第十一章 铸铁

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1、第十一章第十一章 铸铁铸铁引引 言言o铸铁：铸铁： Wc Wc2.112.11的铁碳合金，的铁碳合金，FeFe，C C，SiSi为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金多元铁基合金o化学成分：化学成分：C C：2.5-4.02.5-4.0 Si Si：1.0-3.01.0-3.0o特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本低，耐磨性能、减震性能好。低，耐磨性能、减震性能好。o用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油化工，交通运输等。化工，交通运输等。o例如，机床例如，机床床身、

2、内燃床身、内燃机的汽缸体机的汽缸体、缸套、活塞缸套、活塞环及轴瓦、环及轴瓦、曲轴等都可曲轴等都可用铸铁制造用铸铁制造. .铸铁曲轴铸铁曲轴内燃机汽缸内燃机汽缸本章提纲本章提纲o概述概述o灰铸铁灰铸铁o球墨铸铁球墨铸铁o可锻铸铁可锻铸铁第一节第一节 概述概述o铸铁中的石墨形态与分布铸铁中的石墨形态与分布一、铸铁中碳的分布形式与一、铸铁中碳的分布形式与 石墨的形态石墨的形态1.1.碳的分布形式碳的分布形式 （1 1）溶于铁晶格间隙中，）溶于铁晶格间隙中，形成间隙固溶体形成间隙固溶体 （2 2）与）与FeFe形成形成FeFe3 3C C （3 3）游离的石墨）游离的石墨共晶白口铸铁共晶白口铸铁球墨铸

3、铁球墨铸铁一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态2.2.石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形片状片状蟹状蟹状团絮状团絮状球形球形蠕虫状蠕虫状二、铸铁的分类二、铸铁的分类按石墨存在的形式及石墨形态分类按石墨存在的形式及石墨形态分类o灰口铸铁灰口铸铁 C C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色o球墨铸铁球墨铸铁 C C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在全部或大部分以游离的球形石墨形式存在o蠕墨铸铁蠕墨铸铁 C C全部或大部分以游离的蠕虫

4、状石墨形式存在全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在o可锻铸铁可锻铸铁 C C全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性o白口铸铁白口铸铁 C C全部或大部分以化合态的全部或大部分以化合态的FeFe3 3C C形式存在，呈白亮色形式存在，呈白亮色o麻口铸铁麻口铸铁 灰口白口铁的混合组织灰口白口铁的混合组织工业工业铸铁铸铁的成的成分范分范围与围与组织组织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷快冷中速冷却中速冷却中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷快冷快冷白口铸铁白口铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体铁素体

5、球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体可锻铸铁可锻铸铁铁素体铁素体可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火石墨化退火中速冷却中速冷却缓冷缓冷珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁铁素体铁素体蠕墨铸铁蠕墨铸铁Si/Mg/CeSi/Mg/Ce灰口铸灰口铸铁铁 的的显微组显微组织织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁

6、的显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火共晶白口铸铁共晶白口铸铁第二节第二节 灰口铸铁灰口铸铁o概述概述 灰口铸铁中石墨呈灰口铸铁中石墨呈片状片状，断口呈灰色，是，断口呈灰色，是使用最多的铸铁，占铸铁总量的使用最多的铸铁，占铸铁总量的8080以上。以上。灰口铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁通过孕灰口铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁通过孕育处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰育处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰铁，牌号表示

7、：铁，牌号表示：HT100HT100，HT150HT150，HT200 HT200 属普通灰铁属普通灰铁 HT300HT300，HT350HT350，HT400 HT400 属孕育灰铁属孕育灰铁灰口铸铁金相组织灰口铸铁金相组织 2.1 2.1 灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织o铸铁冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织铸铁冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织o冷却速度减小时，铸铁组织依次为：麻口铸冷却速度减小时，铸铁组织依次为：麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁、铁素体灰口铸铁铁、铁素体灰口铸铁2.1 2.1 灰口铸铁的组织灰口铸铁的组织 o所有灰口铸铁

8、组织特征：钢的基体片状石墨所有灰口铸铁组织特征：钢的基体片状石墨o按基体组织分：按基体组织分： 铁素体基；铁素体基； 珠光体基；铁素体珠光体基珠光体基；铁素体珠光体基石墨的晶体结构石墨的晶体结构 石墨的晶体结构如右图。简单石墨的晶体结构如右图。简单六方点阵，基面碳原子呈六角六方点阵，基面碳原子呈六角网目状，相邻两层基面间网目网目状，相邻两层基面间网目是错开的。同一层内，碳原子是错开的。同一层内，碳原子之间为共价键，结合较强。层之间为共价键，结合较强。层层间为分子键，结合弱。导致层间为分子键，结合弱。导致石墨基面易滑动，具有润滑作石墨基面易滑动，具有润滑作用。石墨本身的强度和塑性非用。石墨本身的

9、强度和塑性非常低。常低。由于铁液化学成分、冷却速度由于铁液化学成分、冷却速度以及铁液处理方法不同，铸铁以及铁液处理方法不同，铸铁中的碳除了少量固溶于铁素体中的碳除了少量固溶于铁素体外，既可以形成石墨碳，也可外，既可以形成石墨碳，也可以形成渗碳体。以形成渗碳体。灰灰 口铸口铸铁铁 的显的显 微组微组 织织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，但石墨对铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，但石墨对铸铁的力学性能的影响具有决定性意义。铸铁含铸铁的力学性能的影响具有决定性意义。铸铁含有比钢

10、更多的能引起铁素体固溶强化的硅锰和其有比钢更多的能引起铁素体固溶强化的硅锰和其他元素，因此，铸铁的强度和硬度都要比钢强些。他元素，因此，铸铁的强度和硬度都要比钢强些。同时，石墨也会降低铸铁的拉伸、韧性等性能。同时，石墨也会降低铸铁的拉伸、韧性等性能。主要原因？主要原因？p305一、要求石墨数量减少、片变细小、分布均匀、一、要求石墨数量减少、片变细小、分布均匀、形状从片状改变为团状或球状，进而提高铸形状从片状改变为团状或球状，进而提高铸铁的力学性能。铁的力学性能。二、铸铁的力学性能会随基体组织中珠光体数量二、铸铁的力学性能会随基体组织中珠光体数量增加而提高，要求在珠光体基体分布的石墨增加而提高，

11、要求在珠光体基体分布的石墨数量少，片要细小，分布均匀。数量少，片要细小，分布均匀。改善途径改善途径2.2 铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程o铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。石墨化。o铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。也可以由渗碳体加热时分解得到。Po铁碳合金的结晶过程和铁碳合金的结晶过程和组织形成规律，可用组织形成规律，可用FeFe3C相图和相图和FeC（石墨）相图综合在一（石墨）相图综合在一起形成的铁碳双重相图起形成的铁碳双重相图来描述（右图）。图中来描述（右图）。图中实线