第9章-铸铁2分解

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第9章 铸铁,9-1 概述,铸铁的成分和特点,,铸铁,：,以,铁,-,碳,-,硅,为主的多元,铁基合金,。,,普通铸铁,成分范围,：,C,：,2.0,～,4.0,％，,Si,：,1.0,～,3.0,％，,Mn,：,0.5,～,1.4,％，,P,：,0.01,～,0.5,％，,S,：,0.02,～,0.20,％。,,普通铸铁中的,碳,，,大部分以游离的,石墨,状态存在。,,铸铁的,组织,：,金属基体,+,石墨,,金属基体,有：,P,、,F,、,P+F,,组织特点,：在钢的基体上分布着不同形

2、态的石墨。,,石墨,的结构为层片状，强度、塑性和韧性很低，几乎为零，硬度,3HBS,，在金属基体中相当于,“,微裂纹,”和“,微孔洞,”,。,,铸铁的,主要缺点,：,抗拉强度低,，,塑性,、,韧性远不如钢,。,,优点,：,铸造性能优良,，,减震性,和,切削加工性,能较好，也有较好的,耐磨性和减摩性,。,石墨的晶体结构,,底面,上,的原子间距,0.142nm,，,结合力较强,，底面,间,的原子间距,0.34nm,，,结合力较弱,。,,,铸铁由于生产工艺简单，成本低廉，被广泛应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通运输、建筑和国防等工业部门。,,在各类机械中，铸铁件约占机器总重量的,40,～,7

3、0%,，在机床和重型机械中，则要占机器总重量的,80,～,90%,。,,高强度铸铁和特殊性能铸铁还可以代替部分昂贵的合金钢和有色金属材料。,,,9.1.2 铸铁的石墨化,铸铁的石墨化,：,铸铁中,碳原子析出和形成石墨的过程,。,,7.1.2.1 F-Fe,3,C和Fe-G双重相图,,Fe,3,C,：介稳定相,,石墨,：稳定相。,,两个,铁碳合金,相图,：,Fe-G,系相图，,F-Fe,3,C,系相图。,,两者,叠合得到双重相图,。,,实线,：,F-Fe,3,C,系相图；,,部分实线,+,虚线,：,Fe-G,系相图。,F-Fe3C,和,Fe-C,双重相图,,L,—,液态合金,,γ,—,

4、奥氏体,G,—,石墨,,,δ,、,α,—,铁素体,,P,—,珠光体,,,按,F-Fe,3,C,系相图结晶，得到,白口铸铁,；,,按,Fe-G,系相图结晶，析出和形成,石墨,，即发生石墨化过程。,,合金按,F-Fe,3,C,系相图还是,Fe-G,系相图结晶，与合金的成分和冷却条件等有关。,,在一定条件下，,Fe,3,C,可分解出石墨；,,反应式为：,Fe,3,C→3Fe+G,。,,9.1.2.2 石墨化过程,根据铁碳双重相图，石墨的,形成方式,有,2,种,：,,第,1,种,：按,Fe-G,相图由,液态,或,A,中,直接,→石墨；,,第,2,种：,先按,Fe -Fe,3,C,相图形成,Fe,

5、3,C,，再,分解,→石墨。,,按石墨,形成的温度,，石墨的形成有,三个阶段,：,,第一阶段,：,从,液态～,1154℃,，合金,从液体,→,石墨,。,,过共晶合金：,G,Ⅰ,+G,共晶,,共晶合金：,G,共晶,,亚共晶合金：,A,+G,共晶,,第二阶段,：,1154,～,738℃,，自,A,→,G,Ⅱ,；,,第三阶段,：,738℃,，,共析反应→,G,共析,。,,因为第一、二阶段温度高，扩散容易进行，所以石墨化也容易进行。而第三阶段因为温度低，则难进行。,,9.1.2.3 影响石墨化的因素,（,1,）化学成分的影响,,C,、,Si,含量,愈↑,，石墨化,愈易,充分进行。,,含量过高，易

6、产生粗大石墨，应控制,C,含量在,2.5~4.0%,，,Si,含量在,1.0,～,2.5,％。,,碳当量,C,E,%,＝,C+1/3(Si%+P%),,P,：,促进,石墨化,；,,S,：强烈,阻碍,石墨化，,有害,元素,，,S,含量应控制在,<0.15%,。,,Mn,：增加,Fe,与,C,的结合力，,阻碍,石墨化，但能与,S,形成,MnS,，,减轻,S,的有害,作用,，允许含量,0.5,～,1.4,％。,,（,2,）冷却速度的影响,,越慢,，越,有利于,按,Fe-G,相图结晶和转变,，越有利于石墨化的进行；,浇注温度越高,、,壁越厚,、,铸型蓄热能力越小,，,越慢,。,,越快,，越,有利于,按

7、,Fe-Fe,3,C,相图结晶和转变,。,,,,砂型铸造条件下铸铁壁厚、化学成分与铸铁组织的关系,,9.1.3 铸铁的分类,根据,石墨化进行的程度,，铸铁可分为三大类：,,（,1,）,白口铸铁,：第一、二、三阶段,石墨化完全不进行,，完全按照,Fe -Fe,3,C,相图结晶得到的铸铁，其,组织中存在共晶莱氏体，断口,白亮,，性能硬脆；,,（,2,）,麻口铸铁,：第一阶段,石墨化进行了一部分,的铸铁，,断口呈,黑白相间的麻点,，也有共晶莱氏体，有较大脆性，也很少用；,,（,3,）,灰口铸铁,：第一、二阶段,石墨化充分进行,，断口,暗灰色,。,,第三阶段石墨化,进行的程度,不同，灰铸铁的基体不

8、同。,,完全,进行，则为,F,基体,灰口铸铁；,,部分,进行,，则为,F+P,基体灰口铸铁；,,完全不,进行,，则是,P,基体,灰口铸铁。,,根据灰口铸铁中石墨的形态，又可将灰口铸铁分为：,,（,1,）,普通,灰铸铁,：石墨呈,片,状；,,（,2,）,球墨,铸铁,：石墨呈,球,状；,,（,3,）,可锻,铸铁,：石墨呈,团絮,状；,,（,4,）,蠕墨,铸铁,：石墨呈,蠕虫,状。,灰口铸铁组织,—钢基体 + G,三种石墨形态,,9.2,灰口铸铁,灰口铸铁：,石墨呈片状,分布。,,应用最广的一类铸铁。在各类铸铁件的总产量中，灰铸铁所占的比重最大，约占,80%,。,,按石墨片的粗细不同，又分为,普通铸

9、铁,和,孕育铸铁,两种。,,9.2.1 成分和组织特征,,（1）成分范围,,普通灰铸铁的成分范围：,,含C量：,2.7,～,4.0,％，,,含,Si,量：,1.0,～,3.0,％，,,含,Mn,量：,0.5,～,1.3,％，,,含,P,量：≤,0.40,％，,,含,S,量：≤,0.15,％。,,（2）组织特征,,组织,：,片状石墨+,金属基体。,,石墨呈,细长片状,，,端部尖细,。,,金属基体有：,F,、,F,－,P,、,P,三种。,,9.2. 2 牌号、性能特点及用途,（1）,牌号,,H T 200,,H,：灰；,,T,：铁；,,200,：最低抗拉强度,,（2）性能特点及用途,,

10、力学性能,：,抗拉强度,较钢低,，,塑、韧性,几乎为零,，,硬度,与,同样基体的,正火钢接近,；但灰铸铁的,抗压强度,较高,。,,其他性能,：,有,优良的减震性,，,高的耐磨、减摩性,，,良好的切削加工性能,；灰铸铁流动性好，收缩率小，具有,优良的铸造性,。,,用途,：,可作,机床床身,、,底座,等耐压零部件；宜于铸造,结构复杂或薄壁铸件,。,,灰铸铁的牌号、力学性能和应用,,铸铁类别,牌号,铸件壁厚,,mm,最小抗拉强度,,σb/MPa,应用范围举例,铁素体,,灰铸铁,HT100,2.5～10,130,(1)盖、外罩、油盘、手轮、手把、支架、底板、重锤等形状简单、不甚重要的零件,,（2）对强

11、度无要求的其他机械结构零、部件,,,10～20,100,,,,20～30,90,,,,30～50,80,,铁素,体－,,珠光体,,灰铸铁,HT150,2.5～10,175,（1）一般机械制造中的铸件，如：支柱、底座、罩壳、齿轮箱、刀架、刀架座、普通机床床身,,（2）滑板、工作台等与较高强度铸铁床身（如HT200）相摩擦的零件,,,10～20,145,,,,20～30,130,,,,30～50,120,,珠光体,,灰铸铁,HT200,2.5～10,220,（1）一般机械制造中较为重要的零件，如：汽缸、齿轮、机座、金属切削机床床身及床面等,,（2）汽车、拖拉机的汽缸体、汽缸盖、活塞、刹车轮、联轴器

12、盘以及汽油机和柴油机的活塞环,,（3）具有测量平面的检验工件，如：划线平板、V形铁、平尺、水平仪框架等,,（4）需经表面淬火的零件,,,10～20,195,,,,20～30,170,,,,30～50,160,,,HT250,4.0～10,270,,,,10～20,240,,,,20～30,220,,,,30～50,200,,孕育铸铁（全珠光体基体）,HT300,10～20,290,（1）机械制造中重要的铸件，如：床身导轨、车床、冲床、剪床和其他重型机械等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮、凸轮、衬套；大型发动机的曲轴、汽缸体、缸套、汽缸盖等,,（2）高压的液压缸、泵体、阀体,,（3）需经

13、表面淬火的零件,,,20～30,250,,,,30～50,230,,,HT350,10～20,340,,,,20～30,290,,,,30～50,260,,,孕育处理,：,在,浇注前,向铁水中,加入少量强烈促进石墨化的物质,（即孕育剂）进行处理的过程。,,目的,：,为了,细化组织,，,↑力学性能,。,,常用孕育剂,：,硅－铁,或,硅－钙合金,等，其中最常用的是含,75%Si,的铁合金。,,孕育剂的作用,：,促进石墨非自发形核,，既能获得灰口组织，又可,细化石墨,，得到均匀细小的片状石墨，并均匀分布于珠光体基体中，,提高了铸铁的强度，改善了塑、韧性,。,,孕育铸铁,：经过孕育处理的,灰铸铁,。,

14、,孕育处理,,9.2. 4 热处理,热处理,只能改变灰铸铁的基体组织,，,不能改变石墨的形状和分布,。,,强化效果不明显。,,局限于消除内应力和改变铸件的硬度。,,（1）消除内应力退火,,目的,：,防止铸件的变形或开裂。也称人工时效。,,工艺,：,以,60,～,100℃/h,的速度缓慢加热至,500,～,600℃,，保温,4,～,8h,，以,20,～,30℃/h,的冷却速度,缓冷至,150,～,200℃,出炉空冷。,,通常只进行一次，对于精密铸件，常进行两次，第二次在粗加工后进行。,,（2）改善切削加工性的退火,,目的,：,消除白口组织，降低硬度，改善力学性能与被切削加工性。,,工艺,：

15、,850,～,950℃,，保温,2,～,5h,，使共晶,Fe,3,C,分解。,,组织,：,,若保温后,直接出炉空冷,，,P+G,片,；,,若保温后,随炉缓冷至,600℃,以下,出炉空冷，,F+G,片,。,,（3）表面淬火,,目的,：,提高表面硬度和耐磨性。,,方法,：,火焰淬火或高、中频淬火法，把铸件表面快速加热到,900,～,1000℃,，然后,喷水冷却,。机床导轨还可采用电接触淬火法。,,表面组织,：,M+G,片,,9. 3 可锻铸铁,可锻铸铁,：,先将铁水浇注成,白口铸铁,，然后,经石墨化退火，使游离渗碳体发生分解，形成团絮状石墨,的一种高强度铸铁，又称,玛钢,。,,团絮状石墨对

16、铸铁金属基体的割裂和引起应力集中作用比灰铸铁小得多，因此，可锻铸铁,具有较高的强度，特别是塑性比灰铸铁高得多,，有一定的塑性变形能力，因而得名可锻铸铁。,,实际上，,可锻铸铁并不能锻造,。,,9. 3.1 成分和组织特征,（1）成分范围,,碳、硅含量较低,，浇注后要进行石墨化退火以获得团絮状石墨，阻碍石墨化的,锰含量也不能太高,，杂质,元素硫、磷含量要严格控制,。,,常用可锻铸铁的大致化学成分范围如下：,,含C量：,2.3,～,2.8,％，,,含,Si,量：,1.2,～,2.0,％，,,含,Mn,量：,0.4,～,0.7,％,Mn,，,,含,S,量：,<0.2,％，,,含,P,量：,<0.1

17、,％。,,（2）石墨化退火工艺与组织特征,组织,：,团絮状石墨,+,金属基体,。,,石墨化退火工艺不同，可锻铸铁的基体组织不同。,铁素体可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,,石墨化退火工艺,：,缓慢加热至,950,～,1000℃,，保温,10,～,12h,，使共晶渗碳体→,A+,,G,团絮,，完成第一阶段石墨化。,以,40,～,50℃/h,随炉缓冷至,770℃,的过程中，从,A,→,G,Ⅱ,，完成第二阶段石墨化。,,,铁素体基体,：,第二阶段完成后，,以,3,～,5℃/h,的冷却速度通过共析转变温度区间,750,～,720℃,，,A,→,F+G,，,完成,第三阶段的石墨化。,,,珠光体基体,：,第二阶段

18、完成后，,直接空冷,，,不进行,第三阶段的石墨化。,,,,可锻铸铁的石墨化退火工艺,,9.3.2 牌号、性能及用途,（1）牌号,,,KTH300-06,：,,KT—可铁 ，,H—,黑（铁素体基体），300—最低抗拉强度，,06—,最低伸长率。,,,KTZ550-04,：,,KT—可铁 ， Z,—,珠（珠光体基体），550—最低抗拉强度，,04—,最低伸长率。,,,,,可锻铸铁的牌号和力学性能（摘自GB/T9440-1988）,类型,牌号,试样直径,,d,,/mm,抗拉强度,,σ,b,/MPa,屈服强度,,σ,0.2,/MPa,伸长率,,δ（%）,,（L0=3d）,硬度,,（HBS）,,,,

19、不小于,,,,黑心,,可锻铸铁,,(铁素体,,可锻铸铁),KTH300-06,12或15,300,－,6,≤150,,KTH330-08,,330,－,8,,,KTH350-10,,350,200,10,,,KTH370-12,,370,－,12,,珠光体,,可锻铸铁,KTZ450-06,,450,270,6,150～200,,KTZ550-04,,550,340,4,180～230,,KTZ650-02,,650,430,2,210～260,,KTZ700-02,,700,530,2,240～290,,（2）性能特点及用途,性能特点,：,介于灰铁与球铁之间，有较好耐蚀性,。,,F,基体,：具

20、有,一定的强度和较高的塑性和韧性,，主要用作,承受冲击和振动的铸件,；,,P,基体,：,具有,高的强度、硬度和耐磨性以及一定的塑性、韧性,，主要用于要求,高强度、硬度、耐磨的铸件,。如：纺机、农机零件，曲轴连杆、凸轮轴等。,,可锻铸铁另一重要特点是其生产过程是,先浇注成白口铸铁，然后再退火成灰口组织,。因此，非常,适宜生产形状复杂的薄壁细小的铸件，以及薄壁管件,等。这是任何其它铸铁所不能媲美的。,,可锻铸铁的特性及应用,类型,牌号,特性及应用,1,.黑心,,可锻铸铁,KTH300-06,有一定的韧性和适度的强度，气密性好；用于承受低动载荷及静载荷、要求气密性好的工作零件，如管道配件(弯头、三通

21、、管件)、中低压阀门等,,KTH330-08,有一定的韧性和强度，用于承受中等动载荷和静载荷的工作零件，如农机上的犁刀、犁柱、车轮壳，机床用的勾型扳手、螺钉扳手，铁道扣板，输电线路上的线夹本体及压板等,,KTH350-10,,KTH370-12,有较高的韧性和强度，用于承受较高的冲击、振动及扭转负荷下工作的零件，如汽车、拖拉机上的前后轮壳、差速器壳、转向节壳，农机上的犁刀、犁柱，船用电机壳，绝缘子铁帽等,2,.珠光体,,可锻铸铁,KTZ450-06,,KTZ550-04,,KTZ650-02,,KTZ700-02,韧性较低，但强度较大、硬度高、耐磨性好，且可加工性良好；可代替低碳、中碳、低合金

22、钢及有色金属制造承受较高动、静载荷，在磨损条件下工作并要求有一定韧性的重要工作零件，如曲轴、连杆、齿轮、摇臂、凸轮轴、万向接头、活塞环、轴套、犁刀、耙片等,,9.4 球墨铸铁,球墨铸铁,：,石墨呈球状分布,的灰口铸铁,。,,球状石墨,对金属基体的损坏、减小有效承载面积以及引起应力集中等,危害作用均比片状石墨小得多,。,,金属基体组织的强度、塑性和韧性可以充分发挥作用，从而具有,比灰铸铁高得多的强度、塑性和韧性,，并保持有耐磨、减振等特性。,,生产方法,：在铁水,浇注前,，,向合格铁水中,加入一定量的球化剂和孕育剂,，进行球化处理和孕育处理。,,常用球化剂,：,稀土镁合金,或,金属镁,等。,,

23、9.4.1 成分和组织特征,（1）成分范围,,球墨铸铁的成分范围,较,灰铸铁,严格的多,。,,含C量：3.6～3.9％,；,,含,Si,量：2.0～3.2％；,,含,Mn,量：,0.3,～,0.8,％,,含,P,量：≤,0. 08,％：,,含,S,量：≤,0.025,％。,,,（2）组织特征,,组织,：,球状石墨,+,金属基体,。,,金属基体有：,F,、,F,－,P,、,P,三种。,,相应地便有三种不同基体组织的球墨铸铁。,,F,－,P,球墨铸铁,又称为“,牛眼铸铁,”。球状石墨周围的白色铁素体又称为“牛眼铁素体”。,铁素体球墨铸铁,,铁素体－珠光体球墨铸铁,,珠光体球墨铸铁,,、 牌号、性

24、能及用途,（1）牌号,,QT400-18,：,Q—,球，,T—,铁，,400—σ,b,，,18——δ,，,牌号,单铸试块,,,,附铸试块,,,,,主要,,金相组织,,抗拉强度,,σb/MPa,屈服强度,,σ0.2/MPa,伸长率,,δ(%),硬度,,HBS,铸件,,壁厚,,mm,抗拉强度,,σb/MPa,屈服强度,,σ0.2/MPa,伸长率,,δ(%),硬度,,HBS,,,最小值,,,,,最小值,,,,,QT400-18,400,250,18,130～180,30～60,390,250,18,130～180,铁素体,,,,,,60～200,370,240,12,,,QT400-15,400,2

25、50,15,130～180,30～60,390,250,15,130～180,铁素体,,,,,,60～200,370,240,12,,,QT450-10,450,310,10,160～210,－,－,－,－,－,铁素体,QT500-7,500,320,7,170～230,30～60,450,300,7,170～240,铁素体+,,珠光体,,,,,,60～200,420,290,5,,,QT600-3,600,370,3,190～270,30～60,600,360,3,180～270,珠光体+,,铁素体,,,,,,60～200,550,340,1,,,QT700-2,700,420,2,225～

26、305,30～60,700,400,2,220～320,珠光体,,,,,,60～200,650,380,1,,,QT800-2,800,480,2,245～335,－,－,－,－,－,珠光体或,,回火组织,QT900-2,900,600,2,280～360,－,－,－,－,－,贝氏体或,,回火马氏体,,（2）性能特点及用途,石墨呈球状，对金属基体的破坏作用小。,基体强度利用率可达,70~90%,。,力学性能主要取决于基体组织的性能,。,,力学性能,：,与灰铸铁相比较，具有,较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限,，并且,塑、韧性良好,。与钢相比较，屈强比,(σ,0.2,/σ,b,)高（球铁σ,0.2,/

27、σ,b,为0.7~0.8，钢σ,0.2,/σ,b,=0.35~0.5），,耐磨性较好,，,冲击韧性较差,，但多,冲寿命较高,。,,其他性能,：,铸造性能及减振性不如灰铸铁,，但热处理工艺性能好，,可以,通过热处理调整基体组织,，在较大范围内改变球墨铸铁的性能,。,,用途,：在汽车、造船、机车、农机等领域得到应用。如曲轴等零件。,,球墨铸铁的特性和应用,,牌号,基体组织,主要特性,应用举例,QT400-18,,QT400-15,铁素体,,（100%）,具有良好的焊接性和可加工性，常温时冲击韧性高，而且脆性转变温度低，同时低温韧性也很好,农机具：铧犁、犁柱、犁托、犁侧板、牵引架、收割机及割草机上的

28、导架、差速器壳、护刃器,,汽车、拖拉机：牵引框、轮毂、驱动桥壳体、离合器壳、差速器壳、离合器拨叉、底盘悬挂件,,通用机械：1.,6～6.4MPa阀门的阀体、阀盖、支架；压缩机上承受一定温度的高低压汽缸、输气管,,其他：铁路垫板、电机机壳、齿轮箱、汽轮机机壳,,QT450-10,铁素体,,（≥100%）,焊接性、可加工性均较好，塑性略低于QT400-18，而强度与小能量冲击韧度优于QT400-18,,QT500-7,铁素体+珠光体,,(＜80%～50%）,具有中等强度与塑性，被切削性尚好,内燃机的机油泵齿轮，汽轮机中温气缸隔板，水轮机的阀门体，铁路机车车辆轴瓦，机器座架、传动轴、链轮、飞轮、电动

29、机架，千斤顶座等,QT600-3,珠光体+铁素体,,(＜80%～50%),中高强度，低塑性，耐磨性较好,内燃机：（4～4000）hp柴油机和汽油机的曲轴、凸轮轴、气缸套、连杆、进排气门座,,农机具：脚踏脱粒机齿条、轻负荷齿轮、畜力犁铧机床：部分磨床、铣床、车床的主轴,,通用机械：空调机、气压机、冷冻机、制氧机及泵的曲轴、缸体、缸套,,冶金、矿山、起重机械：球磨机齿轴、矿车轮、桥式起重机大小滚轮,QT700-2,,QT800-2,珠光体或回火索氏体,有较高的强度、耐磨性，低韧性（或低塑性）,,QT900-2,下贝氏体或回火马氏体、回火屈氏体,有高的强度、耐磨性，较高的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度和

30、一定的韧性,农机具：犁铧、耙片、低速农用轴承套圈,,汽车：曲线齿锥齿轮、转向节、传动轴,,拖拉机：减速齿轮,,内燃机：凸轮轴、曲轴,,,9.4.3 热处理,（1） 消除内应力退火,,球铸弹性模量比灰铁高，铸造后产生残余内应力的倾向比灰铸铁大得多。,,退火温度,：,550~650℃,，F球铁取上限，P球铁取下限。,,保温时间,：,2~8,小时,，随炉缓冷，至,200~250℃出炉空冷。,,（2） 石墨化退火,,高温石墨化退火温度,：,900,～,950℃,，,保温时间,：,1,～,4h,。,,保温后,随炉缓冷至,650,～,600℃,出炉空冷，,F,基体；,,保温后,炉冷至,720,～,7

31、60℃,，,保温,2,～,6h,，,随炉缓冷至,650,～,600℃,出炉空冷，,F+P,基体。,,保温后,直接出炉空冷,，则得到,P,基体,组织。,,用于,消除游离渗碳体,，↑铸件的塑性、韧性，↓硬度，改善切削加工性。,,低温石墨化加热温度,：,700,～,760℃,，,保温,：,3,～,6h,，,炉冷至,600℃,出炉空冷,。,,用于获得,单相,F,基体组织，以,↑韧性,，特别是低温韧性。,,（3） 正火,,高温正火,：,,目的：,↑,基体组织中,P,量,，,↑强度、硬度和耐磨性,，同时,消除游离渗碳体,。,,加热温度,：,880,～,950℃,，,保温时间,：,1,～,3h,,冷却方式,

32、：出炉,空冷,（或风冷、喷雾冷却）。,,正火后的基体组织,：,P+,少量牛眼状,F,。,,高温正火后的回火处理,：把铸件重新,加热到,550,～,600℃,保温,2,～,6h,后出炉,空冷,，以,消除内应力,。,,低温正火,：,,目的,：获得,较高的塑性、韧性,与一定的,强度,，即,获得,较好的综合力学性能,。,,加热温度,：,840,～,860℃,，,保温时间,：,1,～,3h,，,出炉空冷,。,,正火后基体组织,：,P+,碎块状,F,。,,复杂铸件在低温正火后，也需进行,回火,处理以,消除内应力,。,,（4） 淬火和回火,,淬火高温回火,：,,目的,：调质后具有比正火,高的综合力学性能,，

33、可代替部分钢件制造重要的结构零件，如连杆、曲轴以及内燃机车万向轴等。,,工艺,：加热,860,～,900℃,，保温,20,～,60min,，油冷，,550,～,600℃,回火,。,,组织,：,回火,S+G,球,。,,淬火低温回火：,,目的,：获得很,高的硬度,(55,～,61) HRC,和,很好的耐磨性,，但塑、韧性较差，用于要求高耐磨性的零件，如滚动轴承套圈、高压油泵中的精密偶件等。,,工艺,：淬火,+,140,～,250℃,回火,，,,组织：,回火,M+,少量残余,A +G,球,。,,淬火中温回火：,,目的：,获得,较高的弹性、韧性及良好的耐磨性,，用于要求具有一定弹性、耐磨性及热稳定性的

34、零件，如废气涡轮的密封环。,,工艺：淬火,+,350,～,500℃,回火,；,,组织：,回火,T + G,球,。,,（5） 等温淬火,,目的：,发挥球墨铸铁材料潜力最有效的一种热处理方法，可以,获得高强度或超高强度,，,同时具有较高的塑性、韧性,，因而具备良好的综合力学性能和耐磨性。此外，还具有热处理变形小的特点。,,工艺,：加热到,850～900℃,，,保温,20～60min,，迅速淬入到,250～350℃,的热浴中，,停留,60～90min,使过冷A等温转变→B,下,，取出空冷。,,组织,：,B,下,+少量M+残余A+,G,球,。,,低温回火：,使,残余A→ B,下,，同时使,淬火M→回火

35、M,，并消除内应力。,,9.5 合金铸铁简介,随着铸铁在农机、冶金、石油化工等工业部门中广泛应用，对铸铁提出了各种各样的特殊性能要求，如,耐热,、,耐蚀,、,耐磨,以及其它特殊的物理、化学性能要求。,,本节主要介绍耐热铸铁，耐蚀铸铁以及耐磨铸铁的化学成分、组织与性能特点及其应用。,,9.5.1 耐磨铸铁,分为,抗磨铸铁,和,减摩铸铁,两类。,,抗磨铸铁,：,用来制造,在,干摩擦条件,下工作,的零件，如轧辊、球磨机磨球等。,,减摩铸铁,：用于制造,在,润滑条件,下工作,的零件，如机床导轨、气缸套等。,,（1）抗磨铸铁,,在干摩擦条件下工作，要求硬度高且组织均匀，通常为白口铸铁。,,牌号、

36、成份、硬度,,,KmT,—,抗磨铁,，,B,—,白,，,其余字母,—,合金元素符号,，,数字,—,合金元素的平均含量，取整数值,。,,硬度：铸态大于HRC50。,,,抗磨白口铸铁的牌号、化学成分及硬度（摘自GB/T826,3－1987,）,牌号,化学成分（质量分数）（%）,,,,,,,,,洛氏硬度(HRC),,,,C,Si,Mn,Cr,Mo,Ni,Cu,P,S,铸态,淬火态,软化,,退火态,KmTBMn5W3,3.0～3.5,0.8～1.3,4.0～6.0,－,－,－,W2.5～3.5,≤0.15,≤0.10,50～60,－,－,KmTBW5Cr 4,2.5～3.5,0.5～1.0,0.5～1

37、.0,3.5～4.5,－,－,W4.5～5.5,≤0.15,≤0.10,50～65,－,－,KmTBNi4Cr2-DT,2.7～3.2,0.3～0.8,0.3～0.8,2.0～3.0,0～1.0,3.0～5.0,－,≤0.15,≤0.10,－,≥53,－,KmTBNi4Cr2-GT,3.2～3.6,0.3～0.8,0.3～0.8,2.0～3.0,0～1.0,3.0～5.0,－,≤0.15,≤0.10,－,≥55,－,KmTBCr9Ni5Si2,2.5～3.6,1.5～2.2,0.3～0.8,8.0～10.0,0～1.0,4.5～6.5,－,≤0.15,≤0.10,－,≥55,－,KmTBCr2

38、Mo1Cu1,2.4～3.6,≤1.0,1.0～2.0,2.0～3.0,0.5～1.0,－,0.8～1.2,≤0.15,≤0.10,50～56,≥56,≤40,KmTBCr15Mo2-DT,2.0～2.8,≤1.0,0.5～1.0,13.0～18.0,0.5～2.5,0～1.0,0～1.2,≤0.10,≤0.06,40～56,≥58,≤40,KmTBCr15Mo2-GT,2.8～3.5,≤1.0,0.5～1.0,13.0～18.0,0.5～3.0,0～1.0,0～1.2,≤0.10,≤0.06,50～58,≥58,≤40,KmTBCr20Mo2Cu1,2.0～3.0,≤1.0,0.5～1.0,

39、18.0～22.0,1.5～2.5,0～1.5,0.8～1.2,≤0.10,≤0.06,50～58,≥58,≤40,KmTBCr26,2.3～3.0,≤1.0,0.5～1.0,23.0～28.0,0～1.0,0～1.5,0～1.0,≤0.10,≤0.06,50～58,≥55,≤40,,,中锰球墨铸铁也是广泛使用的抗磨铸铁。,,在稀土—镁球铁中加入,5.0,～,9.5,％,Mn,，控制,3.3,～,5.0,％,Si,，组织为,M+A+B+Fe,3,C+G,球,，有较高的冲击韧性和强度，适用于同时承受冲击和磨损条件下使用，可代替部分高锰钢。,,,中锰抗磨球墨铸铁的牌号和力学性能（摘自GB/T318

40、0－1982）,,牌号,锰含量,,%,抗弯强度σ,bb,/,,MPa,,桡度,f,/,,mm,,冲击韧度α,k,/,,J/cm,2,,硬度HRC,特性和应用举例,,,砂型,金属型,砂型,金属型,,,,,,,试棒直径/mm,,支距/mm,,,,,,,,30,50,300,500,,,,,,,不小于,,,,,,,,MQTMn6,5.5～6.5,510,392,3.0,2.5,8,44,,具有一定的机械强度和韧性，承受一定的冲击负荷，适于在磨料磨损条件下工作，替代高锰钢和锻钢，制作矿山、水泥、粉煤加工和农机中发耐磨件，如磨机衬板、煤粉机锤头、破碎机锤片、螺旋分级机叶片、犁铧等,MQTMn7,＞6.5

41、～7.5,471,441,3.5,3.0,9,41,,,MQTMn8,＞7.5～9.0,432,491,4.0,3.5,10,38,,,,（2）减摩铸铁,在润滑条件下工作，耐磨性,主要取决于组织中的石墨形状、大小与分布，以及金属基体的组织,。,,石墨,：,良好的润滑剂,，,能起储油与润滑作用，,中等大小的球形石墨均匀分布,于金属基体中具有较好的耐磨性。,,金属基体,：,以,细片状的,P,的耐磨性最好,。,,成分特点,：,在灰口铸铁基础上，,将磷含量提高到,0.4,～,0.6,％，形成硬而脆的磷共晶,，呈断续网状分布在珠光体上，可提高铸铁的耐磨性，但韧性会降低，为此加入,Cr,，,Mo,，,W,

42、，,V,，,Ti,等合金元素细化组织,，来改善其韧性和提高耐磨性。,,用途,：,气缸套,；,机床导轨,。,,9.5.2 耐热铸铁,（1）铸铁的热生长,,热生长,：,铸铁在,反复加热、冷却时,，发生的,体积膨胀现象,。,,结果,：导致铸铁的,强度↓，组织变松脆,。,,原因,：,,①在,加热时,Fe,3,C,发生分解,，析出石墨,，,冷却时发生相变，产生微裂纹,；,,②,发生了,内氧化,，对于普通灰铸铁，由于石墨呈片状分布,，,有利于氧化性气氛沿石墨片边界和微裂纹渗入到铸铁内部，,与,Fe,发生反应→,FeO,，,与石墨反应→,CO,、,CO2,等气体,，结果,引起体积的不可逆膨胀,，组织变

43、松脆，铸件失去精度，强度↓。,,因此，,灰铸铁的耐热性较差,，一般只能在,400℃,左右,的温度下工作。,,（2）提高铸铁耐热性,途径,：,合金化,。,,加入,Si,、,Al,、,Cr,等合金元素进行合金化，可提高铸铁的耐热性。,,这些元素能,在铸铁表面形成一层致密的、稳定性很高的氧化膜,，,阻止氧化气氛渗入铸铁内部产生内氧化,，从而抑制了铸铁的热生长。,,通过合金化，,获得,单相的,F,或,A,基体,，使其在工作温度范围内不发生相变，从而减少因相变引起的微裂纹和热生长,，↑耐热性。,,↑铸铁金属基体的连续性,，减少或消除氧化气氛渗入铸铁内部，可↑铸铁的耐热性,。,,球墨铸铁由于石墨呈孤立的球

44、状分布，对金属基体的割裂与破坏比片状石墨小的多，其抗热生长性比灰铸铁好，因此,球墨铸铁的耐热性比灰铸铁好,。,,（3）耐热铸铁的牌号、性能及应用,“,RT,” ——耐热铸铁，“,Q,” ——球墨铸铁，,字母,——合金,元素符号,，,数字,——合金元素的平均含量，取整数值。,耐热铸铁的牌号和化学成分（摘自GB/T9437-1988）,,类别,牌号,化学成分（质量分数）（%）,,,,,,,,,C,Si,Mn,P,S,Cr,Al,,,,,不大于,,,,,耐热铸铁,RTCr,3.0～3.8,1.5～2.5,1.0,0.20,0.12,0.50～1.00,－,,RTCr2,3.0～3.8,2.0～3.0

45、,1.0,0.20,0.12,1.00～2.00,－,,RTCr16,1.6～2.4,1.5～2.2,1.0,0.10,0.05,15.00～18.00,－,,RTSi5,2.4～3.2,4.5～5.5,0.8,0.20,0.12,0.50～1.00,－,耐热球,,墨铸铁,RTQSi4,2.4～3.2,3.5～4.5,0.7,0.10,0.03,－,－,,RTQSi4Mo,2.7～3.5,3.5～4.5,0.5,0.10,0.03,Mo：,0.3～0.7,－,,RTQSi5,2.4～3.2,4.5～5.5,0.7,0.10,0.03,－,－,,RTQAl4Si4,2.5～3.0,3.5～4.5

46、,0.5,0.10,0.02,－,4.0～5.0,,RTQAl5Si5,2.3～2.8,4.5～5.2,0.5,0.10,0.02,－,5.0～5.8,,RTQAl22,1.6～2.2,1.6～2.4,0.7,0.10,0.03,－,20.0～24.0,,（,1,）铬耐热合金铸铁,,铸铁中,铬含量越高，耐热性越好,。,,在空气炉气中耐热温度,,RTCr,：,550℃,，,,RTCr2：,600℃,，,,RTCr16,：,900℃,。,,（,2,）高硅耐热铸铁,,硅含量愈高，耐热性愈好，但脆性也愈大，,最高硅含量为5.5%,。,,含硅量相同时,，,球墨铸铁的耐热性更高些,。,,在空气炉气中耐热温

47、度,,RTSi5：700℃，,,RTQSi5：800℃。,,钼：,能,同时,↑铸铁,室温和高温下,的力学性能,。,,RTQSi4Mo是室温抗拉强度最高的耐热铸铁，其抗拉强度达580MPa。,,（,3,）高铝耐热球墨铸铁,,在空气炉气中的耐热温度,,RTQAl22,：,1100℃,，并且,抗高温硫蚀性好，可作黄铁矿焙烧炉零件,。,,（,4,）铝,-,硅耐热球墨铸铁,,铸铁中,同时加入铝和硅对提高抗氧化性和抗热生长性有更好的效果,。,,在空气炉气中的耐热温度：,,RTQAl4Si4,：,900 ℃,,RTQAl5Si5,：,1050℃,。,,9.5.3 耐蚀铸铁,（1）铸铁的耐蚀性和提高铸

48、铁耐蚀性的途径,,铸铁的组织,：金属基体,+,石墨。,,石墨的电极电位,：,+0.37V,，,,铁素体的电极电位,：,-0.44V,。,,因此,铸铁的耐蚀性比钢等差得多,。,,提高铸铁耐蚀性的途径,：,合金化,。,,加入大量,Si,，,Al,，,Cr,等合金元素，能在铸铁表面,形成一层,连续致密而且与铸铁金属基体牢固结合的,保护膜,，可有效提高铸铁的抗蚀性。,,加入,Cr,、,Si,、,Mo,、,Cu,等元素，能,提高金属基体的电极电位,，减缓电化学腐蚀过程，提高抗蚀性。,,尽理,降低碳含量和石墨的数量,，以获得单相,F,基体,+,孤立分布球状石墨组织，也能提高耐蚀性。,,（2）耐蚀铸铁的牌号

49、、性能及应用,“ST”,—耐蚀铸铁，字母—合金元素符号，数字—合金元素的平均含量，取整数值。,,成分特点：,含碳量低，含硅量高，加入了Cr、Mo和Cu等合金元素。,,最大,含碳量只有1.4%,，是含碳量最低的铸铁,。,含硅量应按n/8定律加入,，以,15～18%Si,（质量分数）为适宜。过高的硅使铸铁脆性急剧增大。,,,高硅耐蚀铸铁的牌号和化学成分（摘自GB/T8491-1987）,牌号,化学成分（质量分数）（%）,,,,,,,,,,C,Si,Mn,P,S,Cr,Mo,Cu,RE残留量,STSi11Cu2CrR,最大值,10.00～12.00,最大值,最大值,最大值,0.60～0.80,－,1

50、.80～2.20,最大值,,1.20,,0.50,0.10,0.10,,,,0.10,STSi15R,1.00,14.25～15.75,,,,－,－,－,,STSi15Mo3R,0.90,14.25～15.75,,,,－,3.00～4.00,－,,STSi15Cr4R,1.40,14.25～15.75,,,,4.00～5.00,－,－,,STSi17R,0.80,16.00～18.00,,,,－,－,－,,,练习题（1）,一、名词解释,,球墨铸铁 石墨化 石墨化退火,,二、判断,,1、白口铸铁比灰口铸铁的硬度高是因为它的石墨细化。,,2、采用热处理方法，可以使灰口铸铁中的石墨细化。,,3、球墨

51、铸铁是由灰口铸铁经石墨化退火获得的。,,4、白口铸铁比灰口铸铁的硬度高是因为它的含碳量高。,,5、石墨化是指铸铁中碳原子析出形成石墨的过程。,,6、可锻铸铁可在高温下进行锻造。,,7、球墨铸铁调质后的组织为回火索氏体。,,8、金属铸件的粗大晶粒，可以通过再结晶退火细化。,,9、灰口铸铁变质处理是为了改变片状石墨的形状和尺寸。,,10、灰口铸铁的减震性比钢好。,,练习题（2）,三、选择,,1、灰口铸铁孕育处理的石墨形貌为（ ）,,a.团絮状 b.细片状 c.球状 d.条状,,2、在下列铸铁中可以采用调质获得良好的综合机械性能的是（ ）,,a.灰口铸铁 b.白口铸铁 c.可锻铸

52、铁 d.球墨铸铁,,3、白口铁硬而脆是因为（ ）,,a.白口铁的含碳量过高 b.白口铁组织中渗碳体多而珠光体少,,c.渗碳体是合金的基体 d.白口铁中不含铁素体,,4、普通灰口铸铁的机械性能主要取决于：,,a．基体组织 b．石墨的大小和分布 c．热处理方法 d．石墨化程度,,四、填空,,1、白口铸铁中碳主要是以,,的形式存在，灰口铸铁中碳主要是以,,的形式存在。,,2、未进行热处理的铸铁基体通常有,,、,,、,,三种。,,3、普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中石墨的形态分别为,,状、,,状和,,状。,,4、灰口铸铁变质处理的目的是,,，变质处理后的组织是,,。,,