《常用铸铁材料》PPT课件.ppt

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1、Page 1/907 2012 Yang Li第五章第五章 铸铁铸铁铸铁石墨化过程及影响因素；铸铁石墨化过程及影响因素；铸铁的分类、成分、组织、性能、用途铸铁的分类、成分、组织、性能、用途本章目的本章目的:掌握铁碳双重相图掌握铁碳双重相图 深入理解铸铁的石墨化过程与影响因素，石墨形态对铸深入理解铸铁的石墨化过程与影响因素，石墨形态对铸铁性能的影响，铸铁的热处理特点，常用铸铁的牌号、组铁性能的影响，铸铁的热处理特点，常用铸铁的牌号、组织和用途织和用途本章重点：本章重点：Page 2/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li第一节第一节 概

2、述概述 铸铁：铸铁：含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金。实际应用的铸铁中。实际应用的铸铁中还会含有较多的还会含有较多的SiSi、MnMn和其他一些杂质元素。为了提高铸铁的和其他一些杂质元素。为了提高铸铁的性能，还可以加入一定量的合金元素，组成性能，还可以加入一定量的合金元素，组成合金铸铁合金铸铁。同钢相比，虽然强度、塑性和韧性较低，但是同钢相比，虽然强度、塑性和韧性较低，但是铸铁熔炼简铸铁熔炼简便便，成本低廉成本低廉，具有优良的，具有优良的铸造性能铸造性能、很高的、很高的耐磨性耐磨性、良好的、良好的减振性减振性和和切削加工性能切削加工性能等一系列的优点，因此而获得较为

3、广泛等一系列的优点，因此而获得较为广泛的应用。的应用。Page 3/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li在汽车上，重量约为在汽车上，重量约为在汽车上，重量约为在汽车上，重量约为50%70%50%70%50%70%50%70%的金属材料为铸铁。如：的金属材料为铸铁。如：的金属材料为铸铁。如：的金属材料为铸铁。如：汽缸体、汽缸体、汽缸体、汽缸体、变速箱体、后桥壳、曲轴变速箱体、后桥壳、曲轴变速箱体、后桥壳、曲轴变速箱体、后桥壳、曲轴等。随着科技的发展，新型铸铁的不等。随着科技的发展，新型铸铁的不等。随着科技的发展，新型铸铁的不等。随着科

4、技的发展，新型铸铁的不断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部断出现，为铸铁的广泛应用开辟更广泛的前景，目前有些零部件（曲轴、齿轮），形成了件（曲轴、齿轮），形成了件（曲轴、齿轮），形成了件（曲轴、齿轮），形成了以铁代钢以铁代钢以铁代钢以铁代钢的趋势。的趋势。的趋势。的趋势。Page 4/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li碳的存在形式：碳的存在形式：碳的存在形式：碳的存在形式：固溶于固溶于固溶于固溶于A A A

5、 A和和和和F F F F中中中中化合物渗碳体（化合物渗碳体（化合物渗碳体（化合物渗碳体（FeFeFeFe3 3 3 3C C C C）游离态的石墨（游离态的石墨（游离态的石墨（游离态的石墨（G G G G）石墨特点：石墨特点：石墨特点：石墨特点：C%C%C%C%100%100%100%100%简单六方晶体结构简单六方晶体结构简单六方晶体结构简单六方晶体结构 强度、塑性和韧性极低强度、塑性和韧性极低强度、塑性和韧性极低强度、塑性和韧性极低 松软相，相当于孔洞和裂缝松软相，相当于孔洞和裂缝松软相，相当于孔洞和裂缝松软相，相当于孔洞和裂缝 graphite一、铸铁组织的形成一、铸铁组织的形成Pag

6、e 5/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li碳存在的形式碳存在的形式及断口的颜色及断口的颜色白口铸铁白口铸铁灰铸铁灰铸铁麻口铸铁麻口铸铁渗碳体渗碳体游离的石墨游离的石墨渗碳体渗碳体游离的石墨游离的石墨根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：Page 6/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨

7、的数量、铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。形状、大小及分布特点。形状、大小及分布特点。形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为石墨机械性能很低，硬度仅为石墨机械性能很低，硬度仅为石墨机械性能很低，硬度仅为3HB3HB3HB3HB5HB5HB5HB5HB，抗拉强度为，抗拉强度为，抗拉强度为，抗拉强度为20MPa20MPa20MPa20MPa，延伸率接近零。，延伸率接近零。，延伸率接近零。，延伸率接近零。石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多。石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多。石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多。石墨与基体相比，其强度和塑性

8、都要小得多。铸铁性能铸铁性能Page 7/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。减少铸件体

9、积的收缩，降低铸件中的内应力。减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。的耐磨性能。的耐磨性能。的耐磨性能。石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。

10、大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：赋予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：赋予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：赋予铸铁许多为钢所不及的特殊性能：Page 8/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li第二节第二节 常用铸铁常用铸铁 铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中

11、的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。通常铸铁中石墨形态通常铸铁中石墨形态通常铸铁中石墨形态通常铸铁中石墨形态(片状或球状片状或球状片状或球状片状或球状)在铸造后即形成，也可将在铸造后即形成，也可将在铸造后即形成，也可将在铸造后即形成，也可将白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转

12、化为团絮白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮状形态的石墨。状形态的石墨。状形态的石墨。状形态的石墨。Page 9/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 灰铸铁是指灰铸铁是指石墨呈片状分布石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的总产量的80%80%以上。以上。一、灰铸铁一、灰铸铁 命名命名 HT+HT+三位数字，表示最低的抗拉强度。三位数字，表示最低的抗拉强度。如：如：HT100HT

13、100，HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250、HT300HT300、HT350 HT350。Page 10/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 牌号牌号抗拉强度值，抗拉强度值，MPaMPaPage 11/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Lil耐磨性好耐磨性好 石墨有利于润滑、储油。石墨有利于润滑、储油。l抗压强度高抗压强度高抗拉强度、塑韧性比钢低。抗拉强度、塑韧性比钢低。l消震性好消震性好（是钢的十倍）（是钢的十倍）G G 组织松软组织松软l

14、铸造性好铸造性好 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。缩小。l切削加工性好切削加工性好 G G 使切屑易断，还可润滑刀具使切屑易断，还可润滑刀具l抗拉强度低、塑韧性很差抗拉强度低、塑韧性很差基体强度不能充分发挥，其强基体强度不能充分发挥，其强度利用率仅度利用率仅3050%3050%，表现为，表现为bb很低，塑性和韧性几乎为零很低，塑性和韧性几乎为零 性能性能Page 12/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件,如如机床床身、各种箱体、壳体

15、、泵体、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT300)(HT300)(HT300)(HT300)重型机床床身重型机床床身重型机床床身重型机床床身(HT250)(HT250)(HT250)(HT250)变速箱体变速箱体 应用应用Page 13/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 石墨呈石墨呈团絮状团絮状的灰口铸铁，是的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获由白口铸铁经石墨化退火获得得的。石墨呈团絮状，对基体破坏作用较小，所以比灰铸铁具的。石墨呈

16、团絮状，对基体破坏作用较小，所以比灰铸铁具有较高的强度强度为碳钢的有较高的强度强度为碳钢的0-0-0%0%，接近于铸钢、塑性和冲，接近于铸钢、塑性和冲击韧度，但不能锻造。击韧度，但不能锻造。二、可锻铸铁二、可锻铸铁 命名命名 KT+KT+KT+KT+种类种类种类种类+三位数字三位数字三位数字三位数字-两位数字，种类：两位数字，种类：两位数字，种类：两位数字，种类：H H H H：黑心铸铁，：黑心铸铁，：黑心铸铁，：黑心铸铁，Z Z Z Z珠光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的珠光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的珠光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的珠

17、光体铸铁，三位数字：最低抗拉强度，两位数字：最低的伸长率。如伸长率。如伸长率。如伸长率。如KTH300-06KTH300-06KTH300-06KTH300-06，KTZ450-06KTZ450-06KTZ450-06KTZ450-06Page 14/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 强度为碳钢的强度为碳钢的4070%4070%，接近于铸钢。，接近于铸钢。o名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火 性能性能Page 15/907Fundamentals of Materials Science

18、 2012 Yang Li 用于制造形状复杂且承受振动载用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压前后轮壳、管接头、低压 阀门等。阀门等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件 生产周期长，工艺复杂，成本较高，生产周期长，工艺复杂，成本较高，已部分地被球墨铸铁所代替。已部分地被球墨铸铁所代替。典型用途典型用途Page 16/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Lio石墨呈球形石墨呈球形的灰口铸铁。的灰口铸铁。o球状石墨是液态铁水经球状石墨是液态铁水经球化处理球化处理得到的。得到的

19、。o球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁 为避免白口，并使石墨细小均匀，在为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行球化处理同时还进行孕育处理孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。三、球墨铸铁三、球墨铸铁Page 17/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li牌号牌号意义意义 例如例如QT400-15QT400-15，QTQT为球铁代号，为球铁代号，400400表示抗拉表示抗拉强度不低于强度不低于400MPa400MPa，1515表示伸长率不低于表示伸长率不

20、低于15%15%。Page 18/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 强度是碳钢的强度是碳钢的7090%7090%。具有灰铸铁的优点：。具有灰铸铁的优点：良好的铸造性、良好的铸造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性等，又具有与中碳钢等，又具有与中碳钢相媲美的力学性能。相媲美的力学性能。球状石墨对基体的割裂作用小！球状石墨对基体的割裂作用小！性能性能Page 19/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 典型用途典型用途铸铁曲轴铸铁曲

21、轴连杆连杆替代部分铸钢、锻钢件替代部分铸钢、锻钢件承受震动、载荷大的零件，承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。如曲轴、传动齿轮等。Page 20/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是是是是20202020世纪世纪世纪世纪60606060年代发展起来的一种新型铸铁。年代发展起来的一种新型铸铁。年代发展起来的一种新型铸铁。年代发展起来的一种新型铸铁。蠕蠕蠕蠕墨铸铁墨铸铁墨铸铁墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。是液态铁水经蠕

22、化处理和孕育处理得到的。是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕化剂蠕化剂蠕化剂蠕化剂为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。钙合金等。钙合金等。钙合金等。蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（基体（基体（F F F F、F+PF+PF+PF+P、P P P P）+蠕虫状蠕虫状蠕虫状蠕虫状G G G G Page 21/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li 蠕墨铸铁的

23、力学性能蠕墨铸铁的力学性能蠕墨铸铁的力学性能蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之介于灰铸铁与球墨铸铁之介于灰铸铁与球墨铸铁之介于灰铸铁与球墨铸铁之间。并且具有优良的抗热间。并且具有优良的抗热间。并且具有优良的抗热间。并且具有优良的抗热疲劳性能。疲劳性能。疲劳性能。疲劳性能。它的铸造性能和减振它的铸造性能和减振它的铸造性能和减振它的铸造性能和减振性能都比球铁为优。性能都比球铁为优。性能都比球铁为优。性能都比球铁为优。灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁的性能蠕墨铸铁的性能Page 22/907Fundamentals of Mat

24、erials Science 2012 Yang Li 常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度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、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓 蠕墨铸铁用途蠕墨铸铁用途Page 23/907Fundamentals of Materials Science 2012 Yang Li各种铸铁的各种铸铁的各种铸铁的各种铸铁的化学成分化学成分化学成分化学成分/%/%/%/%