3金属材料--铸钢与铸铁(精品).ppt

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1、第三章第三章 金属材料金属材料3.1 碳钢碳钢3.2 合金钢合金钢3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.4 有色金属有色金属及其合金及其合金黑色金属黑色金属12 铸钢主要用于制造铸钢主要用于制造形状复杂或大型形状复杂或大型，需要需要一定强一定强度、塑性和韧性度、塑性和韧性的零部件，例如机车车辆、船舶、重型的零部件，例如机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.1 铸钢铸钢外壳外壳轧辊轧辊重型机械齿轮重型机械齿轮3粗大的奥氏体晶粒粗大的奥氏体晶粒2、铸钢的组织特征和热处理、铸钢的组织特征和热处理u

2、退火退火或或正火正火处理处理细小的细小的珠光体珠光体和和铁素体铁素体1、碳素铸钢的化学成分和机械性能碳素铸钢的化学成分和机械性能（表（表3-19）例：例：ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570/ZG35 “ZG”，“铸钢铸钢”；35，平均碳质量分数，平均碳质量分数(万分数万分数)。u形成形成“魏氏组织魏氏组织”：冷却时，冷却时，铁铁素体沿素体沿奥氏体奥氏体晶界晶界网状析出，沿一定网状析出，沿一定方向以片状生长，方向以片状生长，呈针状插入珠光体呈针状插入珠光体内内，塑性和韧性下降，不能直接使用。，塑性和韧性下降，不能直接使用。43.3.2 铸铁铸铁u铸铁是铸铁是含碳量大于含碳

3、量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁基合金。元素的铁基合金。u铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，优良的使用性铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，优良的使用性能和工艺性能，应用非常广泛。制造各种机器零件，如机能和工艺性能，应用非常广泛。制造各种机器零件，如机床床床身床身、床头箱；发动机的汽、床头箱；发动机的汽缸体缸体、缸套、活塞环、曲轴、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；凸轮轴；轧辊及机器底座轧辊及机器底座等等51、碳的三种存在形式：、碳的三种存在形式：溶于溶于-Fe或或-Fe中形成中形成F 或或A；形成渗碳体形成渗碳体(Fe3C)；游离态游离态石墨石墨(G)

4、。u石墨强度、硬度和塑性都很差石墨强度、硬度和塑性都很差。u石墨为稳定相。石墨为稳定相。u渗碳体为亚稳相，渗碳体为亚稳相，Fe3C3Fe+C 3.3.2 铸铁铸铁（C2.11%）一、铸铁的的石墨化过程和特点一、铸铁的的石墨化过程和特点石墨的晶体结构石墨的晶体结构简单六方晶格简单六方晶格6亚稳定平衡的亚稳定平衡的Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图和稳定平衡的和稳定平衡的Fe-GFe-G相图相图，7铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。体分解

5、来获得。2 2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程u第一阶段：第一阶段：1154 1154 一次石墨：一次石墨：过共晶铸铁液体结晶过共晶铸铁液体结晶 共晶石墨：共晶石墨：L L4.25 4.25 A A2.082.08+G+G(共晶共晶)u第二阶段：第二阶段：1154 738 二次石墨：二次石墨：A Gu第三阶段第三阶段:738 共析石墨：共析石墨：A0.68 Fp+G(共析共析)11548温度和冷却速度温度和冷却速度缓慢冷却，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。缓慢冷却，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。影响石墨化的主要因素：影响石墨化的主要因素：合金元素合金元素促进石墨化的元素促进石

6、墨化的元素(C、Si、A1、Cu、Ni、Co等）等）阻碍石墨化的元素阻碍石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn等等)两大类。两大类。S强烈促进白口化，控制强烈促进白口化，控制0.15%生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的生产中，调整碳、硅含量，是控制铸铁组织和性能的基本措施。基本措施。93 3、铸铁的组织特征和分类、铸铁的组织特征和分类名称名称石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段灰口铸铁灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+

7、GF+GF+P+GF+P+GP+GP+G麻口麻口铸铁铸铁部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行Le+P+GLe+P+G白口铸铁白口铸铁不进行不进行不进行不进行不进行不进行Le+P+FeLe+P+Fe3 3C C表表3-20 3-20 铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织10l根据根据石墨形态石墨形态：普通普通灰口铸铁灰口铸铁 片状片状；可锻铸铁可锻铸铁 团絮状团絮状；球墨铸铁球墨铸铁 球状球状；蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕虫状蠕虫状。铸铁组织：铸铁组织：石墨石墨和和基体（基体（F、P、F+P）球状石墨球状石墨各种铸铁的石墨形态（未腐蚀）各种铸铁的石墨形态（未腐蚀）

8、片状石墨片状石墨団絮状石墨団絮状石墨蠕虫状石墨蠕虫状石墨11由于石墨的存在，使铸铁具备下列由于石墨的存在，使铸铁具备下列特殊性能特殊性能：优良的切削加工性；优良的切削加工性；铸造性能好；铸造性能好；减磨性及耐磨性很高；减磨性及耐磨性很高；优异的消振性；优异的消振性；低的缺口敏感性。低的缺口敏感性。4、铸铁的性能特点铸铁的性能特点石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨对基体的严重割裂致灰口截面，并引起应力集中。石墨对基体的严重割裂致灰口铸铁的铸铁的抗拉强度和塑性都很低抗拉强度和塑性都很低。压缩强度不受影响压缩强度

9、不受影响12二、常用的铸铁二、常用的铸铁 1、灰口铸铁（、灰口铸铁（80%）（1）牌号）牌号“HT”“灰铁灰铁”，数字，数字最低抗拉强度最低抗拉强度。HT100、HT200、HT300（表表3-22）u性能：性能：强度较低，韧性较差强度较低，韧性较差u应用：应用：承压件承压件，如床身，机架，箱体，缸体，壳体，如床身，机架，箱体，缸体，壳体等等u、和和+三种基体三种基体13图图3-14 灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织F+G片F+P+G片P+G片石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌14（2 2）影响灰铸铁组织和性能的因素）影响灰铸铁组织和性能的因素 冷却速度冷却速度:铸件壁厚越薄，冷速越快，越易

10、铸件壁厚越薄，冷速越快，越易形成白口铁形成白口铁化学成分化学成分:控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法n主要主要C（2.54.0%）、Si（1.02.0%）。）。碳过低，易出现白口，碳过低，易出现白口，使机械性能、铸造性能较低；碳过高，石墨过多且粗大，降低铸件的使机械性能、铸造性能较低；碳过高，石墨过多且粗大，降低铸件的性能和质量；性能和质量；nMn（0.51.4%）：溶于）：溶于F和和Cm，增强，增强Fe、C结合力，结合力，A区，区，阻阻止石墨化止石墨化，促进，促进P基体的形成。生成基体的形成。生成MnS;nP：强度强度(0.12%)，耐磨性耐

11、磨性(0.3%);nS(0.15%):有害，强烈促进白口化。有害，强烈促进白口化。不同不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织 15（3）孕育铸铁）孕育铸铁 n经孕育处理（变质处理）后的灰铸铁叫孕育铸铁。经孕育处理（变质处理）后的灰铸铁叫孕育铸铁。n孕育的目的：获得细小均匀的石墨片，细化基体组织，孕育的目的：获得细小均匀的石墨片，细化基体组织，提高强度和硬度提高强度和硬度n常用的孕育剂常用的孕育剂:硅铁和硅钙合金、碳类硅铁和硅钙合金、碳类孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后16b消除铸件白口、降低硬度的退火（高温退火）消除铸件白口、降低硬度的退火

12、（高温退火）在在共析温度以上共析温度以上进行，使渗碳体分解成石墨；进行，使渗碳体分解成石墨；c表面淬火表面淬火 高频、火焰、激光，高频、火焰、激光，50HRC55HRC（4）灰铸铁的热处理及应用）灰铸铁的热处理及应用a去应力退火（人工时效）去应力退火（人工时效）500 550，防止变形和开裂防止变形和开裂消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。船用柴油机汽缸体船用柴油机汽缸体(HT-300)172、球墨铸铁、球墨铸铁 石墨呈球状石墨呈球状，综合机械性能接近钢且铸造性好，成本，综合机械性能接近钢且铸造性好，成本低廉；低廉；（1）球墨铸铁

13、的成分和球化处理）球墨铸铁的成分和球化处理成分要求比较严格：成分要求比较严格：3.63.9%C，2.22.8%Si，0.60.8%Mn,0.07%S，0.1%P球化处理必须伴随着孕育处理球化处理必须伴随着孕育处理球化剂球化剂（稀土镁），石墨球化（稀土镁），石墨球化孕育剂孕育剂（硅铁和硅钙），石墨球细小、均匀分布（硅铁和硅钙），石墨球细小、均匀分布18图图3-16 球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织例：例：QT420-10、QT600-2、QT800-2“QT”，球铁球铁，最低抗拉强度最低抗拉强度和和延伸率延伸率。（2 2）球墨铸铁的牌号、组织和性能）球墨铸铁的牌号、组织和性能 19u性能特点

14、：抗拉强度高，性能特点：抗拉强度高，屈强比高屈强比高，疲劳强度较好，疲劳强度较好牌号牌号基体基体机械性能机械性能 bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P8005602241-321 QT1200-1下下B12008401300 38HRCu可用球铁可用球铁代替钢代替钢制造某些重要零件，如制造某些重要零件，如曲轴曲轴、连杆、连杆、凸轮轴、轧辊等。凸

15、轮轴、轧辊等。20(3)球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理 退火：退火：，高温退火或低温退火，高温退火或低温退火正火：正火：，并细化组织，提高强度和耐磨性，并细化组织，提高强度和耐磨性 高温正火高温正火(完全完全A化化)和低温正火和低温正火(不完全不完全A化化)调质：调质：回火回火，好的综合性能，好的综合性能等温淬火：等温淬火：下下，高强度及良好的塑韧性，高强度及良好的塑韧性球墨铸铁管道接口球墨铸铁管道接口 21 3、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁u牌号牌号RuT300、RuT420RuT，蠕铁；蠕铁；最低抗拉强度最低抗拉强度u蠕化剂（镁钛合金）蠕化剂（镁钛合金）u组织：蠕虫状组织：蠕虫状，短片较钝，短片较

16、钝蠕墨蠕墨铸铁铸铁u新型高强铸铁材料。强度接近于球墨铸铁，一新型高强铸铁材料。强度接近于球墨铸铁，一定的韧性、较高的耐磨性；和灰口铸铁一样的定的韧性、较高的耐磨性；和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。良好的铸造性能和导热性。22由白口铸铁通过退火处理得到的由白口铸铁通过退火处理得到的较高的强度、塑性和冲击韧性，不可锻，部分代替碳钢较高的强度、塑性和冲击韧性，不可锻，部分代替碳钢石墨石墨团絮状团絮状4、可锻铸铁、可锻铸铁u牌号牌号KT350-10，可锻铸铁；可锻铸铁；KTZ600-3，可锻铸铁可锻铸铁23u可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和

17、振动载荷的薄薄壁零件壁零件，如轮毂，减速器壳、汽车拖拉机的后桥外壳、管接，如轮毂，减速器壳、汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。头、低压阀门等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件24u可锻铸铁的可锻铸铁的生产和热处理：生产和热处理：第一步，铸造纯白口铸铁第一步，铸造纯白口铸铁第二步，长时间石墨化退火处理第二步，长时间石墨化退火处理G完全由渗碳完全由渗碳体分解得到体分解得到25灰口铸铁灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁石墨形态石墨形态片状片状团絮状团絮状球状球状基体组织基体组织F F，F FP P，P PF F，P PF F，F FP P，P P，B B下下牌号及含义牌号及含义HTHTKTKT

18、（Z Z）-QTQT-工艺工艺铁水经缓冷，铁水经缓冷，GG化化退火退火表面淬火表面淬火先浇注成白口，后石先浇注成白口，后石墨化退火墨化退火铁水铁水+球化球化+孕育孕育热处理与钢同热处理与钢同性能特点性能特点强度较低，韧性较强度较低，韧性较差差韧性较好，但不可锻韧性较好，但不可锻造造强度高，韧性好，可强度高，韧性好，可与钢媲美与钢媲美应用应用承压件，如床身，承压件，如床身，机架，箱体，缸机架，箱体，缸体，壳体等体，壳体等制造形状复杂、承受制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的薄冲击和振动载荷的薄壁零件，如：车轮外壁零件，如：车轮外壳，管接头、活塞环壳，管接头、活塞环可用球铁代替钢制造可用球铁代替钢制造某些重要零件，如曲某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等轴、连杆、凸轮轴等26