1、材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁Chapter 7 铸铁铸铁材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁汽缸汽缸活塞环活塞环汽缸盖汽缸盖导轨导轨材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 铸铁不是纯铁，也是以铁和碳为主的合金。铸铁不是纯铁，也是以铁和碳为主的合金。其化学成分一般为其化学成分一般为C2.0%-4.0%C2.0%-4.0%、Si1.0%-3.0%Si1.0%-3.0%、Mn0.1%-1.0%Mn0.1%-1.0%、S0.02%-0.25%S0.02%-0.25%、P0.05%-1.5%P0.05%-1.5%。为了提高铸铁的力学性能，有时在铸铁中添加为了提高铸铁的力学性
2、能，有时在铸铁中添加少量的少量的CrCr、NiNi、CuCu、MoMo等合金元素制成合金铸等合金元素制成合金铸铁。所以铸铁又和钢不同，而是一种以铁。所以铸铁又和钢不同，而是一种以FeFe、C C、SiSi为主要成分的且在结晶过程中具有共晶转变为主要成分的且在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金。的多元铁基合金。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.1 7.1 铸铁的石墨化及影响因素铸铁的石墨化及影响因素一、一、铸铁的特点和分类铸铁的特点和分类 1.铸铁的特点铸铁的特点 碳含量、硅含量高，碳多以石墨形式存在；硫、磷杂质多。碳含量、硅含量高，碳多以石墨形式存在；硫、磷杂质多。2.铸铁的分
3、类铸铁的分类（1）灰口铸铁：碳全部或大部分以片状石墨（）灰口铸铁：碳全部或大部分以片状石墨（G）析出。）析出。（2）球墨铸铁：碳全部或大部分以球状石墨形态存在。）球墨铸铁：碳全部或大部分以球状石墨形态存在。（3）蠕墨铸铁：碳全部或大部分以蠕虫状石墨形态存在，即其）蠕墨铸铁：碳全部或大部分以蠕虫状石墨形态存在，即其石墨形态介于片状与球状之间。石墨形态介于片状与球状之间。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁（4）可锻铸铁：碳全部或大部分以团絮状石墨形态存在。）可锻铸铁：碳全部或大部分以团絮状石墨形态存在。（5）白口铸铁：碳除少量固溶于铁素体中外，其余的碳都以渗）白口铸铁：碳除少量固溶于铁素
4、体中外，其余的碳都以渗碳体（第二相）的形式存在于铸铁基体中，其断口呈银白色。碳体（第二相）的形式存在于铸铁基体中，其断口呈银白色。（6）麻口铸铁：碳除少量固溶于铁素体中外，一部分以游离状）麻口铸铁：碳除少量固溶于铁素体中外，一部分以游离状态的石墨（态的石墨（G）形式存在，另一部分以化合状态的渗碳体）形式存在，另一部分以化合状态的渗碳体（Fe3C）形式存在，在其断口上呈黑白相间的麻点，故称麻）形式存在，在其断口上呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。口铸铁。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁二、二、铸铁的结晶铸铁的结晶 1、渗碳体和石墨、渗碳体和石墨 在铁碳合金中，碳可以三种形式存在：一种是
5、以原子形在铁碳合金中，碳可以三种形式存在：一种是以原子形式固溶于铁素体（式固溶于铁素体（F）中；另一种是以碳化物（）中；另一种是以碳化物（Fe3C）的形式存）的形式存在；还有一种是以游离态的单质石墨（在；还有一种是以游离态的单质石墨（G）存在。）存在。2.铸铁的石墨化铸铁的石墨化 从液体铁水中获得奥氏体从液体铁水中获得奥氏体+石墨共晶石墨共晶组织，就必须使液体不要过冷到组织，就必须使液体不要过冷到Tc温温度以下。度以下。满足热力学和动力学条件。满足热力学和动力学条件。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁图图7.1-2 Fe-Fe3C和和Fe-C双重状态图双重状态图 L-液态合金液态合金
6、-奥氏体奥氏体 G-石墨石墨、-铁素体铁素体 P-珠光体珠光体 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁图图7-1 石墨的晶体结构石墨的晶体结构 0.142nm0.246nm0.339nm基面（0001）)0110(柱面石墨的晶体结构石墨的晶体结构材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 石墨的晶格类型为简单六方晶格，如图石墨的晶格类型为简单六方晶格，如图7-1所所示，原子呈层状排列，同一层的原子间距为示，原子呈层状排列，同一层的原子间距为0.142nm，结合力较强；而层与层之间的面间距，结合力较强；而层与层之间的面间距为为0.339nm，是依靠较弱的金属键结合，故石墨，是依靠较弱的金
7、属键结合，故石墨具有不太明显的金属性能（如导电性），而且由具有不太明显的金属性能（如导电性），而且由于层与层间的结合力较弱，易滑动，故石墨的强于层与层间的结合力较弱，易滑动，故石墨的强度、塑性和韧性较低，硬度仅为度、塑性和韧性较低，硬度仅为35HBS。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 基面上的近邻原子结合力特别强，结合能为基面上的近邻原子结合力特别强，结合能为419-502J/mol，而层面间原子结合力弱，结合能为，而层面间原子结合力弱，结合能为4.19-12.56J/mol。所以在石墨晶核的长大过程中，液体铁水与石墨。所以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
8、界面能（或相间张力）可作为单值指标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化学条件来评价和判定石墨在铁水中究竟是长大为或当作物理化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。球状还是长大为片状的条件。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁1）片状石墨形成条件）片状石墨形成条件 由于石墨晶体中层与层之间结合力较若弱，在已经形成石由于石墨晶体中层与层之间结合力较若弱，在已经形成石墨的某一原子层面上所生长的另一新原子层，若层面不够大的墨的某一原子层面上所生长的另一新原子层，若层面不够大的话，有可能重新溶入铁水中，因此在垂直于基面方向上生长较话，有
9、可能重新溶入铁水中，因此在垂直于基面方向上生长较慢。在每一层面上的慢。在每一层面上的C原子，总有一个共价键是没有结合的，原子，总有一个共价键是没有结合的，只要铁水中有个别只要铁水中有个别C原子进入适当的位置，便能很快结合上去，原子进入适当的位置，便能很快结合上去，所以容易形成片状石墨。所以容易形成片状石墨。LsLs)0110()0001(材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 2）球状石墨形成条件）球状石墨形成条件 根据结晶学的一般原理，界面能与生长速度有相反的关系，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长速度
10、快，相间张力大的界面生长速度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。在一般熔炼条件下，液体铁水中均含有一定量的慢。在一般熔炼条件下，液体铁水中均含有一定量的S、O，由，由于于S、O的原子半径很小（在配位数为的原子半径很小（在配位数为12时，时，O的原子半径为的原子半径为0.66，S的原子半径为的原子半径为1.04），比石墨柱面上原子间距最小），比石墨柱面上原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。距离要小得多，因此表现出很强的活性，极易吸附在柱面上。LsLs)0110()0001(材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 柱面上吸附了柱面上吸附了S
11、、O原子以后，柱面界面能大大降低，当原子以后，柱面界面能大大降低，当低于基面的界面能时，石墨晶体在柱面上的生长速度就大于在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，最终生长成片状石墨。如果在铁水中加入基面上的生长速度，最终生长成片状石墨。如果在铁水中加入球化剂，由于球化剂中含有一定量的球化剂，由于球化剂中含有一定量的Mg、Ce、Ca、Y等球化等球化元素，这些元素与元素，这些元素与S、O有很强的亲合力，能与有很强的亲合力，能与S、O形成化合形成化合物，从而降低了柱面上物，从而降低了柱面上S、O的吸附，也就是提高了柱面上的的吸附，也就是提高了柱面上的界面能，使基面上的
12、界面能重新低于柱面，其结果使基面的生界面能，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，最终形成球状石墨或蠕虫状石墨。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。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁图图7-9 SEM观察的球状石墨的形态观察的球状石墨的形态 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 总之，较大的过冷度和基面上的界面能小于柱面上的界面总之，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。目前，我国最常用的球化剂为镁、能是形成球状石墨的必要条件。目前，我国最常用的球化剂为镁、稀土稀土-硅铁合金和稀土硅铁合金
13、和稀土-硅铁硅铁-镁合金三种。球化剂的加入量一般为镁合金三种。球化剂的加入量一般为0.8%1.5%。必须指出的是，球化处理只能在铁水中有石墨核。必须指出的是，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球状，但是通常所使用的球化剂都心形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元素，因此球化处理的铁水白口倾向增大，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，难以产生石墨核心。难以产生石墨核心。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁三、影响铸态组织的因素三、影响铸态组织的因素 1.化学成分的影响化学成分的影响（1）C和和Si的影响的影响
14、 碳当量碳当量 CEC+(Si+P)/3 共晶度共晶度 CE4.26%时为共晶成分，当时为共晶成分，当CE4.26%为亚共晶成分。为亚共晶成分。（2）其它元素的影响）其它元素的影响 促进石墨化元素促进石墨化元素 阻碍石墨化元素阻碍石墨化元素 Al、C、Si、Ni、Cu、Zr Nb W、Mn、S、Cr、V、Mg、B3/)(26.4PSiCSC材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁2.2.冷却速度影响冷却速度影响 一般来说，铸件冷却速度越缓慢，即过冷度较小时，越有一般来说，铸件冷却速度越缓慢，即过冷度较小时，越有利于按照利于按照Fe-GFe-G状态图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的状态
15、图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的充分进行。反之，当铸件冷却速度较快时，即过冷度增大时，原充分进行。反之，当铸件冷却速度较快时，即过冷度增大时，原子扩散能力减弱，越有利于按照子扩散能力减弱，越有利于按照Fe-Fe3CFe-Fe3C状态图进行结晶和转变，状态图进行结晶和转变，即不利于石墨化的进行。即不利于石墨化的进行。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.2 7.2 灰口铸铁灰口铸铁一、灰铸铁的化学成分及显微组织 灰铸铁通常是断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在灰铸铁通常是断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。它是应用最广的一类铸铁，在各类铸铁中灰铸铁产量所占的
16、铸铁。它是应用最广的一类铸铁，在各类铸铁中灰铸铁产量所占比重最大，约占比重最大，约占80%80%以上。主要用于制造各种机器的底座、机架、以上。主要用于制造各种机器的底座、机架、工作台、机身、齿轮箱体、阀体及内燃机的汽缸体、汽缸盖等。工作台、机身、齿轮箱体、阀体及内燃机的汽缸体、汽缸盖等。1.1.化学成分化学成分 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：w w(C)=2.7%-3.6%(C)=2.7%-3.6%，w w(Si)=1.0%-2.5%(Si)=1.0%-2.5%，w w(Mn)=0.5%-1.3%(Mn)=0.5%-1.3%，w w(P)0.3%(P)0.3%，w w
17、(S)0.15%(S)0.15%。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁2显微组织显微组织 1）石墨形态：）石墨形态：A、B、C、D、E、F 2）显微组织）显微组织（a）铁素体灰铸铁）铁素体灰铸铁 （b）铁素体）铁素体+珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 （c）珠光体灰铸铁）珠光体灰铸铁 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁二、灰铸铁的牌号、性能和热处理二、灰铸铁的牌号、性能和热处理 1.灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号 灰铸铁的牌号有灰铸铁的牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350六个国家标准牌号。六个国家标准牌号。“HT”表示表示“灰铁灰铁”的汉语拼音的第的
18、汉语拼音的第一个大写字母，后面的数字表示最低抗拉强度（单位：一个大写字母，后面的数字表示最低抗拉强度（单位：MPa，直，直径为径为30mm单铸试棒测得的）。单铸试棒测得的）。2.灰铸铁的性能灰铸铁的性能 1）抗拉强度较低、塑韧性很差）抗拉强度较低、塑韧性很差;2）存在壁厚敏感效应）存在壁厚敏感效应;3）硬）硬度和抗压强度度和抗压强度;4）良好的减振性和减摩性）良好的减振性和减摩性;5）良好的铸造性、）良好的铸造性、可切削性可切削性;6）焊接性）焊接性。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁3.热处理热处理 热处理可以改变灰铸铁的基体组织，但不能改变片状石墨的热处理可以改变灰铸铁的基体组织
19、，但不能改变片状石墨的形态和分布。形态和分布。1）低温退火低温退火（热时效退火）：目的是消除铸件的内应力，（热时效退火）：目的是消除铸件的内应力，减少变形、开裂等，。减少变形、开裂等，。2）石墨化退火石墨化退火：当铸件有白口组织时或铸件内自由碳化物：当铸件有白口组织时或铸件内自由碳化物较多时，可通过高温石墨化退火，降低铸件硬度以改善加工性能。较多时，可通过高温石墨化退火，降低铸件硬度以改善加工性能。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁三、铸铁的孕育处理三、铸铁的孕育处理 孕育处理就是在铸铁浇注前向铁液中加入孕育处理就是在铸铁浇注前向铁液中加入
20、孕育剂孕育剂，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工艺。目大量增加的一种处理工艺。常用的孕育剂为常用的孕育剂为硅铁（含硅铁（含75%75%的硅）和硅钙合金的硅）和硅钙合金，硅铁的粒度一般为硅铁的粒度一般为3mm-10mm3mm-10mm。对于壁厚为。对于壁厚为20mm-50mm20mm-50mm的的铸件，硅铁加入量为铁液重量的铸件，硅铁加入量为铁液重量的 0.3%-0.7%0.3%-0.7%。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.37.3球墨铸铁球墨铸铁一、球墨铸铁的化学成分及显微组织一、球墨铸铁的化学成
21、分及显微组织 铸铁中石墨呈球状存在。球墨铸铁的化学成分范围一般为：铸铁中石墨呈球状存在。球墨铸铁的化学成分范围一般为：w wC C=3.6%-4.0%=3.6%-4.0%，w wSiSi=2.0%-2.8%=2.0%-2.8%，w wMnMn=0.6%-0.8%=0.6%-0.8%，w wP P0.1%0.1%，w wS S0.04%0.04%，w wRERE残残0.030.03-0.05%-0.05%。（a）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁（b）铁素体）铁素体+珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 （c）珠光体球墨铸铁）珠光体球墨铸铁 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁二、石墨球化机理二、石
22、墨球化机理 1.1.螺旋位错理论螺旋位错理论 石墨基面发展的原因是由于基面上原子间为强健能的共价键石墨基面发展的原因是由于基面上原子间为强健能的共价键结合，而且面上存在着螺旋位错。螺旋台阶的旋出口有利于二维结合，而且面上存在着螺旋位错。螺旋台阶的旋出口有利于二维的碳原子团生长。从形式上看，石墨是沿基面生长，而效果是在的碳原子团生长。从形式上看，石墨是沿基面生长，而效果是在垂直于基面的方向上发展。结果，各单晶体的共同生长而使石墨垂直于基面的方向上发展。结果，各单晶体的共同生长而使石墨呈球状呈球状 。2.2.气泡理论气泡理论 铁液经过球化处理于其中形成大量微小气泡，铁液凝固时，铁液经过球化处理于其
23、中形成大量微小气泡，铁液凝固时，石墨在这些气泡中形核、长大而长成球状石墨。石墨在这些气泡中形核、长大而长成球状石墨。材料学院材料学院三、球墨铸铁的牌号、性能和应用三、球墨铸铁的牌号、性能和应用 下表为球墨铸铁的牌号、基体组织、性能和用途。下表为球墨铸铁的牌号、基体组织、性能和用途。牌号中的牌号中的“QT”是是“球铁球铁”两个字的汉语拼音的第一两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拉强度和个字母，后面两组数字分别表示其最小的抗拉强度和伸长率值。伸长率值。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 与钢相比，球墨铸铁的屈强比高，约为与钢相比，球墨铸铁的屈强比高，约为0.7%
24、0.8%0.7%0.8%，接近，接近钢的一倍（钢的屈强比一般为钢的一倍（钢的屈强比一般为0.35%0.5%0.35%0.5%）。所以球墨铸铁）。所以球墨铸铁以可以以可以代替代替部分锻钢、铸钢、某些合金钢及可锻铸铁等，用来部分锻钢、铸钢、某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零件，如制造一些受力复杂，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铁常用来制造拖拉机或柴油机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、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、蜗杆、蜗中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、轧钢机的
25、轧辊及大型水压机的工作缸、缸套、活塞等；具轮、轧钢机的轧辊及大型水压机的工作缸、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来制造受压阀门、有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、汽车的后桥壳等。机器底座、汽车的后桥壳等。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁四、球墨铸铁的热处理四、球墨铸铁的热处理 1.1.球墨铸铁热处理特点球墨铸铁热处理特点 共析转变不是在恒定的温度下进行，而是在一个较宽的温度共析转变不是在恒定的温度下进行，而是在一个较宽的温度范围内进行。范围内进行。SiSi显著提高共析转变温度，大约每增加显著提高共析转变温度，大约每增加1%1%的的
26、SiSi，共析温度可，共析温度可提高提高2828。铸铁组织的最大特点是存在石墨高碳相，它在热处理过程中铸铁组织的最大特点是存在石墨高碳相，它在热处理过程中虽不发生相变，但会参与基体组织的变化过程。虽不发生相变，但会参与基体组织的变化过程。2.2.球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁1）消除内应力退火）消除内应力退火 热温度一般在热温度一般在550650范围内选取，对于铁素体基体球墨范围内选取，对于铁素体基体球墨铸铁去取上限温度铸铁去取上限温度600650，珠光体球墨铸铁取下限温度，珠光体球墨铸铁取下限温度550600，一般不超过，一般不超过600。保温时
27、间根据球墨铸铁件的大。保温时间根据球墨铸铁件的大小和形状复杂程度等因素进行确定，一般为小和形状复杂程度等因素进行确定，一般为2h8h，保温结束后，保温结束后随炉冷却到随炉冷却到200250后出炉空冷后出炉空冷。2）高温石墨化退火）高温石墨化退火高温石墨化退火是将铸件加热到高温石墨化退火是将铸件加热到Ac3+50100（通常为（通常为900950），保温时间依自由渗碳体分解速度而定，通常为），保温时间依自由渗碳体分解速度而定，通常为2h4h。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁3）低温石墨化退火低温石墨化退火加热到加热到Ac1以上温度获得奥氏体基体后，让铸件缓慢通过共析转变以上温度获得奥
28、氏体基体后，让铸件缓慢通过共析转变温区，使奥氏体直接按稳定系进行共析转变，形成铁素体和石墨温区，使奥氏体直接按稳定系进行共析转变，形成铁素体和石墨。在在Ac1以下加热并保温，使珠光体分解成为铁素体和石墨。以下加热并保温，使珠光体分解成为铁素体和石墨。4）正火处理和调质处理）正火处理和调质处理完全奥氏体化正火温度在完全奥氏体化正火温度在Ac13050，部分奥氏体化温度在，部分奥氏体化温度在Ac1上、下限之间。上、下限之间。采用淬火高温回火的调质处理，获得回火索氏体组织采用淬火高温回火的调质处理，获得回火索氏体组织 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 5 5）等温淬火处理）等温淬火处理
29、球墨铸铁件进行等温淬火处理时可得到贝氏体或奥氏体球墨铸铁件进行等温淬火处理时可得到贝氏体或奥氏体-贝氏体贝氏体基体组织。基体组织。等温淬火温度为等温淬火温度为350-370350-370，而等温淬火温度低于，而等温淬火温度低于300-330300-330时，基体组织主要为下贝氏体时，基体组织主要为下贝氏体 6 6）表面淬火）表面淬火 采用表面淬火。高（中）频感应加热表面淬火是目前生产中应采用表面淬火。高（中）频感应加热表面淬火是目前生产中应用较广的方法。用较广的方法。7 7）化学热处理）化学热处理 采用化学热处理，如气体硬氮化、气体软氮化、渗硼或渗硫等。采用化学热处理，如气体硬氮化、气体软氮化
30、、渗硼或渗硫等。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.4 7.4 蠕墨铸铁蠕墨铸铁一、一、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 蠕墨铸铁，即铸铁中石墨呈蠕虫状存在，即其石墨形态介于蠕墨铸铁，即铸铁中石墨呈蠕虫状存在，即其石墨形态介于片状与球状之间。蠕墨铸铁的成分范围一般为：片状与球状之间。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%。图图7-20 蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 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
31、墨铸铁的显微组织一般是由钢基体和蠕虫状石墨组成。基体组织可为珠光体、珠光体基体组织可为珠光体、珠光体+铁素体及铁素体。蠕虫状石墨的铁素体及铁素体。蠕虫状石墨的组织中常伴有少量的球状石墨。组织中常伴有少量的球状石墨。用形状系数（圆整化系数）用形状系数（圆整化系数）K来表示蠕虫状石墨的圆整化来表示蠕虫状石墨的圆整化程度程度：式中式中 A单个石墨的截面面积；单个石墨的截面面积；L单个石墨的截面周长。单个石墨的截面周长。K0.15属于片状石墨；属于片状石墨；0.15K0.8属属于球状石墨于球状石墨。24LAK材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 也可以用也可以用复合蠕化系数复合蠕化系数K2 来
32、表征来表征石墨蠕化效果石墨蠕化效果：式中式中 K1反球化元素的当量值；反球化元素的当量值；Mg铁液中的残留镁量。铁液中的残留镁量。K1当量值包括铁液中原有的微量反球化元素及向铁液中加入的当量值包括铁液中原有的微量反球化元素及向铁液中加入的反球化元素之和折算成的当量值，它按下式计算：反球化元素之和折算成的当量值，它按下式计算：K14.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al（K2为为10-30蠕化效果好）蠕化效果好）MgKK12材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁二、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用二、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 蠕墨铸铁的牌号表示方法与灰
33、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“热铁热铁”的汉语拼音的第的汉语拼音的第一个字母相同，所以在一个字母相同，所以在“蠕蠕”字的汉语拼音大写字母后加小写字的汉语拼音大写字母后加小写字母来区别，即用字母来区别，即用“RuT”表示蠕墨铸铁表示蠕墨铸铁，后面，后面三位数字表示三位数字表示其其最小抗拉强度最小抗拉强度值。如值。如RuT420表示最小抗拉强度为表示最小抗拉强度为420MPa的蠕的蠕墨铸铁。墨铸铁。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁表表7-4 常用蠕墨铸铁的牌号、基体组织和力学性能常
34、用蠕墨铸铁的牌号、基体组织和力学性能(摘自摘自JB/T4403-1999)材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.5 7.5 可锻铸铁可锻铸铁一、一、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 铸铁中石墨呈团絮状存在。可锻铸铁的化学成分范围一般铸铁中石墨呈团絮状存在。可锻铸铁的化学成分范围一般为：为：wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.4%1.2%，wP0.2%，wS0.18%。（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 材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁二、可
35、锻铸铁的牌号、性能和应用二、可锻铸铁的牌号、性能和应用 可锻铸铁的牌号、性能、特性及应用如表可锻铸铁的牌号、性能、特性及应用如表712和表和表713。牌号中的牌号中的“KT”是是“可铁可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，其后两字的汉语拼音的第一个字母，其后面的面的H表示黑心可锻铸铁；表示黑心可锻铸铁；Z表示珠光体可锻铸铁表示珠光体可锻铸铁；B表示白心表示白心可锻铸铁可锻铸铁；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伸长率。三、三、可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁
36、，并接近于同类基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锻铸铁，强度已可体的球墨铸铁，尤其是珠光体基体可锻铸铁，强度已可与铸钢比美。可锻铸铁常用于制作一些截面较薄而形状与铸钢比美。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、韧性要求较高的零件。此复杂、工作时受振动而强度、韧性要求较高的零件。此外，外，珠光体可锻铸铁的可切削加工性在铁基合金中是最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优良的，可进行高精度切削加工。另外，珠光体可锻铸，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加热或感应加热进行表面淬火。铁还可以通过火焰
37、加热或感应加热进行表面淬火。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁 黑心可锻铸铁强度虽然不高，但具有良好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、拖拉机的的塑性和韧性，常用来制作汽车、拖拉机的后后桥外壳、机床扳手、低压阀门、管接头、农具桥外壳、机床扳手、低压阀门、管接头、农具等承受冲击、振动和扭转载荷的零件等承受冲击、振动和扭转载荷的零件。白心可。白心可锻铸铁表里组织不同、力学性能差，特别是韧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。性较低，故应用较少。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁7.6
38、 特种性能铸铁特种性能铸铁 铸铁合金化的目的主要有两个，一是为了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以热处理强化铸铁组织中金属基体部分并辅之以热处理以获得以获得高强度铸铁高强度铸铁；另一个目的是赋予铸铁以；另一个目的是赋予铸铁以特殊的性能，如特殊的性能，如耐热性、耐磨性及耐蚀性耐热性、耐磨性及耐蚀性等。等。铸铁的合金化既适于铸铁的合金化既适于灰铸铁灰铸铁，也适于，也适于球墨铸铁球墨铸铁和蠕墨铸铁和蠕墨铸铁。下面仅介绍一些常用的特殊性能。下面仅介绍一些常用的特殊性能铸铁。铸铁。材料学院材料学院Chapter 7 铸铁铸铁一、耐热合金铸铁一、耐热合金铸铁 铸铁的耐热
39、性主要是指铸铁在高温下抗氧化和抗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。所谓铸铁的热生长是指普通铸铁加热热生长的能力。所谓铸铁的热生长是指普通铸铁加热到到450以上，随着加热温度的提高和加热时间的延长以上，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，除了在铸铁表面发生氧化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后其体积都发生膨胀的现象。外，铸铁在每次加热冷却后其体积都发生膨胀的现象。铸铁发生热长大的结果使铸铁强度降低，组织变松发铸铁发生热长大的结果使铸铁强度降低，组织变松发脆，从而引起微裂纹，导致铸件失效。脆，从而引起微裂纹，导致铸件失
40、效。材料学院材料学院 提高铸铁耐热性的主要途径是对铸铁进行合金化，提高铸铁耐热性的主要途径是对铸铁进行合金化，如在铸铁中加入如在铸铁中加入Si、Al、Cr等合金元素，可在铸铁表等合金元素，可在铸铁表面形成一层致密的、牢固的、匀整的氧化膜，阻止氧面形成一层致密的、牢固的、匀整的氧化膜，阻止氧化性气氛进一步渗入铸铁内部发生内氧化，从而抑制化性气氛进一步渗入铸铁内部发生内氧化，从而抑制了铸铁的热生长；另一方面，提高了铸铁的热生长；另一方面，提高铸铁基体金属的连铸铁基体金属的连续性续性也可以提高铸铁的耐热性，这是因为对于普通灰也可以提高铸铁的耐热性，这是因为对于普通灰口铸铁，由于石墨呈片状，外部氧化气
41、氛容易渗入铸口铸铁，由于石墨呈片状，外部氧化气氛容易渗入铸铁内部，产生内氧化，因此灰口铸铁仅能在铁内部，产生内氧化，因此灰口铸铁仅能在400左右左右温度下工作。温度下工作。材料学院材料学院 常用的几种耐热铸铁的牌号、化学成分、常用的几种耐热铸铁的牌号、化学成分、性能、使用条件及应用举例如下表所示。牌号性能、使用条件及应用举例如下表所示。牌号中的中的RT代表耐热铸铁代号，即代表耐热铸铁代号，即“热铁热铁”汉语拼汉语拼音的第一个字母；音的第一个字母；RQT为耐热球墨铸铁的代号，为耐热球墨铸铁的代号，即即“热球铁热球铁”汉语拼音的第一个字母；合金元汉语拼音的第一个字母；合金元素符号素符号后面的数字表
42、示后面的数字表示该合金元素平均该合金元素平均质量分质量分数的百倍数的百倍。材料学院材料学院材料学院材料学院二、耐磨合金铸铁二、耐磨合金铸铁 耐磨铸铁根据工作条件的不同，可分为耐磨铸铁根据工作条件的不同，可分为减摩铸铁减摩铸铁和和抗磨铸铁两类抗磨铸铁两类。减摩铸铁是在有润滑、受粘着磨损。减摩铸铁是在有润滑、受粘着磨损的条件下工作，例如机床导轨和拖板、发动机的缸套的条件下工作，例如机床导轨和拖板、发动机的缸套和活塞环、各种滑块和轴承等，这类铸铁希望摩擦系和活塞环、各种滑块和轴承等，这类铸铁希望摩擦系数要小。抗磨铸铁是在无润滑、受磨料磨损的条件下数要小。抗磨铸铁是在无润滑、受磨料磨损的条件下工作，例
43、如轧锟、犁铧、抛丸机叶片、球磨机磨球等，工作，例如轧锟、犁铧、抛丸机叶片、球磨机磨球等，这类铸铁要求摩擦系数要大。这类铸铁要求摩擦系数要大。材料学院材料学院 1.减摩铸铁减摩铸铁 减摩铸铁的组织一般为软基体上分布有坚硬的强化减摩铸铁的组织一般为软基体上分布有坚硬的强化相。软基体在磨损后形成的沟槽可保持油膜，有利于润相。软基体在磨损后形成的沟槽可保持油膜，有利于润滑；同时坚硬的强化相可承受摩擦。细层珠光体灰铸铁滑；同时坚硬的强化相可承受摩擦。细层珠光体灰铸铁就能满足这一要求，其中就能满足这一要求，其中铁素体为软基体铁素体为软基体，渗碳体为坚渗碳体为坚硬的强化相硬的强化相，同时石墨也起贮油和润滑作
44、用。进一步提，同时石墨也起贮油和润滑作用。进一步提高减摩类铸铁的耐磨性的途径主要是合金化和孕育处理，高减摩类铸铁的耐磨性的途径主要是合金化和孕育处理，常用的合金元素为常用的合金元素为Cu、Mo、稀土、稀土、Mn、Si、P、Cr、Ti等，常用的孕育剂为硅铁合金。等，常用的孕育剂为硅铁合金。材料学院材料学院 2.抗磨铸铁抗磨铸铁 抗磨铸铁在干摩擦条件下工作，要求铸铁的组织具有均抗磨铸铁在干摩擦条件下工作，要求铸铁的组织具有均匀的高硬度。通常金相组织匀的高硬度。通常金相组织应为莱氏体、贝氏体或马氏体应为莱氏体、贝氏体或马氏体。例。例如普通白口铸铁就是一种抗磨性能较好的铸铁，但其脆性大，如普通白口铸铁
45、就是一种抗磨性能较好的铸铁，但其脆性大，因此常加入适量的因此常加入适量的Cr、Mo、Cu、W、Ni、Mn等合金元素，等合金元素，形成抗磨白口铸铁。抗磨白口铸铁的牌号用汉语拼音字母形成抗磨白口铸铁。抗磨白口铸铁的牌号用汉语拼音字母“KmTB”表示，后面为合金元素及其含量。抗磨白口铸铁在表示，后面为合金元素及其含量。抗磨白口铸铁在铸态下的硬度都高于铸态下的硬度都高于46HRC，淬火后硬度还可进一步提高，淬火后硬度还可进一步提高，故适用于在磨料磨损条件下工作。故适用于在磨料磨损条件下工作。材料学院材料学院材料学院材料学院三、耐蚀铸铁三、耐蚀铸铁 铸铁的耐蚀性的合金化主要是加入铸铁的耐蚀性的合金化主要是加入Si、Al、Cr、Ni、Cu、Mo等合金元素。合金元素等合金元素。合金元素Cr、Mo、Cu、Ni、Si等的加入可以提高铸铁基体的电极电位；同时，等的加入可以提高铸铁基体的电极电位；同时，Si、Al、Cr等的加入能使铸铁表面、形成一层致密完整而等的加入能使铸铁表面、形成一层致密完整而牢固的保护膜；此外，加入的合金元素还可改善铸铁牢固的保护膜；此外，加入的合金元素还可改善铸铁组织中石墨的形状、大小和分布，以减小原电池的数组织中石墨的形状、大小和分布，以减小原电池的数量和降低电动势的大小而提高铸铁的耐蚀性。量和降低电动势的大小而提高铸铁的耐蚀性。材料学院材料学院
