1、金属材料与热处理课题课题七七 铸铁铸铁铸铁概述普通灰铸铁可锻铸铁球墨铸蠕墨铸合金铸铁学习目标学习目标了解铸铁的石墨化过程及其影响因素；掌握普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金 铸铁的牌号、性能及应用；了解高强度合金铸铁、耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁的 化学成分、组织、性能特点及应用。课题课题七七 铸铸 铁铁铸铁是指碳的质量分数在2.11%以上的铁碳合金。工业上常用的铸铁，其碳的质量分数一般在2.5%4.0%范围内，它是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有较多锰、硫、磷等杂质元素的多元合金。有时为了提高铸铁的使用性能，还可以在铸铁中加入一些合金元素，从而形成合金铸铁。铸铁同钢相比，强度、塑
2、性及韧性较低，不能采用压力加工的方法成形。但是，铸铁具有良好的铸造性能、减磨性能、减振性能、切削加工性能及较低的缺口敏感性，而且生产工艺简单，成本低廉，经合金化后还可具有良好的耐热性能和耐腐蚀性能等，所以在生产中获得了广泛的应用。相关知识课题课题七七 铸铸 铁铁学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述铸铁的种类很多，根据碳在铸铁中的存在形式及石墨的形态不同，可分为以下几种。(1)白口铸铁。碳主要以渗碳体的形式存在，其断口呈银白色，所以称为白口铸铁。这类铸铁的性能硬而脆，切削加工困难，很少直接用于制造机器零件。一、铸铁的种类学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述(2)灰铸铁。碳主要以片
3、状石墨的形式存在，其断口呈灰色，所以称为灰铸铁。这类铸铁是目前生产中应用最广泛的铸铁。(3)可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨的形式存在，因其韧性较高，故称为可锻铸铁。(4)球墨铸铁。碳主要以球状石墨的形式存在，这类铸铁的力学性能最好。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述(5)蠕墨铸铁。碳主要以蠕虫状石墨的形式存在，石墨形态介于片状和球状之间。(6)麻口铸铁。碳一部分以渗碳体的形式存在，一部分以石墨的形式存在，其断口呈灰白色相间，所以称为麻口铸铁，这类铸铁脆性较大，工业上很少使用。碳在铸铁中的存在形式有渗碳体和石墨两种。石墨用符号G表示，其晶格类型为简单六方晶格，如图7-1所示。原子呈层状排
4、列，同一层的原子间距较小，为0.142 nm，结合力较强；层与层之间的原子间距较大，为0.340 nm，结合力较弱，容易滑移。因此，石墨的强度、塑性、韧性极低，几乎为零，硬度仅为3 HBW。由于石墨中碳原子是依靠弱的金属键结合的，所以石墨具有不太明显的金属特性，如弱的导电性。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述二、铸铁的石墨化过程学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述图7-1 石墨的晶体结构因此，石墨是稳定相，而渗碳体是亚稳定相。前述Fe-Fe3C相图只说明了亚稳定相渗碳体的析出规律，要说明稳定相石墨的析出规律，必须使用Fe-G相图。为了便于比较和应用，通常将这两个相图画在一起，
5、称为铁碳双重相图，如图7-2所示。图中实线表示Fe-Fe3C相图，虚线表示Fe-G相图，凡虚线与实线重合的相界线都用实线表示，说明这些相界线与渗碳体或石墨的存在状态无关。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述图7-2 铁碳双重相图学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁的石墨化有两种方式:一种是液态铁碳合金按Fe-G相图进行结晶，从液态和固态中直接获得石墨；另一种是液态铁碳合金按Fe-Fe3C相图进行结晶，随后Fe 3C在一定条件下发生分解而获得石墨。铸铁的石墨化过程可以分为高温、中温和低温三个阶段。
6、高温石墨化阶段是指在共晶温度以上结晶出一次石墨GI和共晶转变时结晶出共晶石墨G共晶的阶段；中温石墨化阶段是指在共晶温度至共析温度范围内，从奥氏体中析出二次石墨G的阶段；低温石墨化阶段是指在共析温度发生共析转变时析出共析石墨G共析的阶段。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述三、影响石墨化的因素化学成分是影响石墨化过程的主要因素之一，其中碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的质量分数越大，石墨化过程越容易充分进行。但碳、硅的质量分数过大，会使石墨的数量增多并粗化，导致铸铁力学性能下降。为了综合考虑碳和硅的影响，通常将硅的质量分数折合成相当的碳的质量分数，并把这个碳的质量分数的总量称为
7、碳当量，用符号CE表示。化学成分化学成分1.学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述即调整铸铁的碳当量CE，可以改变其组织和性能。由于共晶成分的铸铁具有最好的铸造性能，因此，在灰铸铁中一般将碳当量CE控制在4%左右。硫是强烈阻止石墨化的元素，它不仅阻止石墨的形成，而且还会降低铁液的流动性和铸铁的力学性能，因此硫是有害元素，在铸铁中的质量分数越低越好。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述磷是弱的促进石墨化的元素，它能提高铁液的流动性，但会增加铸铁的脆性，使铸铁在冷却过程中容易产生开裂，一般磷的质量分数应严格控制。锰是阻止石墨化的元素，但锰能消除硫的有害作用，间接促进石墨化，所以锰在铸
8、铁中的质量分数要适当。冷却速度是影响石墨化过程的工艺因素。若冷却速度快，碳原子来不及充分扩散，石墨化过程难以充分进行，容易产生白口铸铁组织；若冷却速度慢，碳原子有时间充分扩散，容易获得灰铸铁组织。例如，薄壁铸件在成型过程中冷却速度快，容易形成白口铸铁组织；厚壁铸件在成型过程中冷却速度慢，容易形成灰铸铁组织。学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述冷却速度冷却速度2.学习情境一学习情境一 铸铸 铁铁 概概 述述化学成分和铸件壁厚对石墨化过程的影响如图7-3所示。可以看出，当碳和硅的质量分数高时，薄壁铸件也能获得灰铸铁组织；当铸件的壁厚足够大时，碳和硅的质量分数低也能获得灰铸铁组织。图7-3
9、成分和壁厚对石墨化的影响学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁普通灰铸铁俗称灰铸铁，是一种价格便宜的结构材料，其生产工艺简单，铸造性能优良，是生产中应用最多的一种铸铁。在铸铁生产中，灰铸铁产量约占80以上。一、普通灰铸铁的化学成分、组织学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁普通灰铸铁的化学成分普通灰铸铁的化学成分1.灰铸铁的化学成分一般为C=2.73.6，Si=1.02.2，Mn=0.51.3，P0.3，S0.15。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁普通灰铸铁按组织石墨化程度的不同，可以分为下列三种基体的灰铸铁。（1）铁素体灰铸铁。石墨化过程充分进行，则最终将获得在铁素体基体上
10、分布片状石墨的灰铸铁，如图7-4（a）所示。（2）珠光体+铁素体灰铸铁。第一和第二阶段石墨化过程能充分进行，但第三阶段石墨化过程仅部分进行，最终将获得在珠光体+铁素体基体上分布片状石墨的灰铸铁，如图7-4（b）所示。（3）珠光体灰铸铁。第一、第二阶段石墨化过程能充分进行，但第三阶段石墨化过程完全没有进行，最终将获得珠光体基体上分布片状石墨的珠光体灰铸铁，如图7-4（c）所示。普通灰铸铁的显微组织普通灰铸铁的显微组织2.学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁图7-4 灰铸铁的显微组织学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁灰铸铁的牌号由“HT”和数字组成。其中，“HT”是“灰铁”两字的汉语
11、拼音首字母，数字表示最小抗拉强度，如HT250表示抗拉强度Rm250 MPa的普通灰铸铁。灰铸铁的强度与铸件壁厚大小有关，同一牌号的灰铸铁，随着壁厚的增加，其抗拉强度和硬度降低。因此，根据工件的性能要求去选择铸铁牌号时，必须考虑铸件壁厚的影响。二、普通灰铸铁的牌号、性能及应用普通灰铸铁的牌号普通灰铸铁的牌号1.学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁常用灰铸铁的牌号、力学性能及适用范围见表7-1。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁注：1.当铸件壁厚超过300 mm时,其力学性能由供需双方商定。2.当用某牌号的铁液浇注壁厚均匀、形状简单的铸件时
12、，壁厚变化引起抗拉强度的变化，可从本表查出参考数据；当铸件壁厚不均匀或有型芯时，此表只能给出不同壁厚处大致的抗拉强度值，铸件的设计应根据关键部位的实测值进行。3.表中斜体字数值表示指导值，其余抗拉强度值均为强制性值，铸件本体预期抗拉强度值不作为强制性值。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁普通灰铸铁的性能特点及应用普通灰铸铁的性能特点及应用2.灰铸铁的性能主要决定于其钢基体的性能和石墨的数量、形状、大小及分布状况。钢基体组织主要影响灰铸铁的强度、硬度、耐磨性及塑性。由于石墨本身的强度、硬度和塑性都很低，灰铸铁中存在的石墨就相当于在钢基体上布满了大量的孔洞和裂缝，割裂了基体组织的连续性，从
13、而减小了基体金属的有效承载面积；而且在石墨的尖角处易产生应力集中，造成铸件局部损坏，并迅速扩展形成脆性断裂，因此，灰铸铁的抗拉强度和塑性比同样基体的钢低得多。片状石墨越多、越粗大、分布越不均匀，灰铸铁的强度和塑性就越低。石墨除了有割裂基体的不良作用外，也有有利的一面，归纳起来大致有以下几个方面。由于灰铸铁中的碳以石墨形式存在，而石墨的熔点较低、流动性好，因此，凡是不能用锻造方法制造的工件都可以采用铸铁材料进行铸造成型。此外，石墨的比体积较大，当铸件在凝固过程中析出石墨时，部分地补偿了铸件在凝固时基体的收缩，故铸铁的收缩量比钢小。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁1 1）优良的铸造性优良
14、的铸造性由于石墨能阻止晶粒间振动能的传递，并且将振动能转化为热能，所以铸铁中的石墨对振动可以起到缓冲作用。这种性能对于提高机床的精度，减少噪声，延长受振工件的寿命很有好处。灰铸铁的吸振能力是钢的数倍，广泛用于制造机床床身、主轴箱及各类机器底座等工件。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁2 2）良好的吸振性良好的吸振性学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁3 3）较低的缺口敏感性较低的缺口敏感性灰铸铁中由于石墨的存在，就相当于其内部存在许多小缺口，故灰铸铁对其表面的小缺陷或小缺口等几乎不具有敏感性。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁4 4）良好的切削加工性良好的切削加工性灰铸铁
15、在进行切削加工时，由于石墨起到减磨和断屑的作用，故其切削加工性好，刀具磨损小。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁5 5）良好的减磨性良好的减磨性由于石墨本身的润滑作用，以及它从铸铁表面脱落后留下的孔洞具有储存润滑油的能力，故灰铸铁具有良好的减磨性。值得注意的是，灰铸铁在承受压应力时，由于石墨不会缩小有效承载面积且不产生缺口应力集中现象，故灰铸铁的抗压强度与钢相近。灰铸铁的钢基体组织对灰铸铁力学性能的影响是：当石墨存在的状态一定时，铁素体灰铸铁具有较高的塑性，但强度、硬度和耐磨性较低；珠光体灰铸铁的强度和耐磨性较高，但塑性较低；珠光体+铁素体灰铸铁的力学性能则介于上述两类灰铸铁之间。为了
16、改善灰铸铁的性能，一方面要改变石墨的数量大小和分布，另一方面要增加基体中珠光体的数量。由于石墨对铸铁强度的影响远比基体的影响大，所以提高灰铸铁性能的关键是改变石墨片的形态和数量。石墨片越少、越细小、分布越均匀，铸铁的力学性能就越高。为了细化金属基体并增加珠光体数量，改变石墨片的形态和数量，生产中常采用孕育处理工艺。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁孕育处理孕育处理3.学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁所谓孕育处理，也称为变质处理，就是在浇注前在铁液中加入少量硅铁合金、硅钙合金等作为孕育剂，使铁液内产生大量均匀分布的晶核，从而使石墨片及基体组织得到细化。经过孕育处理后的铸铁称为孕
17、育铸铁。孕育铸铁不仅强度有很大提高，而且塑性和韧性也有所改善，常用于力学性能要求较高、截面尺寸变化较大的大型铸铁件。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁对灰铸铁来说，热处理仅能改变其基体组织，却无法改变石墨的形态，因此，热处理并不能明显改善灰铸铁的力学性能。而灰铸铁的低塑性又使快速冷却的热处理方法难以实施，所以灰铸铁的热处理有一定的局限性。灰铸铁常用的热处理方法主要有以下三种。三、普通灰铸铁的热处理铸件在冷却过程中，由于各部位冷却速度不同造成其收缩不一致，形成内应力。这种内应力能通过铸件的变形得到缓解，但这个过程一般是较缓慢的。因此，铸件在形成后都需要进行时效处理，尤其是一些大型、复杂或
18、加工精度较高的铸件，如床身、机架等。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁时效退火时效退火1.学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁另外，铸件表面被切削加工后破坏了原有应力场，会导致铸件内应力的重新分布，所以时效退火最好在粗加工后进行。对于要求特别高的精密工件，可在铸件成型和粗加工后进行两次时效退火。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁石墨化退火石墨化退火2.铸件在冷却过程中，表面及薄壁部位有时会产生白口，在后续成分控制不当、孕育处理不充分时会使整个铸件形成白口、麻口，使切削加工难以进行。而石墨化退火是一种有效的补救措施，在高温下使白口部分的渗碳体分解，达到石墨化。石墨化退火工艺
19、是指以70/h100/h的速度将铸件加热至850 900，保温25 h（取决于铸件壁厚），然后炉冷至400 500 后出炉空冷。若需要得到铁素体基体，则可在720 760 保温一段时间，炉冷至250 以下空冷。另外，也可以在950 进行正火，得到珠光体基体，使铸件保持一定的强度和硬度，提高铸铁的耐磨性。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁要求耐磨的铸件，如内燃机缸套内壁、机床导轨等可以用火焰或中、高频感应加热淬火方法进行表面强化处理。一般在淬火前铸件需进行正火处理，保证其获得65以上的珠光体。淬火后，铸件表面能获得马氏体+石墨组织，硬度可达55 HRC。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普
20、通灰铸铁表面热处理表面热处理3.近年来，机床导轨表面还经常采用电接触表面加热自冷淬火法，如图7-5所示，其原理是用一个电极（石墨或纯铜滚轮）与工件紧密接触，通以低压（25 V）、大电流（400750 A），利用电极与工件表面接触处电阻热，使工件表面迅速被加热至900 950，操作时将电极以一定的速度移动，于是被加热的表面便会利用工件自身的散热快速冷却下来，从而达到表面淬火的目的。这种方法的特点是加热时间短、变形小（导轨下凹仅0.01 mm）、设备简单、操作容易，故得到广泛的应用。学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁学习情境二学习情境二 普通灰铸铁普通灰铸铁图7-5 机床导轨电接触表面加热
21、自冷淬火示意图学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁可锻铸铁俗称马钢、马铁，它是白口铸铁通过石墨化退火，使渗碳体分解而获得团絮状石墨的铸铁。由于石墨呈团絮状，减轻了石墨对金属基体的割裂作用和应力集中现象，因此，与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的强度，塑性和韧性也有很大的提高，故得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不能锻造。学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁可锻铸铁的生产必须经过两个步骤：第一步获得白口铸件；第二步再经过高温长时间的石墨化退火，使渗碳体分解成团絮状石墨。一、可锻铸铁的化学成分、组织学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁为了保证在冷却条件下获得白口铸铁，必须使铸铁中含
22、有适当的碳和硅。由于碳和硅都是促进石墨化的元素，若碳和硅的质量分数太高，就会有片状石墨形成，而得不到白口组织；若碳和硅的质量分数太低，则在第二步石墨化退火时石墨化困难，退火周期增长。可锻铸铁的成分通常为C=2.22.8，Si=1.22.0，Mn=0.41.2，S0.2，P0.1。可锻铸铁的化学成分可锻铸铁的化学成分1.学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁将白口铸件加热到900 980，经长时间保温，使组织中的渗碳体分解为奥氏体和团絮状石墨，然后缓慢降温，奥氏体将在已形成的团絮状石墨上不断析出石墨。如图7-6所示，当保温后，冷却至共析转变温度范围（720 770）时，再以更缓慢的冷却速度
23、冷却，见图7-6中的曲线1，得到以铁素体为基体的黑心可锻铸铁，也称为铁素体可锻铸铁；如果在通过共析转变温度时的冷却速度较快，见图7-6中的曲线2，则得到以珠光体为基体的可锻铸铁。可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织2.学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁图7-6 可锻铸铁石墨化退火工艺曲线学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的显微组织如图7-7所示。图7-7 可锻铸铁的显微组织学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁可锻铸铁的牌号由“KTH”或“KTZ”和两组数字组成。其中，“KT”是“可铁”的汉语拼音首字母，“H”表示“黑心”，即铁素体基体，
24、“Z”表示珠光体基体，后面两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。如KTH30006表示最低抗拉强度为300 MPa、最低断后伸长率为6%的铁素体可锻铸铁；KTZ45006表示最低抗拉强度为450 MPa、最低断后伸长率为6%的珠光体可锻铸铁。可锻铸铁的牌号、力学性能及应用见表7-2。二、可锻铸铁的牌号、性能及应用可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号1.学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁注：如果需方没有明确要求，供方可以任意选取两种试棒直径中的一种。试样直径代表同样壁厚的铸件，如果铸件为薄壁件时，供
25、需双方可以协商选取?6 mm或者?9 mm试样。KTH275-05和KTH300-06为专门用于保证压力密封性能，而不要求高强度或者高延展性的工作条件的零部件。油淬加回火。空冷加回火。学习情境三学习情境三 可可 锻锻 铸铸 铁铁由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的切割作用小，故可锻铸铁强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，尤其是珠光体可锻铸铁可与铸钢相媲美。可锻铸铁通常用于铸造形状复杂、要求承受冲击载荷的薄壁工件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、减速器壳、转向节壳等。但由于其生产周期长、工艺复杂、成本高，不少可锻铸铁工件已逐渐被球墨铸铁代替。可锻铸铁的性能特点及应用可锻铸铁的性能特点及应用2.学习情境四学
26、习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是由普通灰铸铁熔化的铁液经过球化处理得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后，浇注前加入一定量的球化剂（稀土镁合金等）和等量的孕育剂（硅铁合金或硅钙合金），凝固后得到石墨呈球状的铸铁。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁 一、球墨铸铁的化学成分、组织球墨铸铁的化学成分球墨铸铁的化学成分1.球墨铸铁的化学成分为C=3.63.9，Si=2.02.8，Mn=0.60.8，S0.04%，P0.1，Mg=0.030.05。与灰铸铁相比，球墨铸铁的碳、硅含量较高，有利于石墨球化。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸
27、铁铁球墨铸铁按其基体组织不同，可分为铁素体球墨铸铁、铁素体+珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁三种，它们的显微组织如图7-8所示。球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织2.图7-8 球墨铸铁的显微组织学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁球墨铸铁的牌号由“QT”和两组数字组成。其中，“QT”是“球铁”的汉语拼音首字母，代表球墨铸铁，两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率，如QT400-18表示最低抗拉强度为400 MPa、最低断后伸长率为18%的球墨铸铁。二、球墨铸铁的牌号、性能及应用球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号1.学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁常用球墨铸铁的牌号、性能及用
28、途见表7-3。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁由于球墨铸铁中的石墨呈球状，其割裂基体的作用及应力集中现象大为减小，可以充分发挥金属基体的性能，它的强度和塑性已超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢。由于球墨铸铁可以通过热处理获得不同的基体组织，所以其性能可以在较大范围内变化，因而扩大了球墨铸铁的应用范围，使球墨铸铁在一定程度上代替了碳钢、合金钢等。球墨铸铁可用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较高的工件，如曲轴、连杆、机床主轴等。球墨铸铁的性能特点及应用球墨铸铁的性能特点及应用2.学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁由于球墨铸铁的基体组织与钢相同，又不易引起应力集中，因此球
29、墨铸铁具有较好的热处理工艺性能。凡是钢可以采用的热处理，在理论上对球墨铸铁都适用。根据需要，球墨铸铁主要采用以下几种热处理方法。三、球墨铸铁的热处理学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁将铸件缓慢加热到约500 600，保温28 h，然后随炉缓慢冷却。退火退火1.1 1）去应力退火去应力退火当铸态基体组织为珠光体+铁素体而无自由渗碳体存在时，为了获得塑性、韧性较高的铁素体球墨铸铁，可进行低温石墨化退火。低温石墨化退火工艺是将铸件加热到共析温度范围附近，即720 760，保温28 h，使铸件发生第三阶段石墨化，然后炉冷至600，再出炉空冷，其工艺曲线如图7-9所示。学习情境四学习情境四 球
30、球 墨墨 铸铸 铁铁2 2）低温石墨化退火低温石墨化退火学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁图7-9 球墨铸铁低温石墨化退火工艺曲线由于球墨铸铁白口倾向较大，因而铸态组织中往往出现自由渗碳体，为了获得铁素体球墨铸铁，需要进行高温石墨化退火。高温石墨化退火工艺是将铸件加热到900 950，保温24 h，使自由渗碳体石墨化，然后炉冷至600，再出炉空冷，其工艺曲线如图7-10所示。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁3 3）高温石墨化退火高温石墨化退火学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁图7-10 球墨铸铁高温石墨化退火工艺曲线学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁球
31、墨铸铁正火的目的是获得珠光体型的基体组织，以提高其强度、硬度和耐磨性。正火可以分为高温正火和低温正火两种。正火正火2.学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁1 1）高温正火高温正火一般将铸件加热到900 950，保温13 h，使基体全部奥氏体化，然后出炉空冷，获得细珠光体的组织，其工艺曲线如图7-11所示。图7-11 球墨铸铁高温正火工艺曲线学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁2 2）低温正火低温正火一般将铸件加热到820 860，保温14 h，然后出炉空冷，获得珠光体和分散铁素体的球墨铸铁。低温正火后的铸件的塑性和韧性提高了，但强度比高温正火略低，其工艺曲线如图7-12所示。图
32、7-12 球墨铸铁低温正火工艺曲线学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁由于球墨铸铁导热性较差，正火后的铸件内有较大的内应力，通常还需进行一次去应力退火。其工艺一般是将铸件加热到550 600，保温34 h，然后出炉空冷，这样可以使内应力基本消除。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁等温淬火等温淬火3.等温淬火适用于形状复杂易变形，同时要求综合力学性能高的球墨铸铁件。等温淬火工艺是将铸件加热至860 920，适当保温（热透）后迅速放入250 350 的盐浴炉中进行0.51.5 h的等温处理，然后取出空冷。等温淬火后得到下贝氏体+少量奥氏体+球状石墨。由于等温淬火内应力不大，可不进
33、行回火。等温淬火后，铸件的Rm可达1 1001 600 MPa，硬度为3850 HRC，冲击韧度ak为30100 J/cm2。可见，等温淬火是提高球墨铸铁综合力学性能的有效途径，但仅适用于结构尺寸不大的工件，如尺寸不大的齿轮、滚动轴承套圈、凸轮轴等。对于受力复杂、截面尺寸较大的铸件，一般采用调质处理来满足高综合力学性能的要求。调质处理工艺是将铸件加热至860 920，保温后油冷，然后再加热到550 620 高温回火26 h，获得回火索氏体和球状石墨组织，硬度为250300 HBW，具有良好的综合力学性能，常用来处理柴油机曲轴、连杆等工件。球墨铸铁除了能采用上述热处理工艺外，还可以采用表面强化处
34、理，如表面淬火和渗氮等。学习情境四学习情境四 球球 墨墨 铸铸 铁铁调质处理调质处理4.学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁是20世纪60年代开发的一种新型铸铁材料，它是高碳、低硫、低磷的铁液加入蠕化剂（镁钛合金、镁钙合金等），经蠕化处理后获得的高强度铸铁，其中的石墨呈蠕虫状，故称蠕墨铸铁。学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁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、低硫和低磷，并含有一定量的稀土镁。一般成分为C=3.53.9，Si=2.12.8，Mn=0.40.8，S0.1，P0.1。一、蠕墨铸铁的化学成分、组织蠕墨铸铁的化学成分蠕墨铸铁的化学成分1.蠕
35、墨铸铁的组织是由蠕虫状石墨和钢基体组成的。蠕虫状石墨头部较圆（一般长厚比为210），形态介于球状石墨与片状石墨之间。蠕墨铸铁基体组织在铸态时铁素体量约占50或更多，如图7-13所示。在大多数情况下蠕墨铸铁中的钢基体为铁素体，若加入铜、镍、锡等珠光体稳定元素，可使铸态珠光体量提高到70左右。学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织2.学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁图7-13 蠕墨铸铁的显微组织学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁的牌号由“RuT”和一组数字组成。其中，“Ru”是“蠕”字的汉语拼音，“T”是“铁”字的汉语拼音首字
36、母，数字表示最低抗拉强度，如RuT420表示最低抗拉强度为420 MPa的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁的牌号、力学性能及应用见表7-4。二、蠕墨铸铁的牌号、性能及应用蠕墨铸铁的牌号蠕墨铸铁的牌号1.学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕虫状石墨对基体产生的应力集中与割裂现象明显减小，因此，蠕墨铸铁的力学性能优于基体相同的灰铸铁，而低于球墨铸铁。但蠕墨铸铁在铸造性、导热性能等方面要比球墨铸铁好。蠕墨铸铁主要用于承受循环载荷且要求组织致密、强度较高、形状复杂的工件，如汽缸盖、进排气管、液压件和钢锭模等。学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁的性能特点及应用蠕墨铸铁的性能特点及应用2.学
37、习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁的热处理主要是为了调整其基体组织，以达到不同的力学性能要求。常用的热处理有以下两种。三、蠕墨铸铁的热处理学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁正火正火1.普通蠕墨铸铁在铸态时，其基体中含有大量的铁素体，通过正火可以增加珠光体量，以提高其强度和耐磨性。常用的正火工艺有全奥氏体化正火和两阶段低碳奥氏体正火，分别如图7-14、图7-15所示。学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁图7-14 全奥氏体化正火图7-15 两阶段低碳奥氏体正火学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁两阶段低碳奥氏体正火后，蠕墨铸铁在强度、塑性方面都较全奥氏体
38、化正火高。学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁蠕墨铸铁退火的目的是获得85以上的铁素体基体或消除薄壁处的游离渗碳体，其退火工艺曲线分别如图7-16及图7-17所示。退火退火2.图7-16 铁素体化退火学习情境五学习情境五 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁图7-17 消除渗碳体退火学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁 随着工业技术的发展，不仅要求铸铁具有更高的力学性能，有时还要求它具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨性等。为改善铸铁的性能，可以向铸铁中加入一些合金元素，形成合金铸铁。在灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中加入少量的铬、镍、铜、钼等元素，可以增加基体中的珠光体数量并细化珠光体，从而显
39、著提高铸铁强度。目前我国应用最广泛的高强度铸铁是在稀土镁球墨铸铁的基础上加入Cu=0.51.0、Mg=0.31.2的稀土镁钼系和稀土铜钼系合金铸铁，可用于制造要求较高强度的重要结构工件，如代替45钢和40Cr制造柴油机的曲轴、连杆及代替20CrMnTi制造变速齿轮等。学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁 一、高强度合金铸铁学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁耐磨铸铁按其工作条件可分为两类：一种是在润滑条件下工作的，如机床导轨、汽缸套、活塞环和轴承等；另一种是在无润滑条件下工作的，如犁铧、轧辊及球磨机工件等。在无润滑条件下工作的铸件，应具有均匀、高硬度的组织，可使用白口铸铁。但白
40、口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此生产中常用快冷的方法来获得冷硬铸铁，即用金属型制出铸件的耐磨表面，其他部位采用砂型。二、耐磨铸铁学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁三、耐热铸铁可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁，称为耐热铸铁。铸铁在反复加热、冷却时体积长大的现象称为铸铁的生长。在高温下铸铁的生长是不可逆的，这是由铸铁内部发生氧化和石墨化引起的。因此，铸铁在高温下损坏的形式主要是在反复加热、冷却过程中发生相变（渗碳体分解）和氧化，从而引起铸铁生长以及产生微裂纹。学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁耐热铸铁的牌号由“HTR”或“QTR”和数字组成。其中，
41、“HT”是“灰铁”的汉语拼音首字母，“QT”是“球铁”的汉语拼音首字母，“R”是“热”的汉语拼音首字母，数字表示合金元素的平均质量分数，质量分数小于1%的则不标，如QTRSi5表示硅的平均质量分数为5%的耐热球墨铸铁，HTRCr16表示铬的平均质量分数为16%的耐热灰铸铁。常见耐热铸铁的牌号、化学成分、使用条件及其应用见表7-5。学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁耐热铸铁主要用于制作工业加热炉附件，如炉底板、烟道挡板、废气道、传递链构件、渗碳坩埚、热交换
42、器、压铸模等。耐蚀铸铁不仅具有一定的力学性能，而且在酸、碱条件下具有耐蚀能力。提高耐蚀性的途径基本上与不锈钢相同。目前主要采取以下方法：通过加入硅、铝、铬等合金元素使其在铸铁表面形成一层连续致密的保护膜，可有效地提高铸铁的耐蚀性；在铸铁中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素，可提高铁素体的电极电位以提高耐蚀性；通过合金化，还可以获得单相组织，以减少铸铁中的微电池，从而提高其耐蚀性。学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁四、耐蚀铸铁目前，我国应用最广泛的高硅耐蚀铸铁的成分是C1.4,Si=1018，组织为含硅合金铁素体+石墨+Fe3Si（或FeSi）。这种铸铁在含氧酸类中具有良好的耐蚀性，因此广泛应用于化工机械中，如阀门、泵类、容器和管道等。学习情境六学习情境六 合合 金金 铸铸 铁铁Thank you
