机械工程材料-第八章--铸铁教材

第一节概述第二节灰铸铁第三节可锻铸铁第四节球墨铸铁第五节其它铸铁简介第八章铸铁一、铸铁的特点1、成分与组织特点成分：较高的C、Si等元素组织：碳以石墨（G）的形式存在，组织为钢的基体上分布着不同形态的石墨。第一节概述钢的基体有F、P、F+P三种铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。2、性能特点抗拉强度、塑性、韧性比碳钢低。良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、优良的切削加工性。铸造性能比钢好。二、Fe-C双重相图及铸铁中石墨的形成（一）双重铁碳合金相图Fe-Fe3C相图Fe-G相图L+GL+Fe3C（二）铸铁中石墨化过程（石墨的形成过程）Ⅰ、1154℃时通过共晶反应形成石墨LC'→AE'+GⅡ、1154℃~738℃A→GⅡⅢ、738℃时共析反应AS'→FP'+G碳含量为2.5~4.0%的铸铁石墨化过程：铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一、二阶段石墨化第三阶段石墨化完全进行完全进行F+G灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Ld’+P+G+Fe3C麻口铸铁未进行未进行Ld’白口铸铁（三）影响石墨化的因素1.化学成分的影响C、Si促进石墨化（常用的铸铁C:2.5~4.0%，Si:1%~2.5%）C、Si↑→石墨片多、粗大另外，Al、Cu、Ni、Co等促进石墨化。S、Mn、Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。2.冷却速度的影响冷却速度慢，过冷度越小，有利于原子的扩散，对石墨化有利。三、铸铁的分类1、白口铸铁：碳以Fe3C形式存在，断口呈银白色。2、灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。3、麻口铸铁：碳以石墨和Fe3C两种形式存在，断口黑白相间构成麻点。（一）按石墨化程度分1、灰口铸铁：G呈片状2、可锻铸铁：G呈团絮状3、球墨铸铁：G呈球状4、蠕墨铸铁：G呈短小的蠕虫状（二）按石墨形态分2134第二节灰铸铁一、灰铸铁的组织、性能和用途片状石墨+钢基体组成依第三阶段石墨化进行的程度不同，可分为：铁素体灰铸铁铁素体+珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁（一）灰铸铁的组织（二）灰铸铁的牌号HT100HT150HT200HT300片状石墨F基体片状石墨FP片状石墨P（三）灰铸铁的性能和用途1.优良的铸造性能2.优良的耐磨性和消振性3.较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能4.力学性能差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。二、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：在碳、硅含量较低的灰铸铁液中加入孕育剂进行孕育处理，经过孕育处理的灰铸铁叫孕育铸铁或变质铸铁。组织：细密的珠光体基体上，均匀分布细小的石墨片。性能：强度高于普通的灰铸铁，断面敏感性小。应用：制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大的大型铸件，如重型机床的机身、液压件、齿轮等。三、灰铸铁的热处理灰铸铁的处理工艺仅有退火、表面淬火等（一）消除应力的退火（人工时效）防止变形开裂，保证尺寸稳定退火工艺：加热速度50~100℃/h，加热温度500~600℃，保温2~8h，炉冷至150~200℃，空冷。（二）改善切削加工性的退火（高温退火）降低硬度，防止产生白口组织退火工艺：加热到850~900℃，保温2~5h，随炉冷至250~400℃，出炉空冷。（三）表面淬火（孕育铸铁）提高表面硬度和耐磨性感应加热表面淬火火焰加热表面淬火点接触电加热表面淬火第三节可锻铸铁可锻铸铁是由铸态白口铸铁经长时间石墨化退火得到的一种高强度铸铁。一、可锻铸铁的组织、性能和用途1、铁素体基体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）2、珠光体基体可锻铸铁可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片状石墨小，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，还具有一定的塑性和较高的韧性。可锻铸铁的牌号、力学性能和用途P223表8-2KTH300-06KTZ450-06团絮状石墨F团絮状石墨P二、可锻铸铁的生产首先：浇注成纯白口铸铁其次：石墨化退火F+团絮G900~980Fe3C→A+G770650A→F+G720P→F+GP+团絮G温度时间A→GⅡ第四节球墨铸铁球墨铸铁中的石墨呈球状，强度高，具有良好的塑性和韧性，铸造性能好，成本低，生产方便。一、球墨铸铁的生产加球化剂（稀土镁合金）球化处理加孕育剂（硅铁、硅钙合金等）孕育处理二、球墨铸铁的牌号、组织和性能（P186表7-3）QT400-18QT600-3QT700-2球墨铸铁可分为F+G、F+P+G、P+G三种组织高于灰铁和可锻铸铁，接近于钢（如弯曲疲劳强度、耐磨性、抗拉强度等）。保留有灰铁的优点（优良的铸造性、切削加工性、低的缺口敏感性）。可进行热处理改善性能。力学性能：球状石墨F球状石墨P1、高温退火当铸态组织为F+P+Fe3C+G时采用高温退火，工艺：加热到900~950℃，保温2~5h后，随炉缓冷至600℃出炉空冷2、低温退火当铸态组织为F+P+G时，采用低温退火，工艺：加热到720~760℃，保温2~8h后，随炉缓冷至600℃出炉空冷三、球墨铸铁的热处理（一）退火（为了获得铁素体基体球墨铸铁）热处理特点：共析温度提高，温度范围变大C曲线右移，淬透性增加导热性差1、高温正火（完全奥氏体化正火）将工件加热到880~920℃，保温3h左右，空冷，得到P+G组织2、低温正火（不完全奥氏体化正火）将工件加热到820~860℃，保温一定时间，空冷，得到F+P+G组织正火后为消除铸件中产生的内应力，可增加一次去应力退火（回火），加热到500-600℃，保温3~4h，空冷。（二）正火（得到珠光体基体，以提高球墨铸铁强度、硬度和耐磨性）（三）调质对要求综合力学性能较高的零件，如连杆、曲轴等，可采用调质处理。加热温度850-900℃，油或水中淬火，回火温度550-620℃，空冷，得到回火索氏体加球状石墨组织（四）等温淬火齿轮，轴承套等。加热温度840-900℃，保温一定时间，250-300℃盐浴炉中等温30-90分钟后空冷。得到下贝氏体+球状石墨第五节其它铸铁简介（一）高磷铸铁：普通灰铸铁+Wp0.5%~0.75%，形成磷共晶。（二）高铬铸铁:白口铸铁+WCr14%~20%，以及少量Mo、Ni、Cu等元素，使组织中出现大量(Cr、Fe)7C3碳化物一、耐磨铸铁三、耐蚀铸铁加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等合金元素，形成保护膜，减少电位差，改善铸铁组织。高硅耐蚀铸铁高铝耐蚀铸铁高铬耐蚀铸铁硅系、铝系、铝-硅系二、耐热铸铁向铸铁中加入Si、Al、Cr等合金元素，在铸件表面形成一层致密的氧化膜，从而使铸件不被继续氧化。ofChapter8