金属材料与热处理 模块四 铸 铁

1. 金属材料与热处理模块四 铸 铁 主讲：赵广引

2. [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：

3. 一、引言 有独特的性能 有独特的组织 成分不同于钢 减震、吸振等 石墨（Graphite） 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%。 为什么工业生产中要用铸铁？

4. 二、铸铁的分类 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。 用途：犁铧 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。 灰口铸铁 用途最广 麻口铸铁 用的不多 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。 按C主要存在的形式分：

5. 铁碳双重相图

7. 课题1 铸铁的石墨化及影响因素 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EَSَ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）。 1.分为以下三个阶段：

8. 白口铸铁 一、二阶段石墨化全部被抑制 一、二阶段充分石墨化 灰口铸铁 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 2.各类铸铁的石墨化程度

9. 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。 4.影响石墨化的因素

10. 课题2 灰铸铁 灰铸铁 片状G 球墨铸铁 球状G 蠕墨铸铁 蠕虫状G 团絮状G 可锻铸铁 按照石墨形态不同分

11. 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。 相当于裂纹，使其它性能变差，如抗拉强度、塑性和韧性等 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 • 铸造性能良好 但G使铸铁具有 其特殊性能 • 切削、减磨性能良好 • 减震性能良好 • 缺口不敏感性好 1.灰铸铁

12. 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） 3）灰铁的牌号 HT200：最低抗拉强度为200MPa的灰铁。

13. 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。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。

14. 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%。 2）性能 力学性能最好，相当于中碳钢， 但铸造性能不及灰铁。

15. 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）牌号 QT400-18：最低抗拉强度为400MPa， 最小伸长率为18%。

16. 3.可锻铸铁

17. 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：

18. 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%。 3）性能

19. 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。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。 5）用途

20. 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%。 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。 2）性能： 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； 4.蠕墨铸铁

21. 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。 3）牌号

22. Si、Al、Cr、 Mo、Cu、Ni等加入可形成致密的氧化膜。 少量P，及Cr、W、Mo、Cu等合金元素。 Si、Al、Cr等加入可形成致密的氧化膜。 磷共晶组织 耐磨铸铁 耐热铸铁 耐蚀铸铁 5.合金铸铁

23. 总 结 铸铁的分类 灰口铸铁的分类 2.石墨化过程 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 1.两个分类及其依据