工程材料第8章 铸铁讲解
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第八章 铸铁
第一节 概述
铸铁是指碳含量大于2.11% 的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有 Si、Mn 、S、 P 等元素。只不过它的 Si含量较高，以及Mn 、S、P的含量也比碳钢多。
铸铁的分类
根据铸铁中碳存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：
1、白口铸铁：铸铁中碳主要以游离Fe3C形式存在，断口亮白色。 2、灰口铸铁：碳全部或大部以自由态—石墨(G)形式存在，断口暗灰色。 3、麻口铸铁：碳部分以游离Fe3C形式存在，部分以石墨(G)形式存在，
③ 铁素体灰铸铁：
在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。 力学性能最差，一般不用来生产机器零件，
但它的铸造性能好，故用来生产没有强度
要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。
（二）灰铸铁的热处理 1、消除内应力退火 2、改善切削加工性的高温退火 3、表面淬火
（三）灰铸铁的牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 牌号中的后两种是孕育铸铁。
磷对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性＜ 0.3% ， 如要求耐磨性好含量应＜0.5% 。
（2）冷却速度的影响 冷却速度减慢，石墨化程度增加。
铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。 所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁 厚和造型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。
导热性好，铸造性及切削加工性好。
① 珠光体灰铸铁：
在共析钢的基体上分布着细小均匀的片状石墨。 强度、硬度较高，用于制造重要铸件， 如气缸体、活塞及机床床身。
② 珠光体加铁素体灰铸铁：
在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。 强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。 用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。
2、组织和用途 灰铸铁的组织是由金属基体加片状石墨所组成，即：
P+G （片状） P+F+G （片状） F+G（片状）
3、灰铸铁的性能
HT 的性能由金属基体和石墨所决定。
石墨（G）的性质：晶格为简单六方晶格，强度、塑性和韧性极低，
σb=20MPa 、δ=0、3HB 灰铸铁的性能：
抗拉强度低，塑性差， σb=100~250MPa δ=0 ，但抗压强度和钢相近。 减摩性、减震性好（石墨松软吸收震动），
所谓孕育，即在浇注前向铁水中加入孕育剂（变质剂）进行处理。加入的 孕育剂成为石墨结晶的核心，从而细化石墨，提高铸铁的力学性能。 铸铁的孕育剂一般采用 Si-Fe（ 75%Si ）合金，加入量为铁水质量的0.4% 。
二 可锻铸铁
1 可锻铸铁的组织： 金属基体+G (团絮状）
F+G ( 团絮状） P+ G ( 团絮状）
（2）正火：增加基体中 P数量， 得到P基体或P＋F基体，以提高强度和耐磨性。
高温正火： P基体＋球状石墨 低温正火：（ P＋ F ）基体＋球状石墨；
强度比高温正火低、塑性和韧性较高
（3）调质处理：得到良好的综合力学性能，回火 S＋球状石墨 （4）等温淬火：得到B下基体组织，综合力学性能好，B下＋球状石墨
四 蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是一种新型铸铁，成分与球墨铸铁相似。 在铁水中加入蠕化剂：稀土镁钛合金、硅钛、硅钙。
石墨片短而厚、头部较钝、较圆，形状似蠕虫。
强度高于灰铸铁，接近于球铁，塑性比球铁低。 铸造性能相当于灰铸铁。
抗热疲劳性和减震性较好。制造电动机外壳、机座等 。
牌号：RuT260 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420
二 铸铁石墨化及影响因素 1 概念：铸铁组织中石墨的形成过程 2 影响石墨化的因素 （1）化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素，C↑、Si↑ → G化↑ 但含量过高，石墨数量过多且过于粗大，会降低性能。 只有碳而没有硅， 则很难进行石墨化。 铸铁中碳含量为2.5~4%，硅含量为1~2%。 铝、铜、镍：促进石墨化 硫是强烈阻止石墨化的元素，降低力学性能 铸铁中的硫含量通常小于0.15%。 锰阻止石墨化，但能减弱硫的有害作用，故铸铁中锰的含量 要适当，通常在0.5~1.4%。
断口灰白相间，尤如麻点。
根据灰口铸铁中石墨形状的不同，灰口铸铁可分为如下几类：
1、普通灰口铸铁：G以片状形式出现，断口颜色暗灰色，代号 HT。 2、可锻铸铁： G以团絮状形式出现，断口颜色黑绒状，代号 KT。 3、球墨铸铁： G大部分或全部呈球状，断口银灰色，代号 QT。 4、蠕墨铸铁： 大部分G为蠕虫状，断口颜色黑绒状，代号 RuT 。
高温石墨化退火， Fe 3C
F+G( 团絮状)
4 可锻铸铁牌号： 黑心可锻铸铁：KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 P体可锻铸铁：KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02
KT生产周期长、工艺复杂、成本较高，部分被球磨铸铁取代
4 球铁的热处理 QT可以象钢一样进行各种热处理。 （1）退火：得到F基体组织和消除内应力
去应力退火 低温退火：铸态基体： F＋P → P 中 Fe3C → G＋F
F基体＋球状石墨，以获得较高塑性、韧性 高温退火：铸态基体： F＋P＋ Fe3C
P＋ Fe3C →G＋F F基体＋球状石墨，以获得较高塑性、韧性，改善切削加工性能。
第三节 合金铸铁
一 耐磨铸铁：减摩铸铁和抗磨铸铁
冲天炉化铁，炉料与焦炭直接接触，铸铁含碳量难以大幅度改变， 控制铸铁组织最有效的措施：改变铸铁中碳全部或大部分以片状自由态形式（石墨）存在。
（一）灰铸铁的成分、组织、性能和用途
1、化学成分 C=2.7~3.6% Si=1.1~2.5% Mn=0.5~1.3 % S ＜0.15% P ＜0.3%
2 性能和应用
可锻铸铁的力学性能高于灰铸铁， σb= 300 ~700MPa δ= 2~12% 。 耐腐蚀性能较强，铸造性能较灰铸铁差。
可锻铸铁可用于承受冲击和震动的场合，如汽车、拖拉机的前后桥壳等；
3 可锻铸铁的制取
各种阀体和水暖管件也广泛使用可锻铸铁。
生产白口铸件； 成分特点：低碳低硅 C=2.4~2.8% Si=1.0~2.0%
第一节 概述
铸铁是指碳含量大于2.11% 的铁碳合金，如同碳钢一样，也含有 Si、Mn 、S、 P 等元素。只不过它的 Si含量较高，以及Mn 、S、P的含量也比碳钢多。
铸铁的分类
根据铸铁中碳存在形式的不同，铸铁可分为如下几类：
1、白口铸铁：铸铁中碳主要以游离Fe3C形式存在，断口亮白色。 2、灰口铸铁：碳全部或大部以自由态—石墨(G)形式存在，断口暗灰色。 3、麻口铸铁：碳部分以游离Fe3C形式存在，部分以石墨(G)形式存在，
③ 铁素体灰铸铁：
在铁素体的基体上分布着粗大的片状石墨。 力学性能最差，一般不用来生产机器零件，
但它的铸造性能好，故用来生产没有强度
要求的机件，如小手柄、盖板、重锤等。
（二）灰铸铁的热处理 1、消除内应力退火 2、改善切削加工性的高温退火 3、表面淬火
（三）灰铸铁的牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 牌号中的后两种是孕育铸铁。
磷对石墨化的影响不大，但它增加铸铁的硬度和冷脆性＜ 0.3% ， 如要求耐磨性好含量应＜0.5% 。
（2）冷却速度的影响 冷却速度减慢，石墨化程度增加。
铸造时，造型材料、铸造工艺、铸件壁厚都会影响冷却速度。 所以，要使铸铁获得所需要的组织和性能，主要根据铸件的壁 厚和造型材料，控制碳和硅的含量，适当的含锰量，限制硫和磷的含量。
导热性好，铸造性及切削加工性好。
① 珠光体灰铸铁：
在共析钢的基体上分布着细小均匀的片状石墨。 强度、硬度较高，用于制造重要铸件， 如气缸体、活塞及机床床身。
② 珠光体加铁素体灰铸铁：
在亚共析钢的基体上分布着较前者粗大的片状石墨。 强度、硬度较差，但铸造时易控制，切削性能好，用途广。 用于制造机座、支架、箱体、泵体、阀体等。
2、组织和用途 灰铸铁的组织是由金属基体加片状石墨所组成，即：
P+G （片状） P+F+G （片状） F+G（片状）
3、灰铸铁的性能
HT 的性能由金属基体和石墨所决定。
石墨（G）的性质：晶格为简单六方晶格，强度、塑性和韧性极低，
σb=20MPa 、δ=0、3HB 灰铸铁的性能：
抗拉强度低，塑性差， σb=100~250MPa δ=0 ，但抗压强度和钢相近。 减摩性、减震性好（石墨松软吸收震动），
所谓孕育，即在浇注前向铁水中加入孕育剂（变质剂）进行处理。加入的 孕育剂成为石墨结晶的核心，从而细化石墨，提高铸铁的力学性能。 铸铁的孕育剂一般采用 Si-Fe（ 75%Si ）合金，加入量为铁水质量的0.4% 。
二 可锻铸铁
1 可锻铸铁的组织： 金属基体+G (团絮状）
F+G ( 团絮状） P+ G ( 团絮状）
（2）正火：增加基体中 P数量， 得到P基体或P＋F基体，以提高强度和耐磨性。
高温正火： P基体＋球状石墨 低温正火：（ P＋ F ）基体＋球状石墨；
强度比高温正火低、塑性和韧性较高
（3）调质处理：得到良好的综合力学性能，回火 S＋球状石墨 （4）等温淬火：得到B下基体组织，综合力学性能好，B下＋球状石墨
四 蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是一种新型铸铁，成分与球墨铸铁相似。 在铁水中加入蠕化剂：稀土镁钛合金、硅钛、硅钙。
石墨片短而厚、头部较钝、较圆，形状似蠕虫。
强度高于灰铸铁，接近于球铁，塑性比球铁低。 铸造性能相当于灰铸铁。
抗热疲劳性和减震性较好。制造电动机外壳、机座等 。
牌号：RuT260 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420
二 铸铁石墨化及影响因素 1 概念：铸铁组织中石墨的形成过程 2 影响石墨化的因素 （1）化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素，C↑、Si↑ → G化↑ 但含量过高，石墨数量过多且过于粗大，会降低性能。 只有碳而没有硅， 则很难进行石墨化。 铸铁中碳含量为2.5~4%，硅含量为1~2%。 铝、铜、镍：促进石墨化 硫是强烈阻止石墨化的元素，降低力学性能 铸铁中的硫含量通常小于0.15%。 锰阻止石墨化，但能减弱硫的有害作用，故铸铁中锰的含量 要适当，通常在0.5~1.4%。
断口灰白相间，尤如麻点。
根据灰口铸铁中石墨形状的不同，灰口铸铁可分为如下几类：
1、普通灰口铸铁：G以片状形式出现，断口颜色暗灰色，代号 HT。 2、可锻铸铁： G以团絮状形式出现，断口颜色黑绒状，代号 KT。 3、球墨铸铁： G大部分或全部呈球状，断口银灰色，代号 QT。 4、蠕墨铸铁： 大部分G为蠕虫状，断口颜色黑绒状，代号 RuT 。
高温石墨化退火， Fe 3C
F+G( 团絮状)
4 可锻铸铁牌号： 黑心可锻铸铁：KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 P体可锻铸铁：KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02
KT生产周期长、工艺复杂、成本较高，部分被球磨铸铁取代
4 球铁的热处理 QT可以象钢一样进行各种热处理。 （1）退火：得到F基体组织和消除内应力
去应力退火 低温退火：铸态基体： F＋P → P 中 Fe3C → G＋F
F基体＋球状石墨，以获得较高塑性、韧性 高温退火：铸态基体： F＋P＋ Fe3C
P＋ Fe3C →G＋F F基体＋球状石墨，以获得较高塑性、韧性，改善切削加工性能。
第三节 合金铸铁
一 耐磨铸铁：减摩铸铁和抗磨铸铁
冲天炉化铁，炉料与焦炭直接接触，铸铁含碳量难以大幅度改变， 控制铸铁组织最有效的措施：改变铸铁中碳全部或大部分以片状自由态形式（石墨）存在。
（一）灰铸铁的成分、组织、性能和用途
1、化学成分 C=2.7~3.6% Si=1.1~2.5% Mn=0.5~1.3 % S ＜0.15% P ＜0.3%
2 性能和应用
可锻铸铁的力学性能高于灰铸铁， σb= 300 ~700MPa δ= 2~12% 。 耐腐蚀性能较强，铸造性能较灰铸铁差。
可锻铸铁可用于承受冲击和震动的场合，如汽车、拖拉机的前后桥壳等；
3 可锻铸铁的制取
各种阀体和水暖管件也广泛使用可锻铸铁。
生产白口铸件； 成分特点：低碳低硅 C=2.4~2.8% Si=1.0~2.0%