
第一阶段 第二阶段 第三阶段 显微组织
充分进行 充分进行 充分进行 充分进行 充分进行 充分进行
充分进行 F+G 部分进行 F+P+G
不进行 P+G
灰口铸铁 22
共晶合金的石墨化过程
石墨化程度 第一阶段 第二阶段 第三阶段 显微组织
不进行 不进行
不进行
L’d+P+Fe3C L’d L’d+Fe3C
第二章 常用铸造合金及其熔炼
1
本章主要内容与目的： 了解铸钢、铸铁的生产过程。 了解铸铁的分类。 理解铸铁石墨化及影响因素。 掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。
钢铁的生产过程影片
2
第一节 钢铁的生产过程
钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液 并浇注成钢锭的过程。
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料， 发生反应
3
①还原反应: C、CO将FeO中氧分离→还原Fe ②造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣） ③渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高，熔点低的生铁水
工艺
(1) 冷却速度： 快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分
(2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
27
➢影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。
含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。
12
➢铸铁的分类
➢根据C铸铁中存在形式的不同：
铸铁
白口铸铁：Fe3C 麻口铸铁：Fe3C+G 灰口铸铁：G
白口铸铁： 碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
13
灰口铸铁：
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
组织： F + G （片）； F + P + G (片)； P + G (片)；
普通灰铸铁的成分靠近共晶点，熔点低，具有良好的 流动性，且收缩率小，不易产生缩孔的缺陷。
铸造性好
35
灰铸铁的显微组织对比 F+G
P+G
F+P+G
36
灰铸铁性能特征：
①机械性能——抗拉强度、弹性模量较低MPa 塑性、韧性近于零→脆性材料
充分进行 F+G 部分进行 F+P+G 不进行 P+G 不进行 L’d+P+G+Fe3C
亚共晶白口 共晶白口 过共晶白口
不进行
不进行
不进行
L’d+P+Fe3C L’d L’d+Fe3C
25
Fe -C合金结晶过程中为什么一般形成Fe -Fe3C 而不是Fe - G ？
从热力学上，G比Fe3C要稳定； 从动力学上，渗碳体的成分与铁液更接近，
3）锰
锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提 高铸铁强度和硬度的作用。 MnS
一般控制在 0.6~1.2% 之间
4）磷
磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增 加铸铁的冷脆性。
限制在 0.5% 以下，高强度铸铁则限制在 0.2 ~ 0.3%以下。29
(2)．冷却速度
渗碳体的成分（碳含量）更接近于液态铸铁，与 G相比，结构亦更近于A，在快冷时易得到渗碳体； 而G是一种更稳定的相，在缓冷时易得到G。
但抗压强度与钢相近（600 ～ 800MPa）
石墨愈多、愈粗大——机械性能愈差 ②工艺性能——脆性材料，不能锻造和冲压，可焊性较差，
但铸造性能优良，切削加工性能好（崩碎切屑）
③减震性——减震能力为钢的5～10倍 → 机床床身、机座 ④耐磨性——石墨润滑作用，比钢好→导轨、衬套，活塞环等
⑤缺口敏感性——低，疲劳强度影响小。
铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化 倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁 素体基体。
由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数 量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下 降。这一现象称为壁厚（对力学性能的） 敏感性。
在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
PS
F+G
第二 阶段 D石墨 化 F
K
Q
第三阶段石
墨化
➢铸铁的石墨化过程
共晶石墨
1600A
L+δ
第一阶段(液态阶段) ：
LC’ 1154℃ AE'+G 第二阶段：
A 1154～738℃ G
温度/ ℃
δ δ+A
H
B
J
1400
1394℃
1200 A
1000
G 912℃
F+A 800
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
Fe3C 和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，G是一种稳定的相。
Fe3C →3 Fe +C（高温）
由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ： Fe -Fe3C 亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图
18
铁－碳双重相图
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一 的相图称铁－碳双重相图
31
1. 灰铸铁
（1） 石墨对灰铸铁性能的影响
石墨的结晶特点
在简单六方晶体中,碳 原子是分层排列
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
0.340nm 0.142nm
容易形成片状石墨
石墨的晶体结构
32
力学性能
Fe3C 硬而脆, 硬度800HB，能轻易划破玻璃， 塑性几乎为零。
C'
E 1148℃
C
A+Fe3C A+G
738℃
• 第三阶段：
二次石墨F P S 600 Q
727℃ F+Fe3C
AS‘ 738℃ FP'+G
F+G
400
Fe
1.0 2.0
3.0 4.0
5.0
共析石墨
wc(%)
D' L+G D L+Fe3C F'
F
K' K
Fe3C 6.0 6.69
21
石墨化后得到的组织
白口铸铁 23
石墨化程度
显微组织
第一阶段 第二阶段 第三阶段 部分进行 部分进行 不进行 P+L’d+G+Fe3C
麻口铸铁
24
各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织
铸铁类型
石墨化程度
显微组织
第一阶段 第二阶段 第三阶段
灰口铸铁 麻口铸铁
充分进行 充分进行 充分进行 部分进行
充分进行 充分进行 充分进行 部分进行
结构及其他要求强度较高的构件。
8
半镇静钢：为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。
半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似，而性能 却与镇静钢钢锭相近，成分偏析小，综合机械性 能好。
9来自百度文库
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
灰口铸铁：
（根据G形态）
灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状
14
1．普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。
2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
白口铸铁： P+Fe3C+Le
7.0
灰口铸铁
（wC+wSi）%
麻口铸铁： P+Fe3C+G+Le
6.0
灰口铸铁： 珠光体灰口铸铁： P+G片
5.0
4.0白 口 10 20 30 40 50 60 70
铸
铸铁壁厚（mm）
珠光体+铁素体灰口铸铁：
铁
P+F+G片
铁素体灰口铸铁： F+G片
冷却速度
30
(2)．冷却速度
5
炼钢设备不同，分为
炼钢
① 转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
② 平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、低合金钢
③ 电炉炼钢——优质钢（成本高）
（感应电炉或电弧炉）
6
沸腾钢：在冶炼时脱氧不充分，浇注时C与O反应 发生沸腾。
特点：其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，
用途：这类钢一般为低碳钢，主要用于制造用量 大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。
⑵ 耐磨性能好。 石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。
⑶ 消振性能好。石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削
弱作用。
⑷ 铸造性能好。铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点
低（约为1200℃左右），液态流动性好
⑸ 切削性能好。 石墨强度、硬度、塑性低。 34
灰铸铁的成分、组织：
成分：
2.5—4.0%C； 1.0—2.5% Si；少量Mn 、S、P 等。
37
（2）灰铸铁的孕育处理
普通灰铸铁的主要缺点不仅仅是石墨片粗大，力 学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。
同一铸件薄截面上可能出现白口或麻口组织， 而厚截面上则可能出现大量的石墨片或过量的F， 结果力学性能不均匀。
Fe的排列与A也有相似之处。
因而，A中析出渗碳体较易形核，而G的晶体 结构与A相差较大，不易从A中形核和长大。
铁碳合金中，C以何种形式存在取决于化学成 分和冷却速度。
26
➢影响石墨化的主要因素：
成分
促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等） 阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）
a
b
c
d 15
16
麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡 组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
17
➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。 铁碳合金中，C的存在方式有两种：
炼钢生铁——用于炼钢（大多数） 铸造生铁——熔炼铸钢（少量）
4
二、炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含C量低（<1.4%） Si, Mn S, P杂质低
炼钢主要任务 ——生铁多余的C、杂质→氧化物
1. 钢的熔炼方法 平炉钢
按炉别分
转炉钢 电炉钢
按 脱 氧 程 度分
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
特殊镇静钢
硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅 量的增加，石墨显著增多。
所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、
愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。
28
2）硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。
硫量高易促使碳以Fe3C 白口组织；
硫量高
热脆性；↑
使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。
所以：硫含量限制在 0.1 - 0.15%以下，高强度铸铁则应更低。
11
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
一、铸铁及其熔炼
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。
铸铁的常用成分范围
组元
wC wSi wMn wP wS wFe
成分（%） 2.4~4.0 0.6~3.0 0.4~1.2 ≤0.3 ≤0.15 其余
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁
（2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
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第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。优质钢， 合金钢的钢锭
半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
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镇静钢： 浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上 部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这 节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收缩率低， 但组织致密，偏析小，质量均匀。
镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接
铸铁 是以Fe、C元素为主的铁基材料，其含碳量 Wc >2.11%。
铸铁成形只能用铸造方法，不能用锻或轧制方法。 与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差，但具 有优良的铸造和切削加工性能。
按碳元素在铸铁中存在的方式不同，可将铸铁分 为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。
根据石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
G 抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为3HB。
分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹.
铸铁的力学性能主要取决于基体组织及石墨的数量、 形状、大小和分布。
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铸铁的性能特点
⑴ 力学性能低。
G → 分布于基体中 → 空洞、裂纹→ 有效承载面积降低 、 受力时石墨尖端处产生应力集中→ 力学性比碳钢↓
L+
A
H
B J
N
+
L+
E’ 2.08
E
L
1154℃ C C’ 4.26
L+G D F
+
G S’ 0.68
+ Fe3C A+G
738℃
L+Fe3C
I
PS
F+G
K
+ Fe3C
19
Q
第一阶段石 墨化
A
H
B J
L
N
L+
L+G
E’
1154℃ C
2.08 E
C’ 4.26
G S’ 0.68
A+G 738℃
石墨化程度
第一阶段 第二阶段 第三阶段 显微组织
充分进行 充分进行 充分进行 充分进行 充分进行 充分进行
充分进行 F+G 部分进行 F+P+G
不进行 P+G
灰口铸铁 22
共晶合金的石墨化过程
石墨化程度 第一阶段 第二阶段 第三阶段 显微组织
不进行 不进行
不进行
L’d+P+Fe3C L’d L’d+Fe3C
第二章 常用铸造合金及其熔炼
1
本章主要内容与目的： 了解铸钢、铸铁的生产过程。 了解铸铁的分类。 理解铸铁石墨化及影响因素。 掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。
钢铁的生产过程影片
2
第一节 钢铁的生产过程
钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液 并浇注成钢锭的过程。
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料， 发生反应
3
①还原反应: C、CO将FeO中氧分离→还原Fe ②造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣） ③渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高，熔点低的生铁水
工艺
(1) 冷却速度： 快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分
(2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
27
➢影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。
含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。
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➢铸铁的分类
➢根据C铸铁中存在形式的不同：
铸铁
白口铸铁：Fe3C 麻口铸铁：Fe3C+G 灰口铸铁：G
白口铸铁： 碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
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灰口铸铁：
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
组织： F + G （片）； F + P + G (片)； P + G (片)；
普通灰铸铁的成分靠近共晶点，熔点低，具有良好的 流动性，且收缩率小，不易产生缩孔的缺陷。
铸造性好
35
灰铸铁的显微组织对比 F+G
P+G
F+P+G
36
灰铸铁性能特征：
①机械性能——抗拉强度、弹性模量较低MPa 塑性、韧性近于零→脆性材料
充分进行 F+G 部分进行 F+P+G 不进行 P+G 不进行 L’d+P+G+Fe3C
亚共晶白口 共晶白口 过共晶白口
不进行
不进行
不进行
L’d+P+Fe3C L’d L’d+Fe3C
25
Fe -C合金结晶过程中为什么一般形成Fe -Fe3C 而不是Fe - G ？
从热力学上，G比Fe3C要稳定； 从动力学上，渗碳体的成分与铁液更接近，
3）锰
锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提 高铸铁强度和硬度的作用。 MnS
一般控制在 0.6~1.2% 之间
4）磷
磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增 加铸铁的冷脆性。
限制在 0.5% 以下，高强度铸铁则限制在 0.2 ~ 0.3%以下。29
(2)．冷却速度
渗碳体的成分（碳含量）更接近于液态铸铁，与 G相比，结构亦更近于A，在快冷时易得到渗碳体； 而G是一种更稳定的相，在缓冷时易得到G。
但抗压强度与钢相近（600 ～ 800MPa）
石墨愈多、愈粗大——机械性能愈差 ②工艺性能——脆性材料，不能锻造和冲压，可焊性较差，
但铸造性能优良，切削加工性能好（崩碎切屑）
③减震性——减震能力为钢的5～10倍 → 机床床身、机座 ④耐磨性——石墨润滑作用，比钢好→导轨、衬套，活塞环等
⑤缺口敏感性——低，疲劳强度影响小。
铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化 倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁 素体基体。
由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数 量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下 降。这一现象称为壁厚（对力学性能的） 敏感性。
在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
PS
F+G
第二 阶段 D石墨 化 F
K
Q
第三阶段石
墨化
➢铸铁的石墨化过程
共晶石墨
1600A
L+δ
第一阶段(液态阶段) ：
LC’ 1154℃ AE'+G 第二阶段：
A 1154～738℃ G
温度/ ℃
δ δ+A
H
B
J
1400
1394℃
1200 A
1000
G 912℃
F+A 800
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
Fe3C 和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，G是一种稳定的相。
Fe3C →3 Fe +C（高温）
由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ： Fe -Fe3C 亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图
18
铁－碳双重相图
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一 的相图称铁－碳双重相图
31
1. 灰铸铁
（1） 石墨对灰铸铁性能的影响
石墨的结晶特点
在简单六方晶体中,碳 原子是分层排列
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
0.340nm 0.142nm
容易形成片状石墨
石墨的晶体结构
32
力学性能
Fe3C 硬而脆, 硬度800HB，能轻易划破玻璃， 塑性几乎为零。
C'
E 1148℃
C
A+Fe3C A+G
738℃
• 第三阶段：
二次石墨F P S 600 Q
727℃ F+Fe3C
AS‘ 738℃ FP'+G
F+G
400
Fe
1.0 2.0
3.0 4.0
5.0
共析石墨
wc(%)
D' L+G D L+Fe3C F'
F
K' K
Fe3C 6.0 6.69
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石墨化后得到的组织
白口铸铁 23
石墨化程度
显微组织
第一阶段 第二阶段 第三阶段 部分进行 部分进行 不进行 P+L’d+G+Fe3C
麻口铸铁
24
各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织
铸铁类型
石墨化程度
显微组织
第一阶段 第二阶段 第三阶段
灰口铸铁 麻口铸铁
充分进行 充分进行 充分进行 部分进行
充分进行 充分进行 充分进行 部分进行
结构及其他要求强度较高的构件。
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半镇静钢：为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。
半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似，而性能 却与镇静钢钢锭相近，成分偏析小，综合机械性 能好。
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第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
灰口铸铁：
（根据G形态）
灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状
14
1．普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。
2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
白口铸铁： P+Fe3C+Le
7.0
灰口铸铁
（wC+wSi）%
麻口铸铁： P+Fe3C+G+Le
6.0
灰口铸铁： 珠光体灰口铸铁： P+G片
5.0
4.0白 口 10 20 30 40 50 60 70
铸
铸铁壁厚（mm）
珠光体+铁素体灰口铸铁：
铁
P+F+G片
铁素体灰口铸铁： F+G片
冷却速度
30
(2)．冷却速度
5
炼钢设备不同，分为
炼钢
① 转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
② 平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、低合金钢
③ 电炉炼钢——优质钢（成本高）
（感应电炉或电弧炉）
6
沸腾钢：在冶炼时脱氧不充分，浇注时C与O反应 发生沸腾。
特点：其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，
用途：这类钢一般为低碳钢，主要用于制造用量 大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。
⑵ 耐磨性能好。 石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。
⑶ 消振性能好。石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削
弱作用。
⑷ 铸造性能好。铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点
低（约为1200℃左右），液态流动性好
⑸ 切削性能好。 石墨强度、硬度、塑性低。 34
灰铸铁的成分、组织：
成分：
2.5—4.0%C； 1.0—2.5% Si；少量Mn 、S、P 等。
37
（2）灰铸铁的孕育处理
普通灰铸铁的主要缺点不仅仅是石墨片粗大，力 学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。
同一铸件薄截面上可能出现白口或麻口组织， 而厚截面上则可能出现大量的石墨片或过量的F， 结果力学性能不均匀。
Fe的排列与A也有相似之处。
因而，A中析出渗碳体较易形核，而G的晶体 结构与A相差较大，不易从A中形核和长大。
铁碳合金中，C以何种形式存在取决于化学成 分和冷却速度。
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➢影响石墨化的主要因素：
成分
促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等） 阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）
a
b
c
d 15
16
麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡 组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
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➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。 铁碳合金中，C的存在方式有两种：
炼钢生铁——用于炼钢（大多数） 铸造生铁——熔炼铸钢（少量）
4
二、炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含C量低（<1.4%） Si, Mn S, P杂质低
炼钢主要任务 ——生铁多余的C、杂质→氧化物
1. 钢的熔炼方法 平炉钢
按炉别分
转炉钢 电炉钢
按 脱 氧 程 度分
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
特殊镇静钢
硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅 量的增加，石墨显著增多。
所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、
愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。
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2）硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。
硫量高易促使碳以Fe3C 白口组织；
硫量高
热脆性；↑
使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。
所以：硫含量限制在 0.1 - 0.15%以下，高强度铸铁则应更低。
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第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
一、铸铁及其熔炼
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。
铸铁的常用成分范围
组元
wC wSi wMn wP wS wFe
成分（%） 2.4~4.0 0.6~3.0 0.4~1.2 ≤0.3 ≤0.15 其余