1、一、灰铸铁及孕育处理一、灰铸铁及孕育处理n在铸铁的总产量中，在铸铁的总产量中，灰铸铁件几乎占灰铸铁件几乎占80%以上。主要用于制造以上。主要用于制造各种机器的底座、机各种机器的底座、机架、工作台、机身、架、工作台、机身、齿轮箱体、阀体及内齿轮箱体、阀体及内燃机的汽缸体、汽缸燃机的汽缸体、汽缸盖等。盖等。 7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径 7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁1灰铸铁的化学成分及显微组织灰铸铁的化学成分及显微组织（1）灰铸铁的化学成分）灰铸铁的化学成分 灰铸铁中的主要化灰铸铁中的主要化学元素有学元素有C、Si、Mn、P、S等
2、，其中等，其中C、Si、Mn是调节组织的元素，是调节组织的元素，P是控制使用是控制使用的元素，的元素，S是应该限制的元素。是应该限制的元素。n灰铸铁的化学成分范围一般为：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%，wS0.15%。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径（2）灰铸铁的显微组织）灰铸铁的显微组织 灰铸铁的显微组灰铸铁的显微组织是由片状石墨和金属基体组成，石墨织是由片状石墨和金属基体组成，石墨镶嵌在金属基体内。镶嵌在金属基体内。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁
3、及其强化途径常用铸铁及其强化途径n灰铸铁的基体组织根据第三阶段石墨化灰铸铁的基体组织根据第三阶段石墨化程度的不同可以分为铁素体基体、铁素程度的不同可以分为铁素体基体、铁素体体+ +珠光体基体和珠光体基体三种类型：珠光体基体和珠光体基体三种类型：n若第一、第二、第三阶段石墨化过程都若第一、第二、第三阶段石墨化过程都能充分进行，则获得的基体组织为铁素能充分进行，则获得的基体组织为铁素体基体上分布着片状石墨，图体基体上分布着片状石墨，图7-7(7-7(a)a)所所示；示； Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第一、第二阶段石墨化过程充分进行，若第一、第二阶
4、段石墨化过程充分进行，而第三阶段石墨化过程仅部分进行，则而第三阶段石墨化过程仅部分进行，则获得的组织是珠光体获得的组织是珠光体+铁素体基体上分布铁素体基体上分布着片状石墨，如图着片状石墨，如图7-7(b)所示；所示； Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第一、第二阶段的石墨化过程充分进若第一、第二阶段的石墨化过程充分进行，而第三阶段石墨化过程完全没有进行，而第三阶段石墨化过程完全没有进行，则获得的组织是珠光体基体上分布行，则获得的组织是珠光体基体上分布着片状石墨，如图着片状石墨，如图7-7(c)所示。所示。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸
5、铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若第三阶段石墨化过程完全没有进行，若第三阶段石墨化过程完全没有进行，且第二阶段和第一阶段石墨化过程也仅且第二阶段和第一阶段石墨化过程也仅部分进行，则得到麻口铸铁；部分进行，则得到麻口铸铁；n若第三阶段石墨化过程完全没有进行，若第三阶段石墨化过程完全没有进行，且第二阶段和第一阶段石墨化过程也完且第二阶段和第一阶段石墨化过程也完全没有进行，则得到白口铸铁。全没有进行，则得到白口铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2灰铸铁的牌号、性能和应用灰铸铁的牌号、性能和应用（1）灰铸铁的牌号）灰铸铁的牌号n灰铸铁的牌号以灰铸铁
6、的牌号以“灰铁灰铁”的汉语拼音的汉语拼音字头字头“HT”为标志符号，后面三位数为标志符号，后面三位数字表示直径为字表示直径为30mm单铸试棒测得的单铸试棒测得的最低抗拉强度值（最低抗拉强度值（MPa）。）。n表表7-2为灰铸铁的牌号、基体组织、力为灰铸铁的牌号、基体组织、力学性能和用途举例。学性能和用途举例。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径（2）灰铸铁的性能和应用）灰铸铁的性能和应用n灰铸铁组织相当于以钢为基体加片状灰铸铁组织相当于以钢为基体加片状石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰等元素，这些元素可溶于铁素体而使等元素
7、，这些元素可溶于铁素体而使基体强化。基体强化。n例如，正火态的例如，正火态的T8钢的抗拉强度为钢的抗拉强度为900MP，HB为为230左右，而珠光体基左右，而珠光体基体的灰口铸铁的最高强度仅为体的灰口铸铁的最高强度仅为350MP，HB为为197269。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n石墨的存在将引起性能的变化，主要表现石墨的存在将引起性能的变化，主要表现在：在：n灰口铸铁强度低灰口铸铁强度低的原因是交错的石墨片网。的原因是交错的石墨片网。因为石墨片的强度、塑性、韧性几乎为零
8、，因为石墨片的强度、塑性、韧性几乎为零，可近似地把它看成是一些微裂纹，它不仅可近似地把它看成是一些微裂纹，它不仅割断了基体的连续性，缩小了承受载荷的割断了基体的连续性，缩小了承受载荷的有效截面，而且在石墨片的尖端处导致应有效截面，而且在石墨片的尖端处导致应力集中，使材料形成脆性断裂。石墨片的力集中，使材料形成脆性断裂。石墨片的数量愈多，尺寸愈粗大，分布愈不均匀，数量愈多，尺寸愈粗大，分布愈不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重，对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重，则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低。则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低。 n由于石墨的存在，不仅使得灰铸铁由于石墨的存在，不仅使得灰
9、铸铁具有具有优良的减摩性和减振性优良的减摩性和减振性，而且还使得，而且还使得灰铸铁具有较低的缺口敏感性和良好的灰铸铁具有较低的缺口敏感性和良好的切削加工性。切削加工性。减摩性是指减少对偶件被减摩性是指减少对偶件被磨损的性能，除石墨本身具有润滑作用磨损的性能，除石墨本身具有润滑作用外，当石墨从铸铁表面脱落以后，形成外，当石墨从铸铁表面脱落以后，形成的孔隙能吸附和储存润滑油，使摩擦面的孔隙能吸附和储存润滑油，使摩擦面上的油膜易于保护而具有良好的减摩性；上的油膜易于保护而具有良好的减摩性；Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n此外，由于铸件中还含有硬度很高的磷
10、共此外，由于铸件中还含有硬度很高的磷共晶，又能晶，又能使抗磨性能进一步提高使抗磨性能进一步提高，所以，所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体、活塞环等承受摩擦的机床导轨、汽缸体、活塞环等常用灰铸铁制造。常用灰铸铁制造。n灰铸铁中石墨的存在就相当于很多小的缺灰铸铁中石墨的存在就相当于很多小的缺口，致使外加缺口的相对作用减弱，因此口，致使外加缺口的相对作用减弱，因此灰铸铁灰铸铁具有低的缺口敏感性具有低的缺口敏感性；n同时灰铸铁中的石墨可以起断屑作用和对同时灰铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刃具的润滑减摩作用，刃具的润滑减摩作用，使刃具磨损减少使刃具磨损减少。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强
11、化途径常用铸铁及其强化途径n最后，由于灰铸铁的碳当量接近共晶成最后，由于灰铸铁的碳当量接近共晶成分，因此与钢相比，不仅熔点低，流动分，因此与钢相比，不仅熔点低，流动性好，而且铸铁在凝固过程中还要析出性好，而且铸铁在凝固过程中还要析出比容大的石墨，部分地补偿了基体的收比容大的石墨，部分地补偿了基体的收缩，从而减小了铸铁的收缩率，所以灰缩，从而减小了铸铁的收缩率，所以灰铸铁能浇注形状复杂的薄壁铸件，并可铸铁能浇注形状复杂的薄壁铸件，并可简化工艺，减轻铸件的应力，得到致密简化工艺，减轻铸件的应力，得到致密的组织。的组织。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径3
12、铸铁的石墨细化强化铸铁的石墨细化强化孕育处理孕育处理n普通灰铸铁组织中的石墨片比较粗大，因而力学普通灰铸铁组织中的石墨片比较粗大，因而力学性能较低。为了提高铸铁的力学性能，就必须设性能较低。为了提高铸铁的力学性能，就必须设法减小铸铁中的石墨片的尺寸。在生产上常采用法减小铸铁中的石墨片的尺寸。在生产上常采用孕育处理。孕育处理。n所谓所谓孕育处理孕育处理就是在铸铁浇注前向铁液中加入一就是在铸铁浇注前向铁液中加入一种物质（孕育剂）促进外来晶核的形成或激发自种物质（孕育剂）促进外来晶核的形成或激发自身晶核的产生，使晶核数目大量增加的一种处理身晶核的产生，使晶核数目大量增加的一种处理工艺。工艺。n经孕育
13、处理后的铸铁的组织为细珠光体基体加上经孕育处理后的铸铁的组织为细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨，这种铸铁又称为细小均匀分布的片状石墨，这种铸铁又称为孕育孕育铸铁铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n生产上常用的孕育剂为硅铁（含生产上常用的孕育剂为硅铁（含75的硅）的硅）和硅钙合金，硅铁的粒度一般为和硅钙合金，硅铁的粒度一般为310mm。对于壁厚为对于壁厚为2050mm的铸件，硅铁加入的铸件，硅铁加入量为铁液重量的量为铁液重量的 0.3%0.7%。n孕育剂的加入方法最常用的是冲入法，即孕育剂的加入方法最常用的是冲入法，即将孕育剂均匀撒入铁槽的
14、铁液流中，冲入将孕育剂均匀撒入铁槽的铁液流中，冲入铁液包，经充分搅拌后扒渣即可浇注。铁液包，经充分搅拌后扒渣即可浇注。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n在孕育处理时，孕育剂或它们的氧化物（如、在孕育处理时，孕育剂或它们的氧化物（如、等）在铁液中形成大量的高度弥散的难熔质等）在铁液中形成大量的高度弥散的难熔质点，悬浮在铁液中而成为大量的石墨结晶核点，悬浮在铁液中而成为大量的石墨结晶核心，从而使石墨细化并均匀分布。心，从而使石墨细化并均匀分布。n孕育铸铁的抗拉强度可达孕育铸铁的抗拉强度可达300400MPa、硬硬度可达度可达HB170270、k可达可达
15、38 Jcm2、延伸率达延伸率达0.5左右左右 ，都比普通灰铸铁高。，都比普通灰铸铁高。 n孕育铸铁主要用于动载荷较小，而静载强度孕育铸铁主要用于动载荷较小，而静载强度要求较高的重要零件，例如汽缸、曲轴、凸要求较高的重要零件，例如汽缸、曲轴、凸轮和机床铸件等，尤其是断面比较厚大的铸轮和机床铸件等，尤其是断面比较厚大的铸件更为合适。件更为合适。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径二、球墨铸铁及球化处理二、球墨铸铁及球化处理1球墨铸铁的化学成分及显微组织球墨铸铁的化学成分及显微组织n球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比，其特球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比，其特点
16、是碳和硅的含量高，锰含量较低，磷、点是碳和硅的含量高，锰含量较低，磷、硫含量低，并含有一定量的稀土与镁。硫含量低，并含有一定量的稀土与镁。n球墨铸铁的化学成分范围一般为：球墨铸铁的化学成分范围一般为：wC=3.6%4.0%，wSi=2.0%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wP0.1%，wS0.04%，wRE残残0.030.05%。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n球墨铸铁的显微组织为由球状石墨和钢球墨铸铁的显微组织为由球状石墨和钢基体两部分。基体两部分。n根据化学成分和冷却速度的不同，基体根据化学成分和冷却速度的不同，基体组织在铸态下可以是铁素
17、体、铁素体加组织在铸态下可以是铁素体、铁素体加珠光体、珠光体；如果将铸件进行调质珠光体、珠光体；如果将铸件进行调质或等温淬火，则基体组织可转变为回火或等温淬火，则基体组织可转变为回火索氏体或下贝氏体组织。索氏体或下贝氏体组织。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2球墨铸铁的牌号、性能和应用球墨铸铁的牌号、性能和应用n牌号中的牌号中的“QT”是是“球铁球铁”两个字的汉语拼音的两个字的汉语拼音的第一个字母，后面两组数字分别表示其最小的抗第一个字母，后面两组数字分别表示其最小的抗拉强度和伸长率值。拉强度和伸长率值。n球墨铸铁的力学性能同灰口铸铁相比，具有较高球
18、墨铸铁的力学性能同灰口铸铁相比，具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有量好的的塑的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有量好的的塑性及韧性。这是因为球墨铸铁中的石墨呈球状使性及韧性。这是因为球墨铸铁中的石墨呈球状使得石墨对基体的削弱作用减小，引起的应力集中得石墨对基体的削弱作用减小，引起的应力集中减弱，从而提高了基体金属的利用率。球墨铸铁减弱，从而提高了基体金属的利用率。球墨铸铁基体强度的利用率可以达到基体强度的利用率可以达到7090，而灰铸，而灰铸铁的基体强度的利用率仅为铁的基体强度的利用率仅为3050。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n必须指出的是，
19、与钢相比，球墨铸铁的屈必须指出的是，与钢相比，球墨铸铁的屈强比高，约为强比高，约为0.7%0.8%，接近钢的一倍，接近钢的一倍（钢的屈强比一般为（钢的屈强比一般为0.35%0.5%）。所）。所以对于承受静载荷的零件，有时可以用球以对于承受静载荷的零件，有时可以用球墨铸铁代替铸钢。此外，球墨铸铁还具有墨铸铁代替铸钢。此外，球墨铸铁还具有耐磨减摩性较好，切削加工性能较好，韧、耐磨减摩性较好，切削加工性能较好，韧、脆转变温度也较高等一系列优点。但球墨脆转变温度也较高等一系列优点。但球墨铸铁的塑性与韧性却低于钢，并且由于过铸铁的塑性与韧性却低于钢，并且由于过冷倾向大，易于产生白口，所以球墨铸铁冷倾向大
20、，易于产生白口，所以球墨铸铁的熔炼工艺和铸造工艺要比灰铸铁复杂。的熔炼工艺和铸造工艺要比灰铸铁复杂。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某球墨铸铁以可以代替部分锻钢、铸钢、某些合金钢及可锻铸铁等，用来制造一些受些合金钢及可锻铸铁等，用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较高的力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如具有高强度与高耐磨性的球墨铸零件，如具有高强度与高耐磨性的球墨铸铁常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、铁常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、
21、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大型水压机的工作钢、缸套、活塞等；具有型水压机的工作钢、缸套、活塞等；具有高韧性和一定塑性的铁素体球墨铸铁常用高韧性和一定塑性的铁素体球墨铸铁常用来制造受压阀门、机器底座、汽车的后桥来制造受压阀门、机器底座、汽车的后桥壳等。壳等。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径3铸铁的石墨球化强化铸铁的石墨球化强化球化处理球化处理n球墨铸铁是用灰口成分的铁水经球化处理和孕育球墨铸铁是用灰口成分的铁水经球化处理
22、和孕育处理而制得的。在球墨铸铁的生产中，铁水在临处理而制得的。在球墨铸铁的生产中，铁水在临浇注前加入一定量的球化剂以使斯摩结晶时生长浇注前加入一定量的球化剂以使斯摩结晶时生长为球状石墨的工艺操作称为球化处理。为球状石墨的工艺操作称为球化处理。n所加入的能使石墨呈球状结晶的添加剂称为球化所加入的能使石墨呈球状结晶的添加剂称为球化剂。那么球状石墨是怎样形成的呢？研究表明，剂。那么球状石墨是怎样形成的呢？研究表明，球状石墨是从液体铁水中直接析出的，一般与铁球状石墨是从液体铁水中直接析出的，一般与铁水的化学成分无关，也包含晶核的形成和晶核的水的化学成分无关，也包含晶核的形成和晶核的长大两个基本过程；并
23、且球状石墨的晶核形状与长大两个基本过程；并且球状石墨的晶核形状与片状石墨晶核的形状无本质区别，也就是说，球片状石墨晶核的形状无本质区别，也就是说，球形石墨的最终生成主要不取决于成核过程，而主形石墨的最终生成主要不取决于成核过程，而主要取决于石墨的长大过程。要取决于石墨的长大过程。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n在石墨晶核的长大过程中，液体铁水与在石墨晶核的长大过程中，液体铁水与石墨基面和石墨柱面之间的界面能（或石墨基面和石墨柱面之间的界面能（或相间张力）可作为单值指标或当作物理相间张力）可作为单值指标或当作物理化学条件来评价和判定石墨在铁水中究化
24、学条件来评价和判定石墨在铁水中究竟是长大为球状还是长大为片状的条件。竟是长大为球状还是长大为片状的条件。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n根据结晶学的一般原理，界面能与生长速根据结晶学的一般原理，界面能与生长速度有相反的关系，即相间张力小的界面生度有相反的关系，即相间张力小的界面生长速度快，相间张力大的界面生长速度慢。长速度快，相间张力大的界面生长速度慢。在一般熔炼条件下，液体铁水中均含有一在一般熔炼条件下，液体铁水中均含有一定量的定量的S、O，由于由于S、O的原子半径很小的原子半径很小（在配位数为（在配位数为12时，时，O的原子半径为的原子半径为
25、0.66，S的原子半径为的原子半径为1.04），），比石墨柱面上原比石墨柱面上原子间距最小距离要小得多，因此表现出很子间距最小距离要小得多，因此表现出很强的活性，极易吸附在柱面上。柱面上吸强的活性，极易吸附在柱面上。柱面上吸附了附了S、O原子以后，界面能大大降低，当原子以后，界面能大大降低，当低于基面的界面能时，石墨晶体在柱面上低于基面的界面能时，石墨晶体在柱面上的生长速度就大于在基面上的生长速度，的生长速度就大于在基面上的生长速度，最终生长成片状石墨。最终生长成片状石墨。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n如果在铁水中加入球化剂，由于球化剂中如果在
26、铁水中加入球化剂，由于球化剂中含有一定量的含有一定量的Mg、Ce、Ca、Y等球化元等球化元素，这些元素与素，这些元素与S、O有很强的亲合力，能有很强的亲合力，能与与S、O形成化合物，从而降低了柱面上形成化合物，从而降低了柱面上S、O的吸附，也就是提高了柱面上的界面能，的吸附，也就是提高了柱面上的界面能，使基面上的界面能重新低于柱面，其结果使基面上的界面能重新低于柱面，其结果使基面的生长速度大于柱面的生长速度，使基面的生长速度大于柱面的生长速度，最终形成球状石墨或蠕虫状石墨。另外，最终形成球状石墨或蠕虫状石墨。另外，加入球化剂还会使铁水产生较大的过冷度，加入球化剂还会使铁水产生较大的过冷度，这也
27、是形成球状石墨的原因之一。总之，这也是形成球状石墨的原因之一。总之，较大的过冷度和基面上的界面能小于柱面较大的过冷度和基面上的界面能小于柱面上的界面能是形成球状石墨的必要条件。上的界面能是形成球状石墨的必要条件。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n目前，我国最常用的球化剂为镁、稀土目前，我国最常用的球化剂为镁、稀土-硅硅铁合金和稀土铁合金和稀土-硅铁硅铁-镁合金三种。球化剂镁合金三种。球化剂的加入量一般为的加入量一般为0.8%1.5%。必须指出的。必须指出的是，球化处理只能在铁水中有石墨核心形是，球化处理只能在铁水中有石墨核心形成时才能促进石墨生长成
28、球状，但是通常成时才能促进石墨生长成球状，但是通常所使用的球化剂都是些强烈的阻碍石墨化所使用的球化剂都是些强烈的阻碍石墨化元素，因此球化处理的铁水白口倾向增大，元素，因此球化处理的铁水白口倾向增大，难以产生石墨核心。因此在球化处理的同难以产生石墨核心。因此在球化处理的同时必须进行孕育处理（亦称石墨化处理），时必须进行孕育处理（亦称石墨化处理），以生长球径小、数量多、圆整度好、分布以生长球径小、数量多、圆整度好、分布均匀的球化石墨，从而改善球铁的力学性均匀的球化石墨，从而改善球铁的力学性能。能。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径三、蠕墨铸铁及变质处理三
29、、蠕墨铸铁及变质处理1蠕墨铸铁的化学成分及显微组织蠕墨铸铁的化学成分及显微组织n蠕墨铸铁的化学成分要求与球墨铸铁相似，蠕墨铸铁的化学成分要求与球墨铸铁相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土与镁。一定量的稀土与镁。n蠕墨铸铁的成分范围一般为：蠕墨铸铁的成分范围一般为：wC=3.5%3.9%，wSi=2.1%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wP0.1%，wS0.1%。蠕墨铸铁是在上述成分的铁液中加入适量蠕墨铸铁是在上述成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理和孕育剂进行孕育的蠕化剂进行蠕化处理和孕育剂进行孕育处理后获得的。处理后获得的。 Ch
30、apter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n蠕墨铸铁的显微组织一般是由钢基体和蠕墨铸铁的显微组织一般是由钢基体和蠕虫状石墨组成。蠕虫状石墨的长宽蠕虫状石墨组成。蠕虫状石墨的长宽比值一般为比值一般为210，有分叉，侧面高低不，有分叉，侧面高低不平，端部较钝、较圆。通过对蠕虫状石平，端部较钝、较圆。通过对蠕虫状石墨的微观结构的分析，发现其结晶位相墨的微观结构的分析，发现其结晶位相和球状石墨有较多的相似性，所以在大和球状石墨有较多的相似性，所以在大多数情况下，蠕虫状石墨总是与球状石多数情况下，蠕虫状石墨总是与球状石墨共存。墨共存。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常
31、用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2蠕墨铸铁的牌号、性能和应用蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 n蠕墨铸铁的牌号表示方法与灰铸铁相似。由于蠕墨铸铁的牌号表示方法与灰铸铁相似。由于“蠕铁蠕铁”的汉语拼音的第一个字母与耐热铸铁的汉语拼音的第一个字母与耐热铸铁的的“热铁热铁”的汉语拼音的第一个字母相同，所的汉语拼音的第一个字母相同，所以在以在“蠕蠕”字的汉语拼音大写字母后加小写字字的汉语拼音大写字母后加小写字母来区别，即用母来区别，即用“RuT”表示蠕墨铸铁，后面三表示蠕墨铸铁，后面三位数字表示其最小抗拉强度值。如位数字表示其最小抗拉强度值。如RuT420表示表示最小抗拉强度为最小抗拉强度为420MP
32、a的蠕墨铸铁。的蠕墨铸铁。n必须指出的是，我国目前尚未制订蠕墨铸铁的必须指出的是，我国目前尚未制订蠕墨铸铁的国家标准，具体牌号仅有国家标准，具体牌号仅有JB/T44031999规定。规定。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间。其强度、韧性、灰铸铁和球墨铸铁之间。其强度、韧性、疲劳极限、耐磨性及抗热疲劳性能都比灰疲劳极限、耐磨性及抗热疲劳性能都比灰铸铁高，而且对断面的敏感性也较小。但铸铁高，而且对断面的敏感性也较小。但由于蠕虫状石墨大都是相互连接的，因此由于蠕虫
33、状石墨大都是相互连接的，因此其塑性、韧性和强度都比球墨铸铁低。此其塑性、韧性和强度都比球墨铸铁低。此外，蠕墨铸铁的铸造性能、减振性、导热外，蠕墨铸铁的铸造性能、减振性、导热性及切削加工性等均优于球墨铸铁，并与性及切削加工性等均优于球墨铸铁，并与灰铸铁相近。因此蠕墨铸铁是一种具有良灰铸铁相近。因此蠕墨铸铁是一种具有良好综合性能的铸铁。好综合性能的铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n由于蠕墨铸铁的综合性能好，组织致密，由于蠕墨铸铁的综合性能好，组织致密，所以它主要应用在一些经受热循环载荷所以它主要应用在一些经受热循环载荷的铸件（如钢锭模、玻璃模具、
34、柴油机的铸件（如钢锭模、玻璃模具、柴油机缸盖、排气管、刹车件等）和组织致密缸盖、排气管、刹车件等）和组织致密零件（如一些液压阀的阀体、各种耐压零件（如一些液压阀的阀体、各种耐压泵的泵体等）以及一些结构复杂而设计泵的泵体等）以及一些结构复杂而设计又要求高强度的零件。又要求高强度的零件。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径3铸铁的石墨蠕化强化铸铁的石墨蠕化强化变质处理变质处理n 将普通灰铸铁的液体铁水，在浇注前将普通灰铸铁的液体铁水，在浇注前加入特定的变质剂进行变质处理，凝固加入特定的变质剂进行变质处理，凝固后石墨的形态不再呈片状，而是呈蠕虫后石墨的形态不
35、再呈片状，而是呈蠕虫状。蠕虫状石墨的长宽比值远小于灰状。蠕虫状石墨的长宽比值远小于灰铸铁的长宽比值，且端部变得圆钝，铸铁的长宽比值，且端部变得圆钝，因而引起的应力集中的效应要比片状石因而引起的应力集中的效应要比片状石墨减轻，所以力学性能明显高于灰铸铁。墨减轻，所以力学性能明显高于灰铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n向铁水中加入的能使石墨改变形状为蠕虫状的向铁水中加入的能使石墨改变形状为蠕虫状的变质元素称为蠕化剂。蠕化剂一般同时包含球变质元素称为蠕化剂。蠕化剂一般同时包含球化元素和反球化元素。球化元素主要是镁和稀化元素和反球化元素。球化元素主要
36、是镁和稀土元素等，而反球化元素主要有土元素等，而反球化元素主要有S、O、Pb、Bi、Sn、As、Ti、Sb、Al等。稀土元素和镁加入到等。稀土元素和镁加入到铁水中后，能与铁水中的铁水中后，能与铁水中的S、O发生作用，反应发生作用，反应产物进入渣中，使铁水净化；残余稀土和残余产物进入渣中，使铁水净化；残余稀土和残余镁对石墨产生变质作用。因此，蠕化剂必须加镁对石墨产生变质作用。因此，蠕化剂必须加入到一定数量后才能产生变质效果，该数量称入到一定数量后才能产生变质效果，该数量称为临界加入量，它不仅与原铁水含为临界加入量，它不仅与原铁水含S量有密切关量有密切关系，也与铁水温度、铸件厚度、变质处理方法系，
37、也与铁水温度、铸件厚度、变质处理方法等有关。等有关。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径四、可锻铸铁及石墨化退火四、可锻铸铁及石墨化退火1可锻铸铁的化学成分及显微组织可锻铸铁的化学成分及显微组织n可锻铸铁是由含碳、硅量不高的白口铸铁件可锻铸铁是由含碳、硅量不高的白口铸铁件经长时间石墨化退火而制得的。因此可锻铸经长时间石墨化退火而制得的。因此可锻铸铁的生产过程通常包含两个步骤，即第一步铁的生产过程通常包含两个步骤，即第一步先浇铸成白口铸铁，第二步再经高温长时间先浇铸成白口铸铁，第二步再经高温长时间的石墨化退火使渗碳体分解出团絮状石墨。的石墨化退火使渗碳体
38、分解出团絮状石墨。为了保证浇注后获得白口铸件，必须使可锻为了保证浇注后获得白口铸件，必须使可锻铸铁的化学成分有较低的含碳量和含硅量。铸铁的化学成分有较低的含碳量和含硅量。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n若含碳量和含硅量过高，由于它们都是强若含碳量和含硅量过高，由于它们都是强烈促进石墨化元素，所以铸铁的铸态组织烈促进石墨化元素，所以铸铁的铸态组织中就有片状石墨形成，并在随后的石墨化中就有片状石墨形成，并在随后的石墨化退火过程中，从渗碳体分解出的石墨将会退火过程中，从渗碳体分解出的石墨将会附着在片状石墨上析出而得不到团絮状石附着在片状石墨上析出而得不
39、到团絮状石墨；同时石墨数量也增多，使铸铁的力学墨；同时石墨数量也增多，使铸铁的力学性能下降。性能下降。n如果含碳量和含硅量太低，则不仅使石墨如果含碳量和含硅量太低，则不仅使石墨化退火困难，延长退火周期，而且还使熔化退火困难，延长退火周期，而且还使熔炼困难和铸造性能变差。炼困难和铸造性能变差。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n锰可消除硫的有害影响，但锰又是促进石锰可消除硫的有害影响，但锰又是促进石墨化元素，含锰量过高也会延长退火周期。墨化元素，含锰量过高也会延长退火周期。故可锻铸铁的化学成分范围一般为：故可锻铸铁的化学成分范围一般为：wC=2.2%2
40、.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.4%1.2%，wP0.2%，wS0.18%。n可锻铸铁根据化学成分、石墨化退火工艺可锻铸铁根据化学成分、石墨化退火工艺及性能和组织的不同而分为黑心可锻铸铁及性能和组织的不同而分为黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁及（铁素体可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁及白心可锻铸铁三类。白心可锻铸铁三类。Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n如果白口铸铁在退火过程中第一阶段石墨化如果白口铸铁在退火过程中第一阶段石墨化和第二阶段石墨化都能充分进行，则退火后和第二阶段石墨化都能充分进行，则退火后得到铁素体加团絮状石墨组织
41、。其断口颜色得到铁素体加团絮状石墨组织。其断口颜色为：心部由于石墨析出而呈黑色，表面因退为：心部由于石墨析出而呈黑色，表面因退火时有些脱碳而呈白亮色。所以这类铸铁称火时有些脱碳而呈白亮色。所以这类铸铁称为黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）。为黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）。n如果退火过程中使第二阶段石墨化不进行，如果退火过程中使第二阶段石墨化不进行，则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。珠光体可锻铸铁织，称为珠光体可锻铸铁。珠光体可锻铸铁的断口虽呈白色，但习惯上仍称黑心可锻铸的断口虽呈白色，但习惯上仍称黑心可锻铸铁。铁。 Chapter
42、 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n如果白口铸铁在长时间退火过程中主要如果白口铸铁在长时间退火过程中主要发生氧化脱碳过程，故经退火后在一定发生氧化脱碳过程，故经退火后在一定深度的表层得到铁素体组织，而心部由深度的表层得到铁素体组织，而心部由于脱碳不完全则得到珠光体加团絮状石于脱碳不完全则得到珠光体加团絮状石墨组织，甚至残留少量未分解的游离渗墨组织，甚至残留少量未分解的游离渗碳体。其断口颜色为表层呈黑绒色，而碳体。其断口颜色为表层呈黑绒色，而心部呈白色，故称白心可锻铸铁。心部呈白色，故称白心可锻铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及
43、其强化途径n图图7-11 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织n（a）铁素体可锻铸铁（铁素体可锻铸铁（b）珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径2可锻铸铁的牌号、性能和应用可锻铸铁的牌号、性能和应用n可锻铸铁的牌号中的可锻铸铁的牌号中的“KT”是是“可铁可铁”两字两字的汉语拼音的第一个字母，其后面的的汉语拼音的第一个字母，其后面的H表示表示黑心可锻铸铁；黑心可锻铸铁；Z表示珠光体可锻铸铁；表示珠光体可锻铸铁；B表表示白心可锻铸铁；符号后面的两组数字分别示白心可锻铸铁；符号后面的两组数字分别表示其最小的抗拉强度和伸长率。表示其最
44、小的抗拉强度和伸长率。n可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁，并接近于可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁，尤其是珠光体基体可同类基体的球墨铸铁，尤其是珠光体基体可锻铸铁，强度已可与铸钢比美。可锻铸铁与锻铸铁，强度已可与铸钢比美。可锻铸铁与球墨铸铁相比，还具有铁水处理简易、质量球墨铸铁相比，还具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点。稳定、废品率低等优点。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n可锻铸铁常用于制作一些截面较薄而形状复可锻铸铁常用于制作一些截面较薄而形状复杂、工作时受振动而强度、韧性要求较高的杂、工作时受振动而强度、韧性要求较
45、高的零件，因为这些零件若用灰铸铁制造，则不零件，因为这些零件若用灰铸铁制造，则不能满足力学性能要求；若用球墨铸铁铸造，能满足力学性能要求；若用球墨铸铁铸造，易形成白口；若用铸钢制造，则因其铸造性易形成白口；若用铸钢制造，则因其铸造性能较差，质量不易保证。能较差，质量不易保证。n此外，珠光体可锻铸铁的可切削加工性在铁此外，珠光体可锻铸铁的可切削加工性在铁基合金中是最优良的，可进行高精度切削加基合金中是最优良的，可进行高精度切削加工。另外，珠光体可锻铸铁还可以通过火焰工。另外，珠光体可锻铸铁还可以通过火焰加热或感应加热进行表面淬火。加热或感应加热进行表面淬火。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2
46、常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n黑心可锻铸铁强度虽然不高，但具有良黑心可锻铸铁强度虽然不高，但具有良好的塑性和韧性，常用来制作汽车、拖好的塑性和韧性，常用来制作汽车、拖拉机的后桥外壳、机床扳手、低压阀门、拉机的后桥外壳、机床扳手、低压阀门、管接头、农具等承受冲击、振动和扭转管接头、农具等承受冲击、振动和扭转载荷的零件。载荷的零件。n白心可锻铸铁表里组织不同、力学性能白心可锻铸铁表里组织不同、力学性能差，特别是韧性较低，故应用较少。差，特别是韧性较低，故应用较少。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径 3可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火n
47、石墨化退火工艺特性不同而得到不同的组织。石墨化退火工艺特性不同而得到不同的组织。 在生产上，常把在生产上，常把铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁重新加热到共析重新加热到共析转变温度以上，转变温度以上，保温后，再以较保温后，再以较快的冷却速度通快的冷却速度通过共析转变温度过共析转变温度范围以获得珠光范围以获得珠光体可锻铸铁。体可锻铸铁。 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径n一般可锻铸铁的退火周期长达一般可锻铸铁的退火周期长达6080h。为了为了缩短退火周期和提高力学性能，最有效的办缩短退火周期和提高力学性能，最有效的办法是孕育处理。常用的孕育剂元素是法是孕育处
48、理。常用的孕育剂元素是Si、B、Bi、Al等。等。n孕育剂的加入一方面能强烈地阻止液体结晶孕育剂的加入一方面能强烈地阻止液体结晶时的石墨化过程，防止白口铸件中出现片状时的石墨化过程，防止白口铸件中出现片状石墨，另一方面又能在退火过程中形成极大石墨，另一方面又能在退火过程中形成极大量的石墨化晶核，最终得到具有细小石墨团量的石墨化晶核，最终得到具有细小石墨团的可锻铸铁。石墨团愈细小，所需要的退火的可锻铸铁。石墨团愈细小，所需要的退火时间愈短。例如，加入时间愈短。例如，加入0.001%B、0.006%Bi、0.006%Al的孕育剂，其退火周期可缩短至的孕育剂，其退火周期可缩短至32h。 Chapte
49、r 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径五、铸铁的合金化及特殊性能铸铁五、铸铁的合金化及特殊性能铸铁n铸铁合金化的目的主要有两个，一是为铸铁合金化的目的主要有两个，一是为了强化铸铁组织中金属基体部分并辅之了强化铸铁组织中金属基体部分并辅之以热处理以获得高强度铸铁；另一个目以热处理以获得高强度铸铁；另一个目的是赋予铸铁以特殊的性能，如耐热性、的是赋予铸铁以特殊的性能，如耐热性、耐磨性及耐蚀性等。耐磨性及耐蚀性等。n1耐热合金铸铁耐热合金铸铁n2耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁n3耐蚀合金铸铁耐蚀合金铸铁 Chapter 7 铸铁铸铁7.2 常用铸铁及其强化途径常用铸铁及其强化途径
50、1耐热合金铸铁耐热合金铸铁（1）铸铁的耐热性）铸铁的耐热性n铸铁的耐热性主要是指铸铁在高温下抗氧化铸铁的耐热性主要是指铸铁在高温下抗氧化和抗热生长的能力。和抗热生长的能力。n所谓铸铁的热生长是指普通铸铁加热到所谓铸铁的热生长是指普通铸铁加热到450以上，随着加热温度的提高和加热时以上，随着加热温度的提高和加热时间的延长以及反复加热次数的增多，除了在间的延长以及反复加热次数的增多，除了在铸铁表面发生氧化外，铸铁在每次加热冷却铸铁表面发生氧化外，铸铁在每次加热冷却后其体积都发生膨胀的现象。铸铁发生热长后其体积都发生膨胀的现象。铸铁发生热长大的结果使铸铁强度降低，组织变松发脆，大的结果使铸铁强度降低
