碳素钢及铸铁课件.ppt

1、第第3章章 碳素钢及铸铁碳素钢及铸铁 3.1 碳素钢概述碳素钢概述 3.2 碳素结构钢碳素结构钢 3.3 碳素工具钢碳素工具钢 3.4 铸造碳钢铸造碳钢 3.5 铸铁概述铸铁概述 3.6 灰铸铁灰铸铁下一页返回第第3章章 碳素钢及铸铁碳素钢及铸铁 3.7 球墨铸铁球墨铸铁 3.8 可锻铸铁可锻铸铁 3.9 其他铸铁其他铸铁上一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述 含碳量小于含碳量小于2.11%的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢，属于非合金的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢，属于非合金钢，关于合金钢详见本书第钢，关于合金钢详见本书第5章。碳钢容易冶炼，价格低廉，易于加章。碳钢容易冶炼，价格低廉，易于加工，

2、性能上能满足一般机械零件的使用要求，因此是工业中用量最大工，性能上能满足一般机械零件的使用要求，因此是工业中用量最大的金属材料的金属材料3.1.1 常存杂质元素对碳钢性能的影响常存杂质元素对碳钢性能的影响 实际使用的碳钢并不是单纯的铁碳合金，其中还含有少量的锰、硅、实际使用的碳钢并不是单纯的铁碳合金，其中还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素，这些元素的存在对钢的性能有较大影响。硫、磷等杂质元素，这些元素的存在对钢的性能有较大影响。1.锰的影响锰的影响 锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时添加的脱氧剂锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时添加的脱氧剂(锰铁锰铁)之中带入的，非之中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般

3、约为合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%0.80%锰的脱氧能力较好，锰的脱氧能力较好，能清除钢中的能清除钢中的Fe0，降低钢的脆性，与硫化合成，降低钢的脆性，与硫化合成MnS，可以减轻硫的，可以减轻硫的有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化，提高有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素上一页 下一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述2.硅的影响硅的影响 硅也是来自于生铁和脱氧剂，在钢中也是一种有益的元素，其含量硅也是来自于生铁和脱氧剂，在钢中也是一种有益的元素，其含量一般

4、在一般在0.4%以下硅和锰一样能溶入铁素体中，产生固溶强化，使钢以下硅和锰一样能溶入铁素体中，产生固溶强化，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。当硅含量不多，在碳钢中的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，对钢的性能影响不显著。仅作为少量杂质存在时，对钢的性能影响不显著。3.硫的影响硫的影响 硫是由生铁和炼钢燃料带入的杂质元素，在钢中是一种有害的元素。硫是由生铁和炼钢燃料带入的杂质元素，在钢中是一种有害的元素。硫在钢中不溶于铁，而与铁化合形成化合物硫在钢中不溶于铁，而与铁化合形成化合物FeS,FeS与与Fe能形成低能形成低熔点共晶体，熔点仅为熔点

5、共晶体，熔点仅为985，且分布在奥氏体的晶界上。当钢材在，且分布在奥氏体的晶界上。当钢材在1 000一一1 200进行压力加工时，共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，进行压力加工时，共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，钢材变脆，这种现象称为热脆性，为此，钢中硫的含量必须严格控制。钢材变脆，这种现象称为热脆性，为此，钢中硫的含量必须严格控制。在钢中增加锰的含量，使之与硫形成在钢中增加锰的含量，使之与硫形成MnS(熔点熔点1620 )，可消除硫，可消除硫的有害作用，避免热脆现象的有害作用，避免热脆现象上一页 下一页返回4.磷的影响磷的影响 磷是由生铁带入钢中的有害杂质元素，磷在钢中能全部溶入铁素体，磷是由生铁

6、带入钢中的有害杂质元素，磷在钢中能全部溶入铁素体，使钢的强度、硬度有所提高，但却使常温下钢的塑性、韧性急剧降低，使钢的强度、硬度有所提高，但却使常温下钢的塑性、韧性急剧降低，使钢变脆，这种情况在低温时更为严重，称为冷脆性使钢变脆，这种情况在低温时更为严重，称为冷脆性 一般希望冷脆转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆。而磷一般希望冷脆转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆。而磷在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使局部区域含磷量偏高，导在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使局部区域含磷量偏高，导致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆。冷脆对在高寒地带和其他低温致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆。冷

7、脆对在高寒地带和其他低温条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在热轧后形成带状组织。热轧后形成带状组织。通常情况下，磷是有害的杂质，在钢中要严格控制磷的含量。但含通常情况下，磷是有害的杂质，在钢中要严格控制磷的含量。但含磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工性磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工性方面则是有利的。方面则是有利的。上一页 下一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述3.1 碳素钢概述碳素钢概述3.1.2碳素钢的分类碳素钢的分类1.按钢中碳的含量分类按钢中碳的含量分类

8、 根据钢中含碳量的不同，可分为根据钢中含碳量的不同，可分为:(1)低碳钢低碳钢wc0.25%，如，如08钢、钢、io钢、钢、is钢、钢、20钢和钢和2s钢等钢等;(2)中碳钢中碳钢0.25%wc0.6%，如，如6s钢、钢、70钢、钢、7s钢、钢、80钢、钢、8s钢、钢、T7钢、钢、T8钢、钢、T10钢和钢和T12钢等钢等.上一页 下一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述2.按钢的质量分类按钢的质量分类 根据钢中有害杂质硫、磷含量的多少，可分为根据钢中有害杂质硫、磷含量的多少，可分为:(1)普通质量碳素钢钢中硫、磷含量较高普通质量碳素钢钢中硫、磷含量较高(ws0.050%,wp,0.035%);(

9、3)高级优质碳素钢钢中硫、磷含量很低高级优质碳素钢钢中硫、磷含量很低(ws0.015%,wp0.025%).此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢(脱氧不完全脱氧不完全)、镇静、镇静钢钢(脱氧完全脱氧完全)和半镇静钢和半镇静钢(脱氧较完全脱氧较完全)3类类上一页 下一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述3.按钢的用途分类按钢的用途分类根据钢的用途不同，可分为根据钢的用途不同，可分为:(1)碳素结构钢碳素结构钢 主要用于制造各种机械零件和工程结构件，这类钢一主要用于制造各种机械零件和工程结构件，这类钢一般属于低、中碳钢。般属于低、中碳钢。(2)碳素工具钢碳

10、素工具钢 主要用于制造各种刃具、量具和模具，这类钢含碳主要用于制造各种刃具、量具和模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。量较高，一般属于高碳钢。(3)碳素铸钢碳素铸钢 主要用于制作形状复杂，难以用锻压等方法成型的铸主要用于制作形状复杂，难以用锻压等方法成型的铸钢件。钢件。上一页 下一页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述3.1.3钢铁的牌号命名钢铁的牌号命名 在实际使用中，在给钢的产品命名时，往往把成分、质量和用途几在实际使用中，在给钢的产品命名时，往往把成分、质量和用途几种分类方法结合起来，如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、种分类方法结合起来，如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、

11、高级优质碳素工具钢、合金结构钢等各类钢铁的牌号表示方法见附录高级优质碳素工具钢、合金结构钢等各类钢铁的牌号表示方法见附录4.3.1.4 钢材的品种钢材的品种 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品管材、金属制品4个大类。个大类。1.型材型材 包括钢轨、型钢包括钢轨、型钢(方钢、螺纹钢、棒钢、工字钢、扁钢、六角钢、槽方钢、螺纹钢、棒钢、工字钢、扁钢、六角钢、槽钢及角钢等钢及角钢等)、线材、线材(直径直径510 mm的圆钢和盘条的圆钢和盘条)等。常见的型材如等。常见的型材如图图3-2所示所示上一页 下一

12、页返回3.1 碳素钢概述碳素钢概述2.板材板材常见的板材实物如常见的板材实物如图图3一一3所示。主要包括如下几类所示。主要包括如下几类:(1)薄钢板厚度薄钢板厚度d4mm的钢板，又可分为中板的钢板，又可分为中板(厚度厚度d=4 20 mm)、厚板厚板(厚度厚度d=20一一60 mm)、特厚板、特厚板(厚度厚度d 60 mm)。(3)钢带也称为带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板钢带也称为带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板 (4)电工硅钢薄板也称为硅钢片或矽钢片电工硅钢薄板也称为硅钢片或矽钢片3.管材管材 管材包括无缝钢管和焊接钢管，无缝钢管是用热轧、热轧一冷拔或管材包括无缝钢管和焊接钢管

13、，无缝钢管是用热轧、热轧一冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管，焊接钢管是将钢板或钢带卷曲挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管，焊接钢管是将钢板或钢带卷曲成型然后焊接制成的钢管，如成型然后焊接制成的钢管，如图图3-4所示。所示。4.金属制品金属制品金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等上一页返回3.2 碳素结构钢碳素结构钢3.2.1普通碳素结构钢普通碳素结构钢1.特性及应用特性及应用 普通碳素结构钢含杂质较多，价格低廉，用于对性能要求不高的地普通碳素结构钢含杂质较多，价格低廉，用于对性能要求不高的地方，其含碳量多在方，其含碳量多在0.30%以下，含锰量不超过以下，含

14、锰量不超过0.80%，强度较低，强度较低，但塑性、韧性、冷变形性能好但塑性、韧性、冷变形性能好 除少数情况外，普通碳素结构钢一般不作热处理，而是直接使用。除少数情况外，普通碳素结构钢一般不作热处理，而是直接使用。多制成条钢、异型钢材、钢板等。用途很多，用量很大，主要用于铁多制成条钢、异型钢材、钢板等。用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。不需要热处理的机械零件和一般焊接件。下一页返回3.2 碳素结构钢碳素结构钢2.牌号表示牌号表示 普通碳素结构钢的

15、牌号由代号普通碳素结构钢的牌号由代号(Q）.屈服点数值、质量等级符号和脱屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分表示，还可以在末尾加上尾缀说明质量等级和脱氧方法符号四个部分表示，还可以在末尾加上尾缀说明质量等级和脱氧方法。说明如下氧方法。说明如下:(1)主体牌号主体牌号“Q”是钢材的屈服强度是钢材的屈服强度“屈屈”字的汉语拼音字首，紧字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。(2)尾缀国标中规定了尾缀国标中规定了A,B,C,D四种质量等级，其中，四种质量等级，其中，A级质量最级质量最差，差，D级

16、质量最好。表示脱氧方法时，沸腾钢在钢号后加级质量最好。表示脱氧方法时，沸腾钢在钢号后加“F，半镇，半镇静钢在钢号后加静钢在钢号后加“b，特殊镇静钢在钢号后加，特殊镇静钢在钢号后加“TZ，镇静钢在钢号，镇静钢在钢号后加后加“Z，其中特殊镇静钢和镇静钢则可省略不加任何字母，其中特殊镇静钢和镇静钢则可省略不加任何字母上一页 下一页返回3.2 碳素结构钢碳素结构钢3.典型钢号典型钢号(1）Q19s,Q21s，通常轧制成薄板、钢筋供应市场。也可用于制作，通常轧制成薄板、钢筋供应市场。也可用于制作铆钉、螺钉、轻负荷的冲压零件和焊接结构件等铆钉、螺钉、轻负荷的冲压零件和焊接结构件等;(2)Q23s,Q2ss

17、强度稍高，可制作螺栓、螺母、销钉、吊钩和不太强度稍高，可制作螺栓、螺母、销钉、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等;质量较好质量较好的的Q23sC,D级可作为重要焊接结构用材级可作为重要焊接结构用材;(3)Q275钢可部分代替优质碳素结构钢钢可部分代替优质碳素结构钢2s,30,3s钢使用。钢使用。普通碳素结构钢的牌号、化学成分和力学性能见普通碳素结构钢的牌号、化学成分和力学性能见表表3一一1上一页 下一页返回3.2 碳素结构钢碳素结构钢3.2.2优质碳素结构钢优质碳素结构钢1.特性及应用特性及应用 优质碳素结构钢中有害杂

18、质优质碳素结构钢中有害杂质S、P含量极少，出厂时既保证化学成分，含量极少，出厂时既保证化学成分，又保证机械性能，这类钢大多数用于制造机械零件，可以进行热处理又保证机械性能，这类钢大多数用于制造机械零件，可以进行热处理以提高其机械性能以提高其机械性能2.牌号表示牌号表示 用钢中平均含碳量的万分数表示钢号。例如，用钢中平均含碳量的万分数表示钢号。例如，45钢表示平均钢表示平均wc=0.45%的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢;08钢，表示平均含碳量为钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素的优质碳素结构钢。结构钢。优质碳素结构钢根据钢中的含锰量不同，分为普通含锰量钢优质碳素结构钢根据钢中的含锰量不同

19、，分为普通含锰量钢(wMn 200 MPa ,ob 400 MPa的铸钢的铸钢 工程用铸钢的牌号、化学成分、力学性能及应用举例见工程用铸钢的牌号、化学成分、力学性能及应用举例见表表3-4返回3.5 铸铁概述铸铁概述 铸铁是碳质量分数大于铸铁是碳质量分数大于2.11%，并比碳钢含有较多的硅、锰、硫、，并比碳钢含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁件生产工艺简单，成本低廉，并且具有优磷等元素的铁碳合金。铸铁件生产工艺简单，成本低廉，并且具有优良的铸造性、切削加工性、耐磨性和减振性等。因此，铸铁件广泛应良的铸造性、切削加工性、耐磨性和减振性等。因此，铸铁件广泛应用于机械制造、冶金、矿山及交通

20、运输等部门。据统计，在各类机械用于机械制造、冶金、矿山及交通运输等部门。据统计，在各类机械中，铸铁件约占中，铸铁件约占40%70%，在机床和重型机械中，则达到，在机床和重型机械中，则达到60%90%3.5.1铸铁的成分及性能特点铸铁的成分及性能特点 与碳钢相比，铸铁的化学成分中除了含有较高与碳钢相比，铸铁的化学成分中除了含有较高C,si等元素外，而且等元素外，而且含有较多的含有较多的S,P等杂质，在特殊性能铸铁中，还含有一些合金元素。等杂质，在特殊性能铸铁中，还含有一些合金元素。各元素含量的不同，将直接影响铸铁的组织和性能各元素含量的不同，将直接影响铸铁的组织和性能.下一页返回3.5 铸铁概述

21、铸铁概述1.成分与组织特点成分与组织特点 工业上常用铸铁的成分工业上常用铸铁的成分(质量分数质量分数)一般为一般为:含碳含碳2.5%4.0%、含硅、含硅1.0%3.0%、含锰、含锰0.5%1.4%、含磷、含磷0.01%0.5%、含硫、含硫0.02%0.2%。为提高铸铁的力学性能或某些物理、化学性能，还可添加一定。为提高铸铁的力学性能或某些物理、化学性能，还可添加一定量的量的Cr,Ni,Cu,Mo等合金元素，以得到合金铸铁等合金元素，以得到合金铸铁 铸铁中的碳主要是以石墨形式存在的，铸铁的基体有珠光体、铁素铸铁中的碳主要是以石墨形式存在的，铸铁的基体有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体体、珠光体加铁

22、素体3种，它们都是钢中的基体组织。因此，铸铁的种，它们都是钢中的基体组织。因此，铸铁的组织特点，可看作是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。组织特点，可看作是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。上一页 下一页返回3.5 铸铁概述铸铁概述2.性能特点性能特点 铸铁的力学性能主要取决于铸铁的基体组织及石墨的数量、形状、铸铁的力学性能主要取决于铸铁的基体组织及石墨的数量、形状、大小和分布。石墨的硬度仅为大小和分布。石墨的硬度仅为35HBW，抗拉强度约为，抗拉强度约为20 MPa，仲，仲长率接近于零，故分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹。由于石墨长率接近于零，故分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹。由于石墨

23、的存在，减少了铸件的有效承载面积，且受力时石墨尖端处产生应力的存在，减少了铸件的有效承载面积，且受力时石墨尖端处产生应力集中，大大降低了基体强度的利用率集中，大大降低了基体强度的利用率 因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比碳钢低。另外，由于石墨的因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比碳钢低。另外，由于石墨的存在，使铸铁具有了一些碳钢所没有的性能，如良好的耐磨性、消振存在，使铸铁具有了一些碳钢所没有的性能，如良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性能。此外，铸铁的成分接性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性能。此外，铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点低，约为近共晶成分，因此铸铁的熔

24、点低，约为1 200左右，液态铸铁流动左右，液态铸铁流动性好。由于石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率低，其铸造性能优性好。由于石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率低，其铸造性能优于钢。于钢。上一页 下一页返回3.5 铸铁概述铸铁概述3.5.2 铸铁的分类及应用铸铁的分类及应用根据灰口铸铁中碳根据灰口铸铁中碳(石墨石墨)存在的形态不同，可将铸铁分为以下几种存在的形态不同，可将铸铁分为以下几种:1.白口铸铁白口铸铁 此类铸铁中的碳除少数溶于铁素体外，其中的碳几乎全部以此类铸铁中的碳除少数溶于铁素体外，其中的碳几乎全部以Fe3C形形式存在，断口呈银白色，故称为白口铸铁。此类铸铁组织中存在大量式存在，断

25、口呈银白色，故称为白口铸铁。此类铸铁组织中存在大量莱氏体，硬而脆，切削加工较困难。除少数用来制造不需加工的硬度莱氏体，硬而脆，切削加工较困难。除少数用来制造不需加工的硬度高、耐磨零件外，主要用作炼钢原料。高、耐磨零件外，主要用作炼钢原料。2.灰铸铁灰铸铁 此类铸铁组织中的碳以片状石墨形式存在，力学性能较差，但生产此类铸铁组织中的碳以片状石墨形式存在，力学性能较差，但生产工艺简单，价格低廉，工业上应用最广工艺简单，价格低廉，工业上应用最广上一页 下一页返回3.5 铸铁概述铸铁概述3.可锻铸铁可锻铸铁 此类铸铁组织中的碳以团絮状石墨形式存在，力学性能好于灰铸铁，此类铸铁组织中的碳以团絮状石墨形式存

26、在，力学性能好于灰铸铁，但生产工艺较复杂，成本高，用来制造一些重要的小型铸件。但生产工艺较复杂，成本高，用来制造一些重要的小型铸件。4.球墨铸铁球墨铸铁 此类铸铁组织中的碳以球状石墨形式存在，生产工艺比可锻铸铁简此类铸铁组织中的碳以球状石墨形式存在，生产工艺比可锻铸铁简单，且力学性能较好，故得到广泛应用。单，且力学性能较好，故得到广泛应用。5.蠕墨铸铁蠕墨铸铁 此类铸铁组织中的碳以短小的蠕虫状石墨形式存在，蠕墨铸铁的强此类铸铁组织中的碳以短小的蠕虫状石墨形式存在，蠕墨铸铁的强度和塑性介于灰铸铁和球墨铸铁之间。此外，其铸造性、耐热疲劳性度和塑性介于灰铸铁和球墨铸铁之间。此外，其铸造性、耐热疲劳性

27、比球墨铸铁好，因此可用来制造大型复杂的铸件，以及在较大温度梯比球墨铸铁好，因此可用来制造大型复杂的铸件，以及在较大温度梯度下工作的铸件。度下工作的铸件。上一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁3.6.1灰铸铁的成分、组织与性能特点灰铸铁的成分、组织与性能特点灰铸铁的化学成分灰铸铁的化学成分 灰铸铁中的碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，灰铸铁中的碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是应限制的元素目前生产中，灰铸铁的化学成分范围一般为硫是应限制的元素目前生产中，灰铸铁的化学成分范围一般为:wc=2.7%3.6%,wsi=1.0%2.5%,wMn=0.5%1.3%，wp0.3%，w

28、s 0.5%。2.灰铸铁的组织灰铸铁的组织灰铸铁的显微组织特征是片状石墨分布在各种基体组织上，片状石墨灰铸铁的显微组织特征是片状石墨分布在各种基体组织上，片状石墨实际上是一个立体实际上是一个立体下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁的多枝石墨团。由于石墨各分枝都长成翘曲的薄片，在金相磨片上所的多枝石墨团。由于石墨各分枝都长成翘曲的薄片，在金相磨片上所看到的仅是这种多枝石墨团的某一截面，因此呈孤立的长短不等的片看到的仅是这种多枝石墨团的某一截面，因此呈孤立的长短不等的片状状(或细条状或细条状)石墨，其立体形态如石墨，其立体形态如图图3一一8所示。所示。由于第三阶段石墨化程度由于第三阶段石墨化程度(具体细

29、节可参阅相关参考书具体细节可参阅相关参考书)的不同，可的不同，可以获得以获得3种不同基体组织的灰铸铁种不同基体组织的灰铸铁 (1)铁素体灰铸铁获得的组织是铁素体基体上分布着片状石墨，如铁素体灰铸铁获得的组织是铁素体基体上分布着片状石墨，如图图3一一9 (a)所示所示 (2)珠光体灰铸铁获得的组织是珠光体基体上分布着片状石墨，如珠光体灰铸铁获得的组织是珠光体基体上分布着片状石墨，如图图3一一9(b)所示所示(3)珠光体珠光体+铁素体灰铸铁获得的组织是珠光体和铁素体基体上分布着铁素体灰铸铁获得的组织是珠光体和铁素体基体上分布着片状石墨，如图片状石墨，如图3-9(c)所示所示上一页 下一页返回3.6

30、 灰铸铁灰铸铁3.灰铸铁的性能特点灰铸铁的性能特点 石墨的存在，会降低铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正是由于石墨的存在，会降低铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正是由于石墨的存在，使铸铁具有一系列其他的优良性能。石墨的存在，使铸铁具有一系列其他的优良性能。(1)铸造性能良好由于灰铸铁的碳含量接近共晶成分，故与钢相比，铸造性能良好由于灰铸铁的碳含量接近共晶成分，故与钢相比，不仅熔点低，流动性好，而且铸铁在凝固过程中要析出比容较大的石不仅熔点低，流动性好，而且铸铁在凝固过程中要析出比容较大的石墨，部分地补偿了基体的收缩，从而减小了灰铸铁的收缩率，所以灰墨，部分地补偿了基体的收缩，从而减小了灰铸铁的

31、收缩率，所以灰铸铁能浇铸形状复杂与薄壁的铸件。铸铁能浇铸形状复杂与薄壁的铸件。(2)减摩性好减摩性是指减少对偶件被磨损的性能。灰铸铁中石墨减摩性好减摩性是指减少对偶件被磨损的性能。灰铸铁中石墨本身具有润滑作用，而且当它从铸铁表面掉落后，所遗留下的孔隙具本身具有润滑作用，而且当它从铸铁表面掉落后，所遗留下的孔隙具有吸附和储存润滑油的能力，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好有吸附和储存润滑油的能力，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性。所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造。的减摩性。所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造。(3)减振性强铸铁在受震动时，石墨能阻止震动

32、的传播，起缓冲作减振性强铸铁在受震动时，石墨能阻止震动的传播，起缓冲作用，并将震动能量转变为热能，灰铸铁减振能力约比钢大用，并将震动能量转变为热能，灰铸铁减振能力约比钢大10倍，故常倍，故常用作承受压力和震动的机床底座、机架、机床床身和箱体等零件。用作承受压力和震动的机床底座、机架、机床床身和箱体等零件。上一页 下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁(4)切削加工性良好由于石墨割裂了基体的连续性，使铸铁切削时容切削加工性良好由于石墨割裂了基体的连续性，使铸铁切削时容易断屑和排屑，且石墨对刀具具有一定润滑作用，可使刀具磨损减少易断屑和排屑，且石墨对刀具具有一定润滑作用，可使刀具磨损减少 (5)缺口敏感性

33、小钢常因表面有缺口缺口敏感性小钢常因表面有缺口(如油孔、键槽、刀痕等如油孔、键槽、刀痕等)造成应造成应力集中，使力学性能显著降低，故钢的缺口敏感性大。灰铸铁中石墨力集中，使力学性能显著降低，故钢的缺口敏感性大。灰铸铁中石墨本身已使金属基体形成了大量缺口，致使外加缺口的作用相对减弱，本身已使金属基体形成了大量缺口，致使外加缺口的作用相对减弱，所以具有小的缺口敏感性。所以具有小的缺口敏感性。上一页 下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁3.6.2灰铸铁的牌号和应用灰铸铁的牌号和应用1.灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号 灰铸铁的牌号以其力学性能来表示。灰铸铁的牌号以灰铸铁的牌号以其力学性能来表示。灰铸铁的牌号以“H

34、T起首，其起首，其后以后以3位数字来表示，其中位数字来表示，其中“HT表示灰铸铁，数字为其最低抗拉强表示灰铸铁，数字为其最低抗拉强度值。例如，度值。例如，HT200，表示以小，表示以小30 mm单个铸出的试棒测出的抗拉强单个铸出的试棒测出的抗拉强度值大于度值大于200 MPa(但小于但小于250 MPa)。灰铸铁分为。灰铸铁分为HT100,HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等等6个牌号个牌号2.灰铸铁的应用灰铸铁的应用 由于灰铸铁具有一系列的优良由于灰铸铁具有一系列的优良h能，而且价廉、易于获得，所以在能，而且价廉、易于获得，所以在目前工业生产中，灰铸铁仍然是应用最广泛

35、的金属材料之一。不同壁目前工业生产中，灰铸铁仍然是应用最广泛的金属材料之一。不同壁厚的灰铸铁件抗拉强度和用途举例见厚的灰铸铁件抗拉强度和用途举例见表表3一一5.上一页 下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁3.6.3灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常进行孕育处理。孕育处理是在为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常进行孕育处理。孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细浇注前往铁液中加入少量孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加细小均匀分布的片状石墨组织的工艺过程。经孕育处理珠光体基体加细小均匀分布的片状石墨组织的工艺过程。经孕育处理

36、后的铸铁称为孕育铸铁后的铸铁称为孕育铸铁(也称变质铸铁也称变质铸铁)。生产中常先熔炼出含碳生产中常先熔炼出含碳(2.7%3.3%),硅硅(1%2%)均较低的铁水，均较低的铁水，然后向出炉的铁水中加入孕育剂，经过孕育处理后再浇注成型。常用然后向出炉的铁水中加入孕育剂，经过孕育处理后再浇注成型。常用的孕育剂为含硅的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的的硅铁，加入量为铁水重量的0.25%0.6%。孕育铸铁的石墨仍为片状，塑性和韧性仍然很低，其本质仍属灰铸孕育铸铁的石墨仍为片状，塑性和韧性仍然很低，其本质仍属灰铸铁。孕育铸铁各部位截面上的组织与性能都均匀一致，力学性能上的铁。孕育铸铁各部位截面

37、上的组织与性能都均匀一致，力学性能上的一个显著特点是断面敏感性小。铸铁具有较高强度和硬度，可用来制一个显著特点是断面敏感性小。铸铁具有较高强度和硬度，可用来制造机械性能要求较高、截面尺寸变化较大的大型铸件，如汽缸、曲轴、造机械性能要求较高、截面尺寸变化较大的大型铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等凸轮、机床床身等上一页 下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁3.6.4灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理1.去内应力退火去内应力退火 铸件在铸造冷却过程中容易产生内应力，易导致铸件变形和裂纹，铸件在铸造冷却过程中容易产生内应力，易导致铸件变形和裂纹，为保证尺寸的稳定，防止变形开裂，对一些大型复杂的铸件，如机床为保

38、证尺寸的稳定，防止变形开裂，对一些大型复杂的铸件，如机床床身、柴油机汽缸体等，往往需要进行消除内应力的退火处理床身、柴油机汽缸体等，往往需要进行消除内应力的退火处理(又称又称人工时效人工时效)。退火工艺规范一般为退火工艺规范一般为:上一页 下一页返回3.6 灰铸铁灰铸铁2.改善切削加工性退火改善切削加工性退火 灰口铸铁的表层及一些薄截面处，由于冷却速度较快，可能产生白灰口铸铁的表层及一些薄截面处，由于冷却速度较快，可能产生白口，并且硬度增加，造成切削加工困难，故需要进行退火处理以降低口，并且硬度增加，造成切削加工困难，故需要进行退火处理以降低硬度。其工艺规程依铸件壁厚而定。一般情况下，厚壁铸件

39、加热至硬度。其工艺规程依铸件壁厚而定。一般情况下，厚壁铸件加热至850一一9500C，保温，保温23h;薄壁铸件加热至薄壁铸件加热至8008500C，保温，保温25h。冷却方法根据性能要求而定，如果主要是为了改善切削加工。冷却方法根据性能要求而定，如果主要是为了改善切削加工性，可采用炉冷或以性，可采用炉冷或以300C 500C/h速度缓慢冷却。若需要提高铸件速度缓慢冷却。若需要提高铸件的耐磨性，应采用空冷。的耐磨性，应采用空冷。3.表面淬火表面淬火 表面淬火的目的是提高灰铸铁件的表面硬度和耐磨性。其方法除感表面淬火的目的是提高灰铸铁件的表面硬度和耐磨性。其方法除感应加热表面淬火外，铸铁还可以采

40、用接触电阻加热表面淬火。应加热表面淬火外，铸铁还可以采用接触电阻加热表面淬火。上一页 下一页返回3.7 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁的石墨呈球状，球状石墨使铸铁具有很高的强度，又有良好球墨铸铁的石墨呈球状，球状石墨使铸铁具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。球墨铸铁的综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，的塑性和韧性。球墨铸铁的综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，所以在工业中得到了广泛应用。成本低廉，生产方便，所以在工业中得到了广泛应用。3.7.1 组织和性能组织和性能 经过球化处理的铸铁液，浇注后石墨结晶成为球状，获得球墨铸铁，经过球化处理的铸铁液，浇注后石墨结晶成为球状，

41、获得球墨铸铁，从而提高铸铁的力学性能从而提高铸铁的力学性能.1.组织组织球墨铸铁的显微组织由球状石墨和金属基体两部分组成，按基体组织球墨铸铁的显微组织由球状石墨和金属基体两部分组成，按基体组织的不同球墨铸铁分为铁素体球墨铸铁、铁素体的不同球墨铸铁分为铁素体球墨铸铁、铁素体+珠光体球墨铸铁和珠珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁。常见球墨铸铁的显微组织如光体球墨铸铁。常见球墨铸铁的显微组织如图图3一一10所示所示.下一页返回3.7 球墨铸铁球墨铸铁2.性能性能 球墨铸铁的强度、塑性与韧性都大大优于灰铸铁，力学性能可与相球墨铸铁的强度、塑性与韧性都大大优于灰铸铁，力学性能可与相应组织的铸钢相媲美。缺点是

42、凝固收缩较大，容易出现缩松与缩孔，应组织的铸钢相媲美。缺点是凝固收缩较大，容易出现缩松与缩孔，熔铸工艺要求高，铁液成分要求严格熔铸工艺要求高，铁液成分要求严格3.7.2球墨铸铁的牌号及用途球墨铸铁的牌号及用途1.牌号表示牌号表示 球墨铸铁的牌号是由球墨铸铁的牌号是由“QT(“球铁球铁”两字汉语拼音字首两字汉语拼音字首)后附最低抗后附最低抗拉强度拉强度ob值值(MPa)和最低断后仲长率的百分数表示。和最低断后仲长率的百分数表示。例如牌号例如牌号QT700-2表示最低抗拉强度为表示最低抗拉强度为700 MPa,最低断后仲长率最低断后仲长率8为为2%的球墨铸铁。的球墨铸铁。上一页 下一页返回3.7

43、球墨铸铁球墨铸铁2.应用场合应用场合 球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，与钢相近，可用其代替铸钢和锻球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，与钢相近，可用其代替铸钢和锻钢制造各种载荷较大、受力较复杂和耐磨损的零件。如珠光体球墨铸钢制造各种载荷较大、受力较复杂和耐磨损的零件。如珠光体球墨铸铁常用于制造汽车、拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、齿轮，铁常用于制造汽车、拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、齿轮，机床中的主轴、蜗杆、蜗轮等。而铁素体球墨铸铁多用于制造受压阀机床中的主轴、蜗杆、蜗轮等。而铁素体球墨铸铁多用于制造受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等门、机器底座、汽车后桥壳等3.常见球墨铸铁的牌号、力学性

44、能及用途常见球墨铸铁的牌号、力学性能及用途常见球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见常见球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表表3一一6。上一页 下一页返回3.7 球墨铸铁球墨铸铁3.7.3球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理 铸态下的球墨铸铁基体组织一般为铁素体与珠光体，采用热处理方铸态下的球墨铸铁基体组织一般为铁素体与珠光体，采用热处理方法来改变球墨铸铁基体组织，可有效地提高其力学性能法来改变球墨铸铁基体组织，可有效地提高其力学性能1.退火退火 球墨铸铁的退火分为去应力退火、低温退火和高温退火。去应力退球墨铸铁的退火分为去应力退火、低温退火和高温退火。去应力退火工艺与灰铸铁相同。低温退火和高温退火的目的

45、是使组织中的渗碳火工艺与灰铸铁相同。低温退火和高温退火的目的是使组织中的渗碳体分解，获得铁素体球墨铸铁，提高塑性与韧性，改善切削加工性能。体分解，获得铁素体球墨铸铁，提高塑性与韧性，改善切削加工性能。2.正火正火 球墨铸铁正火的目的是增加基体中珠光体的数量，或获得全部珠光球墨铸铁正火的目的是增加基体中珠光体的数量，或获得全部珠光体的基体，起细化晶粒，提高铸件强度和耐磨性能的作用。体的基体，起细化晶粒，提高铸件强度和耐磨性能的作用。上一页 下一页返回3.7 球墨铸铁球墨铸铁3.调质处理调质处理 将铸件加热到将铸件加热到860 920 ，保温，保温24h后油中悴火，然后在后油中悴火，然后在5500

46、C 600回火回火24h,得到回火索氏体加球状石墨的组织，经此处得到回火索氏体加球状石墨的组织，经此处理后，可具有良好的综合力学性能，用于受力复杂和综合力学性能要理后，可具有良好的综合力学性能，用于受力复杂和综合力学性能要求高的重要铸件，如曲轴与连杆等求高的重要铸件，如曲轴与连杆等4.等温踤火等温踤火 将铸件加热到将铸件加热到850900，保温后迅速放人，保温后迅速放人250350的盐浴中的盐浴中等温等温60一一90 min,然后出炉空冷，获得下贝氏体基体加球状石墨然后出炉空冷，获得下贝氏体基体加球状石墨(详细详细参考相关资料参考相关资料)的组织，可使综合力学性能良好，用于形状复杂，热的组织，

47、可使综合力学性能良好，用于形状复杂，热处理易变形开裂，要求强度高、塑性和韧性好、截面尺寸不大的零件。处理易变形开裂，要求强度高、塑性和韧性好、截面尺寸不大的零件。上一页返回3.8 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁是将白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳退火处理，改变其金可锻铸铁是将白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳退火处理，改变其金相组织或成分而获得有较高韧性的铸铁，其石墨呈团絮状相组织或成分而获得有较高韧性的铸铁，其石墨呈团絮状3.8.1可锻铸铁的生产过程及成分可锻铸铁的生产过程及成分 可锻铸铁的生产过程是可锻铸铁的生产过程是:首先浇注成白口铸铁件，然后再经可锻化首先浇注成白口铸铁件，然后再经可锻化(石石墨化墨

48、化)退火，使渗碳体分解为团絮状石墨，即可制成可锻铸铁。退火，使渗碳体分解为团絮状石墨，即可制成可锻铸铁。为保证在一般的冷却条件下铸件能获得全部白口，可锻铸铁中碳、为保证在一般的冷却条件下铸件能获得全部白口，可锻铸铁中碳、硅含量较低。可锻铸铁的化学成分要求较严，一般为：硅含量较低。可锻铸铁的化学成分要求较严，一般为：wc=2.3%2.8%,wsi=1.0%1.6%,wMn =0.3%0.8%，ws0.2%，wp0.1%。下一页返回3.8 可锻铸铁可锻铸铁3.8.2 组织与性能组织与性能 将白口铸铁加热到将白口铸铁加热到900 980，使铸铁组织转变为奥氏体加渗碳，使铸铁组织转变为奥氏体加渗碳体，

49、在此温度下长时间保温，渗碳体分解为团絮状石墨，按随后的冷体，在此温度下长时间保温，渗碳体分解为团絮状石墨，按随后的冷却方式不同，可获得珠光体基体可锻铸铁或铁素体基体可锻铸铁。可却方式不同，可获得珠光体基体可锻铸铁或铁素体基体可锻铸铁。可锻铸铁的显微组织如锻铸铁的显微组织如图图3一一11所示所示 可锻铸铁中的石墨呈团絮状，大大减弱了对基体的割裂作用，与灰可锻铸铁中的石墨呈团絮状，大大减弱了对基体的割裂作用，与灰铸铁相比，具有较高的力学性能，尤其具有较高的塑性和韧性，因此铸铁相比，具有较高的力学性能，尤其具有较高的塑性和韧性，因此称为称为“可锻可锻”铸铁，但实际上可锻铸铁并不能锻造。与球墨铸铁相比

50、，铸铁，但实际上可锻铸铁并不能锻造。与球墨铸铁相比，可锻铸铁质量稳定，铁液处理简易，容易组织流水生产，但生产周期可锻铸铁质量稳定，铁液处理简易，容易组织流水生产，但生产周期长，在缩短可锻铸铁退火周期取得很大进展后，可锻铸铁具有了广阔长，在缩短可锻铸铁退火周期取得很大进展后，可锻铸铁具有了广阔的发展前途，在汽车、拖拉机中得到了应用。的发展前途，在汽车、拖拉机中得到了应用。上一页 下一页返回3.8 可锻铸铁可锻铸铁3.8.3可锻铸铁的牌号及用途可锻铸铁的牌号及用途1.牌号表示方法牌号表示方法 可锻铸铁的牌号是由可锻铸铁的牌号是由“KTH(“可铁黑可铁黑”三字汉语拼音字首三字汉语拼音字首)或或“KT