Transcript 第六章 铸铁
金属材料与热处理 模块四 铸 铁 主讲：赵广引 [复习] 上次课的重点 [讲授新课] 课题：铸铁 教学目的与要求： 1、掌握影响石墨化的因素即“三高一低”的含义。 2、掌握常用普通铸铁（灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）的牌 号、组织、性能特点。 3、掌握各种铸铁的热处理工艺。 教学重点与难点： 1、铸铁与钢热处理的不同之处，合理地选用铸铁材料及相应的 热处理方法是教学难点。 2、掌握常用普通铸铁（灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）的牌 号是教学重点。 教学过程： 一、引言 为什么工业生产中要用铸铁？ 有独特的性能 有独特的组织 减震、吸振等 石墨（Graphite） 成分不同于钢 含碳量高 用途：机床80% 铸铁是Wc>2.11%的铁碳合金，并较碳钢含有更多的硅、锰及硫、磷等杂质 工业上使用的铸铁一般Wc>2.5%～4.0%。 二、铸铁的分类 按C主要存在的形式分： 白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁中的碳除微量溶于铁素体外， 全部以渗碳体（Fe3C）的形式存在， 断面呈银白色，故称白口铸铁。 灰口铸铁中的碳除微量溶于铁素体外， 全部或大部以单质石墨(G)的形式存在， 断面呈灰色，故称灰口铸铁。 麻口铸铁中的碳部分以碳化物（渗碳体） 存在，部分以单质石墨形式存在，属于白 口和灰口间的过渡组织，由于断口处有黑 白相间的麻点，故称麻口铸铁。 用途：犁铧 用途最广 用的不多 铁碳双重相图 课题1 铸铁的石墨化及影响因素 1.分为以下三个阶段： 第一阶段（≥ 1154℃） 液态中结晶出的一次石墨 剩余液相发生的共晶转变，形成 奥氏体和共晶石墨。 （Lc′ 1154℃ A +G共晶 ） 第二阶段（1154℃~738℃） 在共晶温度和共析温度之间，奥氏体沿Eَ Sَ 线析出二次石墨。 第三阶段738℃ 通过共析转变而析出共析石墨（ F+G共析）。 2.各类铸铁的石墨化程度 白口铸铁 一、二阶段石墨化全部被抑制 灰口铸铁 一、二阶段充分石墨化 麻口铸铁 一、二阶段部分石墨化 3.灰口铸铁第三个阶段的石墨化程度影响其基体组织 第三个阶段充分石墨化 F+G 第三个阶段部分石墨化 F+P+G 第三个阶段石墨化被抑制 P+G 4.影响石墨化的因素 1）化学成分的影响 主要是四个元素：C↑↑，Si↑↑强烈促进G化; Mn↓阻碍G化;S↓↓强烈阻碍G化 。 2）冷却速度的影响 υ ↓ G 化↑ →碳原子扩散充分，易形成稳定石墨。 顺口溜：要想得到好铸铁，先配成，后缓冷。 课题2 灰铸铁 按照石墨形态不同分 灰铸铁 片状G 球墨铸铁 球状G 蠕墨铸铁 蠕虫状G 可锻铸铁 团絮状G 1.灰铸铁 1）灰铸铁的成分 Wc=2.5%~4.0%，WSi=1.0%~2.5%，WMn=0.5%~1.4%，调解组织 Wp≤0.3%，控制使用，Ws≤0.15%，严格限制。 2）灰铸铁的组织和性能 组织： 钢基体+片状G 性能： 抗压强度和硬度 但G使铸铁具有 其特殊性能 相当于裂纹，使其 它性能变差，如抗 拉强度、塑性和韧 性等 •铸造性能良好 •切削、减磨性能良好 •减震性能良好 •缺口不敏感性好 3）灰铁的牌号 HT200：最低抗拉强度为200MPa的灰铁。 4）灰铸铁的孕育处理 主要强化手段 原因：片状G使其所有的力学性能都大为减弱 目的：为了细化G，使其分布更均匀 5）灰铸铁的热处理 热处理可使基体性能大为改善 不能淬火（由于片状G） 去应力退火：是指将铸件加热到500～600℃，保温 一段时间，随炉冷至150～200℃后出炉空冷，以消 除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的内应力。 消除白口组织，改善切削加工性能的退火：铸件的表 层及薄壁截面处，因为冷却速度较快而产生白口组织 ，硬度较高使切削加工发生困难。 为提高铸件工作表面的硬度和耐磨性（如机床导轨面 ），可采用表面淬火的热处理工艺，方法有火焰加热 表面淬火、高频感应淬火等。 2.球墨铸铁 1）化学成分 Wc=3.6%~4.0%，WSi=2.0%~2.8%，WMn=0.6%~0.8%，Ws≤0.07%， Wp＜0.1%，WRe=0.02%~0.04%，WMg=0.03%~0.05%。 Wc （%） WSi （ %） WMn （%） 灰铁 2.5~4.0 1.0 ~2.5 0.5 ~1.4 ≤0.15 ≤ 0.3 球铁 3.6~4.0 2.0~ 2.8 0.6 ~ 0.8 ≤0.07 ＜0.1 Wp Ws （%） （%） WRe （ %） WMg （%） 0.02~ 0.04 0.03 ~ 0.05 2）性能 力学性能最好，相当于中碳钢， 但铸造性能不及灰铁。 3）牌号 QT400-18：最低抗拉强度为400MPa ， 最小伸长率为18%。 4）热处理 各种各样的热处理都可进行。 （1）退火 低温退火： 其方法是将铸件加热到700~760℃，保温2h~8h，随炉冷至 600℃左右，出炉空冷。 高温退火： 其方法是将铸件加热至900~950℃，保温2h~5h后随炉冷至 600℃左右，再出炉空冷。 （2）正火 （3）调质处理 （4）等温淬火 3.可锻铸铁 名称 生产过程 铸件厚度 灰铁 孕育剂加入，得到细片状G 大 球铁 孕育剂+球化剂，得到球状G 显得到白口铸铁，然后G化退火 可铁 得到团絮状G 大 很薄 1）成分 要求较严，一般为：Wc=2.3%~2.8%， WSi=1.0%~1.6%，WMn=0.3.%~0.8% Ws≤0.2%，Wp＜0.1%。 2）组织 根据退火方法不同分： 种类 退火方法 组织 黑心 可铁 经完全G 化退火 F基体上分布有团絮状 G，断口呈暗灰色。 白心 可铁 经G化退 火和氧化 脱碳 中心基体为F、少量Fe3C，表层基体为F； 中心到表层P和团絮状G量减少，F量增多，断口 呈灰白色。 若只在900℃~950℃长时 保温，Fe3C分解成团絮状 G，则又称为“P可铁” 3）性能 力学性能明显优于灰铁，接近于同类基体 的球铁，有一定的韧性，但不可锻。 4）牌号 KTH350-10：最低抗拉强度为350MPa， 最小伸长率为10%。 5）用途 制造形状复杂，要求气密性好的零件，要求有一 定塑性、韧性、承受冲击和振动、耐蚀的薄壁铸件， 如管道配件，中低压阀门汽车、拖拉机的后桥，转 向机构。建筑工地搭架用的扣件。但退火周期长， 生产成本高，应用受到限制，被球铁替代。 4.蠕墨铸铁 1）成分： 一般为：Wc=3.5%~3.9%， WSi=2.2%~2.8%，WMn=0.4%~0.8%， Wp＜0.1%，Ws＜0.1%。 2）性能： 介于灰铁于球铁之间，强度接近于球铁， 并具有一定的耐热疲劳性、减震性，铸 造性能优于球铁，与灰铁相近，切削加 工性能和球铁相似，比灰铁稍差。 力学性能：球铁、蠕铁、灰铁依次降低； 铸造性能：灰铁、蠕铁、球铁依次变差； 3）牌号 RuT260：最低抗拉强度为260MPa的蠕铁。 4）用途 主要制作形状复杂，要求组织致密、强度高、 耐磨、能承受较大热循环载荷的铸件，如阀体、进 （排）气管、柴油机气缸盖、汽缸套等。 各种灰口铸铁的韧性：灰铁、蠕铁、可铁、球铁依次提高。 磷共晶组织 5.合金铸铁 耐磨铸铁 少量P，及Cr、W、 Mo、Cu等合金元素。 耐热铸铁 Si、Al、Cr等加入可形成致密的氧化膜。 耐蚀铸铁 Si、Al、Cr、 Mo、Cu、Ni等加入可形 成致密的氧化膜。 总 结 铸铁的分类 1.两个分类及其依据 2.石墨化过程 灰口铸铁的分类 三个阶段：温度及其石墨 3.石墨化的充分程度对铸铁种类的影响，对灰口铸 铁基体组织的影响 4.灰口铸铁的组织与性能之间的关系 5.各种灰口铸铁的牌号