工程材料第八章铸铁.ppt

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,,第八章　铸 铁,,Chapter 8 Cast Iron,主要内容：,,,铸铁的石墨化,,铸铁的组织与性能,,铸铁的热处理,,铸铁是含碳量大于2.11%，并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金铸铁是人类使用最早的金属材料之一，具有生产方法简便，成本低廉，性能优良等特点，至今仍使用广泛铸铁的特点：,,优点：,①,熔点低、流动性好，具有优良的铸造性能②良好的切削加工性、减震性③生产设备、工艺简单，成本低缺点：,强度、塑性和韧性比钢差铸铁的应用：,,机床床身、机器底座、汽缸体和缸套、凸轮轴、曲轴第八章 铸铁,,铸铁的类别：,,,白口铸铁,（,White Cast Iron,）,,碳主要以渗碳体（,Fe,3,C,）形式存在的铸铁断口特征：,银白色,,,灰口铸铁,（,Gray Cast Iron,）,,碳主要以石墨（,G,）,（,Graphite,）,形式存在的铸铁断口特征：,暗灰色,,,麻口铸铁,（,Mottled Cast Iron,）,,介于白口铸铁和灰口铸铁之间的铸铁断口特征：,黑白相间的麻点,,,本章介绍灰口铸铁,,第八章 铸铁,,,,,,,,,,,灰口铸铁的种类：,,按石墨的形态，灰口铸铁分为四类：,,,,,,,灰口铸铁的组织：,,组织特征：,钢基体上分布着不同形态的石墨。

F,＋,G,：,钢基体（铁素体）和石墨,,,F,＋,P,＋,G,：,钢基体（铁素体＋珠光体）和石墨,,,P,＋,G,：,钢基体（珠光体）和石墨,,灰口铸铁的性能：,,主要取决于石墨的形态、大小、数量灰铸铁：,石墨呈片状,灰口铸铁,蠕墨铸铁：,石墨呈蠕虫状,球墨铸铁：,石墨呈球状,可锻铸铁：,石墨呈团絮状,第八章 铸铁,,灰铸铁（G,片,）,球墨铸铁（G,球,）,可锻铸铁（G,团絮,）,第八章 铸铁,蠕墨铸铁（G,蠕虫,）,,第一节　铸铁的石墨化,,一、Fe-C和Fe-Fe,3,C双重相图,第八章 铸铁,－,§8.1 铸铁的石墨化,,二、铸铁的石墨化过程,,铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化,（Graphitization）,1.冷却（结晶）时的石墨化,,（1）从液相中析出石墨,,L → G,Ⅰ,,L →,,+ G （共晶反应）,,（2）从奥氏体中析出石墨,,,,,→,G,Ⅱ,,（3）由共析反应生成石墨,,,,,→, + G,,2.加热时的石墨化,,,Fe,3,C,→ 3Fe + C,第八章 铸铁,－,§8.1 铸铁的石墨化,特别提示：,,灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁,,在冷却时通过析出石墨而获得。

特别提示：,,可锻铸铁通过加热时Fe,3,C的石墨化而获得石墨,,铸铁石墨化的两个阶段：,,第一阶段石墨化：,发生在P,,S,,K,,线以上的石墨化过程第二阶段石墨化：,发生在P,,S,,K,,线以下的石墨化过程铸铁组织的形成条件：,,按两个阶段石墨化进行的程度不同，铸铁具有不同的组织铸铁的组织与石墨化进行程度之间的关系,名称,石墨化程度,,组织,,第一阶段,第二阶段,,灰口铸铁,完全石墨化,完全石墨化,F＋G,,完全石墨化,部分石墨化,F＋P＋G,,完全石墨化,未石墨化,P＋G,,麻口铸铁,部分石墨化,未石墨化,Ld,,＋,P＋G,白口铸铁,未石墨化,未石墨化,Ld,,＋,P＋Fe,3,C,第八章 铸铁,－,§8.1 铸铁的石墨化,,第二节　常用铸铁的组织和性能,,一、灰铸铁,（Gray Cast Iron）,,,1.灰铸铁的牌号,,HT×××,,字母“HT”表示“灰铁”，3位数字“×××”表示最低抗拉强度值举例：,HT 2 0 0,抗拉强度不小于200MPa,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,“灰铁”之汉语拼音字头,,,,,,,,,,,,,,,2.灰铸铁的组织,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,F,,+,,G,片,（F+P）+,,G,片,P,,+,,G,片,电镜下的石墨片,石墨片的三维形貌,,3.灰铸铁的性能特点,,（1）力学性能低,,抗拉强度低、塑性和韧性近于零，属于脆性材料。

片状石墨对钢基体的分割作用大抗压强度与钢相近用于制造承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身等2）耐磨性和减振性好,,石墨的存在，有利于润滑和储油、吸收振动能量3）工艺性能好,,,液态流动性好，具有非常优良的铸造性能；切削时易断屑第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,,3.灰铸铁的应用,,制造承受压力和振动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,大型船用柴油机汽缸体,（HT-300）,重型机床床身,（HT-250）,,二、球墨铸铁,（Nodular Cast Iron）,,1.球墨铸铁的牌号,,QT×××,－××,,字母“QT”表示“球铁”，3位数字“×××”表示最低抗拉强度值，2位数字“××”表示最低延伸率举例：,QT 5 0 0,－05,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,“球铁”之汉语拼音字头,抗拉强度不小于500MPa,延伸率不低于5%,,,,,,,,,,,,,,,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,2.球墨铸铁的组织,F,,+,,G,球,︵F,,+,,P︶,P,,+,,G,球,电镜下的石墨球,+,,G,球,,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,3.球墨铸铁的性能特点,,（1）力学性能高,,,球墨铸铁的强度是钢的70,～,90%，与其他铸铁相比，具有,抗拉强度和弯曲疲劳极限高、塑性和韧性好的优点。

球状石墨对钢基体的分割作用减低至最小，钢基体的连续性好球墨铸铁的突出特点是屈强比高举例：,,球铁：,,0.2,/,,b,＝,0.7,～,0.8,,钢：,,0.2,/,,b,＝,0.3,～,0.5,,（2）减振性差,,（3）铸造性差,,球墨铸铁的减振性和铸造性不及灰铸铁第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,4.球墨铸铁的应用,,球墨铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等核燃料贮存运输容器,铸铁曲轴,管道接口,,轧辊与辊环,球墨铸铁制品,,三、蠕墨铸铁,（Vermicular Graphite iron）,,1.蠕墨铸铁的牌号,,RuT×××,,字母“RuT”表示“蠕铁”，3位数字“×××”表示最低抗拉强度值举例：,RuT 420,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,“蠕铁”之汉语拼音字头,抗拉强度不小于420MPa,,,,,,,,,,,,,,,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,2.蠕墨铸铁的组织,电镜下的石墨蠕虫,F,,+,,G,蠕虫,P,,+,,G,蠕虫,,3.蠕墨铸铁的性能特点,,（1）力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,,强度和韧性高于灰铸铁，不如球墨铸铁；耐磨性较好；减振能力优于球墨铸铁。

蠕虫状石墨的头部钝而圆，对基体分割作用较灰铸铁有明显降低2）工艺性能介于球墨铸铁和灰铸铁之间,,铸造性能优于球墨铸铁，与灰铸铁接近3）导热性能接近灰铸铁,,高温强度、热疲劳性能大大优于灰铸铁适于制造承受交变热负荷的零件第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,,,,,,,,,,,,,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,4.蠕墨铸铁的应用,,球墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件，如钢锭模、内燃机汽缸和缸盖、排气阀、液压阀等铸件阀体,汽缸体,进、排气管,制动鼓,,四、可锻铸铁,（Malleable Cast Iron）,,,1.可锻铸铁的牌号,,,（1）黑心可锻铸铁,,KTH×××－××,,字母“KTH”表示“可铁黑”，后面的数字意义同球墨铸铁黑心可锻铸铁以铁素体为基体2）珠光体可锻铸铁,,KTZ×××－××,,字母“KTZ”表示“可铁珠”，后面的数字意义同球墨铸铁,,珠光体可锻铸铁以珠光体为基体第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,,,,,,,,,,,,,,第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,2.可锻铸铁的组织,F,,+,,G,团絮,P,,+,,G,团絮,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,,2.可锻铸铁的性能特点及应用,,（1）性能特点,,具有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。

性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，耐蚀性较好，但生产效率低2）应用,,可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等第八章 铸铁,－,§8.2 常用铸铁的组织和性能,可锻铸铁制品,,第三节　铸铁的热处理,,一、铸铁热处理的目的,,①改变钢基体的组织，改善铸铁性能；,,②消除铸件应力特别提示：,,,热处理只能改变钢基体的组织，不能改变石墨的形态及分布,,片状或球状的石墨不会因热处理而变成其他的形状石墨的尺寸不会因热处理而增大或减小石墨的分布不会因热处理而改变灰铸铁不适合采用强化型（如淬火）热处理,,片状石墨对基体分割作用大，强化型热处理难以获得明显效果球墨铸铁适合采用与钢相同的各种热处理,,球状石墨对基体分割作用小，通过热处理可显著改善力学性能第八章 铸铁,－,§8.3 铸铁的热处理,,二、铸铁的常用热处理方法,,,时效处理,,目的：,释放铸件应力工艺：,①人工时效：,将铸件加热到,500,～,560,C,保温后随炉冷却②自然时效：,将铸件放在室外,6,～,18,个月，使应力自然释放消除白口退火,,目的：,消除白口组织铸件表面或薄壁处在铸造过程中会因冷却速度过快而出现白口组织，硬度很高，给切削加工带来困难，必须予以消除。

工艺：,加热温度：,880,～,900,C,,,保温时间：,1,～,2h,,,冷却方式：,保温后缓慢冷却至,400,～,500,C,后出炉空冷第八章 铸铁,－,§8.3 铸铁的热处理,常用方法,,,表面热处理,,目的：,提高铸件的表面硬度、耐磨性和耐蚀性工艺：,①感应加热表面淬火,,②激光加热表面淬火,,③渗氮、渗金属,,,改善球墨铸铁性能的热处理,,（,1,）退火,,目的：,提高球墨铸铁件的韧性工艺：,①,880,～,900,C,加热保温后，炉冷至,600C,出炉空冷适用的铸件：,含有白口组织的铸件退火后的组织：,F,＋,G,球,,②,700,～,760,C,加热保温后，炉冷至,600C,出炉空冷适用的铸件：,组织为,F,＋,P,＋,G,球,的铸件退火后的组织：,F,＋,G,球,第八章 铸铁,－,§8.3 铸铁的热处理,,（2）正火,,目的：,将基体转换为细珠光体组织，提高强度、硬度和耐磨性工艺：,850,～,900,C加热保温后出炉空冷适用的铸件：,组织为F＋P＋G,球,的铸件正火后的组织：,P＋G,球,,（3）淬火及回火,,目的：,提高球墨铸铁的力学性能工艺：,①淬火（860,～,900,C）→ 低温回火（,250,～,350,C）,,组织：,M,回,＋A＋G,球,。

可用于制造轴承②淬火,（860,～,900,C）→ 中温回火（,500,～,600,C）,,组织：,S,回,＋G,球,可用于制造轴类零件4）等温淬火,,目的：,获得B,下,，使球墨铸铁具有良好的综合力学性能工艺：,830,～,870,C加热保温后投入,280,～,350,C的熔盐中保持组织：,B,下,＋A＋G,球,第八章 铸铁,－,§8.3 铸铁的热处理,,第八章 铸铁,－,§8.3 铸铁的热处理,球墨铸铁,,（热处理工艺：,等温淬火,；,组织：,B,下,＋A＋G,球,）,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,E,N,G,S,P,K,Q,J,H,温度（,℃,）,w,C,（%）,Fe,6.69,K,',F,F,',D,E,',C,',P,',S,',L,+G,(,,+Fe,3,C),,+G,(,,+Fe,3,C),L+,,,,,+,,L+ G,(L+Fe,3,C),Fe-Fe,3,C和Fe-C双重相图,,重要概念：,,⑴晶格 ⑵晶体缺陷　 ⑶结构起伏 　⑷合金,,⑸相　 ⑹滑移 ⑺同素异构转变 　⑻枝晶偏析,,⑼铁素体　 ⑽奥氏体 ⑾滑移变形 ⑿固溶强化,,⒀加工硬化 ⒁细晶强化 　⒂弥散强化 ⒃再结晶,,⒄过冷奥氏体 ⒅残余奥氏体 ⒆淬透性 ⒇热硬性,,。