1、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，组织中有莱氏体。,第七章 铸 铁,7-1 概述,一、铸铁的成分和性能特点, 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，强度、塑性、韧性较差，不易锻造。 耐磨性能好。由于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。C含量接近共晶成分，流动性好，铸造性能好； 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。 生产简便、成本低廉。,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。,1、Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）双重相图 铸铁中
2、的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（G）两种形式存在。,二、铸铁的石墨化及其影响因素,Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）,石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。,存在两个铁碳相图： Fe- Fe3C和Fe-G双重相图,2、铸铁的石墨化过程 铸铁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,石墨化分两个阶段： 在PSK线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化。,（包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗
3、碳体及共晶渗碳体的分解）,在PSK线及以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。（包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解） 石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。,铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）,3、影响石墨化的因素 化学成分的影响,Fe-C合金的五大元素：C, Si, P, Mn, S,C是G的形成元素，C% ， G化；,Si能抑制Fe3C的形成，促进Fe3C分解。,Si: 是强烈促进G化的元素，Si% , G化。,S: 是阻碍G化的元素，S% , G化,Mn：Mn 0.2 0.4%时，Mn+SMnS 可起除S作 用，G化；,Mn 0.2 0.4%时，形成
4、合金渗碳体 (Fe,Mn)3C, G化。,合金元素Cr、W、Mo、V 与C亲合力强，阻碍石墨化 合金元素Al、Cu、Ni、Co增加Fe自扩散能力，促进石墨化。,P促进石墨化不明显，但提高铁水流动性，改善其铸造性能。若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, 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。,V冷 ，G化 ，Fe3C量 ，G片细小、量少。,V冷 ，G化停止，无石墨形成，C Fe3C
5、，即形成白口铸铁。,G化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间,三、 铸铁的分类,根据铸铁结晶过程中的石墨化程度，铸铁可分为：灰口铸铁、白口铸铁、麻口铸铁（工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁）根据石墨形态，灰口铸铁又可分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。,灰铸铁 片状石墨b.球墨铸铁 球状c.可锻铸铁 团絮状d. 蠕墨铸铁 蠕虫状,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 灰铸铁的组织是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。,7-2 灰铸铁,灰铸铁的显微组织,珠光体基体+片状石墨 X500,常对灰铸
6、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、用途制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,又称马铁，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,7-3 可锻铸铁,可锻铸铁的显微组织,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,石墨呈球形的灰口铸铁。 1、组织：基体（F、F+P、P）
7、+ 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。,7-4 球墨铸铁,球墨铸铁的显微组织,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。 热处理有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。,（1）退火获得塑性好的铁素体基体，改善切削性能和消除铸造应力。原始铸态组织中存在自由渗碳体，采用高温退火；原始铸态组织中不存在自由渗碳体，采用低温退火。,（2）正火增加基体中珠光体的数量，细化基体组织，提高强
8、度和耐磨性。完全奥氏体化，采用高温正火；不完全奥氏体化，采用低温正火。注：正火后要进行去应力退火。（正火后有较大内应力）,（3）调质获得较高的综合力学性能。承受交变载荷工件,（4）等温淬火很高的强度，良好的塑性和韧性。这种工艺适合于综合力学性能要求高且外形又较为复杂、 热处理易变形与开裂的零件，如：齿轮、凸轮轴。,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。,蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。 蠕墨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,7-5 蠕墨铸铁,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。,1、耐磨铸铁：高磷磷共晶；激冷白口；珠光体灰口 2、耐热铸铁：Al、Si、Cr氧化膜；单相F化；球墨 3、耐蚀铸铁： Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni氧化膜，提高基体电位,7-6 特殊性能铸铁,
