第五章 常用铸铁材料

按石墨形态分类一、铸铁的组织和分类a.灰口铸铁片状石墨b.球墨铸铁球状c.可锻铸铁团絮状d.蠕墨铸铁蠕虫状第一节概述第五章铸铁石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截面积，引起应力集中。片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状作用轻。变质处理后，石墨片细化，裂作用减轻，强度提高。蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。可锻、球状铸铁中石墨对基体割裂作用小，强度、塑性提高二、石墨形态对铸铁性能的影响第二节铸铁的石墨化一、石墨化——铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程，称为石墨化。石墨化程度，G数量，基体中P数量所以，石墨化程度决定了铸铁的组织。二、影响石墨化的因素Fe-C合金的五大元素：C,Si,P,Mn,S(1)、化学成分C是G的形成元素，C%，G化；原因：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。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。S:是阻碍G化的元素，S%,G化Mn：Mn0.2~0.4%时，Mn+SMnS可起除S作用，G化；Mn0.2~0.4%时，形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C,G化。P：对石墨化影响不明显。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，即形成白口铸铁。(2)、冷却速度(V冷)G化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间一、灰口铸铁1、灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织是由钢的基体组织与片状石墨组成。钢的基体：铁素体、铁素体＋珠光体、珠光体，三种灰口铸铁：F灰口铸铁、F+P灰口铸铁、P灰口铸铁（如图所示）。其中珠光体灰口铸铁的强度最高，应用最广泛。铁素体基体组织铁素体基体+片状石墨X100铁素体基体+片状石墨X500第三节一般工程用铸铁珠光体基体组织珠光体基体+片状石墨X100珠光体基体+片状石墨X500铁素体+珠光体基体组织铁素体和珠光体基体+片状石墨X100X500孕育铸铁——浇注前在铁水中加Si-Fe，Si-Ca等孕育剂，使P细化、G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。2、灰口铸铁的牌号如HT100,表示Ф30mm试样的最小抗拉强度值100MN/m2牌号显微组织性能基体石墨HT100F+P粗片状铸造性能好，不用人工时效，减振性好HT150F+P较粗片状HT200P中等片状强度较高，耐磨耐热，铸造性较好，但要人工时效，减振性较好HT250细P较细片状HT300索氏体或屈氏体细小片状高强度，高耐磨性，白口倾向大，铸造性差，要人工时效灰口铸铁常见牌号组织（1）HT200、HT250、HT300多属孕育铸铁（2）牌号越高，铸造性能越差，强度越高（3）同一牌号，壁厚增加，抗拉强度下降说明：3、灰口铸铁的热处理（1）去应力退火目的：消除铸造内应力，防止铸件开裂惑减少变形（2）改善切削加工性的退火目的：消除白口组织，改善切削加工性（3）表面淬火目的：提高表面的硬度和耐磨性，其方法有火焰淬火、感应淬火和电接触淬火。热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变石墨的形态和分布。——效果不大水泵叶轮发动机飞轮4、应用——如:机床床身、导轨，汽缸体。二、可锻铸铁完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（900－980oC）1．牌号F可锻铸铁KT300－6最低抗拉强度和延伸率P可锻铸铁KTZ450－5最低抗拉强度和延伸率2．性能强度、塑韧性优于HT，低于QT。3．热处理a）铸造纯白口铸铁b）经长时间石墨化c）控制不同冷速获得F和P基体的可锻铸铁。可锻铸铁显微组织可锻铸铁腐蚀前石墨形态基体+团絮状石墨X100基体+团絮状石墨X500腐蚀后F+P基体+团絮状石墨X100F+P基体+团絮状石墨X5004、应用用于管接头、低压阀门等。三、球墨铸铁——在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg），使G球化。1、组织与性能：(F,F+P,P)+球状GG球对基体的割裂、应力集中减小到最低程度，所以，机械性能大大提高。铁素体基体珠光体基体石墨球珠光体＋铁素体球墨铸铁在铸态下，球墨铸铁的基体组织一般为：铁素体＋珠光体＋少量自由渗碳体。经热处理后可获得基体为平衡组织的球墨铸铁：QT400－17表示最低抗拉强度值是400MPa和最低延伸率17％2、球墨铸铁的牌号3、球墨铸铁的热处理种类（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）不完全A化正火完全A化正火（3）调质——获得较高的综合力学性能。（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。4、应用替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。连杆管道接口四、蠕墨铸铁——在铁水浇注前加蠕化剂而得1、组织钢基体+蠕虫状G2、性能蠕虫状石墨性能介于片状和球状石墨之间，强度、塑韧性优于灰铸铁。3、牌号牌号bMPa0.2MPa%硬度HB基体不小于RuT4204203350.75200~280PRuT3803803000.75193~274PRuT3403402701.0170~249P+FRuT3003002401.5140~217F+PRuT2602601953121~197F4、热处理蠕墨铸铁的热处理铸态时，基体中具有大量的铁素体，通过正火可增加珠光体，提高强度和耐磨性。为消除自由渗碳体或提高塑性，可以通过退火获得85％以上铁素体基体的蠕墨铸铁。5、应用用于高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。进气管排气管五、特殊性能铸铁1、耐磨铸铁：高磷——磷共晶；急冷——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。