1、1Chapter 9 Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU2ContentsvCharacteristic and classification of Cast ironvCrystallization of cast ironvGraphitization of Cast ironvGrey cast ironvApproach to improve performance of cast ironvMalleable cast ironvCast iron with special performance
2、vHeat treatment of cast ironEngineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU30 Introductionv铸铁铸铁以以Fe、C、Si为主要成分且在结晶过程中为主要成分且在结晶过程中具有具有共晶转变共晶转变的多元铁基合金。的多元铁基合金。v成分成分 C: 2.5-4%; Si: 1-3%; P: 0.4-1.5%; S: 0.02-0.2%v特点特点：生产工艺简单、成本低、良好的铸造性能、：生产工艺简单、成本低、良好的铸造性能、加工性能、耐磨性和吸震性等。加工性能、耐磨性和吸震性等。v应用应用：机械制造、冶金、矿
3、山及交通等：机械制造、冶金、矿山及交通等Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU41 Characteristic and classification of Cast iron 一、铸铁的特点一、铸铁的特点1、成分与组织：、成分与组织： C: 2.5-4%、Si: 1-3%；杂质元素；杂质元素Mn、P、S；合；合金元素金元素Cr、Ni、Cu、Al等。等。组织结构：组织结构：金属基体金属基体+石墨石墨 金属基体：金属基体：P、F、P+F（相当于钢的组织）（相当于钢的组织） 石墨：石墨：C的存在形式的存在形式在钢的基体上分布着不同形状
4、的石墨。在钢的基体上分布着不同形状的石墨。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU5一、铸铁的特点一、铸铁的特点2、性能：、性能：取决于基体，决定于石墨取决于基体，决定于石墨(数量、形状、数量、形状、大小和分布大小和分布)石墨性能：石墨性能：机械性能低机械性能低,硬度硬度HB3-5、b 20、延伸、延伸率接近率接近0.珠光体：珠光体：b：800-1000MPa；铁素体：铁素体：350-400MPa.石墨可视为石墨可视为空洞空洞, 减少了铸件有效承载面积且易减少了铸件有效承载面积且易产生应力集中，造成脆性断裂。产生应力集中，造成脆性断
5、裂。强度、塑韧性低强度、塑韧性低1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU6一、铸铁的特点一、铸铁的特点2、性能：、性能：钢和铸铁应力应变曲线钢和铸铁应力应变曲线钢：钢：有屈服阶段，延伸率有屈服阶段，延伸率20-30%；铸铁：铸铁：没有屈服阶段没有屈服阶段 F+球状石墨延伸率球状石墨延伸率10-20%； F+片状石墨延伸率片状石墨延伸率1%以下；以下；1 Characteristic and classification of Cast
6、iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU7一、铸铁的特点一、铸铁的特点2、性能：、性能：石墨存在：石墨存在：良好的铸造性能、加工性能、耐磨性和良好的铸造性能、加工性能、耐磨性和吸震性、低缺口敏感性吸震性、低缺口敏感性等；等；熔点低，熔点低，1200左右，铁水流动性好，左右，铁水流动性好，铸造性能好铸造性能好（石墨结晶时体积膨胀、铸造收缩率小。）（石墨结晶时体积膨胀、铸造收缩率小。）通常采用铸造方法使用通常采用铸造方法使用铸铁铸铁1 Characteristic and classification of Cast iron
7、 Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU8二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据根据碳存在形式碳存在形式分为：分为：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁根据根据石墨形状石墨形状分为：分为：灰口铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁灰口铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU9二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据根据碳存在形式碳存在形式
8、分为：分为：（1）白口铸铁：）白口铸铁：碳主要以碳主要以Fe3C形式存在形式存在 (很少很少应用应用)；断口亮白色断口亮白色 性能：硬而脆，切削加工困难。性能：硬而脆，切削加工困难。（2）灰口铸铁：）灰口铸铁：碳主要以片状石墨形式存在碳主要以片状石墨形式存在(应应用广泛用广泛) ；断口灰色断口灰色性能：良好的铸造和切削加工性能，性能：良好的铸造和切削加工性能， 价格低，制造方便。价格低，制造方便。1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU
9、10二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据根据碳存在形式碳存在形式分为：分为：（3）麻口铸铁：）麻口铸铁：碳以渗碳体和石墨状态存在。碳以渗碳体和石墨状态存在。断口有白亮的渗碳体和暗灰色的石墨断口有白亮的渗碳体和暗灰色的石墨很少用麻口铁很少用麻口铁1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU11石墨形状石墨形状：六种：六种球状球状蟹状蟹状团絮状团絮状不规则或开花状不规则或开花状蠕虫状蠕虫状片状片状1 Characteristic and class
10、ification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU12二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据根据石墨形状石墨形状分为：分为： 灰口铸铁：灰口铸铁：片状石墨形式片状石墨形式； 球墨铸铁：球墨铸铁：球状石墨形式球状石墨形式； 可锻铸铁：可锻铸铁：不规则团絮状石墨形式不规则团絮状石墨形式； 蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：蠕虫状石墨形式蠕虫状石墨形式。1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sc
11、i. & Eng., SCU13二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据根据性能要求性能要求包括：包括： 耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等合金化：加入合金元素，类似于钢的合金化合金化：加入合金元素，类似于钢的合金化1 Characteristic and classification of Cast iron Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU142 Crystallization of cast iron铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图: 冷却速度慢时，以冷却速度慢时，以Fe-G相图变化；相图变化； 冷却
12、速度快时，以冷却速度快时，以Fe-Fe3C相图变化相图变化. Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU152 Crystallization of cast ironv亚共晶成分灰口铸铁结晶：亚共晶成分灰口铸铁结晶：GG共晶共晶G共析共析L共晶共晶Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU162 Crystallization of cast ironv亚共晶成分灰口铸铁结晶：亚共晶成分灰口铸铁结晶：一次结晶：一次结晶：把初生把初生A的析出和以后共晶转变称为的析出和以后共晶
13、转变称为。（决定了铸铁的晶粒大小、石墨形状和分布）（决定了铸铁的晶粒大小、石墨形状和分布）二次结晶：二次结晶：把凝固后进行的碳自把凝固后进行的碳自A中的脱溶、共析中的脱溶、共析转变称为转变称为。（决定了铸铁的基体组织）（决定了铸铁的基体组织）能否热处理改变性能？能否热处理改变性能？Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU172 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：一次结晶：一次结晶：把初生把初生A的析出和以后共晶转变称为的析出和以后共晶转变称为。1、初生、初生A的结晶的结晶
14、 （生核生核和和长大长大的过程）的过程）过冷度：过冷度：Tb-Tc冷却速度不同冷却速度不同晶核生长速度不同晶核生长速度不同树枝晶或枝晶树枝晶或枝晶填充枝晶间空隙填充枝晶间空隙凝固成晶粒和晶界凝固成晶粒和晶界Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU182 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：1、初生、初生A的结晶的结晶(1)生核：与铁水的过热度、纯洁度和过冷度有关生核：与铁水的过热度、纯洁度和过冷度有关过热度越大，铁水越纯洁，成核困难，过冷度也过热度越大，铁水越纯洁，成核困难
15、，过冷度也越大；越大； 过冷度过冷度增大，生核率升高，晶粒细小。增大，生核率升高，晶粒细小。 外来质点外来质点可作为成核中心，也可细化晶粒。可作为成核中心，也可细化晶粒。孕育铸铁是利用外来核心细化组织，使强度和耐磨孕育铸铁是利用外来核心细化组织，使强度和耐磨性增加。性增加。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU192 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：1、初生、初生A的结晶的结晶(2)长大：长大：树枝晶大小、形状与铁水的冷却速度和化树枝晶大小、形状与铁水的冷却速度和化学
16、成分。学成分。 冷却速度：冷却速度：越大，枝晶越小、越薄，数量多；越大，枝晶越小、越薄，数量多； 化学成分：化学成分：越接近共晶成分，从结晶开始至完毕越接近共晶成分，从结晶开始至完毕凝固温度范围越小，树枝晶不易发展。凝固温度范围越小，树枝晶不易发展。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU202 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：2、共晶转变：决定石墨特性、共晶转变：决定石墨特性共晶石墨的析出、共晶共晶石墨的析出、共晶A沿沿G片侧面析出、片侧面析出、Fe、C原原子扩散和共
17、晶团的形成。子扩散和共晶团的形成。（1）共晶石墨的析出：）共晶石墨的析出： 在在EF线上：线上：共晶产物共晶产物-A+G；G沿基面长速快，侧面慢，形成片状沿基面长速快，侧面慢，形成片状 在在EF线下：线下：高碳相是渗碳体，得到高碳相是渗碳体，得到共晶白口铸铁共晶白口铸铁Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU212 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：（2）共晶）共晶A沿沿G片侧面析出片侧面析出G片侧面长速慢，共晶片侧面长速慢，共晶A易于从易于从G侧面析出。侧面析出。 过冷
18、度小时，过冷度小时，A部分分布于部分分布于G片上，片上，G片与铁水接片与铁水接触；触； 过冷度大时，过冷度大时，G来不及长大，成薄片状，被来不及长大，成薄片状，被A包围，包围，产生新的产生新的G心，生成过冷心，生成过冷GEngineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU222 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：（3）Fe、C原子扩散和共晶团的形成原子扩散和共晶团的形成 A析出后，析出后，铁水中存在铁水中存在L/G、L/A界面，铁碳浓度界面，铁碳浓度使其发生使其发生原子扩散迁移原子扩
19、散迁移，促进，促进A和和G的成长。的成长。 共晶转变时，共晶转变时，促进了促进了G尖端深入铁水，取得碳原尖端深入铁水，取得碳原子，转变速度快；子，转变速度快；A和和G结合在一起，形成共晶团，长大形成多面体。结合在一起，形成共晶团，长大形成多面体。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU232 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：3、灰铸铁的一次结晶过程：、灰铸铁的一次结晶过程：亚共晶铸铁：先析出初生亚共晶铸铁：先析出初生A，后是剩余铁液的共晶，后是剩余铁液的共晶结晶。结晶。
20、(过共晶铸铁先析出初生过共晶铸铁先析出初生G)v先析出初生先析出初生A，形成界面，界面，形成界面，界面C浓度上升，在枝浓度上升，在枝晶缝隙产生晶缝隙产生G核心，开始共晶转变；核心，开始共晶转变；v剩余铁液中剩余铁液中Fe过饱和析出共晶过饱和析出共晶A和和G，形成共晶，形成共晶团。团。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU242 Crystallization of cast iron一、灰铸铁一次结晶：一、灰铸铁一次结晶：小结：可控制合金组织，小结：可控制合金组织，决定了铸铁的晶粒大小、决定了铸铁的晶粒大小、石墨形状和分布。石墨形
21、状和分布。v要细化组织，应使铁水有大的过冷度，在细化初要细化组织，应使铁水有大的过冷度，在细化初生生A的基础上细化的基础上细化G；v要改变要改变G的形状，应改变共晶团结构或改变铁碳的形状，应改变共晶团结构或改变铁碳原子扩散条件。原子扩散条件。当当G完全在完全在A包围下成核长大时，包围下成核长大时，G的形状可能为球的形状可能为球形。形。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU252 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：碳自碳自A中的脱溶、共析转变中的脱溶、共析转变（决定了铸铁
22、的基体组（决定了铸铁的基体组织）织）包含包含析出二次石墨，奥氏体共析转变和渗碳体的分析出二次石墨，奥氏体共析转变和渗碳体的分解等相变过程解等相变过程。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU262 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：1、A中碳的脱溶中碳的脱溶v共晶转变后，随温度继续下降，奥氏体中含碳量共晶转变后，随温度继续下降，奥氏体中含碳量将沿将沿ES 下降，下降， A中中C的溶解度的溶解度，使奥氏体中的，使奥氏体中的碳呈过饱和状态碳呈过饱和状态，可从，可从A中析出中析
23、出二次二次G或或二次二次Fe3CEngineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU272 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：1、A中碳的脱溶中碳的脱溶v共晶组织为共晶组织为A+G：脱溶的碳会沉积在原有脱溶的碳会沉积在原有G上，上，使其长大；使其长大；二次二次Gv共晶组织为共晶组织为A+Fe3C：脱溶的碳通过原有脱溶的碳通过原有Fe3C长长大析出；大析出；二次二次Fe3CEngineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU282 Cr
24、ystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：1、A中碳的脱溶中碳的脱溶二次二次G或二次或二次Fe3C依附于共晶高碳相上，不需要重依附于共晶高碳相上，不需要重新形核，不改变共晶高碳相的形貌。新形核，不改变共晶高碳相的形貌。有时有时Fe3C会沿晶界呈网状分布。会沿晶界呈网状分布。在此阶段，主要是碳原子在在此阶段，主要是碳原子在A中的扩散中的扩散Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU292 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：2、
25、共析转变、共析转变决定铸铁最终基体组织决定铸铁最终基体组织。当铸铁缓慢冷却到当铸铁缓慢冷却到PS 线，并有一定过冷度时，即线，并有一定过冷度时，即开始共析转变：开始共析转变：AF+G或或F+Fe3C过饱和的过饱和的A析出共析析出共析G或或Fe3C并转变为铁素体。并转变为铁素体。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU302 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：2、共析转变、共析转变决定铸铁最终基体组织决定铸铁最终基体组织。(1) AF+G过饱和的过饱和的A析出共析析出共析G
26、并转变为铁素体。并转变为铁素体。v析出的析出的G沉积在原有沉积在原有G上上;F在晶界上形核在晶界上形核.因为固态重新形核困难因为固态重新形核困难;且原有且原有G衬底适宜重新聚集衬底适宜重新聚集G;晶界处缺陷较多晶界处缺陷较多,利于利于F晶核形成晶核形成.Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU312 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：2、共析转变、共析转变决定铸铁最终基体组织。决定铸铁最终基体组织。(2) AF+Fe3C（P）当当铸铁的石墨化倾向小或冷却速度快时铸铁的石墨
27、化倾向小或冷却速度快时，发生，发生P转转变。变。首先在首先在A晶界或晶界或A与与G晶界上形核，后在晶界上形核，后在A内长大。内长大。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU322 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：2、共析转变、共析转变决定铸铁最终基体组织。决定铸铁最终基体组织。(2) AF+Fe3C（P）发生发生P转变时：转变时：v F和和Fe3C消耗大量碳原子，易产生铁的富集，利消耗大量碳原子，易产生铁的富集，利于于F生长；生长；v在在 F周围产生碳的富集，利于周围产
28、生碳的富集，利于Fe3C生长。生长。最终形成新的共析组织。最终形成新的共析组织。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU332 Crystallization of cast iron二、灰铸铁二次结晶：二、灰铸铁二次结晶：2、共析转变、共析转变决定铸铁最终基体组织。决定铸铁最终基体组织。多数情况，多数情况，共析转变主要是共析转变主要是P转变转变，只有对，只有对高高Si低低Mn铸铁或出现球状铸铁或出现球状G或团絮石墨或团絮石墨时，才发生时，才发生A向向F+G的转变。的转变。Engineering MaterialsSch. of M
29、anu. Sci. & Eng., SCU342 Crystallization of cast ironv亚共晶成分灰口铸铁结晶：亚共晶成分灰口铸铁结晶：一次结晶：一次结晶：（决定了铸铁的晶粒大小、石墨形状和（决定了铸铁的晶粒大小、石墨形状和分布）分布）二次结晶：二次结晶：（决定了铸铁的基体组织）（决定了铸铁的基体组织）Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU353 Graphitization of Cast iron v亚共晶灰口铸铁结晶过程：亚共晶灰口铸铁结晶过程：GG共晶共晶G共析共析L共晶共晶Engineering Ma
30、terialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU363 Graphitization of Cast iron 一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程石墨的形成过程，铸铁组织形成的基本过程。石墨的形成过程，铸铁组织形成的基本过程。分为三个阶段：分为三个阶段：、从液相中直接结晶出从液相中直接结晶出G和和共晶反应共晶反应G共晶共晶；由一次渗碳体由一次渗碳体和共晶渗碳体高温退火分解形成和共晶渗碳体高温退火分解形成G；、在、在1154 738 ，A G；二次渗碳体分解形成二次渗碳体分解形成G；、738 时共析反应时共析反应AS FP+G共析共析；共析渗碳体退火分解共析渗碳体
31、退火分解形成形成GEngineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU373 Graphitization of Cast iron 一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程铸铁结晶后可得到不同的组织：铸铁结晶后可得到不同的组织： F+G、P+G 、F+P+G、Ld高温石墨化阶段进行完全：高温石墨化阶段进行完全： 高、低温石墨进行高、低温石墨进行彻底彻底 F + G ； 低温石墨化低温石墨化不彻底不彻底 F + P + G ； 低温石墨化低温石墨化未进行未进行 P + G。Engineering MaterialsSch. of Manu. S
32、ci. & Eng., SCU383 Graphitization of Cast iron 一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程石墨化进行程度石墨化进行程度显微组织显微组织铸铁铸铁名称名称特点特点第一第一阶段阶段第二阶段第二阶段完全完全石墨石墨化化完全石墨化完全石墨化F+G灰口灰口铸铁铸铁、充分进行，碳主要以石墨充分进行，碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。形式存在，断口呈灰暗色。部分石墨化部分石墨化F+P+G未石墨化未石墨化P+G部分部分石墨石墨化化未石墨化未石墨化Ld+P+G麻口麻口铸铁铸铁石墨化过程进行，碳以石墨化过程进行，碳以G和和Fe3C存在，断口黑白相间成麻存在，断口黑白相间
33、成麻点。点。未石未石墨化墨化未石墨化未石墨化Ld白口白口铸铁铸铁、全部被抑制全部被抑制,按按Fe-Fe3C相图进行结晶，碳以相图进行结晶，碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色。形式存在，断口呈银白色。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU39二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素因素：化学成分、结晶时的冷却速度、铁水的过热因素：化学成分、结晶时的冷却速度、铁水的过热及高温静置等及高温静置等1、化学成分的影响、化学成分的影响普通铸铁合金元素主要是普通铸铁合金元素主要是C、Si、Mn、P、S等。其中等。其中C、Si是是促进石
34、墨化元素；促进石墨化元素；Mn、S为阻止石墨化元素。为阻止石墨化元素。C、Si 石墨片多、粗大石墨片多、粗大另外，另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。等促进石墨化。Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。等碳化物形成元素阻止石墨化。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU40二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素1、化学成分的影响、化学成分的影响C：强烈促进石墨化元素。强烈促进石墨化元素。Si：促进石墨化元素。促进石墨化元素。可以削弱铁碳原子间的结合力，可以削弱铁碳原子间的结合力，改改变共晶点与共析点；变共晶
35、点与共析点；Si%，共晶共析温度，共晶共析温度，共晶与共析，共晶与共析C%，有利于石墨，有利于石墨的析出。的析出。把硅量折合成碳量，并把原碳量与硅折合的碳量之和称把硅量折合成碳量，并把原碳量与硅折合的碳量之和称为为碳当量碳当量，磷与硅，因此表示为：，磷与硅，因此表示为：Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU41二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素1、化学成分的影响、化学成分的影响S： 强烈阻止强烈阻止，阻碍阻碍C原子的扩散，增强原子的扩散，增强Fe、C原子的结合力。原子的结合力。在在固溶体中溶解度很小，硫质量分数超过
36、固溶体中溶解度很小，硫质量分数超过0.02%，形成，形成FeS或或MnS 。促使铁水白口化促使铁水白口化当锰量低时，当锰量低时，硫以硫以Fe-FeS 共晶分布于奥氏体与共晶石墨间；共晶分布于奥氏体与共晶石墨间；Mn多时，多时，形成点状形成点状MnS，改善铸铁的加工性能。，改善铸铁的加工性能。一般到一般到0.15%以下。以下。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU42二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素1、化学成分的影响、化学成分的影响Mn： 阻止，增强铁原子与碳原子间的结合力。控制在阻止，增强铁原子与碳原子间的结合力
37、。控制在0.4-1.0%；P： 在在铸铁中主要形成共晶铸铁中主要形成共晶Fe3P, 硬又脆，硬又脆，孤立、细小、均匀分孤立、细小、均匀分布时，提高铸铁耐磨性。以连续网状分布时，则降低铸铁强度、布时，提高铸铁耐磨性。以连续网状分布时，则降低铸铁强度、增大脆性。增大脆性。使共晶点左移，降低熔点和共晶温度，使共晶点左移，降低熔点和共晶温度，提高铁水的流动性，提高铁水的流动性，改善铸造性能。改善铸造性能。一般铸铁中磷质量分数为一般铸铁中磷质量分数为0.3%以下。以下。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU43二、二、 影响铸铁石墨化的因素
38、影响铸铁石墨化的因素2、冷却速度的影响、冷却速度的影响冷却速度慢冷却速度慢，有利于有利于原子的扩散原子的扩散，有利于按照，有利于按照Fe-G稳定系状态图进行结晶与转变，稳定系状态图进行结晶与转变，充分石墨化；充分石墨化；冷却速度快，冷却速度快，获得白口铸铁获得白口铸铁尤其尤其在共析阶段，温度相对比较低在共析阶段，温度相对比较低，如果冷却如果冷却速度速度增大，原子扩散困难，石墨化进行受阻。增大，原子扩散困难，石墨化进行受阻。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU44二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素2、冷却速度的影响
39、、冷却速度的影响影响因素：影响因素：浇注温度、铸型材料的导热性、铸件壁厚浇注温度、铸型材料的导热性、铸件壁厚等。等。措施：措施：(1)提高浇注温度，提高浇注温度，延缓铸件冷却速度，可以促进第一、延缓铸件冷却速度，可以促进第一、二阶段的石墨化。二阶段的石墨化。使石墨粗化，也可增加共析转变时使石墨粗化，也可增加共析转变时向铁素体转化的向铁素体转化的能力（能力（析出的石墨会沉积在原有的石墨上，而铁素体则在晶界上形核）。）。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU45二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素2、冷却速度的影响、冷却
40、速度的影响措施：措施：(2)不同铸型材料：不同铸型材料：导热系数不同，冷却速度不同导热系数不同，冷却速度不同(3)铸件壁厚：铸件壁厚：越厚，冷却速度越低，越易石墨化。越厚，冷却速度越低，越易石墨化。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU46二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素3、铁水的过热及高温静置等、铁水的过热及高温静置等u提高铁水过热温度，延长高温静置时间，提高铁水过热温度，延长高温静置时间，会使铸铁中会使铸铁中石石墨基体组织细化，使铸铁强度提高墨基体组织细化，使铸铁强度提高。u进一步提高过热度，铸铁成核能力下降
41、，使石墨形态变进一步提高过热度，铸铁成核能力下降，使石墨形态变差，甚至出现自由渗碳体，使强度下降。差，甚至出现自由渗碳体，使强度下降。因此存在一个因此存在一个“临界温度临界温度”。临界温度的高低，主要取决于临界温度的高低，主要取决于铁水的化学成分及铸件的冷铁水的化学成分及铸件的冷却速度却速度。一般。一般1500-1550Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU47二、二、 影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素小结：小结：影响石墨化影响石墨化过程及组织过程及组织最基本因素是最基本因素是化学成分化学成分的影响。的影响。化学成分一定时
42、，化学成分一定时，可通过改变铸型的冷却速度可通过改变铸型的冷却速度和浇注温度控制组织。和浇注温度控制组织。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU484 Grey cast iron是一种断面呈灰色，碳以片状石墨形式存在，应用是一种断面呈灰色，碳以片状石墨形式存在，应用最广泛的一种铸铁。最广泛的一种铸铁。特点：特点：v良好的铸造性能、切削性能、耐磨性能和吸震性；良好的铸造性能、切削性能、耐磨性能和吸震性；v生产方便、成本低。生产方便、成本低。占各类铸铁占各类铸铁80%以上。以上。Engineering MaterialsSch. o
43、f Manu. Sci. & Eng., SCU49Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU504 Grey cast iron一、灰铸铁的牌号、化学成分及显微组织一、灰铸铁的牌号、化学成分及显微组织牌号牌号：HT + 数字数字 表示表示抗拉强度抗拉强度-直径为30mm单铸件试样。如如HT100、 HT150、 HT200、 HT225、 HT250、 HT275、 HT300、HT350.Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU514 Grey cast iron一、灰
44、铸铁的牌号、化学成分及显微组织一、灰铸铁的牌号、化学成分及显微组织灰口铸铁组织灰口铸铁组织由片状石墨及金属基体由片状石墨及金属基体组成；组成；v金属基体可以分为金属基体可以分为F、F+P、P； 普通灰铸铁的基体组织以普通灰铸铁的基体组织以P为主，并含有少量为主，并含有少量F； 高强度铸铁主要是高强度铸铁主要是P基体；基体；F基体的主要是高硅铸基体的主要是高硅铸铁。铁。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU524 Grey cast iron二、灰铸铁的性能和用途二、灰铸铁的性能和用途优良的铸造性能、切削性能、耐磨性能、吸震性；较优
45、良的铸造性能、切削性能、耐磨性能、吸震性；较低的缺口敏感性。低的缺口敏感性。(1)铸造性能铸造性能v熔点低、且化学成分接近共晶点，熔点低、且化学成分接近共晶点，铁水流动性好铁水流动性好；v石墨结晶体积膨胀，使铸件凝固时石墨结晶体积膨胀，使铸件凝固时收缩量小收缩量小，可简，可简化工艺，减少铸件应力，并可得到致密组织。化工艺，减少铸件应力，并可得到致密组织。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU534 Grey cast iron二、灰铸铁的性能和用途二、灰铸铁的性能和用途(2)耐磨性和消震性耐磨性和消震性v石墨具有润滑作用，掉落后的
46、石墨具有润滑作用，掉落后的空洞能吸附和储存润空洞能吸附和储存润滑油滑油，使铸件有好的耐磨性；，使铸件有好的耐磨性；v铸件中带有铸件中带有硬度高的磷共晶硬度高的磷共晶，使耐磨性增加。，使耐磨性增加。可制备活塞环、气缸套等受摩擦零件。可制备活塞环、气缸套等受摩擦零件。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU544 Grey cast iron二、灰铸铁的性能和用途二、灰铸铁的性能和用途(2)耐磨性和消震性耐磨性和消震性消震性：消震性：石墨可以阻止震动的传播，消震能力是钢的石墨可以阻止震动的传播，消震能力是钢的10倍，倍，用来制作承受震动
47、的用来制作承受震动的机床底座机床底座。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU554 Grey cast iron二、灰铸铁的性能和用途二、灰铸铁的性能和用途(3)缺口敏感性和切削加工性缺口敏感性和切削加工性缺口敏感性：缺口敏感性：石墨的存在，相当于存在很多小的缺石墨的存在，相当于存在很多小的缺口，对表面缺陷、缺口没有敏感性；口，对表面缺陷、缺口没有敏感性；切削加工性：切削加工性：石墨可以起断屑作用，并对刀具的润石墨可以起断屑作用，并对刀具的润滑起减磨作用。滑起减磨作用。Engineering MaterialsSch. of Ma
48、nu. Sci. & Eng., SCU564 Grey cast iron二、灰铸铁的性能和用途二、灰铸铁的性能和用途(4)机械性能机械性能抗拉强度、塑韧性及弹性模量都低于碳钢；抗拉强度、塑韧性及弹性模量都低于碳钢；抗压强度及硬度取决于基体组织。抗压强度及硬度取决于基体组织。抗压强度比抗拉强度高抗压强度比抗拉强度高3-4倍，适于做耐压零件。倍，适于做耐压零件。用作机床床身和支柱。用作机床床身和支柱。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU575 Approach to improve performance of cast iro
49、n途径：途径： 改变石墨数量、大小、分布和形状；改变石墨数量、大小、分布和形状； 改变石墨的基础上控制基体组织。改变石墨的基础上控制基体组织。 合金化合金化通过工艺控制，使石墨形状改变成团状、球状，使通过工艺控制，使石墨形状改变成团状、球状，使性能提高。性能提高。如：蠕墨铸铁、可煅铸铁、球墨铸铁。如：蠕墨铸铁、可煅铸铁、球墨铸铁。 Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU585 Approach to improve performance of cast iron一、铸铁石墨细化强化一、铸铁石墨细化强化孕育处理孕育处理(变质处理？
50、变质处理？)孕育处理孕育处理通常在浇注前往铁水中加入少量强烈促通常在浇注前往铁水中加入少量强烈促进石墨化的物质进石墨化的物质(孕育剂孕育剂)进行处理。进行处理。 可细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械性能，可细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械性能，并使其均匀一致。并使其均匀一致。经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁。经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁。Engineering MaterialsSch. of Manu. Sci. & Eng., SCU595. Approach to improve performance of cast iron一、铸铁石墨细化强化一、铸铁石墨细化强化孕育处理孕育处理 孕育
