13 第七章 铸铁.pptx

第1页：第七章 铸铁

第七章 铸铁：本页为图示内容，标明本章讲石墨化过程、铸铁组织分类与常用铸铁。

第2页：铸铁的概念

铸铁的概念

• 铸铁
• 铸铁是指含碳量大于2.11%的铁碳合金（工业上常用铸铁含碳量一般在3.0%-4.5%范围），其中还有相当数量的杂质，如硅、锰、硫、磷等，尤其硅的含量比较高，最高可达3.0%左右。

第3页：碳在铸铁中的存在方式

碳在铸铁中的存在方式

• 一、铸铁的特点
• 1.碳在Fe-C合金中的存在方式
• (1)固溶→固溶体
• C→ r-Fe（FCC）——A
• C→ α-Fe（bcc）——F
• (2)化合物Fe3C
• (3)石墨Fe3C→3Fe+G
• 渗碳体为亚稳定相，在一定条件下能分解为铁和石墨；石墨为稳定相。

第4页：铸铁的性能特点

铸铁的性能特点

• 一、铸铁的特点
• 2．铸铁的性能特点
• ①铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低;
• ②良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性，铸造性能优于钢;
• ③铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。

第5页：复线铁碳相图

复线铁碳相图

• 二、复线铁碳相图
• 复线铁碳相图，是在实线的Fe-Fe3C相图上再叠加上虚线的Fe-G相图，不同点在于：
• （1）Fe-G共晶、共析温度高些，11540C, 7380C
• （2）Fe-G共晶、共析成分左移4.26%, 0.68%

第6页：复线相图的差异

复线相图的差异

• 二、复线铁碳相图
• （3）溶解度曲线也向左移E', 2.08%
• （4）液相线C'D'稍高于Fe-Fe3C相图
• 共晶：Lcl--->G+AE(11540C)
• 共析：As1--->G+F(7380C)

第7页：铁碳复线相图

铁碳复线相图：本页为图示内容，实线Fe-Fe3C与虚线Fe-G叠加并标出共晶共析成分点。

第8页：铸铁的石墨化过程

铸铁的石墨化过程

• 三、铸铁的石墨化过程
• 石墨化----铸铁组织中析出石墨的过程
• 1．两种形式
• a.按Fe-G相图从液相中或A中直接析出G。
• b.接Fe-Fe3C相图，先结晶出Fe3C，随后在一定条件下，Fe3C→Fe+G

第9页：石墨化的三个阶段

石墨化的三个阶段

• 三、铸铁的石墨化过程
• 2．液态直接析出石墨的过程
• a.第I阶段
• 过共晶成分L→L+GI(>11540C)→AE+G（共晶）+GI(11540C)
• 共晶成分L→AE+G（共晶）(11540C)
• 亚共晶成分L→AE+G（共晶）+AE初生(11540C)
• b.第II阶段——沿E’S’析出二次石墨
• A→A+GII(11540C→7380C)
• c.第三阶段——共析石墨
• As'→Fp+G（共析）（7380C)

第10页：化学成分对石墨化的影响

化学成分对石墨化的影响

• 四、影响石墨化过程的因素
• 1．化学成分CSiSP
• a.C, Si强烈促进石墨化
• P促进石墨化微弱，提高铸铁流动性，(Fe3P)
• 碳当量：CE=C+1/3(Si+P)
• 碳当量=4.3%共晶铸铁；
• 碳当量>4.3%过共晶铸铁；
• 碳当量<4.3%亚共晶铸铁；

第11页：硫锰及合金元素的影响

硫锰及合金元素的影响

• 四、影响石墨化过程的因素
• b.SMn
• S阻碍石墨化，热脆
• Mn+S→MnS削弱硫的危害
• c.合金元素CrW.MoV与C亲合力强，阻碍石墨化
• Al CuNi, Co增加Fe自扩散能力，促进石墨化。

第12页：冷却速度对石墨化的影响

冷却速度对石墨化的影响

• 四、影响石墨化过程的因素
• 2．冷却速度
• 冷却速度越大，析出的石墨就越小。冷却速度约慢，析出石墨就越多。
• 铸铁件在冷却条件相同的情况下，铸件壁薄厚起着重要的作用。壁越薄冷却速度越快，越容易产生白口倾向。
• 生产上通过合理调整碳、硅、硫、锰含量，控制冷却速度，影响石墨化的进程。

第13页：铸铁组织与分类表

铸铁组织与分类表：本页为数据表，原表文字提取后数据严重粘连，未强行切分为表格，建议对照原课件图片人工校核。

五、铸铁的组织和分类显微组织第三阶段（共析析出）第二阶段（A中析出）第一阶段（液相析出）名称F+GF+P+GP+G充分'(F+G)部分'(F+P+G)不进行'充分（As'+G)充分（As'+G)充分（As'+G)充分（AE'+G)充分（AE'+G)充分（AE'+G)灰口铸铁P+Le'+G不进行部分（As'+G+Le)部分（AE'+G+Le)麻口铸铁P+Le'+Fe3C不进行不进行不进行白口铸铁1．按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁

第14页：白口灰口与麻口铸铁

白口灰口与麻口铸铁

• 五、铸铁的组织和分类
• 2按碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为三大类：
• ①白口铸铁：碳少量溶于铁素体，其余以化合物状态的渗碳体析出，断口呈白亮的颜色。硬而脆，工业上应用较少。
• ②灰口铸铁：碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈灰色。广泛应用
• ③麻口铸铁：碳既以渗碳体析出，又以石墨析出.断口夹杂着白亮渗碳体和暗灰色石墨。工业上应用很少。

第15页：按石墨形态分类

按石墨形态分类

• 五、铸铁的组织和分类
• 3．接石墨形态分类
• a.灰口铸铁片状石墨
• b.可锻铸铁团絮状
• c.球墨铸铁球状
• d.蠕墨铸铁蠕虫状

第16页：铸铁的组织构成

铸铁的组织构成

• 五、铸铁的组织和分类
• 铸铁的组织：基体+石墨
• 基体：F，P，P+F（与钢的基体一样）
• 铸铁实质上是在钢的基体上分布着各种不同形状的石墨所构成的混合组织。
• 铸铁与碳钢在性能上有明显的不同，主要是由于铸铁中含有石墨，而石墨的形态、大小、数量和分布又有所不同所引起的。

第17页：铸铁的显微组织

铸铁的显微组织：本页为图示内容，显示基体组织上分布的不同形态石墨。

第18页：石墨的缩减作用与切割作用

石墨的缩减作用与切割作用

• 六、石墨形态对铸铁性能的影响
• 缩减作用：由于石墨在铸铁中占有一定量的体积（裂纹或空洞），使铸铁基体承受负荷时有效面积减少；
• 切割作用：由于石墨的存在，破坏了基体的连续性，铸铁在受拉伸时，在石墨的尖端还会引起应力集中，使铸铁承载能力下降。
• 其中切割作用大于缩减作用。

第19页：石墨尖端的应力集中

石墨尖端的应力集中：切割作用与应力集中σmax=σ(1+2(a/ρ)1/2）式中a裂纹长度的一半；ρ裂纹尖端处的曲率半径）

第20页：石墨形态对性能的影响

石墨形态对性能的影响

• 六、石墨形态对铸铁性能的影响
• 片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状轻。
• 变质处理后，石墨片细化，割裂作用减轻，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裂作用小，强度、塑性提高

第21页：石墨带来的优良性能

石墨带来的优良性能

• 六、石墨形态对铸铁性能的影响
• 石墨对性能的影响
• 良好的铸造性能;
• 良好的减磨、耐磨性；
• 良好的消振性；
• 良好的切削加工性能；
• 低的缺口敏感性。

第22页：灰口铸铁牌号HT100

灰口铸铁牌号HT100

• 常用铸铁
• 一、灰口铸铁
• 牌号“HT100”,
• “HT”表示灰铁；
• “100”表示Ф30mm试样的最小抗拉强度值
• 常见牌号见教材P181

第23页：灰口铸铁按基体分类

灰口铸铁按基体分类

• 一、灰口铸铁
• 灰口铸铁可以看成是在钢的基体上分布着大量片层石墨所构成。
• 按基体的不同灰口铸铁可分为：
• 铁素体基体灰口铸铁
• 铁素体+珠光体基体灰口铸铁
• 珠光体基体灰口铸铁
• 孕育铸铁

第24页：灰口铸铁的显微组织

灰口铸铁的显微组织：本页为图示内容，对比铁素体与珠光体基体上片状石墨的形貌。

第25页：孕育铸铁

孕育铸铁

• 一、灰口铸铁
• 孕育铸铁：是在浇注前向铁液中加入一定数量的孕育剂（硅铁和硅钙合金），使其成为石墨的结晶核心，生成细片状的石墨，从而提高铸铁的强韧性，这种铸铁称为孕育铸铁。

第26页：灰口铸铁的热处理

灰口铸铁的热处理

• 一、灰口铸铁
• 热处理：
• 热处理不能改变石墨的形态和分布，因而不能通过热处理提高灰口铸铁的机械性能；
• 去应力退火
• 消除白口，降低硬度退火
• 表面淬火（机床导规、缸体内壁等）

第27页：球墨铸铁

球墨铸铁

• 二、球墨铸铁
• 球墨铸铁是用与灰口铸铁化学成份相似的铁液，在浇注前就加入适量的球化剂和孕育剂，进行球化和孕育处理，从而获得球状石墨分布在钢基体中的组织。
• 球化剂：纯镁和稀土镁合金
• 孕育剂：硅铁和硅钙合金。

第28页：球墨铸铁牌号QT400-17

球墨铸铁牌号QT400-17

• 二、球墨铸铁
• 牌号：QT400－17
• “400”表示最低抗拉强度值
• “17”表示最低延伸率
• 常见牌号见教材183
• 按基体的不同，球墨铸铁可分为：
• 铁素体基体球墨铸铁
• 铁素体+珠光体基体球墨铸铁
• 珠光体基体球墨铸铁

第29页：球墨铸铁的组织

球墨铸铁的组织：本页为图示内容，显示球状石墨均匀分布在基体上的形貌。

第30页：球墨铸铁的热处理

球墨铸铁的热处理

• 二、球墨铸铁
• 球墨铸铁能进行多种热处理。通过热处理来改变基体的组织，特别是强化基体，从而改变球墨铸铁的性能。
• 球墨铸铁经适当的热处理后能获得类似回火马氏体组织的基体，其强度甚至超过高强度钢。
• 可以代替碳钢、低合金钢，制造要求强度高并能抗振、抗磨的机器零件。

第31页：蠕墨铸铁

蠕墨铸铁

• 三、蠕墨铸铁
• 石墨呈蠕虫状的铸铁。强度接近于球墨铸铁，同时又有和灰口铸铁一样的良好铸造性能。
• 生产方法与球墨铸铁类似；
• 牌号“RuT300”
• 详见教材P186

第32页：蠕墨铸铁的组织

蠕墨铸铁的组织：本页为图示内容，显示短而粗的蠕虫状石墨形貌。

第33页：可锻铸铁

可锻铸铁

• 四、可锻铸铁
• 完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（900－9800C）得到团絮状石墨的可锻铸铁。
• 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
• 牌号：见P187表3-26

第34页：可锻铸铁的热处理

可锻铸铁的热处理

• 四、可锻铸铁
• 2．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。

第35页：可锻铸铁组织

可锻铸铁组织：本页为图示内容，显示团絮状石墨分布在铁素体基体上的形貌。

第36页：可锻铸铁组织（续）

可锻铸铁组织（续）：本页为图示内容，显示珠光体基体中团絮状石墨的形貌。