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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主编：东南大学 戴枝荣 张远明,主讲：蔡超明,学时：,32,工 程 材 料,（工程材料及机械制造基础,）,第八章 铸 铁,第一节 概 述,一、铸铁的成分和特性,成分：,2.5,4.0%C,，,1.0,3.0%Si,，,0.5,1.4Mn,，,0.01,0.50%P,，,0.02,0.20%S,，有时还含有一,些合金元素，如：,Cr,、,Mo,、,V,、,Cu,、,Al,等，可,见在成分上铸铁与钢的主要区别是铸铁的含碳,和硅量较高，杂质元素,S,、,P,含量较多。,特性：具有优良的铸造性、可切削加工性、减震性及,耐磨性，缺口敏感性低,组织：可以理解为在钢的组织基体上分布有不同形状、,大小、数量的石墨。,二、铸铁的石墨化过程,(,一,)Fe-Fe,3,C,与,Fe-C,双重相图,在铁碳合金中，碳除了少部分固溶于铁素体和奥,氏体外，其余的可以两种形成存在，即化合状态的渗,碳体（,Fe,3,C,）和游离状态的石墨（,G,）。熔融状态的,铁水在冷却过程中，随着冷却条件的不同，既可以从,液态中或奥氏体中直接析出,Fe,3,C,，也可直接析出石墨。,一般是缓慢冷却时析出石墨，快速冷却时析出,Fe,3,C,，,而且,Fe,3,C,在一定条件下又可分解为铁素体和石墨即,Fe,3,C3Fe+G,，说明,Fe,3,C,是亚稳相而石墨是稳定相。,(,二,),石墨化过程,“,石墨化,”,过程：铸铁组织中石墨的形成过程。,形成渗碳体的原因：通常在铁碳合金的结晶过程，之,所以自液体或奥氏体中析出的是渗碳体而不是石墨，,这主是因为渗碳体的含碳量（,6.69%C,）较之石墨的含,碳量（,100%C,）更接近合金成分的含碳（,2.5,4.0%C,），析出渗碳体时所需的原子扩散量较小，渗,碳体的晶核形成较易。,形成石墨化的原因：在极其,缓慢冷却,（即提供足够的,扩散时间）的条件下，或在合金中,含有可促进石墨形,成的元素,（如,Si,等）时，那么在铁碳合金的结晶过,程中，便会直接从液体或奥氏体中析出稳定的石墨相,而不再析出渗碳体。,第一阶段：在液态中析出一次石墨,G,和,1154,从共,晶反应中产生共晶石墨；,第二阶段：,1154,738,冷却中从奥氏体中析出,G,、,一次渗碳体、共晶渗碳体、二次渗碳体分,解析出石墨；,第三阶段：在,738,从共析反应中形成共析石墨、共,析渗碳体分解形成石墨、铁素体析出石墨,三、铸铁的分类,(,一,),灰口铸铁,第一和第二阶段石墨化过程进行充分，其断口为,暗灰色，工业上所用的铸铁几乎全部属于这一类。,根据第三阶段进行情况的不同有铁素体，铁素体,+,珠光体，珠光体灰口铸铁。,(,二,),白口铸铁,没有石墨化，完全按,Fe-Fe3C,相图进行结晶而得,到的铸铁,(F+Fe,3,C)Fe,3,C,I,+Ld,、,Ld,、,P+Fe,3,C,+Ld,。,(,三,),麻口铸铁,第一阶段石墨化未充分进行，其组织,Ld,+P+G,，含,有,Ld,工业上应用较少（脆、硬）,第二节 常 用 铸 铁,一、灰铸铁,(,一,),灰铸铁的成分、组织、性能、用途,成分：,C,促进石墨化，含碳量愈高愈易石墨化，太高，会使,石墨数量增多，粗化、性能变差，太低易出白口，,故,2.5,4.0%C,。,Si,铸铁中每增加,1%,的,Si,共晶点的含碳量相应降低,1/3,，保证,2.5,4.0%C,的铸铁具有好的铸造性能。,Mn,可与硫形成,MnS,，减弱硫的有害作用，同时可促,进珠光体基体的形成，从而提高铸铁的强度，故,可充许其含量在,0.5,1.4%,P,含量大于,0.3%,后出现,Fe,3,P,，硬而脆，细小均匀分布,时，提高铸铁的耐磨性，反之连成网，降低铸铁的,强度，通常铸铁,P,含量,0.3%,。,S,不仅阻碍石墨化，还会降低铸铁的强度和流动性，,故其含量应尽量低，一般在,0.15%,以下。,组织：金属基体（,F,、,F+P,、,P,）,+,片状石墨,生产：浇注后缓慢冷却,影响基体的因素：铸铁的化学成分和铸铁的冷却速度,石墨的影响：石墨呈片状，对基体的割裂作用最大，,其强度、塑性、韧性远比基体钢低，而,且粗大的石墨的割裂作用更大，通常对,灰铸铁采取变质处理（孕育处理）：在,浇注前加少量的孕育剂（硅铁或硅钙合,金），使铁水中形成大量的人工石墨晶,粒，细化石墨片，减小对基体的割裂作,用，使其强度可有所提高。,牌号：,HTb,有,HT100,、,HT150,、,HT200,、,HT250,、,HT300,、,HT350,、,HT400,(,二,),灰铸铁的热处理,1.,消除内应力的退火,方法：将铸件缓慢加热至,500,600,，保温,4,8h,，再,缓慢冷却下来。可消除,90%,以上的内应力。,2.,改善切削加工性的退火,方法：将铸件加热至,850,900,，保温,2,5h,，使,Fe3C,分解，然后随炉缓冷至,400,500,，而后出炉,空冷。,3.,表面淬火,方法：采用接触电热表面淬火。深度：,0.20,0.30mm,硬度,:59,61HRC,提高寿命,:1.5,倍,灰铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自,GB/T9439,1988,）,牌号,铸件,壁厚,/mm,最小抗,拉强度,b/MPa,硬度,HBS,显微组织,用途举例,基体,石墨,HT100,2.5,10,10,20,20,30,30,50,130,100,90,80,最大,不超,过,170,F+P,（少）,粗片,低载荷和不重要的零件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等,HT150,2.5,10,10,20,20,30,30,50,175,145,130,120,150,200,F+P,较粗片,承受中等应力（抗弯应力,100MPa,）的零件，如支柱、底座、齿轮箱、工作台、刀架、端盖、阀体、管路附件及一般无工作条件要求的零件,HT200,2.5,10,10,20,20,30,30,50,220,195,170,160,170,200,P,中等,片状,承受较大应力（抗弯应力,300MPa,）和较重要零件，如汽缸体、齿轮、机座、飞轮、床身、缸套、活塞、刹车轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压缸等,HT250,4.0,10,10,20,20,30,30,50,270,240,220,200,190,240,细珠光体,较细,片状,HT300,10,20,20,30,30,50,290,250,230,210,260,索氏体,或,托氏体,细小,片状,承受高弯曲应力（小于,500MPa,）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身、高压液压缸、滑阀壳体等,HT350,10,20,20,30,30,50,340,290,260,230,280,二、可锻铸铁,1.,可锻铸铁的成分、组织和性能,成分：,C,2.2%,2.8%,，,Si,1.2%,2.0%,、,Mn,0.4%,1.2%,、,S,0.1%,，,P,0.2%,；,组织：金属基体（,F,、,F+P,、,P,）,+,团絮状石墨,F(,黑心,),、,P(,珠光,),、,F+P(,白心,),性能：与灰铸铁相比，可锻铸铁有较好的强度和塑,性，特别是低温冲击性能较好；与球墨铸铁,相比，它还具有成本低、质量稳定、铁液处,理简便和利于组织生产的特点；可锻铸铁的,耐磨性和减振性优于普通碳素钢；切削性能,与灰铸铁接近。,生产：将金属液浇注成白口铸铁件，然后进行石墨,化退火。,2.,可锻铸铁的牌号及用途,牌号,:,“,KTH+,数字,-,数字,”,、,“,KTZ+,数字,-,数字,”,、,“,KTB+,数字,-,数字,”,组成。,“,KTH,”,、,“,KTZ,”,、,“,KTB,”,分别代表,“,黑心可锻铸,铁,”,、,“,珠光体可锻铸铁,”,、,“,白心可锻铸铁,”,第一组数字表示最低抗拉强度（,MPa,）。,第二组数字表示最小断后伸长率。,用途：如下表,黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号、力学性能及用途,种,类,牌号,试样,直径,/mm,力学性能,用途举例,b,/MPa,r0.2,/MPa,(%),HBS,不小于,黑心,可锻,铸铁,KTH300,06,12,或,15,300,6,不大于,150,弯头、三通管件、中低压阀门等,KTH330,08,330,8,扳手、犁刀、犁柱、车轮壳等,KTH350,10,350,200,10,汽车、拖拉机前后轮壳、差速器壳、转向节壳、制动器及铁道零件等,KTH370,12,370,12,珠光,体可,锻铸,铁,KTZ450,06,12,或,15,450,270,6,150,200,载荷较高和耐磨损零件，如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、活塞环、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等,KTZ550,04,550,340,4,180,250,KTZ650,02,650,430,2,210,260,KTZ700,02,700,530,2,240,290,三、球墨铸铁,球墨铸铁：是将铁液经球化处理和孕育处理，使,铸铁中的石墨全部或大部分呈球状而,获得的一种铸铁。,生产：向铁水中加入一定量的球化剂,(,如,Mg,、稀,土元素等,),进行球化处理，并加入少量的,孕育剂,(,硅铁,),而制得。,(,一,),球墨铸铁的成分、组织、性能和用途,成分：,C,、,Si,的质量分数较高，可促进石墨化并,细化石墨，改善铁液的流动性。,Mn,的质,量分数较低，可去硫脱氧，稳定细化珠,光体。,S,、,P,质量分数限制很严，以防造,成球化元素的烧损，降低塑性和韧性。,组织：金属基体（,F,、,F+P,、,P,）,+,球状石墨,性能：同其它铸铁相比，球墨铸铁强度、塑性、韧性,高，屈服强度也很高。球墨铸铁的屈强比比钢,约高一倍，疲劳强度可接近一般中碳钢，耐磨,性优于非合金钢，铸造性能优于铸钢，加工性,能几乎可与灰铸铁媲美。,牌号：由,“,QT+,数字,-,数字,”,组成。其中,“,QT,”,是,“,球铁,”,二,字汉语拼音字首，其后的第一组数字表示最低,抗拉强度（,MPa,），第二组数字表示最小断后,伸长率（,%,）。,用途：如下图,球墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自,GB/T1348,1988,）,牌号,基体组织,力学性能,用途举例,b,/MPa,r0.2,/MPa,(%),硬度,HBS,不小于,QT400,18,铁素体,400,250,18,130,180,承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉，农机具零件，中低压阀门，上、下水及输气管道，压缩机上高低压汽缸，电机机壳，齿轮箱，飞轮壳等,QT400,15,400,250,15,130,180,QT450,10,450,310,10,160,210,QT500,7,铁素体,+,珠光体,500,320,7,170,230,机器座架、传动轴、飞轮，内燃机的机油泵齿轮、铁路机车车辆轴瓦等,QT600,3,珠光体,+,铁素体,600,370,3,190,270,载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套，部分磨床、铣床、车床的主轴，机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体，桥式起重机大小滚轮等,QT700,2,珠光体,700,420,2,225,305,QT800,2,珠光体或回火组织,800,480,2,245,335,QT900,2,贝氏体或回火马氏体,900,600,2,280,360,高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮，大减速器齿轮，内燃机曲轴、凸轮轴等,(,二,),球墨铸铁的热处理,1.,退火,球墨铸铁高温石墨化退火工艺曲线图 高温石墨化两段退火工艺 球墨铸铁低温石墨化退火工艺曲线,2.,正火,目的,:,是为了得到以珠光体为主的基体组织，并细,化晶粒，提高球墨铸铁的强度、硬度和耐磨,性。,(1),高温正火,(2),低温,正火,有渗碳体时的正火工艺,无渗碳体时的正火工艺,3.,调质处理,调质处理：是将铸件加热到,860,920,，保温后油,冷，然后
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