第七章铸铁课件.ppt

1、第七章第七章 铸铁铸铁l铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%并含并含有较多硅、锰、硫、磷等元素有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。的多元铁基合金。l铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的材料之一。l例如，机床例如，机床床身、内燃床身、内燃机的汽缸体机的汽缸体、缸套、活塞缸套、活塞环及轴瓦、环及轴瓦、曲轴等都可曲轴等都可用铸铁制造用铸铁制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内内燃燃机机汽汽缸缸l一、铸铁的石墨化过一、铸铁的石墨化过程程l1、Fe-Fe3C和和Fe-G(石石墨墨)双重相图双重相图

2、lFe3C是亚稳相，在一定是亚稳相，在一定条件下将发生分解：条件下将发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁第一节第一节 概述概述l石墨是碳的单质之石墨是碳的单质之一，其强度、塑性一，其强度、塑性、韧性几乎为零。韧性几乎为零。l铸铸铁铁中中的的碳碳除除少少量量固固溶溶于于基基体体中中外外，主主要要以以化化合合态态的的渗渗碳碳体体(Fe3C)和和游游离离态态的的石石墨墨(G)两两种种形式存在。形式存在。存在两个铁碳相图存在两个铁碳相图存在两个铁碳相图存在两个铁碳相图：Fe-FeFe-Fe3 3C C和和和和Fe-GFe-G双重相图双重相图双重相

3、图双重相图L+GL+Fe3Cl2、铸铁的石墨化过、铸铁的石墨化过程程l铸铁中的碳原子析出铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为形成石墨的过程称为石墨化石墨化。l铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热也可以由渗碳体加热时分解得到。时分解得到。台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉台车式石墨化退火炉l石墨化分两个阶段：石墨化分两个阶段：l在在PSK线以上发生线以上发生的石墨化称为的石墨化称为第一阶第一阶段石墨化段石墨化。l包括包括结晶时结晶时一次石墨一次石墨、二次石墨、共晶石墨二次石墨、共晶石墨的析出的析出和和加热时加热时一次一次

4、渗碳体、二次渗碳体渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解及共晶渗碳体的分解.Pl在在PSK线以下发线以下发生的石墨化称为生的石墨化称为第第二阶段石墨化二阶段石墨化。包包括冷却时共析石墨括冷却时共析石墨的析出和加热时共的析出和加热时共析渗碳体的分解。析渗碳体的分解。l石墨化程度不同，石墨化程度不同，所得到的铸铁类型所得到的铸铁类型和组织也不同和组织也不同。P铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁的显微组织铸铁类型铸铁类型第一阶段第一阶段石墨化石墨化第二阶段第二阶段石墨化石墨化完全进行完全

5、进行完全进行完全进行F+G灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Le+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Le白口铸铁白口铸铁l l3 3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素l l 化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响化学成分的影响 l l碳碳碳碳和和和和硅硅是强烈促进石墨化的元素。是强烈促进石墨化的元素。是强烈促进石墨化的元素。是强烈促进石墨化的元素。l l碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸

6、造碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。性能变差。性能变差。性能变差。l l碳、硅含量过高碳、硅含量过高碳、硅含量过高碳、硅含量过高,会使石墨数量多会使石墨数量多会使石墨数量多会使石墨数量多且粗大，基体内且粗大，基体内且粗大，基体内且粗大，基体内铁素体量增多，铁素体量增多，铁素体量增多，铁素体量增多，降低铸件的性能降低铸件的性能降低铸件的性能降低铸件的性能.SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响l碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。lAl、Cu、Ni、Co等元

7、素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。lS、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。等元素阻碍石墨化。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶l磷虽然可促进石墨化磷虽然可促进石墨化,但其含量高时易在晶但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。l冷却速度的影响冷却速度的影响l铸铸件件冷冷却却缓缓慢慢，有有利利于于碳碳原原子子的的充充分分扩扩散散，结结晶晶将按将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。相图进行，因而促进石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的

8、影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由快冷时由于过冷度于过冷度大，结晶大，结晶将按将按Fe-Fe3C相图相图进行进行,不不利于石墨利于石墨化化.二、二、铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类l工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。l1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点l钢的基体钢的基体+G（石墨）石墨）l基体组织有基体组织有铁素体、珠光体铁素体、珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种三种。F+GF+P+GP+Gl耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。l消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。

9、l铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶.l切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。l2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点l力学性能低。力学性能低。由于由于石墨相当于钢基体中石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且了基体的连续性，且易导致应力集中。易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较3、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法铸铁铸铁名称名称石墨石墨形态形态基体基体组织组织编编号号方方法法牌号实例牌号实例灰灰铸铸铁铁片片状状FHT+一组数字

10、一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值，单位单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200可可锻锻铸铸铁铁团团絮絮状状FKTH+两组数字两组数字KTB+两组数字两组数字KTZ+两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低伸长率值，伸长率值，%铸铁的分类铸铁的分类与牌号表示方法（续）与牌号表示方法（续

11、铸铁铸铁名称名称石墨石墨形态形态基体基体组织组织编编号号方方法法牌号实例牌号实例球球墨墨铸铸铁铁球球状状FQT+两组数字两组数字第第一一组组数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强度值，强度值，MPa；第第二二组组数数字字表表示示最最低低伸伸长长率值，率值，%。“QT”表表示示球球墨墨铸铸铁铁代代号号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕墨墨铸铸铁铁蠕蠕虫虫状状FRuT+一组数字一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值,MPa。“RuT”表表示示蠕蠕墨墨铸铸铁铁代代号号 RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类铸铁的分类工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围

12、围与与组组织织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce第二节第二节 常用铸铁常用铸铁l一、灰铸铁一、灰铸铁l灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的占铸铁总产量的80%以上。以上。l1、组织、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有的，其基体组织有铁素体铁素

13、体、珠珠光体光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰灰铸铸铁铁的的显显微微组组织织 铁铁素素体体灰灰铸铸铁铁珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片的的三三维维形形貌貌l常常对对灰灰铸铸铁铁进进行行孕孕育育处处理理，以以细细化化片片状石墨。状石墨。l常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。l经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙l2、热处理、热处理l热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变基体组织，不

14、改变石墨形态。墨形态。l灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。l灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：l消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)l消除白口组织退火消除白口组织退火l表面淬火表面淬火灰铸铁件灰铸铁件汽汽缸缸套套活活塞塞环环l3、用途、用途l制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件,如如机床床身、各种箱体、壳机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻

15、铸铁石墨化退火工艺曲线 l l二、可锻铸铁二、可锻铸铁l石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。l1、组织、组织：基体基体(F、P)团絮状团絮状Gl铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁。l2、性能、性能：强度为碳钢的强度为碳钢的00%，接近于铸钢。，接近于铸钢。l名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻 可锻铸铁的显微可锻铸铁的显微组织组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火l3、用途、用途l用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承

16、受振动载荷的薄壁小型件，如动载荷的薄壁小型件，如汽汽车、拖拉机的前后轮壳车、拖拉机的前后轮壳、管管接头、低压阀门接头、低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件l三、三、球墨铸铁球墨铸铁l石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.l1、组织：、组织：基体（基体（F、F+P、P）+球状球状Gl球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。l球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕匀，在球化处理同时还进行孕育

17、处理。育处理。l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 铁铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 l2、性能与热处理、性能与热处理l强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强球墨铸铁的突出特点是屈强比比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。l球墨铸铁球墨铸铁可进行各可进行各种热处理种热处理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等温等温淬火淬火等等。l球墨铸铁的热处理特点是：球

18、墨铸铁的热处理特点是：l奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高;l淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高;l奥氏体中碳含量可控。奥氏体中碳含量可控。制制品品(轧轧辊辊与与辊辊环环)组织组织组织组织贝贝氏氏体体基基球球墨墨铸铸铁铁l3、用途、用途l承受震动、载承受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如如曲轴、传动曲轴、传动齿轮齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴l四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁l蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代年代发展起来的一种新型铸铁发展起来的一种新型铸铁.l蠕墨铸铁是液态铁水经蠕蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕

19、育处理得到的化处理和孕育处理得到的.l蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的显微组织显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体l蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰灰铸铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁l蠕墨铸铁蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓