铸铁的分类及特性 从铁碳相图中知道，含碳量大于 2.06%的铁碳合金称为铸铁 尽管铸铁强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造，但它具有优良的铸造性、减摩性、切削加工等一系列性能特点；另外其生产设备和工艺简单、价格低廉，因此得到了广泛的应用。 1.铸铁的分类 铸铁的常用分类方法有两种：一是按石墨化程度；二是按石墨结晶形态。 按石墨化程度可分为： ①灰口铸铁：即在第一和第二阶段石墨化过程中都得到了充分石墨化的铸铁，其断口呈暗灰色。 ②白口铸铁：即第一、二和三阶段的石墨化全部被抑制，完全按Fe—Fe s C相图进行结晶而得到的铸铁。 ③麻口铸铁：即在第一阶段的石墨化过程中便未得到充分石墨 化的铸 铁。 按石墨结晶形态分： ①灰口铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈片状结晶。 ②可锻铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈固絮状。 ③球墨铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈球状。 2.铸铁的编号基本性能及用途
(1)灰口铸铁：根据GB976 —67所规定的编号、牌号用“HT 表示灰口铸铁，后面两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。女口HT20 —40表示抗拉强度和抗弯强度最低值为200MN/m2 和 400MN/m2。 灰口铸铁具有优良的铸造性、切削加工性，优良的减摩性。 良好的消震性和缺口敏感性，故而灰口铸铁主要用于制造各种承受压力和要求消震性的床身、机架、复杂的箱体、壳体和经受磨擦的导轨、罐体等。 （2）可锻铸铁：按GB978 —67规定牌号以“ KT”和 “ KTZ ” 表示可锻铸铁，其中“ KT”表示铁素体可铸铸铁， “ KTZ ”表示珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字表示其最低抗拉强度和延伸率。 可锻铸铁的机械性能，特别是冲击韧性普遍较灰口铸铁高，但由于其成本高，故而应用不是很广泛，主要用于制造一些小型铸铁。 （3）球墨铸铁：按GB1348—78规定，球墨铸铁以“ QT” 表示，后面数字同可锻铸铁一样。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁的优点，如良好的减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性，甚至可与锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球墨铸铁还可适应各种热处理，使其机械性能提高到更高的水平。 球铁主要用来代替钢，如铁素体球墨铁可代替35、40#钢，珠 35CrMo、40CrMnMo 及20CrMnTi。 光体铸铁可代替
铸铁 牌 号 （白心）可锻铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：(白心)可锻铸铁 牌号：KTB450-07
标准：GB 9440-88 ●特性及适用范围： 坯料在氧化性介质中进行脱碳退火，焊接性较好，只适宜铸造壁厚在15mm以下的铸件。国内应用较少，国外有用作水暖管件的 ●化学成份：wC=2.2%～2.8%,wSi=1.0%～1.8%,wMn=0.3%～0.8%,wS≤0.2%,wP≤0.1%. ●力学性能： （1）抗拉强度σb (MPa) 当试棒直径：d=9mm时，≥400；d=12mm时，≥450；d=15mm时，≥480 （2）条件屈服强度σ0.2 (MPa） 当试棒直径：d=9mm时，≥230；d=12mm时，≥260；d=15mm时，≥280 （3）伸长率δ (％) 当试棒直径：d=9mm时，≥10；d=12mm时，≥7；d=15mm时，≥4 （4）硬度：≤220HB （5）试样尺寸，试棒直径：d=9mm；d=12mm；d=15mm ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定） 金相组织：小断面尺寸：铁素体。大断面尺寸：表面区域－－铁素体；中间区域－－珠光体＋铁素体＋退火碳；心部区域－－珠光体＋退火碳 中日美部分不锈钢化学成分对比表 '); //-->
球墨铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：球墨铸铁 牌号：QT600-3 标准：GB 1348-88 ●特性及适用范围： 为珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。能通过各种热处理改变其性能。主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件 ●化学成份： 碳 C ：3.56～3.85 硅 Si：1.83～2.56 锰 Mn：0.49～0.70 硫 S ：0.016～0.045 磷 P ：0.035～0.058 镁 Mg：0.041～0.067 注：RxOy:0.033～0.049 ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥600 条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥370 伸长率δ (％)：≥3 硬度：190～270HB ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定，以下为某试样的热处理规范，供参考） 930℃，2h正火空冷， 600℃，2h，回火空冷 金相组织：珠光体＋铁素体
常用球墨铸铁的性能和特点 ①灰口铸铁。灰口铸铁的组织由石墨和基体两部分组成。基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。因此铸铁的组织可以看成是钢基体上分布着石墨。 灰口铸铁包括普通灰FI铸铁和孕育铸铁两种。灰口铸铁价格便宜、应用最广泛，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占 80.o％以上。影响灰口铸铁组织和性能的因素主要是化学成分和冷却速度。灰口铸铁中的碳、硅含量一般控制在碳 2.5％～ 4.0％，硅 1.0％～ 3.0％。 ②球墨铸铁管。球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合机械洼能接近于钢，因铸造性能很好、成本低廉、生产方便，在工业中得到了广泛的应用。 球墨铸铁的成分要求比较严格，与灰口铸铁相比，它的含碳量较高，通常在 4.5％～ 4.7％范围内变动，以利于石墨球化。 球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰口铸铁，而与钢相当。因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁比铸钢还节省材料，而且重量更轻。不同基体的球墨铸铁，性能差别很大，球墨铸铁具有较好的疲劳强度，实验表明，球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过459钢。
在实际应用中，大多数承受动载的零件是带孔或带台肩的，囡此用邀墨铸铁来岱益钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。 ③焉基铸铁。蠕墨铸铁是近十几年来发展起来的一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性；同时又有灰口铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂经处理而炼成的。蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。 ④可锻铸铁。可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。按退火方法不同，这种铸铁有黑心和自心两种类型。黑心可锻铸铁依靠石墨化退火来获得；白心可锻铸铁利用氧化脱碳退火来制取。 可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动荷载的零件，如管接头和低压阀门等。这些零件用铸钢生产时，因铸造性能不好，工艺上困难较大，而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、工 艺处理简单等优点。尤其对于薄壁件，球墨铸铁还容易生成白口，需要进行高温退火，这时采用可锻铸铁更为适宜。 ⑤耐磨铸铁。在铸铁中加入某些合金元素而得到。耐磨铸铁是在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击荷载，因此在生产上常采用激冷的办法来获得耐磨铸铁。 ⑥耐热铸铁。耐热铸铁是在高温下工作的铸件，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等。在灰口铸铁中加入铝、硅和镉等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，因此铸铁的耐热性得到改善。
各种元素对铸铁组织性能的影响 1.C 碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。提高含C量可以减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。但是含C量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。 2.Si 硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围
内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。Si是Fe-C 合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。Si提高共析转变温度，且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。 HT中C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。但是降低碳当量会导致铸造性能降低、铸件断面敏感性增加，硬度上升加工困难等问题。 3.Mn 锰是铸铁的常存五元素之一，除少量固溶于铁素体以外，大部分溶入共析碳化物和渗碳体中，以复合碳化物的形态存在，加强了碳化物的形成，因此是阻碍石墨化的元素，故增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。在灰铸铁中，锰的质量分数控制在0.5%-1.4%的范围内，主要作用有二，一是中和硫的有害作用，生成MnS及（F e、Mn）S 化合物，以颗粒状分布于机体中。这些化合物的熔点在1600℃以上，不仅无阻碍石墨化的作用，而且还可以作为石墨化非自发性晶核。二是稳定和细化珠光体，在此含量范围内，随锰含量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。 在QT中Mn的作用是形成碳化物和珠光体。对于厚大断面的QT件来
铸铁材料的显微组织及分析 铸铁为含碳量在2%以上的铁碳合金，俗称生铁。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。由于碳在铁中固溶量有限，且渗碳体不稳定，适当条件下即会分解为铁和碳单质即石墨，因此在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁材料没有严格的分类，可按铸铁的使用性能、断口特征或成份特征进行分类。较为方便和常用的则是将铸铁分为七大类（见下表）。 铸铁的组织视化学成分和冷却速度而异，当铸铁凝固的冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织，随冷却速度减小，铸铁组织依次改变为麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁和铁素体灰口铸铁；球墨铸铁是在浇铸前向灰口铸铁加入少量球化剂获得球状石墨的铸铁。球墨铸铁具备优于灰铁的强度、范性和韧性；可锻铸铁又叫可锻铸铁，由白口铸铁经过石墨化退火后制成，是一种强度韧性都较高的铸铁。
以下对生产中应用较多的铸铁成分、显微组织及其性能进行分析。 1、灰口铸铁 灰口铸铁应用最广泛，占铸铁总产量的80%以上。其中碳全部或部分以自由碳-片状石墨形式存在，因此断口呈现灰色。其显微组织根据石墨化程度的不同分为铁素体、珠光体、铁素体+珠光体灰口铸铁。而所有灰口铸铁组织的共同特征是，在这些铸铁的组织总有一个相当于钢的组织的金属基体，在这基体上分布着片状石墨。 由于石墨片对钢基体产生割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰口铸铁不能承受加工变形，但是却具有优良的铸造性能，同时切削加工性能也很好。 灰铸铁的化学成分范围一般为：w（C）=2.7%～3.6%，w（Si）=1.0%～2.5%，w（Mn）=0.5%～1.3%，w（P）≤0.3%，w（S）≤0.15%。 （1）未经浸蚀的灰口铸铁 为了研究石墨的形状和分布，一般均先观察未经腐蚀的样品。由于片状石墨无反光能力，故试样未经腐蚀即可看出灰黑色。石墨性脆，在磨制时容易脱落，在显微镜下表现为空洞。 未经腐蚀的基体在显微镜下呈现白亮色，黑色条状物即为石墨。
组织：铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成的。 铸铁的基体组织：珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。 铸铁名称与铸铁显微组织： 1.灰口铸铁F+G片，F+P+G片，P+G片 2.球墨铸铁F+G球，F+P+G球，P+G 3.蠕墨铸铁F+G蠕虫，F+P+G蠕虫 4.可锻铸铁F+G团絮，P+G团絮 由于铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在，所以铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，经热处理后还可以是马氏体或贝氏体等组织，它们相当于钢的组织，因此可以把铸铁理解为在钢的组织基体上分布有不同形状、大小、数量的石墨。铸铁中石墨的形态可分为6种：片状、蟹状、开花状、蠕虫状、团絮状和球状，如下图所示。 普通灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成的。根据不同阶段石墨化程度的不同金属基体可分为铁素体，铁素体＋珠光体和珠光体三种，相应地便有三种不同基体组织的灰铸铁，它们的显微组织如下图所示。
8.2.1 灰铸铁的成分、组织与性能特点 1．灰铸铁的化学成分 ?化学成分范围一般为：w C=2.7%~3.6%，w Si=1.0%~2.5%，w Mn=0.5%~1.3%， w P≤0.3%，w S≤0.15%。 2．灰铸铁的组织 三种不同基体组织的灰铸铁： （1）铁素体灰铸铁 （2）珠光体灰铸铁 （3）珠光体+铁素体灰铸铁 3．灰铸铁的性能特点 （1）力学性能 ?铸铁的强度、塑性与韧性低。 ?灰铸铁的抗压强度σbc、硬度与耐磨性接近钢（主要取决于基体，石 墨的存在对其影响不大）。 （2）其它性能 ?铸造性能良好熔点低，流动性好，收缩率小。 ?减摩性好摩擦系数小。 ?减振性强 ?切削加工性良好 ?缺口敏感性小 8.2.2 灰铸铁的孕育处理 ?孕育处理：向出炉的铁水中加入孕育剂。 ?人工形核：细化晶粒工艺。 ?孕育剂：含硅75%的硅铁。 8.2.3 灰铸铁的牌号和应用 1．灰铸铁的牌号 ?HT100、HT150、HT200等 2．灰铸铁的应用 ?形状复杂，静载荷，减摩的床身、箱体、座架类零件。 8.2.4 灰铸铁的热处理 ?可以进行消除内应力退火、改善切削加工性退火、表面淬火等热处理工艺 改善工艺性能和使用性能。
1 铸铁的组织与性能 铸铁生产技术的基础就是要研究与认识： （1）铸铁的组织对铸铁的性能有什么影响？为什么说，控制了铸铁的组织就是控制了铸铁的性能？ （2）既然铸铁的组织如此重要，那么就必须对其形成过程和形成条件进行研究与认识，从而达到控制组织的目的。 （3）在生产实践中，影响铸铁组织的不仅有化学成分与冷却速度，还有铁液温度、炉料、气体、孕育等因素。 因此，作为铸造技术人员必须具备两方面的基础知识： 一是要了解与认识铸铁组织对铸铁性能的影响规律，即什么样性能的铸铁需要什么样的铸铁组织来保证； 二是要了解对铸铁组织有影响的因素有哪些，如何控制这些因素达到要求的铸铁组织，从而满足铸件性能要求。 1.1铸铁性能的分类 图1是以灰铸铁为例进行的铸铁性能分类情况，由图1可见，铸铁的性能包括物理性能、力学性能、使用性能和工艺性能，这些性能的与其组织息息相关。
图1 灰铸铁性能分类 1.2铸铁的组织 既然铸铁的性能是由铸铁的组织所决定的，因此，控制了铸铁的组织就控制了它的性能。铸铁的组织由石墨、基体、共晶团和晶界夹杂物4部分组成（见表1）。 表1 铸铁中的组织 名称类型 石墨片状石墨、蠕虫状石墨、团絮状石墨、球状石墨片状石墨还有A、B、C、D、E、F共6种分布类型 基体铁素体、珠光体、奥氏体、奥铁体、渗碳体、马氏体 共晶团以每个石墨核心为中心形成的一个“石墨—奥氏体”两相共生共长的共晶晶粒称为共晶团。 片状石墨的灰铸铁抛光腐蚀后方能检验共晶团数；球墨铸铁则以球墨数代表共晶团数，一个石墨球代表一个共晶团。 晶界夹杂物共晶物（磷共晶、硫共晶）、碳化物、非金属夹杂物
1.3 铸铁组织对性能的影响情况 1.3.1 石墨对性能的影响 在铸铁组织中，石墨对性能的影响最大。4种类型的石墨可分为6种分布形状（见图2），其应用的典型铸铁类型见表2。 图2 石墨的分类示意图 Ⅰ片状石墨Ⅱ聚集的片状石墨及蟹状石墨Ⅲ蠕虫状石墨Ⅳ团絮状石墨Ⅴ团状 石墨Ⅵ球状石墨 表2 铸铁中的6种石墨形状 石墨类型石墨形状名称典型铸铁类型Ⅰ片状石墨灰铸铁 Ⅱ聚集的片状石墨 蟹状石墨 快速冷却的过共晶灰铸 铁 Ⅲ蠕虫状石墨蠕墨铸铁
铸铁的组织与分类 教学过程： 1、了解铸铁的组织和性能及铸铁的石墨化过程及影响因素。 2、掌握铸铁的分类。 教学重点和难点： 1、铸铁的分类是教学重点。 2、铸铁的组织及铸铁的石墨化过程及影响因素 是教学的难点 §6-1铸铁的组织与分类 教学过程： 新课： 1.特点 1)成分 ?C﹥2.11%的铁碳合金称为铸铁，特点是含有较高的C和Si，同时也含有一定的Mn、P、S等杂质元素。常用铸铁的成分为：? 2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.5~1.4%Mn，0.01~0.50%P， 0.02~0.20%S。 ?为提高铸铁性能，常加入合金元素Cr、Mo、V、Cu、Al等形成合金铸铁。
?2)组织 ?铸铁中C、Si含量较高，C大部分、甚至全部以游离状态石墨（G）形式存在。 2)性能 ?铸铁的缺点是由于石墨的存在，使它的强度、塑性及韧性较差，不能锻造，优点是其接近共晶成分，具有良好的铸造性；由于 游离态石墨存在，使铸铁具有高的减摩性、切削加工性和低的 缺口敏感性。目前，许多重要的机械零件能够用球墨铸铁来代 替合金钢。 一、铸铁的石墨化 1.铸铁的石墨化 ①、G为六方晶格。基面上原子以共价键结合，基面之间原子以范氏键结合，因此铸铁的强度、塑性及韧性极低。 ②、从热力学讲，G为稳定态，而Fe3C为亚稳态。在冷却速度非常缓慢或加入石墨化元素，可促使碳按石墨转变。但是，当冷却速度较快时，由于成分起伏及结构起伏（L、A和Fe3C的成分更接近）的原因，也可析出渗碳体。 2、石墨化的途径 ①、从液态中直接结晶出或从奥氏体中直接析出。 ②、也可以先结晶出渗碳体，再由渗碳体在一定条件下分解而得到（Fe3C→3Fe+C） 高温时，石墨化过程进行比较完全；低温时，若冷却速度较快，石墨