灰铸铁的组织及性能

对灰铸铁组织和性能的影响因素
其他铸造工艺条件的影响 (三) 气体的影响(P57) 1、氢：促进白口，反白口，皮下气孔； 2、氮：适量，铁素体减少，珠光体增加，片状石墨变
短，变钝，强度提高。含量过多时，出现氮气孔； 3、氧：含量过多，白口倾向增加，断面敏感性增加，
气孔增多。多消耗孕育剂，球化剂。
对灰铸铁组织和性能的影响因素
3、磷
P使共晶点左移，计入碳当量；
形成磷共晶，耐磨性提高，脆性增加。
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响 (四) 合金元素的影响(P51)
Ni、Cu、Cr、Mo、W、Mn、V、Ti、Nb
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响 (五) 常见微量元素的影响
Sn、Sb、Bi、Pb、Zn、B、Te、Zr
其他铸造工艺条件的影响 (四) 炉料的影响
遗传性：与生铁的原始组织（石墨、渗碳 体形态、数量）、气体、非金属夹杂、不常分 析的微量元素有关。
7.2.2 灰铸铁的牌号、性能及 用途
• 完了
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FeS MnS MgS
4、组成金属间化合物
较少
5、纯金属相
超过溶解度，如：Cu、Pb
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(二) 化学成分对灰铸铁组织的影响
1、各元素对石墨化作用的影响(表2-14)
元素 组别
元素
共晶转变期间
1
C、Si、Al
+
2
Mn、S、Mo、Cr、V、H、N、Te 、Sb
-
3
灰铸铁的性能
力学性能 Φ30mm试棒，不完全代表不同形状、壁厚的铸件性能(P36)
➢ 抗拉强度 σb： 用于区分铸铁等级 HT100～HT350； σb = 786.5 - 150×C % - 47×Si % + 45×Mn % +219×S %
➢ 断后伸长率 δ：很低，HT150～HT300之间 δ= 0.3 ～ 0.8%； ➢ 抗压强度： 为σb的3 ～ 4倍； ➢ 抗弯强度： 为σb的2倍； ➢ 硬 度：一定条件下代表强度的大小，耐磨性的高低以及切削性能的
P、Ni、Cu、As、Sn
+或0
4
Mg、Ce
-
注5：+为促进石墨化；B-i 为阻碍石墨化；0为无影- 响
共晶共析温度
+ +或0 0或弱 0
共析转变期间
+ 0或弱 0
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(二) 化学成分对灰铸铁组织的影响
2、各元素对金属基体的影响(表2-15)
条件
基体变化情况
条件
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(三) 五个常见元素的影响
2、锰和硫
锰和硫均稳定碳化物，阻碍石墨化；
锰阻碍共晶石墨化作用弱，阻碍共析石墨化作用强，均珠光体；
灰铸铁含锰量一般0.4～1.2% ，〉1.5%时属于合金铸铁；
硫的作用：1〉强烈阻碍石墨化；
2〉形成MnS，作为石墨的非均质晶核，有利于石墨析出；
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(三) 五个常见元素的影响(P48)
1、碳和硅 含碳量增加，石墨数量增多，促进石墨化； 含碳量减少，偏离共晶点，结晶间隔大，初生奥氏体，性能提高； 硅强烈促进石墨化； 作为孕育剂，石墨化效果比原铁水中的硅大得多； 促进结晶核心形成和石墨化，并减少白口倾向；高Si/C比铸铁； 碳和硅也促进共析石墨化，珠光体量减少，铁素体量增加。
粒状贝氏体
在大块铁素体上有小岛状组织，岛内可能是奥氏体或奥氏体分解产物(状光体或马氏体)
针状贝氏体
形态呈针片状，高倍观察时，可看到针片状铁素体上分布着点状碳化物，边缘多分枝，无明显夹角关系
马氏体
高碳马氏体外型呈透镜状，有明显的中脊面，不回火时针面明亮。有明显的60。或120。夹角特征
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
好坏。外商验货。 HBS = 444 - 71.2×C % - 13.9×Si % + 21×Mn % +170×S %
灰铸铁的性能
使用性能(P41) 1. 耐磨性：
刹车片、气缸套、活塞环、机床导轨、液压阀件； 提高硬度，改善基体组织，表面硬化处理。
2.减振性： 制造内燃机和机床零件；
3.耐热疲劳性能： 球铁、蠕铁比灰铁好； 添加合金元素。
对灰铸铁组织和性能的影响因素
其他铸造工艺条件的影响(P55) (一) 铁液过热和高温静置的影响
铁液过热的临界温度为：1500～1550℃ 与成分、冷却速度和形核能力有关
对灰铸铁组织和性能的影响因素
其他铸造工艺条件的影响 (二) 孕育处理的影响
生产高强度铸铁时，要求铁液过热，并适当降低碳硅含量； 形核能力降低，往往出现过冷石墨和一定量的自由渗碳体； 孕育能降低铁液过冷倾向，形成较理想石墨形态，增加非均 质晶核数量，细化晶粒，提高组织和性能均匀性，性能提高
点状、片状枝晶间石墨呈无向分布
E
短小片状枝晶间石墨呈有方向分布
F
星状(或蜘蛛状)与短片状石墨混合均匀分布
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
灰铸铁的金相组织
(一) 石 墨(P29)
表2-2 各型石墨的形成条件
石墨 类型
A
B
C
形成条件
石墨成核能力强，冷却速度慢，过 冷度小
实质上中心是D型，外围是A型，开 始时过冷度大，呈褐条件差，先析 出D型，后期析放出凝固潜热，过 冷减少而析出A型
过共晶成分，满冷时形成的初析石 墨
石墨 类型
D
形成条件
碳当量低，成核条件差，初析奥氏体 多，冷却速度快，过冷度大
碳当量较形成D型时更低，但冷却速 E 度慢，共晶凝固时液体数量已很少，
故呈方向性分布(取决于初析奥氏体)
F
过共晶成分，快冷时形成，如活塞中 常出现F型石墨
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
7.2.1 灰铸铁的组织及性能
内蒙古机电职业技术学院 机电工程系 数控1101班 王逸禄同学
指导教师：董香萍
灰铸铁的成分
成份：一般为Wc=2.5%～4.0%,Wsi=1.0%～ 3.0%,WMn=0.5%～1.4%,Ws≤0.15%,Wp≤0.30%。 组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素 体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
灰铸铁的金相组织
(一) 石 墨(P29)
凝固条件不同 (化学成分、冷却速度、形核能力)
名称 片状 菊花状 块片状 枝晶点状 枝晶片状 星状
表2-1 石墨形状分类
代号
说明
A
片状石墨均匀分布
B
片状与点状石墨聚集成菊花状分布
C
部分带尖角块状、粗大片状初生石墨及小片状石墨
D
(一) 石墨的影响(P31)：
软、强度极低 (σb< 20 MPa; δ≈0 %) 3%游离石墨即占铸铁体积约10% 减小有效截面积，尖端引起应力集中
1. 降低强度； 3. 有好的减振性； 5. 有好的减摩性；
2. 减低弹性模量； 4. 缺口敏感性小； 6. 致密性差，导热性好。
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
基体变化情况
C、Si、Al增高
铁素体增加
提高Cu、Ni、Mo量
可出现中温转变产物——贝 氏体
Mn、Cr、Cu、Ni、 Sn、Sb(一定量内)
珠光体增加并细化
中Mn(5%～7%)
形成马氏体
Mo
珠光体细化
高Mn、高Ni
形成奥氏体
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(三) 五个常见元素的影响(表2-16)
灰铸铁的性能
工艺性能
(一) 铸造性能(P42)
1. 流动性：铁液充填铸型的能力；
熔点以上的过热度（提高浇温）；温度一定时接近共晶成分流动性好；
磷可提高共晶度，形成低熔点共晶体，降低液相温度；薄壁且表面光洁度要 求高的使用高磷铸铁（如工艺品）；
2. 收缩性： 液态收缩、凝固收缩、固态收缩
(P43)
铸型条件、石墨化膨胀、铸件结构的机械阻碍；
3. 铸造应力： 1〉热应力 铸件壁厚薄；
(P44)
2〉相变应力
3〉机械阻碍应力
4〉断面敏感性 （内外厚薄处结晶后的组织和性能差异）
灰铸铁的性能
工艺性能
(二)
切削性能(P45) 石墨对刀具的润滑和断屑作用 有游离渗碳体(白口)时差 合金元素V、Ti、B、Cr、P 硬化相
工艺性能
灰铸铁的性能
(二) 焊补性能 ① 易形成渗碳体； ② 易产生裂纹； ③ 产生新的渣孔、气孔。
Biblioteka Baidu1、形成固溶体；
2、组成碳化物(P47)：
1〉强碳化物形成元素：V、Zr、Nb、Ti
2〉中碳化物形成元素：Cr、Mo、W
3〉弱碳化物形成元素：Mn
4〉Al: 8-9%,20-24%之间进入固溶体，对石墨化有利
10-20%之间Fe3AlCr 反石墨化
〉24%形成特殊碳化物
3、组成硫化物、氧化物、氮化物
金相组织对性能的影响
(二) 基体的影响(P34)： 灰铸铁(Si%=2%)中： 铁素体： σb ≈ 400 MPa; HBS ≈ 95； δ = 50 %； 状光体： σb ≈ 700 MPa; HBS ≈ 200；δ = 15 %； 为提高σb，除石墨形状、分布、数量外，力争100%细小
珠光体。
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
对灰铸铁组织和性能的影响因素
冷却速度的影响(P45)
成分一定，共晶凝固，冷却越快，过冷度越大，越易白口。 影响因素： 1〉逐渐大小和厚薄； 2〉铸型条件：干型、湿型、金属型、石墨型、树枝型、铁型 复砂、冷铁
对灰铸铁组织和性能的影响因素
化学成分的影响
(一) 各元素在铸铁中存在的状态与分布(P47)
灰铸铁的金相组织
(二) 基 体(P30)
铸态或热处理后，分为：铁素体、片状珠光体、粒状珠光体、托 氏体、粒状贝氏体、针状贝氏体、马氏体(表2-4)。
组织名称
说明
铁素体
白色块状组织为α铁素体
片状珠光体
珠光体中碳化物和铁素体均呈片状，近似平行排列
粒状珠光体
在白色铁素体基体上分布着粒状碳化物
托氏体
在晶界呈黑团状组织，该种组织在高倍观察时，可看到针片状铁素体和碳化物的混合体
金相组织对性能的影响
(三) 共晶团的影响： 影响因素：炉料、化学成分、熔化工艺、孕育剂与孕育
方法、冷却速度。 优点：共晶团细化，明显提高σb； 缺点：过多共晶团会增加缩孔，缩松倾向。
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
金相组织对性能的影响
(四) 非金属夹杂物的影响(P35)： Mn低时，S形成三元硫化物共晶或富铁硫化物，影响σb； Mn高时，形成MnS (Tm = 1650℃)，入渣； 磷共晶常沿共晶团晶界呈网状、岛状或鱼骨状分布； 硬而脆，韧性极低，但耐磨，可用于缸套或刹车盘。
灰铸铁的金相组织
(三) 碳化物
针条状、网状、块状和莱氏体状。
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
灰铸铁的金相组织
(四) 磷共晶
二元、三元 二元磷共晶 —— 碳化物复合物 三元磷共晶 —— 碳化物复合物
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
灰铸铁的金相组织 (五) 共晶团
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
金相组织对性能的影响
元素
存在形式
碳 以化合碳存在量小于0.80%。其余以石墨存在
硅 固溶于铁素体中
锰 少量固溶于铁素体。大部分溶于共析碳化物和渗碳体中，以(Fe,Mn)3C合金渗碳体 形式存在
磷 少量固溶于铁素体，其固溶量随碳当量增加和冷却速度降低而减少。主要以二元、 三元磷共晶和磷共晶-碳化物复合物形式存在
硫 少量溶于铁素体和渗碳体，大部分以各种硫化夹杂物(MnS、FeS)的形式存在