金属材料与热处理第8章-铸铁课件.ppt

1、第第8章章 铸铁铸铁n知识目标：知识目标：q了解铸铁的分类q掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的牌号q了解灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的组织、性能、用途及热处理q了解耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁n技能目标：技能目标：q掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的表示方法q根据用途正确选用灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的牌号铸造概述 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业上常用的铸铁，含碳量一般在2.5%4.0%。铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能，生产成本低廉，且耐压、耐磨和减震等性能俱佳，应用广泛。但因铸铁的强度、塑性和韧性较差，不能通过锻造、轧制、拉丝等方法加工成型

2、。8.1 铸铁的基础知识铸铁的基础知识 8.2 灰铸铁灰铸铁8.3 可锻铸铁可锻铸铁8.4 球墨铸铁球墨铸铁8.5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁8.6 合金铸铁合金铸铁第第8章章 铸铁铸铁8.1 铸铁的基础知识铸铁的基础知识n8.1.1 铸铁的分类n8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素 8.1.1 铸铁的分类n据碳存在形式不同，铸铁分为以下几种：q白口铸铁 碳全部以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈银白色，性能特征既硬又脆，很少直接用它来做机械零件，主要用于炼钢原料（炼钢生铁）。q灰口铸铁 碳大部分或全部以石墨（G）的形式存在，断口呈暗灰色，是工业中应用最广泛的一种铸铁。q麻口铸铁 碳大部分以渗碳体（Fe

3、3C）的形式存在，少部分以石墨（G）的形式存在，断口呈灰白相间的麻点状，具有较大的硬脆性，工业上很少应用。8.1.1 铸铁的分类n据石墨形态不同，铸铁分为以下几种：q普通灰铸铁 石墨（G）呈片片状，有一定的强度，耐磨、耐压和减震性能良好。q可锻铸铁 石墨（G）呈团絮状，白口铸铁经石墨化退火获得，强度较高，具有韧性和一定的塑性。“可锻”铸铁不能锻造。q球墨铸铁 石墨（G）呈球状，经球化处理获得，强度高，韧性好，在生产中的应用日益广泛。q蠕墨铸铁 石墨（G）呈蠕虫状，经蠕墨化处理获得，抗拉强度、耐热冲击性能、耐压性能均比普通灰铸铁有明显改善，力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。8.1.2 铸铁的石墨

4、化及影响因素n铸铁中的碳以两种形式存在：化合物状态的渗碳体（Fe3C）和自由状态的石墨（G）。石墨的形态或为片状，或为球状，或为蠕虫状，或团絮状。各种形态的石墨可以从液态或奥氏体中析出，也可以由渗碳体在一定条件下分解得到：Fe3C3Fe+Cn铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为铸铁的石墨化8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素n影响石墨化的因素：铸铁的成分和冷却速度。q成分的影响 n铸铁中的一类合金元素是促进石墨化进程的元素，按其作用由强至弱的顺序为：铝、碳、硅、钛、镍、磷、钴、锆；其中以碳和硅的作用最为显著，属于强烈促进石墨化的元素n另一类是阻碍石墨化进程的元素，按其作用由强至弱的顺序为：硼、镁、

5、铁、钒、铬、硫、锰、钨8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素q冷却速度n铸铁结晶时，冷度越快，越容易白口化，阻碍石墨化；冷度越慢，越有利于石墨化，石墨化过程可充分进行n影响冷却速度的因素主要有造型材料、铸造方法和铸件壁厚。一般根据铸件的尺寸（即壁厚）调整铸铁中的化学成分 图8-1 铸件成分和冷却速度（铸件壁厚）对铸铁组织的影响（C+1/3SiC+1/3Si）(%)(%)8.2 灰铸铁灰铸铁n8.2.1 灰铸铁的化学成分、显微组织及性能n8.2.2 灰铸铁的孕育处理 n8.2.3 灰铸铁的牌号、性能和用途n8.2.4 灰铸铁的热处理 8.2.1 灰铸铁的化学成分、显微组织及性能n灰铸铁的化学成分一般

6、为：C2.7%3.6%、Si1.0%2.2%、Mn0.4%1.2%、S0.15%、P0.5%n灰铸铁的显微组织是在钢的基体上分布着一些片状石墨n灰铸铁根据基体组织不同分为以下三种：铁素体灰铸铁（铁素体+石墨）铁素体-珠光体灰铸铁（铁素体+珠光体+石墨）珠光体灰铸铁（珠光体+石墨）珠光体灰铸铁灰铸铁根据基体组织铁素体灰铸铁铁素体-珠光体灰铸铁8.2.1 灰铸铁的化学成分、显微组织及性能n灰铸铁的性能主要取决于金属基体及石墨的数量、形态、大小和分布状况。石墨的存在就像在钢的基体上分布着许多细小的裂缝和空洞,对钢的基体有种割裂作用，故灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远远低于钢，而且石墨的数量越多，尺寸越

7、大，分布越不均匀，灰铸铁的力学性能就越差n石墨本身密度小、比容大、润滑良好，使得灰铸铁凝固时收缩率小，铸造性能优良，同时具有较高的抗压强度、耐磨性、减震性和低的缺口敏感性n灰铸铁生产方便，成品率高，成本低廉，应用最广泛，占各类铸件总产量的80%8.2.2 灰铸铁的孕育处理n铸铁中石墨片越少、越细小，分布越均匀，灰铸铁的力学性能就越高。生产上常用孕育处理细化金属基体并增加珠光体的数量，改变石墨片的形态和数量n孕育处理（又称变质处理），是在浇注前向铁水中投入少量的硅铁、硅钙合金等孕育剂，使铁水中形成大量、均匀分布的人工晶核，防止白口化的同时，使石墨片和基体组织得到细化n 经孕育处理后的铸铁称孕育铸

8、铁，其强度、塑性和韧性均优于普通灰铸铁，截面组织和性能均匀，疲劳强度好，常用于制作力学性能较高、截面尺寸变化较大的大型铸件8.2.3 灰铸铁的牌号、性能和用途n灰铸铁的牌号由“灰铁”二字的汉语拼音字头“HT”及后面的一组数字组成，数字表示灰铸铁的最小抗拉强度（MPa）。nHT200：表示抗拉强度 不低于200 MPa的灰铸铁 表8-1 灰铸铁的牌号、性能和用途牌 号最小抗拉强度/MPa应 用 举 例HT100100 承受轻载荷，抗磨性要求不高的零件，如罩、盖、手轮、支架、重锤等，不需人工时效，铸造性能好HT150150 承受中等载荷，轻度磨损的零件，如机床支柱、底座、阀体、水泵壳等，不需人工时

9、效，铸造性能好HT200200 承受较大载荷，气密性或轻腐蚀工作条件的零件，如齿轮，联轴器、凸轮、泵、阀体等HT250250 强度较高的铸铁，耐弱腐蚀介质，用于制造齿轮、联轴器、齿轮箱、汽缸套、液压缸、泵体、机座等HT300300 高强度铸铁，良好的耐磨性和气密性，用于制造机床床身、导轨、齿轮、曲轴、凸轮、车床卡盘、高压液压缸、高压泵体、冷冲模等HT350350灰铸铁的应用：齿轮灰铸铁的应用：手轮灰铸铁的应用：手轮灰铸铁的应用：水泵灰铸铁的应用：水泵、联轴器灰铸铁的应用：机床床身、卡盘8.2.4 灰铸铁的热处理n铸铁的热处理基本原理与钢相同，原则上可以进行适用于钢的所有热处理工艺n铸铁热处理的

10、作用仅在于改善基体组织，不能改变石墨的形状和分布状态n铸铁热处理目的是消除铸造内应力、消除白口组织、稳定尺寸和改善切削性能n铸铁常用的热处理有消除内应力退火、消除白口、降低硬度退火和表面淬火8.2.4 灰铸铁的热处理n消除内应力退火 将铸件加热到500600，保温一定时间，随炉缓慢冷却至150200，出炉空冷。适用于形状复杂或精度要求高的铸件，如机床床身、机架等n消除白口、降低硬度退火 将铸件加热到850900，保温25h，随炉缓慢冷却至400500，再出炉空冷。热处理后，能使渗碳体分解为铁素体和石墨，降低硬度，改善切削加工性能 8.2.4 灰铸铁的热处理n表面淬火 表面淬火分为火焰加热表面淬

11、火、高频加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火等。进行表面淬火的铸件原始组织最好是细片状石墨的孕育铸铁。表面淬火后的硬度可达HRC50558.3 可锻铸铁可锻铸铁n8.3.1 可锻铸铁的化学成分、显微组织及性能n8.3.2 可锻铸铁的生产工艺可锻铸铁的生产工艺 n8.3.3可锻铸铁的牌号和用途 8.3.1 可锻铸铁的化学成分、显微组织及性能n 可锻铸铁又称韧性铸铁，俗称玛钢、马铁，由白口铸铁经石墨化退火得到的一种高强度铸铁。n可锻铸铁的化学成分一般为：C2.2%2.8%、Si1.2%1.8%、Mn0.4%0.6%、S0.25%、P0.1%。n可锻铸铁的显微组织为金属基体加团絮状石墨，其金属基体为铁

12、素体、珠光体或铁素体加珠光体。n可锻铸铁可分为：铁素体可锻铸铁、铁素体-珠光体可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。图8-3可锻铸铁的显微组织a）铁素体可锻铸铁 b）铁素体-珠光体可锻铸铁 c）珠光体可锻铸铁a)a)b)b)c)c)8.3.1 可锻铸铁的化学成分、显微组织及性能n 可锻铸铁是一种高强度铸铁。由于石墨呈团絮状分布在金属基体上，对金属基体的破坏作用较小，也在一定程度上减小了应力集中，因此可锻铸铁比灰铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性。n虽名谓可锻铸铁，但实际可锻铸铁是不能锻造的。“可锻铸铁不可锻”。8.3.2 可锻铸铁的生产工艺可锻铸铁的生产工艺 n可锻铸铁的生产过程包括两个步骤：首先浇注白口

13、铸铁铸件，然后将其进行长时间的石墨化退火或氧化脱碳退火。由渗碳体分解出的石墨，得不到团絮状石墨n将白口铸铁采用不同的退火方法处理，会得到不同组织的可锻铸铁。n将白口铸铁在中性气氛中退火，使渗碳体完全分解为铁素体和团絮状石墨，得到的是组织为铁素体加团絮状石墨的可锻铸铁，这种铸铁的断口呈黑绒状，外圈呈灰色，故称为（铁素体）黑心可锻铸铁。8.3.2 可锻铸铁的生产工艺可锻铸铁的生产工艺n若快速冷却，只将白口铸铁中部分渗碳体石墨化，得到的组织为珠光体加团絮状石墨的可锻铸铁，称为珠光体可锻铸铁。可锻铸铁石墨化退火热处理工艺曲线a）黑心可锻铸铁 b）珠光体可锻铸铁8.3.3 可锻铸铁牌号和用途n可锻铸铁的

14、牌号由三个字母加两组数字组成：q前两个字母“KT”是“可铁”二字的汉语拼音字头q第三个字母为可锻铸铁的类别：“H”黑心可锻铸铁，“Z”珠光体可锻铸铁q两组数字分别代表最低抗拉强度（MPa）和最低伸长率（%）nKTH300-06：表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为300MPa，其最低伸长率为6%nKTZ450-06：表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为450MPa，其最低伸长率为6%表8-2 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号、性能和用途牌 号试样直径（mm）抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬 度（HBS）应 用 举 例黑心ABKTH300-06-12或15300-6150 强度

15、高，塑韧性好，抗冲击，有一定的耐蚀性，适用于水管、高压锅炉、农机零件车辆铸件、机床零件-KTH330-08330-8KTH350-10-35020010 强度高，塑韧性好，抗冲击，有一定的耐蚀性，适用于汽车、拖拉机、机床、农机零件-KTH370-12370-12珠光体KTZ450-06-4502706150200 强度较高，韧性较差，耐磨性好，加工性能好，可代替中低碳钢、低合金钢及有色金属等制造耐磨性和强度要求高的零件，适用于汽车前轮毂、传动箱体、拖拉机履带轨板、齿轮、连杆、活塞环、凸轮轴、曲轴、差速器壳、犁刀等KTZ550-04-5503404180230KTZ650-02-65043022

16、10260KTZ700-02-7005302240290可锻铸铁的应用：管件可锻铸铁的应用：凸轮轴可锻铸铁的应用：曲轴、连杆8.4 球墨铸铁球墨铸铁n8.4.1 球墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n8.4.2 球墨铸铁的牌号和用途 n8.4.3 球墨铸铁的热处理8.4.1 球墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n球墨铸铁的化学成分一般为：C3.6%3.9%、Si2.0%2.8%、Mn0.6%0.8%、S0.07%、P0.1%较高含量的碳、硅，有利于石墨球化。n球墨铸铁的显微组织是在钢的基体上分布着一些球状石墨。n球墨铸铁按基体组织不同分为铁素体球墨铸铁、铁素体-珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁。图8

17、-5球墨铸铁的显微组织a)铁素体球墨铸铁 b)珠光体球墨铸铁 c)铁素体-珠光体球墨铸铁a)a)b)b)c)c)8.4.1 球墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n球墨铸铁的强度和塑性与铸钢接近，均超过灰铸铁和可锻铸铁，基体强度的利用率可达7090%。n球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨要小很多，不存在应力集中现象，故铸造性能和切削加工性能均优于铸钢。n热处理的强化作用明显。8.4.2 球墨铸铁的牌号和用途n球墨铸铁的牌号由“球铁”拼音字头“QT”及后面的两组数字组成：数字分别表示球墨铸铁的最低抗拉强度（MPa）和最小伸长率（%）。n如QT400-18表示球墨铸铁，最低抗拉强度为400 MPa

18、，最小伸长率为18%。n球墨铸铁常用来制作一些受力复杂，强硬度、塑韧性和耐磨性要求较高的零件，例如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机的轧辊等。表8-3 球墨铸铁的牌号、性能和用途牌 号抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬 度（HBS）应 用 举 例QT400-1840025018130180 韧性高，低温性能好，有一定的耐蚀性，用于制造汽车拖拉机轮毂、驱动桥、离合器壳、差速器壳体、拨叉、阀体等QT400-1540025015130180QT450-1045031010160210 强度和韧性中等，用于制造内燃机油泵齿轮、铁路车辆轴瓦、飞轮、水轮机阀门体等QT500-75

19、003207170230QT600-36003703190270 高强度、高耐磨性、并具有一定的韧性，用于制造柴油机曲轴、轻型柴油机凸轮轴、连杆、汽缸套、缸体、磨床、铣床、车床主轴、矿车车轮、农业机械小负荷齿轮QT700-27004202225305QT800-28004802245335QT900-29006002280360 高强度、高耐磨性，用于制造内燃机曲轴、凸轮轴、汽车锥齿轮、转向节、拖拉机变速箱齿轮、农业机械犁铧等球墨铸铁的应用：差速器壳体球墨铸铁的应用：拨叉球墨铸铁的应用：车床主轴球墨铸铁的应用：农业机械 犁铧8.4.3 球墨铸铁的热处理n球墨铸铁能够通过热处理改变基体组织，提高

20、其力学性能q退火 退火后的组织为铁素体基体的球墨铸铁；目的是提高塑性和韧性，降低硬度，改善切削加工性能，消除内应力。q正火 正火后的组织为珠光体基体的球墨铸铁；目的是获得珠光体并增加其分散度，细化组织，提高铸件的强度、硬度和耐磨性。8.4.3 球墨铸铁的热处理q调质处理 调质后的组织为回火索氏体基体的球墨铸铁；热处理后具有良好的综合机械性能。q等温淬火 等温淬火后的组织为下贝氏体基体的球墨铸铁，含有少量的残余奥氏体和马氏体；目的是获得高强度、高硬度、高韧性的综合机械性能及很好的耐磨性。8.5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁n8.5.1 蠕墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n8.5.2 蠕墨铸铁的牌号和用途 8

21、.5.1 蠕墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n蠕墨铸铁的化学成分：高碳、低硫、低磷 一般为：C3.5%3.9%、Si2.1%2.8%、Mn0.4%0.8%、S0.06%、P0.1%n蠕墨铸铁的显微组织是在金属基体上分布着蠕虫状石墨，介于片状石墨与球状石墨之间，较短而厚，形貌卷曲，两端头部较圆，形似蠕虫。n基体组织根据蠕化剂和石墨化程度的不同分为珠光体、珠光体加铁素体和铁素体三种。图8-6蠕墨铸铁的显微组织 a)铁素体蠕墨铸铁 b)铁素体-珠光体蠕墨铸铁a)a)b)b)8.5.1 蠕墨铸铁的化学成分、显微组织及性能n蠕虫状石墨的组织中常伴有少量的球状石墨n蠕虫状石墨使周围的应力集中现象大为缓和，

22、故蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性和韧性都明显高于相同基体的灰铸铁，而减震性、导热性、耐磨性、切削加工性能和铸造性能近似于灰铸铁。8.5.2 蠕墨铸铁的牌号和用途n蠕墨铸铁的牌号用“蠕铁”二字的汉语拼音“RuT”及后面的数字组成：数字表示蠕墨铸铁的最低抗拉强度（MPa）。nRuT340：表示蠕墨铸铁，其最低抗拉强度为340 MPa。表8-4 蠕墨铸铁的牌号、性能和用途牌 号抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬 度（HBS）应 用 举 例RuT4204203350.75200280 高强度、高耐磨性、高硬度及好的导热率，需正火处理，用于制造活塞、制动盘、玻璃模具、研磨盘、活塞环、

23、刹车鼓等RuT3803803000.75193274RuT3403402701.00170249 较高的硬度、强度、耐磨性及导热率，用于制造强要求较高强度、刚度和耐磨性的零件，如大齿轮箱体、盖、底座刹车鼓、大型机床件、飞轮、起重机卷筒等RuT3003002401.50140217 良好的强度、硬度，一定的塑韧性，较高的导热率，致密性良好，用于制造强度较高及耐热疲劳零件，如排气管、汽缸盖、变速箱体、液压件、钢锭模等RuT2603601953.00121197 强度不高、硬度较低，有较高的塑韧性及导热率，需退火处理，用于制造受冲击载荷及热疲劳零件，如汽车拖拉机底盘零件、增压机废气进气壳体等蠕墨铸铁

24、的应用：刹车鼓蠕墨铸铁的应用：起重机卷筒蠕墨铸铁的应用：液压泵壳体8.6 合金铸铁合金铸铁n8.6.1 耐磨铸铁n8.6.2 耐热铸铁 n8.6.3 耐蚀铸铁8.6.1 耐磨铸铁n耐磨铸铁分为两大类：减磨铸铁，适用于有润滑剂，受粘着磨损条件下工作；抗磨铸铁，适用于无润滑剂、受磨料磨损条件下工作。n减磨铸铁是在普通灰铸铁中加入适量的Cu、Cr、Mo、P、V、Ti等合金元素而形成的，铁素体基体为软基体，渗碳体为坚硬相，同时石墨还有储油和润滑的作用。常用的减磨铸铁有合金减磨铸铁-高磷铸铁、铬钼铜铸铁和磷铜钛铸铁。8.6.1 耐磨铸铁n普通白口铸铁就是一种抗磨性高的铸铁，加入适量的Cu、Cr、Mo、W

25、、Ni、Mn等合金元素，形成高硬度和高耐磨性的抗磨铸铁。耐磨铸铁应用：杂质泵8.6.2 耐热铸铁n耐热铸铁的耐热性：抗“氧化”和抗“生长”能力q氧化是指高温下与周围介质发生化学腐蚀的现象。q生长是指铸铁内部造成的内氧化及因渗碳体高温分解引体积膨胀现象。n常用的耐热铸铁有硅系耐热铸铁、铝系合金铸铁、铬系合金铸铁等，主要用于制造加热炉附件，如炉底板、烟道挡板、渗碳罐、换热器、压铸模等。耐热铸铁应用：炉底板、渗碳罐8.6.3 耐蚀铸铁n 耐蚀铸铁是指能够防止或延缓某种介质腐蚀的特殊铸铁。合金元素Si、Al、Cr、Mo、Ni、Cu等可提高铸铁的耐蚀性。n常用的耐蚀铸铁有高硅耐蚀铸铁、高铝耐蚀铸铁及高铬耐蚀铸铁q高硅耐蚀铸铁硬度很高，流动性好，广泛用于耐酸泵、管道、阀门等零件。q高铝耐蚀铸铁具有良好的耐蚀性和一定的耐热性，用于各种泵类零件及化工设备上的耐蚀材料。q高铬耐蚀铸铁具有优良的耐蚀性、优异的耐热性和良好的机械性，用于制造离心泵、冷凝器、蒸馏塔和管子等各种化工铸件。耐蚀铸铁的应用：耐酸泵耐蚀铸铁的应用：耐酸阀门耐蚀铸铁的应用：耐酸管道耐蚀铸铁的应用：冷凝器本章小结：n铸铁的基础知识铸铁的基础知识 铸铁的分类、铸铁的石墨化及影响因素 n灰铸铁灰铸铁n可锻铸铁可锻铸铁n球墨铸铁球墨铸铁n蠕墨铸铁蠕墨铸铁n合金铸铁合金铸铁 各种铸铁的化学成分、显微组织、热处理方法、牌号、性能和用途等