灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的，其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体加珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
灰铸
石
铁的
墨 片
显微
的 三
维
形
铁 素 体 灰 铸 铁
组织
貌
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
硅铁
• 常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。
• 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。
F+G
P+G
F+P+G
2、铸铁的性能特点 ⑴ 力学性能低。石墨相当于
钢基体中的裂纹或空洞，破 坏了基体的连续性，易导致 应力集中。
铸铁与铸钢的强度比较
• ⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 • ⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 • ⑷ 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. • ⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
• 铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、 磷等元素的多元铁基合金。
• 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉 等优点，因而是应用最广泛的材料之一。
第一节 铸铁的分类及石墨化
总体概述
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(1154℃)
一Байду номын сангаас或共晶渗碳体在高温分解形成
中间阶段：
A→A+GII (1154～738 ℃) 或者二次渗碳体分解析出石墨
第二阶段： 共析转变 A0.68→F + G共析( 738℃)
或者共析渗碳体分解形成石墨
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
• 3、影响石墨化的因素 • ⑴ 化学成分的影响 • 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 • 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造
灰铸铁件
活 塞 环
去应力退火—500-550℃，防止机加工或使用时变形、 开裂 。
高温退火—— 850-900℃, 表面、薄壁等处白口 Fe3C→G, 硬度↓, 切削加工性↑
表面淬火—— 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。
• 3、牌号
• 4、用途
• 制造承受压力和震动的零件,如机 床床身、各种箱体、壳体、泵体、 缸体。
石墨G（简单六方晶格）
基面中的原子间距为 0.142nm，结合力较强，两 基面间的面间距为0.340nm， 结合力弱，故石墨的基面很 容易滑动，其强度、硬度、 塑性和韧性极低。
铸铁中石墨的不同形态：
a） 片状 b） 蠕虫状 c） 团絮状 d） 球状
铸铁的分类：
1、按碳存在的形式分类 （1）白口铸铁： 碳全部或大部分以渗碳体形式存在，断裂时 断口呈银白色，称为白口铸铁。 （2）灰铸铁： 碳大部分或全部以游离的石墨形式存在，断 裂时断口呈灰暗色。 （3）麻口铸铁： 碳既以渗碳体形式存在，又以游离形式存在。 断口上黑白相间构成麻点。
• ⑵ 冷却速度的影响 • 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe - G
相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过冷
WC
+
度大，结晶将按
Wsi
(%)
Fe-Fe3C相图进行,
不利于石墨化.
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织 的影响
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
工业铸铁的成分范围
2
2
内
• 例如，机床床身、内燃机的
燃 机
汽
汽缸体、缸套、活塞环及轴
缸
瓦、曲轴等都可用铸铁制造.
铸铁曲轴
• 铸铁与钢的主要区别： （1）碳含量及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在； （2）硫、磷杂质多。
• 在铁碳合金中，碳可能以三种形式出现： （1）固溶态，如铁素体中的碳； （2）化合态，如渗碳体（Fe3C）； （3）游离态，石墨（以G表示）。
变速箱体
重型机床床身(HT-250)
L+Fe3 C
• 二、石墨化过程
• 1、石墨使稳定相，而Fe3C是亚稳相，在一定条 件下将发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨）
• 2、铸铁的石墨化过程 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。
2、铸铁的石墨化过程
第一阶段：
过共晶成分 L → L + GI 共晶转变 L4.26 →A2.08+G共晶
Si/Mg/C
e 中速冷却 缓冷
快冷 中速冷却 缓冷
中速冷却 缓冷
珠光体 铁素体 白口铸铁 珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁 珠光体 铁素体
蠕墨铸铁 蠕墨铸铁
石墨化退火
球墨铸铁 球墨铸铁
快冷 缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
• 一、灰铸铁 • 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约
占铸铁总产量的80%以上。 • 1、组织
硅钙
• 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
孕育处理前
孕育处理后
• 2、热处理 • 热处理只改变基体组织，不改变石墨形
态。 • 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，热处理
强化效果不大。 • 灰铸铁常用的热处理有： • ① 消除内应力退火(又称人工时效) • ② 消除白口组织退火 • ③ 表面淬火
汽 缸 套
性能变差。
碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大，基体 内铁素体量增多，降低铸件的性能.
• 碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 • Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 • S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。
磷虽然可促进石墨化,但 其含量高时易在晶界上形 成硬而脆的磷共晶，降低 铸铁的强度，只有耐磨铸 铁中磷含量偏高 (达0.3% 以上)。
铸铁的分类：
2、按石墨的形式分类 （1）普通灰铸铁：石墨呈片状 （2）可锻铸铁：石墨呈团絮状 （3）球墨铸铁：石墨呈球状 （4）蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
3、按化学成分分类 （1）普通铸铁：常规元素铸铁 （2）合金铸铁：特殊性能铸铁，向普通铸 铁中加入一定量合金元素。
铸铁的特点：
• 工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 • 1、铸铁的组织特点 • 钢的基体+G（石墨） • 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。
铸铁的石墨化
一、铁碳双重相图 石墨化过程：铸铁中石墨的结晶过程。
成分相同的铁液在冷却时： 冷却速度越缓慢，析出石墨的可能性越
大，冷却速度越快，析出渗碳体的可能性 越大。 Fe-Fe3C相图和Fe-C（G）相图合画在一 起，称为铁-碳双重碳图。
存在两个铁碳相图： Fe-Fe3C和Fe-G双重相图
L+G