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1、常用合金铸铁件的生产,铸铁件生产,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,2,铸铁分类及性能,铸铁是含碳量大于2.11的铁碳合金，依据碳在合金中的存在形式铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。,白口铸铁,灰口铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,3,白口铸铁,碳全部以化合碳的形式存在（Fe3C)，脆、硬，断面呈白色；性能：硬度高，脆性大，耐磨性好，难于切削加工；主要用于：制造耐磨性要求高的零件，如轧辊、铁铧犁、火车车轮等；还可作为可锻铸铁的毛坯、炼钢原料使用。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,4,灰口铸铁,灰口铸铁
2、中的碳一部分形成金属的基体（化合碳），另一部分则以片状石墨的形式存在（自由碳）；故而灰口铸铁的显微组织：钢的基体（F、P）片状石墨。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,5,灰口铸铁的显微组织,灰口铸铁按金属的基体不同，可分为三类：珠光体灰口铸铁（P+片状石墨)珠光体基体上分布着细小、均匀的片状石墨；珠光体铁素体灰口铸铁（P+F+片状石墨)珠光体和铁素体组成的基体上分布着较粗大的片状石墨；铁素体灰口铸铁（F+片状石墨)铁素体基体上分布着粗大的片状石墨。,显微组织,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,6,灰口铸铁的组织与性能,珠光体灰口铸铁金属基体强，石墨细小，分布均
3、匀，基体作用得以全面发挥，强度和硬度较高；珠光体-铁素体灰口铸铁金属基体较弱，石墨粗而分布集中，分割基体和应力集中明显，因而强度和硬度较低；铁素体灰口铸铁金属基体最弱，片状石墨量多，分布不均，弱化基体的作用最大，因而强度和硬度也最低。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,7,灰口铸铁的性能,灰口铸铁的性能包括：,机械性能,工艺性,减振性,耐磨性,缺口敏感性,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,8,影响灰口铸铁组织与性能的因素,灰口铸铁的性能取决于组织，而组织又取决于C在铸铁中的存在形式；实质上是取决于钢的基体及所分布片状石墨的数量、形状、大小。,2023/8/23,
4、2-3 常用合金铸铁件的生产,9,石墨化与金属组织,C总=C石墨+C化合 必须控制铸铁的石墨化程度：C化合=0.77时 P灰铁；C化合 0.77时（P+F）灰铁；C化合=0时 即：C石墨=100，（碳全部以石墨形式存在时)F灰铁。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,10,灰口铸铁的石墨化,石墨化碳以石墨的形式析出（石墨的结晶过程），石墨化程度越大灰口铸铁组织中的C自由（石墨）越多，C化合越少；因此，不同的石墨化程度形成不同组织和性能的灰口铸铁。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,11,影响灰口铸铁石墨化的因素,灰口铸铁的组织取决于C自由与C化合多少，取决于石墨化
5、的程度；,影响石墨化程度的因素有：,化学成分,冷却速度,碳硅,硫锰,磷,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,12,灰口铸铁的孕育处理,孕育铸铁的组织:珠光体基体均匀、细小的片状石墨；提高机械性能。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,13,孕育灰铁的方法与性能,方法：向铁水中加入少量孕育剂（硅铁或硅钙合金），进行孕育处理；由于均匀地悬浮着外来弥散质点（人造晶核），改善铁水的结晶条件，使石墨分布细小、均匀，并获得珠光体基体，石墨仍为片状；机械性能大为提高，b250400Mpa，HB=170270；塑性，韧性仍然很低，本质仍属灰口铸铁；常用孕育剂为75%的i铁，加入量为
6、0.250.10%。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,14,灰口铸铁的热处理,人工时效（高温时效、低温退火）铸件因不厚不均及结构复杂而导致的热应力，必须在开箱出砂后进行人工时效以消除之；铸件缓慢加热至500550，保温后随炉冷却；表面淬火灰口铸铁不能整体淬火，只能表面淬火以提高表面耐磨性；快速加热冷却，减小热影响区；表面淬火一般使用火焰表面淬火或高频电热表面淬火。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,15,灰口铸铁的生产特点及牌号,灰铁的牌号以铸件的机械性能表示（HT)，其数字为最低抗拉强度，选择牌号时必须考虑其壁厚；HT200最低抗拉强度为200MPa的灰口铸
7、铁左右。,灰口铸铁的牌号,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,16,球墨铸铁,在灰口铸铁水中添加球化剂（纯镁或稀土镁合金）和孕育剂（硅铁或硅钙合金），使石墨由片状变为球状并得以细化的高综合机械性能铸铁称为球墨铸铁；球墨铸铁的组织钢的基体分布其上的球状石墨由于球墨铸铁中的石墨呈球状，分割基体的作用小，造成应力集中的程度减弱，金属基体的强度得以充分发挥，所以其机械性能比灰口铸铁大大提高。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,17,球墨铸铁的性能,工艺性能：球墨铸铁的铸造性能较好，流动性近于灰口铸铁，优于钢；体收缩较大，近于铸钢，所以，生产工艺上应采取顺序凝固原则，以预防
8、缩孔、缩松，线收缩小，近于灰口铸铁，小于铸钢，形成裂纹的倾向小；机械性能大为提高（b400600Mpa），抗压强度高（优于钢），而成本则较钢为低，可以“以铁代钢”；加工性能近于灰口铸铁，可焊性比灰口铸铁好；球墨铸铁具有良好的减振性、耐磨性及低缺口敏感性。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,18,球墨铸铁的牌号及应用,球墨铸铁随化学成分、冷却速度和热处理方法的不同，可得到不同的显微组织；铁素体球铁塑性、韧性好；珠光体球铁强度、硬度高；球墨铸铁的牌号（QT-）由两组数字表示，分别代表其最低抗拉强度和最低相对延伸率，其含义与可锻铸铁相同；QT500-5最低抗拉强度为500MPa左右，
9、最低相对延展率为5%的球墨铸铁。,球墨铸铁的牌号,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,19,可锻铸铁的组织,可锻铸铁又称玛钢或玛铁，它是将白口铸铁经石墨化退火(950 左右，保温1020h)而成；组织中的渗碳体(Fe3C)分解成团絮状石墨，大大减轻了对基体的割裂作用；铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）的组织铁素体基体团絮状石墨；珠光体可锻铸铁（白心可锻铸铁）的组织珠光体基体团絮状石墨。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,20,可锻铸铁的性能,可锻铸铁不可锻；可锻铸铁是指其塑性、韧性较好，能承受冲击及振动载荷，并且有良好的耐蚀性；可锻铸铁的加工性能优于钢，同样也具有良好
10、的减振、耐磨、低缺口敏感性；可锻铸铁的机械性能较好，质量稳定，成本较球墨铸铁低，适于大批量生产形状复杂、承受冲击载荷的薄壁件；如减速器壳体、管件、机床附件及农机配件等。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,21,可锻铸铁的牌号及应用,可锻铸铁牌号（KT-）由两组数字表示，分别代表其最低抗拉强度和最低相对延伸率，同球铁；KT370-12：最低抗拉强度370MPa、最低相对延伸率12%的铁素体可锻铸铁；KTZ450-6：最低抗拉强度450MPa、最低相对延伸率6%的珠光体可锻铸铁。,2023/8/23,课间休息,音乐欣赏,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,23,灰口铸
11、铁的显微组织,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,24,灰口铸铁的机械性能,灰铁的机械性能 组织 金属基体的强度及其石墨的分布形式决定（方式、数量和大小）；片状石墨削弱了金属基体的有效承载面积，起到分割基体，增大应力的作用；同时，片状石墨的尖端造成应力集中，容易使整个铸件发生脆性断裂。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,25,灰口铸铁的机械性能（续）,灰铁的机械性能较差，脆性大，抗拉强度低，但抗压强度高；但是，因为灰口铸铁的抗压强度受片状石墨的影响较小，故灰口铸铁拥有较高的抗压强度；抗压强度接近钢。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,26,灰口铸铁
12、的工艺性,铸造性能好；接近共晶成分，结晶温度范围小，流动性好；结晶时，析出的石墨，造成体积膨胀，可抵消铸铁的凝固收缩，故收缩率小；灰铁切削时，呈崩碎切屑，不用冷却液，且有石墨的存在，切削加工性能好；灰铁属脆性材料，不能锻造和冲压；可焊性差，焊接时产生裂纹的倾向大，焊接区常产生白口组织，难切削。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,27,灰口铸铁的减振性,减振性好，这是由于石墨对机械振动起缓冲作用，阻止了晶粒间振动能量传播，并将振动能转变为热能；减振能力为钢的510倍，是制造床身、机座底座、箱体的好材料。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,28,灰口铸铁的耐磨性,铸
13、铁中的石墨起到润滑和储油的作用；石墨本身就是良好的润滑剂；同时，石墨的脱落，使摩擦面上形成大量显微凹坑，能起储存润滑油作用；常用于制造导轨、衬套、活塞环、滑动轴承等。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,29,灰口铸铁的低缺口敏感性,由于石墨已使金属基体形成了大量缺口，因此外来缺口对疲劳强度影响甚微，故其缺口敏感性低，增加了零件工作的可靠性；钢则相反，缺口敏感性高，因此，要求表面加工很光。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,30,碳和硅对石墨化的影响,C和Si对铸铁的组织和性能有决定性的影响；C是形成和促进石墨化元素，C析出的石墨愈粗大 促进石墨化；Si 强烈促进
14、石墨化的元素，若Si Si与Fe结合Fe与C原子结合力 石墨化。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,31,硫和锰对石墨化的影响,S 是严重阻碍石墨化的元素易形成白口组织；S和Fe在晶界上形成低熔点(98.5)共晶体FeS，具有热脆性，产生热裂；使流动性降低，增大收缩率；应严格限制在.10.15%以下；n单独作用是阻碍石墨化的元素但n能抵消的有害作用；故n的含量应合适n的含量一般应在0.61.2，可调节与控制铸铁的组织与性能。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,32,磷对石墨化的影响,磷对石墨化影响不显著；但磷可降低铁水粘度，提高铸铁的流动性；当P 0.3时，形成
15、以Fe3P为主的共晶体,熔点低,硬度高，呈网状,增加冷脆倾向，一般属有害杂质；多限制在0.5以下，高强度铸铁则限制在0.20.3以下。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,33,冷却速度对石墨化的影响,冷却速度对石墨化有显著影响；缓慢冷却时,石墨有充分的时间得以顺利析出，冷却速度愈慢，愈容易获得灰口组织，金属型则相反；实际中必须化学成分、冷却速度综合考虑，确定铸件的牌号，以期获得满意的组织及性能。,铸件壁厚和化学成分对铸件组织的影响,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,34,白口组织铸铁低碳硅、高冷速、薄壁，不利于石墨化，得到机械性能好的高牌号铸铁；灰口组织铸铁高碳
16、硅、低冷速、厚壁，有利于石墨化，得到机械性能差的低牌号铸铁。,白口铸铁区a麻口铸铁区珠光体灰口铸铁区b珠光体-铁素体 灰口铸铁区铁素体灰口铸铁区,铸件壁厚和化学成分对铸铁组织的影响,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,35,壁厚、成分与组织之间的关系,成分不变壁厚变增加壁厚，冷却速度慢，有利于石墨的析出，得到灰口组织铸铁，反之，得到白口组织铸铁；壁厚不变成分变增加碳硅含量，促进石墨化，得到灰口组织铸铁，反之亦然；壁厚和成分都发生变化，其实质就是利用铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅含量）对铸件石墨化的综合影响。,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,36,灰口铸铁的
17、牌号,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,37,按基体组织的不同可以将球墨铸铁分为两类铁素体球墨铸铁；珠光体球墨铸铁。,球墨铸铁的显微组织,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,38,球化剂的作用是使石墨球化，孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止球化剂造成的白口倾向，同时使石墨球细化以进一步改善铸铁机械性能；球化处理工艺的关键在于石墨的球化、细化及防白口。,孕育剂硅铁,球化剂稀土硅铁镁中间合金,球化处理与球化剂,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,39,球墨铸铁是一种十分重要的铸造合金，可以代替铸钢、锻钢、有色金属及可锻铸铁制造载荷大受力复杂的零件；球墨铸铁的应用为“以铁代钢”、“以铸代锻”开辟了广阔的前景。,球墨铸铁的牌号,2023/8/23,2-3 常用合金铸铁件的生产,40,KT370-12最低抗拉强度370MPa、最低相对延伸率12%的铁素体可锻铸铁；KTZ450-6最低抗拉强度450MPa、最低相对延伸率6%的珠光体可锻铸铁。,可锻铸铁的牌号,
