2F 型石墨(星状)E 型石墨(枝晶片状) D 型石墨(枝晶点状)C 型石墨(块片状)B 型石墨(菊花状) A 型石墨(片状) 1.2.1 灰铸铁的组织与性能 (1) 石墨的形态第二节 灰铸铁➢ 灰铸铁的组织与性能 ➢ 提高灰铸铁性能的途径 ➢ 灰铸铁研究和生产的新进展(3)灰铸铁的性能特点 ① 力学性能➢ 灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。
➢ 灰铸铁的机械性能利用率仅有30％（与钢比）表 灰铸铁与铸造碳钢力学性能比较4性能指标 抗拉强度 σb /MPa 延伸率 / % 冲击韧性 αk / J弹性模量 E/MPa 铸造碳钢 400~650 10~25 20~60 20×104 灰铸铁100~400~0.5~5.0(7~16)×1043P+G 片F+P+G 片 F+G 片 (2) 基体组织(4)灰铸铁的国家标准 标准号：GB/T 9439-2010φ30mm 单铸试棒的抗拉强度和布氏硬度6牌号 最小抗拉强度Rm （MPa ）布氏硬度(HBW)HT100 100 ≤170 HT150 150 125-205 HT200 200 150-230 HT225 225 170-240 HT250 250 180-250 HT275 275 190-260 HT300 300 200-275 HT350350220-290② 减震性好 用于机床、缸体、缸套 ③ 导热性好 用于缸体、缸套、排气管、铁锅 ④ 加工性能好 硬度HB170~250 ⑤ 铸造性能好。
可浇注复杂和薄壁铸件 ⑥ 成本较低 成本仅为锻钢1/3 ~1/4钢、球铁、灰铸铁振动衰减图5①共晶度表：元素对Fe-C 相图的影响碳当量： CEC 1(Si38元素铁－石墨系共晶温度℃共析温度共晶点碳 量 (%) γ饱和碳量共析点碳量S - + -0.36 + - Si +14 ++ -0.31 - - Mn -8 - -0.027 +- P -21 + -0.33-Cr -6 + +0.063 + -Ni +3 - -0.053 -Cu +3 - -0.074Co + -V - + +0.135Ti - +Al + + -0.25 Mo-10++0.025(5) 灰铸铁的冶金质量同一成分的铁水经不同的处理，可获得不同性能的铸铁，因此，必须对灰铸铁件生产的冶金过程作周密的考虑，以便既能得到要求的强度指标，又能保证铸铁具有良好的工艺性能。
为了衡量灰铸铁的冶金质量，提出了一些综合性指标。
7表同等强度下中日机床铸件共晶度对比10抗拉强度(MPa)国家牌号 C(%) Si (%) 平均C (%) 平均共晶度250日本FC253.25~3.351.85~2.053.950.90中国HT2503.10~3.30 1.50~1.80 3.75 0.85300日本FC30 3.15~3.25 1.80~2.00 3.83 0.87 中国HT3002.90~3.20 1.40~1.70 3.61 0.82350日本FC35 3.10~3.20 1.75~1.95 3.76 0.85 中国HT3502.80~3.101.30~1.603.430.779式中 C 铁——铸铁实际含碳量(%)；C c '——稳定态共晶点的含碳量(%)； Si 、P ——铸铁中硅、磷含量(%)S c 的大小还能间接地推断出铸铁铸造性能的好坏以及石墨化能力的大小，因此是一个较重要的参数。
4.26% 1 / 3(Si P )C铁 C S C / C ' 铸铁偏离共晶点的程度，还可用铸铁的实际含碳量和共晶点 的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以S c 表示。
C 铁共晶度：表中德缸体缸盖的碳当量和共晶度对比德国单缸缸盖Mo0.25%, 双缸缸盖Ni0.75%, 6缸缸盖Cu0.3%, 柴油机双缸缸盖Ni1.1% 中国一汽缸盖Mo0.5%，红岩缸盖Cu0.4%，195缸盖Cu0.9%12铸件 公司名 C(%) Si(%) CE(%) 共晶度 Cr(%) σb (MPa)德国单缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.9-2.0 4.10 0.94 0.15 ≥250 双缸缸盖 MAN 3.5-3.55 1.7-1.8 4.10 0.94 0.30 ≥250 6缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.7-1.8 4.03 0.93 0.30 ≥250 柴油机缸盖 Motortex 3.4-3.45 1.8 4.02 0.92 0.3 ≥250中国缸盖一汽 3.2-3.4 1.8-2.0 3.93 0.90 0.5 ≥250 EQ140缸体 二汽 3.2-3.4 1.9-2.1 3.96 0.90 0.3 ≥250 缸盖红岩 3.1-3.3 1.6-2.1 3.81 0.86 0.3 ≥250 195缸盖常柴3.191.583.710.850.33≥270日本的FC35与中国的HT250共晶度、碳当量相当，而抗拉强度却与中国的HT350相当；相同的牌号日本的共晶度却比我国高出0.05～0.08，碳当量高出0.20%~0.33%。
目前国外机床铸件比我国同类型铸件高一个牌号，正因为强度高碳当量也较高，国外机床不断地向轻量化方向发展，机床铸件主要壁厚从20~25mm 减至14~20mm ，比我国机床铸件薄5~15mm 。
11σb测——从φ30mm 试棒上测得的抗拉强度(MPa) S c ——共晶度灰铸铁：RG 可在0.5-1.5内波动，适当的过热与孕育处理能提高RG 值。
如RG <1，表明孕育效果不良，生产水平低，未能发挥材质的潜力。
希望RG 在1.15-1.30之间。
RG >1，表示通过熔炼技术和孕育改进的铸铁在较高的共晶度下获得了高强度。
14b 测1000-800S cRG成熟度② 成熟度和相对强度b1000 800S cHB 530 344S c上述公式计算出的抗拉强度和硬度被称为正常强度和正常硬度。
随着近几十年熔炼技术和孕育工艺的发展，实际的强度远高于计算出的正常强度。
1316HG ——硬化度 S c ——共晶度T L 、T S ——铸铁液相线和固相线温度HBS 测——φ30mm 试棒上测得的硬度HG <1，表示在保持强度下有较低的硬度。
530 344S c 170.5+0.793(T LT S )HBS 测HBS 测 HG 硬化度③ 硬化度及相对硬度15RZ 可在0.6~1.4之间波动。
RZ >1，表示强度高，硬度低，材料综合性能好。
σb 测——从φ30mm 试棒上测得的抗拉强度(MPa) HBS ——φ30mm 试棒上测得的硬度值 b 测2.27HBS 227RZ相对强度18Qi 在0.7-1.5之间波动，希望控制在Q i >1Q i >l ，表示灰铸铁在保持高强度的同时具有良好的铸造性能与加工性能。
HGiQ RG ④ 品质系数17RH 波动在0.6-1.2之间，以0.8-1.0为佳。
RH 低，表明灰铸铁的 强度高，硬度低，有良好的切削性能。
良好的孕育处理能降低RH 值。
=HBS 测 100 0.44b 测 HBS 计算HBS 测RH相对硬度灰铸铁之所以除了强度以外对硬度的要求越来越严格，是因为随着加工机床的数控化、精密化、切削高速化，铸件硬度对机床的切削速度和刀具磨损影响变得更加突出。
因此，在灰铸铁的内在质量中，力学性能以抗拉强度σb 为指标，铸造性能 以共晶度S c 为指标，加工性能以HBS 为指标，这三者的关系用 成熟度，硬化度，品质系数来表示灰铸铁的内在质量的优良程度。
2019表示灰铸铁的切削性能指标，这一方式更为直接。
m 值大， 则表明在强度高时，硬度低，切削性能好。
这些国家用m 值作为内控标准，根据不同的牌号将m 控制在1.0~1.4。
bHBSm近年来，一些国家用抗拉强度和布氏硬度之比：铸铁的内在质量实际上由三部分组成：➢化学成分、抗拉强度、硬度：这三者的关系由灰铸铁的冶金质量来表示。
➢灰铸铁的金相组织：以金属基体、石墨、晶界共晶物来表示。
➢灰铸铁的使用性能与内部缺陷：以试验的性能指标和无损探伤的结果来表示。
211.2.2 提高灰铸铁性能的途径(1) 提高Si/C比在CE保持不变的条件下，适当提高Si/C比，灰铸铁的凝固特性、组织结构与材质性能方面的变化：➢组织中初生奥氏体量增加，有加固基体的作用；➢由于总碳量降低，石墨数量相应减少，减少了石墨对基体的割裂作用；➢固溶于铁素体中的Si量增加，强化了铁素体；➢由于Si增加，使铁水的白口倾向有所降低；➢Si提高共析转变温度，珠光体稍有粗化，对强度性能有不利影响。
22Si/C比对灰铸铁强度和白口倾向的影响23(2) 孕育处理➢定义：孕育处理是在铁水中加入少量材料，促使形成结晶核心以改善金属组织和性能的方法➢目的：促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除过冷石墨；适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成；改善铸铁的强度性能及其它性能(如致密性、耐磨性及切削性能等)。
24(1) 孕育剂与孕育方法①孕育剂石墨化孕育剂：75SiFeBa, RE, Sr, Zr + 75SiFe(具有促进石墨化和改善石墨形态的特性)稳定化孕育剂：Cr-Si-Mn, Cr-Si-Mn-ZrCr-Si-C(强化基体、提高强度和硬度)复合孕育剂：RE-Sb-Ca-Si, RE-Sb-Cr-Ca-Si(兼有上述两种孕育剂的特性)25②孕育方法一次孕育一次孕育最常用的方法：出铁槽或浇包加入。
优点：操作简单缺点：孕育剂加入量大，孕育衰退26瞬时孕育(后孕育、晚期孕育)➢随流孕育把20~40目粒状的孕育剂随铁水浇注流加入0.08~0.2%的孕育剂，即可使铁水得到充分的孕育，这种方法的孕育剂用量很少，对消除碳化物非常有效，并可大幅度增加共晶团或石墨球数。
27保温浇注炉的随流孕育(法国某铸造厂)28➢孕育丝孕育孕育丝： 粒度：40~140号筛板厚：0.2~0.4mm 直径：1.8~7.0mm 加入量：0.02~0.03%特点：无粉尘污染；可避免不 熔质点带入铸型造成白点；便 于自动控制；但装置比较复杂。
30江铃铸造厂气冲生产线浇注现场29➢孕育块孕育孕育块可用铸造方法制造，也可将粉状孕育剂用硬脂酸粘结成块，然后插入浇口杯或特设的反应室内，当铁水流过时孕育块逐层熔化带入铸型产生孕育作用。
特点：孕育效果好，适用于大批量生产。
缺点: 不易检验。
31(3) 合金化32331.2.3 灰铸铁研究和生产的新进展(1) 冲天炉与电炉双联熔炼冲天炉熔炼：用于铸铁(灰铁、球铁、蠕铁等)优点:➢成本低(为电炉1/3),➢效率高(最大100t/h)缺点:➢温度及成分不可调,➢增硫➢夹杂物增多34感应电炉熔炼：①铁水化学成分变化小,可控元素 C Si Mn P S变化率% -5~10 +5~10 -5 不变不变②铁水温度高,可控③熔化率低(1~30T/h)，④成本高发展趋势→冲天炉熔炼+工频炉(双联熔炼)35双联熔炼能耗比较：童思艺.感应炉熔炼与双联熔炼的灰铸铁力学性能的比较. 铸造，2013, 62(2): 96-98 3638生铁中的粗大石墨性能降低铸件组织中石墨粗大炉料的遗传性 生铁 (2) 合成铸铁铸铁配料：生铁 + 废钢 + 回炉料 + 中间合金童思艺.感应炉熔炼与双联熔炼的灰铸铁力学性能的比较. 铸造，2013, 62(2): 96-9837双联熔炼灰铸铁的 冶金质量比单一感应电炉熔炼灰铸铁的冶金质量好，切削性能好。