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1、第八章铸 铁Chapter 8 Cast Iron,主要内容：铸铁的石墨化铸铁的组织与性能铸铁的热处理,铸铁是含碳量大于2.11%，并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁是人类使用最早的金属材料之一，具有生产方法简便，成本低廉，性能优良等特点，至今仍使用广泛。铸铁的特点：优点：熔点低、流动性好，具有优良的铸造性能。良好的切削加工性、减震性。生产设备、工艺简单，成本低。缺点：强度、塑性和韧性比钢差。铸铁的应用：机床床身、机器底座、汽缸体和缸套、凸轮轴、曲轴。,第八章 铸铁,铸铁的类别：白口铸铁（White Cast Iron）碳主要以渗碳体（Fe3C）形式存在的铸铁。断口特征：银白色
2、 灰口铸铁（Gray Cast Iron）碳主要以石墨（G）（Graphite）形式存在的铸铁。断口特征：暗灰色 麻口铸铁（Mottled Cast Iron）介于白口铸铁和灰口铸铁之间的铸铁。断口特征：黑白相间的麻点 本章介绍灰口铸铁,第八章 铸铁,灰口铸铁的种类：按石墨的形态，灰口铸铁分为四类：灰口铸铁的组织：组织特征：钢基体上分布着不同形态的石墨。FG：钢基体（铁素体）和石墨 FPG：钢基体（铁素体珠光体）和石墨 PG：钢基体（珠光体）和石墨灰口铸铁的性能：主要取决于石墨的形态、大小、数量。,灰铸铁：石墨呈片状,灰口铸铁,蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,球墨铸铁：石墨呈球状,可锻铸铁：石墨呈团絮
3、状,第八章 铸铁,灰铸铁（G片）,球墨铸铁（G球）,可锻铸铁（G团絮）,第八章 铸铁,蠕墨铸铁（G蠕虫）,第一节铸铁的石墨化一、Fe-C和Fe-Fe3C双重相图,第八章 铸铁8.1 铸铁的石墨化,二、铸铁的石墨化过程铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化（Graphitization）。1.冷却（结晶）时的石墨化（1）从液相中析出石墨 L G L+G（共晶反应）（2）从奥氏体中析出石墨 G（3）由共析反应生成石墨+G2.加热时的石墨化 Fe3C 3Fe+C,第八章 铸铁8.1 铸铁的石墨化,特别提示：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁在冷却时通过析出石墨而获得。,特别提示：可锻铸铁通过加热时Fe3
4、C的石墨化而获得。,石墨,铸铁石墨化的两个阶段：第一阶段石墨化：发生在PSK线以上的石墨化过程。第二阶段石墨化：发生在PSK线以下的石墨化过程。铸铁组织的形成条件：按两个阶段石墨化进行的程度不同，铸铁具有不同的组织。,铸铁的组织与石墨化进行程度之间的关系,第八章 铸铁8.1 铸铁的石墨化,第二节常用铸铁的组织和性能一、灰铸铁（Gray Cast Iron）1.灰铸铁的牌号 HT 字母“HT”表示“灰铁”，3位数字“”表示最低抗拉强度值。举例：HT 2 0 0,抗拉强度不小于200MPa,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,“灰铁”之汉语拼音字头,2.灰铸铁的组织,第八章 铸铁8.2 常用
5、铸铁的组织和性能,F+G片,（F+P）+G片,P+G片,电镜下的石墨片,石墨片的三维形貌,3.灰铸铁的性能特点（1）力学性能低抗拉强度低、塑性和韧性近于零，属于脆性材料。片状石墨对钢基体的分割作用大。抗压强度与钢相近。用于制造承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身等。（2）耐磨性和减振性好 石墨的存在，有利于润滑和储油、吸收振动能量。（3）工艺性能好 液态流动性好，具有非常优良的铸造性能；切削时易断屑。,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,3.灰铸铁的应用制造承受压力和振动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,大型船用柴油机汽缸
6、体（HT-300）,重型机床床身（HT-250）,二、球墨铸铁（Nodular Cast Iron）1.球墨铸铁的牌号 QT字母“QT”表示“球铁”，3位数字“”表示最低抗拉强度值，2位数字“”表示最低延伸率。举例：QT 5 0 005,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,“球铁”之汉语拼音字头,抗拉强度不小于500MPa,延伸率不低于5%,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,2.球墨铸铁的组织,F+G球,F+P,P+G球,电镜下的石墨球,+G球,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,3.球墨铸铁的性能特点（1）力学性能高球墨铸铁的强度是钢的7090%，与其他铸铁相比，具有抗拉
7、强度和弯曲疲劳极限高、塑性和韧性好的优点。球状石墨对钢基体的分割作用减低至最小，钢基体的连续性好。球墨铸铁的突出特点是屈强比高。举例：球铁：0.2/b0.70.8 钢：0.2/b0.30.5（2）减振性差（3）铸造性差球墨铸铁的减振性和铸造性不及灰铸铁。,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,4.球墨铸铁的应用球墨铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。,核燃料贮存运输容器,铸铁曲轴,管道接口,轧辊与辊环,球墨铸铁制品,三、蠕墨铸铁（Vermicular Graphite iron）1.蠕墨铸铁的牌号 RuT字母“RuT”表示“蠕铁”，3位数
8、字“”表示最低抗拉强度值。举例：RuT 420,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,“蠕铁”之汉语拼音字头,抗拉强度不小于420MPa,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,2.蠕墨铸铁的组织,电镜下的石墨蠕虫,F+G蠕虫,P+G蠕虫,3.蠕墨铸铁的性能特点（1）力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间强度和韧性高于灰铸铁，不如球墨铸铁；耐磨性较好；减振能力优于球墨铸铁。蠕虫状石墨的头部钝而圆，对基体分割作用较灰铸铁有明显降低。（2）工艺性能介于球墨铸铁和灰铸铁之间铸造性能优于球墨铸铁，与灰铸铁接近。（3）导热性能接近灰铸铁高温强度、热疲劳性能大大优于灰铸铁。适于制造承受交变热负荷的零件。,
9、第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,4.蠕墨铸铁的应用球墨铸铁常用于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，如钢锭模、内燃机汽缸和缸盖、排气阀、液压阀等铸件。,阀体,汽缸体,进、排气管,制动鼓,四、可锻铸铁（Malleable Cast Iron）1.可锻铸铁的牌号（1）黑心可锻铸铁KTH字母“KTH”表示“可铁黑”，后面的数字意义同球墨铸铁。黑心可锻铸铁以铁素体为基体。（2）珠光体可锻铸铁KTZ字母“KTZ”表示“可铁珠”，后面的数字意义同球墨铸铁珠光体可锻铸铁以珠光体为基体。,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,第八章 铸
10、铁8.2 常用铸铁的组织和性能,2.可锻铸铁的组织,F+G团絮,P+G团絮,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,2.可锻铸铁的性能特点及应用（1）性能特点具有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，耐蚀性较好，但生产效率低。（2）应用可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,第八章 铸铁8.2 常用铸铁的组织和性能,可锻铸铁制品,第三节铸铁的热处理一、铸铁热处理的目的 改变钢基体的组织，改善铸铁性能；消除铸件应力。特别提示：热处理只能改变钢基体的组织，不能改变石墨的形态及分布 片状或球状的石墨不会因热处理
11、而变成其他的形状。石墨的尺寸不会因热处理而增大或减小。石墨的分布不会因热处理而改变。灰铸铁不适合采用强化型（如淬火）热处理片状石墨对基体分割作用大，强化型热处理难以获得明显效果。球墨铸铁适合采用与钢相同的各种热处理 球状石墨对基体分割作用小，通过热处理可显著改善力学性能。,第八章 铸铁8.3 铸铁的热处理,二、铸铁的常用热处理方法 时效处理 目的：释放铸件应力。工艺：人工时效：将铸件加热到500560C保温后随炉冷却。自然时效：将铸件放在室外618个月，使应力自然释放。消除白口退火 目的：消除白口组织。铸件表面或薄壁处在铸造过程中会因冷却速度过快而出现白口组织，硬度很高，给切削加工带来困难，必
12、须予以消除。工艺：加热温度：880900C 保温时间：12h 冷却方式：保温后缓慢冷却至400500C后出炉空冷。,第八章 铸铁8.3 铸铁的热处理,常用方法,表面热处理 目的：提高铸件的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。工艺：感应加热表面淬火 激光加热表面淬火 渗氮、渗金属 改善球墨铸铁性能的热处理（1）退火 目的：提高球墨铸铁件的韧性。工艺：880900C加热保温后，炉冷至600C出炉空冷。适用的铸件：含有白口组织的铸件。退火后的组织：FG球 700760C加热保温后，炉冷至600C出炉空冷。适用的铸件：组织为FPG球的铸件。退火后的组织：FG球,第八章 铸铁8.3 铸铁的热处理,（2）正火目的：
13、将基体转换为细珠光体组织，提高强度、硬度和耐磨性。工艺：850900C加热保温后出炉空冷。适用的铸件：组织为FPG球的铸件。正火后的组织：PG球（3）淬火及回火目的：提高球墨铸铁的力学性能。工艺：淬火（860900C）低温回火（250350C）组织：M回AG球。可用于制造轴承。淬火（860900C）中温回火（500600C）组织：S回G球。可用于制造轴类零件。（4）等温淬火 目的：获得B下，使球墨铸铁具有良好的综合力学性能。工艺：830870C加热保温后投入280350C的熔盐中保持。组织：B下AG球。,第八章 铸铁8.3 铸铁的热处理,第八章 铸铁8.3 铸铁的热处理,球墨铸铁（热处理工艺：等温淬火；组织：B下AG球）,重要概念：晶格 晶体缺陷 结构起伏 合金相 滑移 同素异构转变 枝晶偏析铁素体 奥氏体 滑移变形 固溶强化加工硬化 细晶强化 弥散强化 再结晶过冷奥氏体 残余奥氏体 淬透性 热硬性,
