1、第八章 铸铁,姜波,铸铁 是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。,例如机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。,第一节 铸铁概述,碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中，根据碳的存在形式及石墨的形态不同，可将铸铁分为 白口铸铁、 灰铸铁、 可锻铸铁、 球墨铸铁和 蠕墨铸铁。,一、铸铁的分类 1. 白口铸铁（BT） 碳全部或大部分以渗碳体形式存在，断口呈银白色。 这种铸铁组织中含有大量渗碳体和共晶莱氏体，故硬而脆，很少用作结
2、构材料。 一般只作为炼钢或生产铸铁的原料。,2. 灰铸铁（HT） 碳全部或大部分以片状石墨存在，断口呈暗灰色。 一般情况下铸铁中的石墨片都比较粗大，故其力学性能较差，通常称之为普通灰铸铁。,3. 可锻铸铁（KT） 碳全部或大部分以团絮状石墨存在。它是由一定成分的白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。 可锻铸铁的力学性能较灰铸铁好，尤其塑性、韧性更为明显，故又称其为韧性铸铁或马铁。,4. 球墨铸铁（QT） 碳全部或大部分以球状石墨形式存在。它是在浇注前向铁水中加入孕育剂和球化剂形成的。 这种铸铁不仅力学性能高，而且生产工艺比可锻铸铁简单，所以得到了广泛的应用。,球墨铸铁中的石墨球,5. 蠕墨铸
3、铁（RuT） 碳大部分以蠕虫状石墨存在。 它具有比灰铸铁强度高，比球墨铸铁铸造性能、耐热性能、疲劳性能好的优点。因而目前发展迅速，应用广泛。,二、铸铁的性能,铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分 1、铸铁的组织特点 钢的基体+G（石墨） 基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体 。,2、铸铁的性能特点 力学性能低。 由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。 耐磨性能好。 石墨本身有润滑作用。 消振性能好。 由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。 由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。 切削性能好。 由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,二、铸铁的石墨化过程 铸铁
4、中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。,台车式石墨化退火炉,按照FeC（石墨）相图分析铁水由高温到室温的冷却过程，可以将铸铁石墨化过程分为三个阶段： 第一阶段： 液相至共晶阶段。包括从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶石墨。 第二阶段： 共晶至共析转变的阶段。此时从奥氏体中直接析出二次石墨。,第三阶段： 共析转变阶段。包括共析转变时奥氏体转变为铁素体 + 石墨。,铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）,三、影响石墨化的因素 1. 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现
5、白口组织，力学性能和铸造性能变差。 碳、硅含量过高，会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。 碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。,Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。 磷虽然可促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高（达0.3%以上）。,铸铁中的磷共晶,2. 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。而快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行，不利于石墨化。,第二节 常用铸铁
6、,一、灰铸铁 是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。 1、组织 由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。,灰铸铁的显微组织,铁素体灰铸铁,珠光体灰铸铁,铁素体加珠光体灰铸铁,常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。,2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： 消除内应力退火(又称人工时效) 消除白口组织退火 表面淬火,立式加工中心,3、用途 制造承受压力和震动的零件，如
7、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,二、可锻铸铁 石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。 1、组织： 基体（F、P）团絮状G 铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。 2、性能： 强度为碳钢的00%，接近于铸钢。 名为可锻，实不可锻,可锻铸铁的显微组织,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,3、用途 用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等,三、球墨铸铁 石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。 1、组织： 基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土
8、镁。 为避免白口，并使石墨细小均匀， 在球化处理同时还进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。,球墨铸铁的显微组织,铁素体加珠光体球墨铸铁,铁素体球墨铸铁,珠光体球墨铸铁,球墨铸铁中的石墨球,2、性能与热处理 强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2 /b)高, 约为0.70.8, 而钢一般只有0.30.5。 球墨铸铁可进行各种热处理，热处理特点是： 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。 淬透性比碳钢高 奥氏体中碳含量可控 热处理有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。,贝氏体基球墨铸铁,3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。,四、蠕墨铸铁 20世纪60年代
9、发展起来的一种新型铸铁。 是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。 常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。 蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G,蠕墨铸铁的显微组织（铁素体基体）,蠕墨铸铁中的石墨,蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。 常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。,五、特殊性能铸铁 向铸铁中加入某些合金元素，以获得合金铸铁，或称为特殊性能铸铁。 1) 耐磨铸铁 为提高铸铁的耐磨性，可在铸铁中加入一些铜、钼、铬、锰、镍、磷等合金元素。MTCuPTi-150、KmTBMn5Mo2Cu、KmTQMn6,2) 耐热铸铁 提高铸铁的耐热性，加入一些铝、硅、铬等合金元素。 RTCr2、 RTQCr2 3) 耐蚀铸铁 提高铸铁的耐蚀性，加入较多的硅、铝、铬等合金元素。 STSi15R 、STQAl5Si5,THANKS,
