2012年2月17日星期五
2－3 铸铁
可锻铸铁的牌号及应用
可锻铸铁的机械性能较好，质量稳定， 成本较球墨铸铁低，适于大批量生产形 状复杂、承受冲击载荷的薄壁件。 可锻铸铁牌号由两组数字表示，分别代 表其最低抗拉强度和最低相对延伸率。
KT370-12 最低抗拉强度370MPa、最低相 对延伸率12%的铁素体可锻铸铁 KTZ450-06 最低抗拉强度450MPa、最低相 对延伸率6%的珠光体可锻铸铁
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灰口铸铁的石墨化及影响因素
石墨化即石墨的结晶过程，石墨化程度 越大灰口铸铁组织中的自由碳（石墨） 越多，化合碳越少，因此不同的石墨化 程度形成不同组织和性能的灰口铸铁。 灰口铸铁的组织取决于自由碳与化合碳 的多少及比例，取决于石墨化的程度。 影响石墨化程度的因素有
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球墨铸铁的生产
球墨铸铁原则上只是比灰口铸铁的含碳 量较高，含硫、磷量较低。高碳是为了 改善铸造性能及球化效果，低磷是为了 防止急剧降低球墨铸铁的塑性、韧性及 强度从而造成冷裂的倾向，低硫是为了 防止其与球化剂形成硫化物从而加大球 化剂的耗损倾向。
球化处理
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铸铁分类及性能
铸铁是含碳量大于2.06％的铁碳合金， 按碳在合金中的存在方式可以将铸 铁分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨 铸铁、可锻铸铁、合金铸铁以及蠕 墨铸铁等。
白口铸铁 可锻铸铁
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灰口铸铁 合金铸铁
2－3 铸铁
球墨铸铁 蠕墨铸铁
白口铸铁
碳全部以化合物的形式存在，断面呈银 灰色，由于大量硬而脆的存在，其性能 表现为硬度高，脆性大，耐磨性好，难 于切削加工。 主要用于制造耐磨性要求高的零件，也 可作为可锻铸铁的毛坯或炼钢原料使用。
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2－3 铸铁
碳和硅对石墨化的影响
C和Si对铸铁的组织和性能有决定影响。 C是形成和促进石墨化元素，析出的石墨 愈多愈粗大，铁素体增多，珠光体减少。 反之，石墨减少，且细化。 Si 强烈促进石墨化，若Si过少，即使C 甚高，也难经形成石墨，还可改善铸造 性能，如提高流动性，降低收缩率等。
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硫和锰对石墨化的影响
S 严重阻碍石墨化,有形成白口倾向,Fe和Fe 在晶界上形成低熔点(98.5℃)共晶体，具有热 脆性，使流动性降低，增大收缩率。限制在 ０.1～0.15%以下。 Ｍn能抵消Ｓ的有害作用。Mn与S的亲合力大。 属有益元素 Ｍn+S=MnS Mn+FeS=Fe+MnS MnS的熔点约1600℃.比重较小,随熔渣排出炉 外.可提高基体的强度和硬度.过多的Mn阻碍石 墨化作用，一般在0.6~1.2%。
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球墨铸铁的组织
向灰口铸铁水中添加球化剂和孕育剂， 使石墨由片状变为球状并得以细化的高 综合机械性能铸铁称为球墨铸铁。 由于球墨铸铁中的石墨呈球状，分割基 体的作用小，造成应力集中的程度减弱， 金属基体的强度得以充分发挥，所以其 机械性能比灰口铸铁大大提高。 球墨铸铁的组织
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2－3 铸铁
灰口铸铁的生产特点及牌号
冲天炉内熔练，不需要炉前处理。铸造性 能优良。一般不需冒口和冷铁，铸造工艺 简化。浇注温度低，一般无需进行热处 理 。 牌号以铸件的机械性能表示。数字为其最 低抗拉强度，选择牌号时必须考虑壁厚 。
HT200 最低抗拉强度为200MPa的灰口铸铁 灰口铸铁的牌号
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灰口铸铁的显微组织
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灰口铸铁的机械性能
灰口铸铁的机械性能取决于组织，取决于金属 基体的强度及其上所分布石墨的分布方式、数 量和大小 。 片状石墨的存在削弱了钢的基体的有效承载面 积起到分割基体增大应力的作用；同时片状石 墨的尖端造成应力集中现象，容易使整个铸件 发生脆性断裂。 灰口铸铁的抗压强度受片状石墨的影响较小， 故灰口铸铁拥有较高的抗压强度
珠光体基体＋均匀分布的细小片状石墨
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灰口铸铁的热处理
人工时效（高温时效、低温退火）
铸件因不厚不均及结构复杂而导致的热应力，必 须在开箱出砂后进行人工时效以消除之。铸件缓 慢加热至500～550℃，保温后随炉冷却。
表面淬火
灰口铸铁不能整体淬火，只能表面淬火以提高表 面耐磨性。快速加热冷却，减小热影响区。表面 淬火一般使用火焰表面淬火或高频电热表面淬火。
球墨铸铁的热处理
球墨铸铁的铸态组织为由珠光体和铁素 体的混合基体以及少量自由渗碳体组成， 石墨对基体的不良影响很小，机械性能 取决于金属基体，因此通过热处理改变 金属基体组织可显著提高球墨铸铁机械 性能。
主要的热处理方法有 退火
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正火
球墨铸铁的牌号及应用
球墨铸铁随化学成分、冷却速度和热处 理方法的不同，可得到不同的显微组织。 铁素体球铁塑性、韧性好,珠光体球铁强 度、硬度高。QT后面两组数字的含义与 可锻铸铁相同。
冷却速度对石墨化的影响
冷却速度对石墨化的影响主要表现为铸 件壁厚和铸型材料对石墨化的影响。 缓慢冷却时,石墨得以顺利析出，砂型冷 却速度慢，容易获得灰口组织。 实际生产中必须根据铸件的壁厚选定恰 当的化学成份和牌号，通过调整化学成 分满足不同壁厚的铸件，以获得预期的 组织及性能。
铸件壁厚和化学成分 对铸件组织的影响
2响
磷对石墨化影响不显著，可降低铁水粘 度,>0.3%时，形成以Fe3P为主的共晶体, 熔点低,硬度高，呈网状,增加冷脆倾向， 一般属有害杂质，多限制在0.5%以下。 高强度铸铁则限制在0.2～0.3%以下。
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灰口铸铁的工艺性
属脆性材料，不能锻造和冲压。焊接时 产生裂纹的倾向大，焊接区常产生白口 组织，呈崩碎切屑，切削加工性能好。
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2－3 铸铁
灰口铸铁的减振性
比钢的减震性好得多，这是由于石墨对 机械震动起缓冲作用，阻止了振动能量 传播，减震能力为钢的5~10倍，是制造 床身、机座的好材料。
铁素体基体＋团絮状石墨
珠光体可锻铸铁（白心可锻铸铁）的组织
珠光体基体＋团絮状石墨
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可锻铸铁的性能
可锻铸铁的前身是白口铸铁，结晶温度 范围大，流动性差，收缩大，易产生冷 隔、浇不足、缩孔、缩松及裂纹等缺陷。 在铸造工艺上应采用冒口及冷铁，创造 顺序凝固条件，提高薄壁铸件的浇注温 度，提高砂型的容让性。 可锻铸铁的加工性能优于钢，减振、耐 磨、低缺口敏感性及耐蚀性都较好。
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壁厚、成分与组织之间的关系
成分不变壁厚变—增加壁厚得到低牌号铸铁， 减小壁厚得到高牌号铸铁。 壁厚不变成分变—增加碳硅含量得到低牌号铸 铁，减少碳硅含量得到高牌号铸铁。 壁厚和成分都发生变化，但铸件的组织和机械 性能不变化—铸件壁厚增加则选择低碳硅的高 牌号铸铁，铸件壁厚减小则反之。其实质就是 利用铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅 含量）对铸件石墨化的综合影响。
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灰口铸铁的耐磨性
摩擦面上形成大量显微凹坑，能起储存 润滑油作用，同时，石墨本身也是良好 的润滑剂。易于制造导轨、衬套、活塞 环等。
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灰口铸铁的低缺口敏感性
由于石墨已使基体形成了大量缺口，因 此外来缺口对疲劳强度影响甚微，故其 缺口敏感性低。增加了零件工作的可靠 性。
灰口铸铁的性能取决于组织，而组织又取 决于C在铸铁中的存在形式，实质上是取 决于钢的基体及其上所分布片状石墨的数 量、分布方式、大小。C总=C石墨+C化合, 必须控制铸铁的石墨化程度。化合碳为 0.8%时形成珠光体灰口铸铁，少于0.8％ 时形成珠光体-铁素体灰口铸铁，全部以 石墨形式存在时形成铁素体灰口铸铁。
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耐蚀铸铁
在铸铁中添加Si、Cr、Al元素可制成耐蚀 铸铁，用于制造在腐蚀介质中工作的零 件，如化工设备、管道、泵体、阀门等。 其缺点是铸造性能较差。
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蠕墨铸铁
蠕墨铸铁的组织为金属基体上分布的蠕 虫状石墨，其分割基体的作用及应力集 中现象都得以很大程度的缓解，金属基 体的作用得以较好发挥。 机械性能近似于球墨铸铁，并具有很好 的耐磨性和韧性；铸造性能与灰口铸铁 相似，具有良好的导热性。 蠕墨铸铁主要用于制造气缸盖、气缸套、 其刚体等铸件。
QT500-5 最低抗拉强度为500MPa， 最低相对延展率为5%的球墨铸铁。 球墨铸铁的牌号
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可锻铸铁的组织
可锻铸铁又称玛钢或玛铁，它是将白口 铸铁经石墨化退火而成。组织中的渗碳 体(Fe3C)分解成团絮状石墨，大大减轻 了对基体的割裂作用。 铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）的组织
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灰口铸铁的机械性能
珠光体灰口铸铁—金属基体强，石墨细小， 分布均匀，基体作用得以全面发挥，强度和 硬度较高 珠光体-铁素体灰口铸铁—金属基体较弱， — 石墨粗而分布集中，分割基体和应力集中明 显，因而强度和硬度较低 铁素体灰口铸铁—金属基体最弱，片状石墨 量多，分布不均，弱化基体的作用最大，因 而强度和硬度也最低
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可锻铸铁的生产
必须采用C、Si含量均低的铁水以利于石 墨化进程，从而获得白口组织。将铸件 加热到900～960℃，保温10～20小时， 并按规范冷却到室温。退火的总周期， 一般为40～70小时 。生产过程较为复杂， 退火周期长，铸件成本较高。