第十章铸铁及铸钢铸铁的石墨化过程.ppt

第十章 铸铁及铸钢,1 铸铁概述,铸铁的概念：含碳量大于2.11%(一般为2.5%4.0%) 铁碳合金 （含Si、Mn、S、P等元素，C、Si为主要元素） 铸铁的特点： 历史上使用较早 最便宜的金属材料之一 铸造性能极好，且只能用铸造成形 生产成本低，工艺简单，减震性、耐磨性好，切削加工性好 应用广主要用于制造各种机器零件,C在铁碳合金中的存在形式:,石墨（G）的性能 HBS 35 b20MPa 0 ak 0,石墨对铸铁性能的影响 G 分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢 耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能,其中碳主要以石墨形状存在，断口为暗灰色， 常见的铸铁件多数是灰口铸铁。,铸铁的分类:,完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。 其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存在，断口呈银白色。,灰口铸铁：,白口铸铁：,碳以Fe3C、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间。,麻口铸铁：,Fe-Fe3C相图和FeG相图（双重相图）,铸铁的石墨化过程:,石墨化铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程,第一阶段： 过共晶铸铁 共晶、亚共晶铸铁 第二阶段： 第三阶段：,共晶石墨,一次石墨,二次石墨,共析石墨,铸铁的石墨化过程:,成分 促进石墨化元素 C、Si、Al、Cu、Ni、Co等 阻碍石墨化元素 Cr、W、Mo、V、Mn、S等 工艺 冷却速度：快速冷却按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却按 FeG 相图转变，石墨化充分 温度：高温长时间保温有利于石墨化,影响石墨化过程的主要因素:,铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织,灰口铸铁的分类:,灰铸铁 片状 可锻铸铁团絮状 球墨铸铁珠状（球状） 蠕墨铸铁蠕虫状, 灰口铸铁类型 与石墨形态,牌号：HT,灰铸铁,最低b,铁素体+片状石墨,铁素体+珠光体+片状石墨,珠光体+片状石墨,灰铸铁,石墨成片状分布,2 常用铸铁的特点与应用,成分范围： WC=2.5%4.0%， WSi=1.0%3.0%， WMn=0.5%1.3%， WS0.15%，WP0.3%,如 ：HT100 ，表示 b100MPa,普通（灰）铸铁性能：,b 、（）（力学性能差,但其抗压强度接近钢） 缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用，表面粗糙， 对疲劳极限影响不明显 消震性好（是钢的十倍） G组织松软，对振动的传递起削弱作用 铸造性好 熔点低、流动性好、凝固收缩小、内应力低 切削加工性好G 使切屑易断，还可润滑刀具 耐磨性好石墨本身就是良好的固体润滑剂，又可储存润滑油。 焊接性能很差，且不能用于锻造。,灰铸铁,石墨成片状分布,浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂 G细而均匀，壁厚敏感性小 P细化，强度、塑性、韧性明显提高,灰铸铁,石墨成片状分布,孕育铸铁：,灰铸铁,石墨成片状分布,热处理特点 去应力退火 (低温退火、又称人工时效) ： 500550，防止机加工、使用时变形或开裂 高温退火（消除白口组织退火 ）： 850900, 使表面、薄壁等处Fe3C G, 硬度, 切削加工性 表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性,只改变基体组织，不能改变石墨的形态,灰铸铁,石墨成片状分布,应用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、缸体等,灰铸铁,石墨成片状分布,水泵叶轮,发动机飞轮,灰铸铁齿轮箱,牌号 ： KT -,铁素体可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,可锻铸铁（玛钢、马铁）,石墨成团絮状分布,可锻铸铁,最低b,最低,由白口铸铁经长时间石墨化退火而得,可锻铸铁,石墨成团絮状分布,生产过程 ：,性能特点： 强度、塑韧性优于HT，低于QT 铁素体可锻铸铁：有一定的强度，塑性、韧性较好 珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性,有一定的塑性变形能力（12%），但不能锻造,可锻铸铁,石墨成团絮状分布,可锻铸铁,石墨成团絮状分布,应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件 （汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）,铁素体球墨铸铁,珠光体+铁素体球墨铸铁,珠光体球墨铸铁,球墨铸铁,石墨成球状分布,牌号 ： QT -,球墨铸铁,最低b,最低,生产过程球化处理,在铁水浇注前同时加入： 球化剂（Mg或稀土Mg） 孕育剂（硅铁和硅钙合金）,使 G 球化,如 ：QT700-2 ，表示 b700， 2,球墨铸铁,石墨成球状分布,热处理特点 退火 去应力退火，500 600。 低温退火，720760， PG + F ，塑韧性、切削加工性 高温退火，900950， P, Fe3C G + F ，塑韧性、切削加工性 正火 P% ，细化组织，强度、耐磨性 低温正火，840860， P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火，880920， P + G + 少量F ，强度较高。 调质 850900油淬 + 550600回火 回火S + G 等温淬火 840900 + 300等温 下B+G,球墨铸铁,石墨成球状分布,球墨铸铁,石墨成球状分布, 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件,下B+G,钢基体 (F 、F+P、P、S回火、B下) + 球状G,组织特点：,球墨铸铁中的石墨球 （经深腐蚀）,球墨铸铁,石墨成球状分布,性能特点： 强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁 其综合机械性能接近于钢 缺点：消振性能低,应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件 （替代部分铸钢、锻钢件） P 球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等 F 球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等,管道接口,铸铁曲轴,轧辊与轧环,连杆,球墨铸铁,石墨成球状分布,蠕墨铸铁,石墨成蠕虫状分布,牌号 ： RuT ,蠕墨铸铁,最低b,生产过程在铁水浇注前加蠕化剂,（稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金）,如： RuT420 ，表示 b420MPa,组织 钢基体+ 蠕虫状 G,圆滑的石墨边缘,蠕墨铸铁,石墨成蠕虫状分布,性能特点：强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁， 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。,蠕墨铸铁,石墨成蠕虫状分布,应用：制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件 （钢锭模、玻璃模具、汽缸盖、排气阀、 液压阀、耐压泵、高压热交换器等）,蠕墨铸铁,石墨成蠕虫状分布,蠕墨铸铁,石墨成蠕虫状分布,高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体 数量并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度 耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成一层致密的 SiO2、 Al2O3、CrO3等氧化膜 耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致 密的保护膜，减少各相间的电位差 耐磨合金铸铁：白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好） 激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等,合金铸铁,工业铸铁的成分范围与组织,ZG- 如 ZG200-400，表示：s200 、b400 ZG+钢号 如：ZG25 钢， w(C)=0.25 %,2 铸钢,牌号 ：,铸铁与铸钢的强度比较,2 铸钢,组织： PF,强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。,性能：,热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力,形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如： 机车车辆、 船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等,2 铸钢,用途：,课堂练习（三）,铸铁与碳钢都属于铁-碳合金，铸铁的含碳量一般为 , 而钢的含碳量范围是 。 灰铸铁中G主要以 形式存在，可制造 。 可锻铸铁中G的形态为 ，可制造 。 球墨铸铁中G的形态为 ，可制造 。 蠕墨铸铁中G的形态为 ，可制造 。 影响石墨化的主要因素是 和 。 球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通灰铸铁高，是因为 。 HT200牌号中“HT”表示（ ）,“200”表示（ ）。,填空：,1. 铸铁与碳素钢的根本区别在于： A、 铸铁的含碳量高，碳素钢的含碳量低； B、铸铁中硫、磷的含量高，而碳钢中低； C、 铸铁的力学性能远不如碳钢高。 2. 灰口铸铁的力学性能差，但是为什么应用非常广泛？ A、 灰口铸铁的铸造性能非常好； B、 灰口铸铁具有优良的减震性能、耐磨性能和切削加工性能； C、 灰口铸铁价格低； D、 灰口铸铁的抗压强度与钢接近。,选择：,灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。 可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。 可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁。 球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。 灰铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。,判断：,