金属工艺学15.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,*,*,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,*,*,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,*,*,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,*,*,第十二章 铸铁,1,铸铁概述,铸铁的概念,：含碳量大于,2.11%(,一般为,2.5%4.0%),铁碳合金,（含,Si,、,Mn,、,S,、,P,等元素）,铸铁的特点：,历史上使用较早,最便宜的金属材料之一,铸造性能极好，且只能用铸造成形,生产成本低，工艺简单，减震性耐磨性好，切削加工性好,应用广,主要用于制造各种机器零件,铸铁的分类,按的碳存在形式,按化学成分,白口铸铁：碳以,Fe,3,C,存在，无石墨，断口白亮,灰口铸铁：碳主要为石墨，断口暗灰色,麻口铸铁：碳以渗碳、石墨两种形式存在，断口呈灰白色相间,普通铸铁,合金铸铁（特殊性能铸铁）,铸铁的石墨化,石墨化的概念：,铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化,C,的存在形式,铸铁,固溶在,F,、,A,中,化合态的渗碳体,(Fe,3,C),游离态石墨（,G,）,石墨的晶体结构,石墨的性能,HBS,3,5,b,20MPa,0 a,k,0,石墨对铸铁性能的影响,G,分布于基体中 空洞 有效承载面积降低 力性比碳钢,耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 铸造性能,(,熔点 流动性 收缩率,),Fe-Fe,3,C,相图和,FeG,相图,石墨化的过程：,第一阶段：,过共晶铸铁,L,G,共晶、亚共晶铸铁,L,C,A,E,+G,第二阶段：,A G,第三阶段：,A,S,F,P,+G,铸铁的石墨化,铸铁,738,1154,738,共晶石墨,一次石墨,二次石墨,1154,共析石墨,影响石墨化的主要因素：,成分,促进石墨化元素（,C,、,Si,、,Al,、,Cu,、,Ni,、,Co,等）,阻碍石墨化元素（,Cr,、,W,、,Mo,、,V,、,Mn,、,S,等）,工艺,(1)冷却速度：快速冷却,按,Fe-Fe,3,C,相图转变,缓慢冷却,按,FeG,相图转变，石墨化充分,(2),温度：高温长时间保温有利于石墨化,铸铁的石墨化,灰口铸铁类型与石墨形态,灰铸铁,片状,可锻铸铁,团絮状,球,墨,铸铁,珠状（球状）,蠕,墨,铸铁,蠕虫状,名 称,石 墨 化 程 度,显微组织,第一阶段,第二阶段,第三阶段,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,部分进行,不进行,F+G,F+P+G,P+G,麻口铸铁,部分进行,部分进行,不进行,Le+P+G,白口铸铁,不进行,不进行,不进行,Le+P+Fe,3,C,II,铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织,灰铸铁,石墨成,片状,分布,牌号：,HT,如,HT100，,表示,b,100MPa（,直径30,mm）,2,常用铸铁的特点与应用,分类,牌号,显微组织,基体,粗片,普通灰铸铁,HT100,F,+,少量,P,粗片,HT150,F,+,P,较粗片,HT200,P,中等片,孕育铸铁,HT250,细,P,较细片,HT300,S,或,T,细片,HT350,HT400,灰铸铁,成分：,W,C,=2.5%,4.0%,，,W,Si,=1.0%,3.0%,，,W,Mn,=0.5%,1.3%,，,W,S,0.15%,，,W,P,0.3%,普通铸铁性能：,孕育,铸铁性能,浇注前在铁水中加,Si-Fe,，,Si-Ca,等孕育剂，使,P,细化、,G,细而均匀、壁厚敏感性小，强度、塑韧性明显提高,b,、,（,）,（力学性能差）,缺口敏感性低,大量石墨的割裂作用，,表面粗糙对疲劳极限的影响不明显,消震性好（是钢的十倍）,G,组织松软，,对振动的传递起削弱作用,铸造性好 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小、,降低了内应力,切削加工性好,G,使切屑易断，还可润滑刀具。,灰铸铁,热处理,不能改变石墨的形态,去应力退火,500550，防止机加工、使用时变形或开裂。,高温退火,850950,表面、薄壁等白口处,Fe,3,C,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。,应用,如，机床床身、导轨，汽缸体等。,水泵叶轮,发动机飞轮,可锻铸铁（玛钢）,牌号,如,KT300-6,，,表示,b,300，,6。,组织,钢基体+团絮状,G,分类,牌,号,壁厚,mm,b,MPa,%,硬度,HB,F,基体,KT300-6,12,300,6,120163,KT330-8,12,330,8,120163,KT350-10,12,350,10,120163,KT370-12,12,370,12,120163,P,基体,KT,Z,450-5,450,5,152219,KTZ500-4,500,4,179241,KTZ600-3,600,3,201269,KTZ700-2,700,2,240270试棒直径16,mm,可锻铸铁,白口铸铁 经长时间石墨化退火（900960）使,Fe,3,C,G,分解,铁素体可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,性能：,强度、塑韧性优于,HT，,低于,QT,。,铁素体可锻铸铁,：有一定的强度，塑性、韧性较好,珠光体可锻铸铁,：,强度、硬度、耐磨性好，有一定的,塑性、韧性,（,12%,，有一定的塑性变形能力，但不能锻造）,应用：,形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，,（汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）,可锻铸铁（玛钢）,球墨铸铁,球墨铸铁 ：,在铁水浇注前加球化剂（稀土,Mg）,使,G,球化,最理想状态,牌号,：如,QT700-2，,表示,b,700，,2,组织：,钢基体,(,F、F+P、P、S,回火,、B,下,),+,球状,G,性能,：,强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁,（球状,G,对基体的割裂作用小）,其综合机械性能接近于钢,缺点：消振性能低,材,料,对称弯曲疲劳强度,/MPa,光滑试样,光滑带孔试样,带台肩试样,带孔、带台肩试样,球光体球墨铸铁,255,100%,205,80%,175,68%,155,61%,45,号钢,305,100%,225,74%,195,64%,155,51%,退火,去应力退火,，500 600。,低温退火,，720760，,PG+F，,塑韧性、切削加工性,高温退火,，900950，,P,CmG+F，,塑韧性、切削加工性,正火,F,+,P,P,，细化组织，强度、耐磨性,低温正火,，840860，,P+F+G，,塑韧性较好。,高温正火,，880920，,P+G+,少量,F，,强度较高。,调质,850900油淬,+,550600回火,回火,S+G,等温淬火,840900,+3,00等温,下,B,+,G,调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。,球墨铸铁,热处理：,牌号,基体,机械性能,b,MPa,0.2,MPa,5,%,a,k,kJ/m,2,HB,QT400-17,F,400,250,17,600,179,QT420-10,F,420,270,10,300,207,QT500-5,F,+,P500,350,5,147-241,QT600-2,P,600,420,2,229-302,QT700-2,P,700,490,2,229-302,QT800-2,P,800,560,2,241-321,QT1200-1,下,B,1200,840,1,300,38,HRC,球墨铸铁,球墨铸铁制造步骤,1、,严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量,。,2、,铁液出炉温度比灰铸较铁更高，,以,补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失,。,3、,进行球化处理，即往铁液中添加,球化剂,。,4、,进行孕育处理,。,5、,球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，多应用冒口，采用顺序凝固原则,。,6、,进行热处理,。,应用：,受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件,（替代部分铸钢、锻钢件）,P,球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等,F,球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等,球墨铸铁,连杆,管道接口,蠕墨铸铁,蠕墨铸铁,在铁水浇注前加蠕化剂而得,牌号,如,RuT420,，,表示,b,420,组织,钢基体+蠕虫状,G,性能,强度、塑韧性优于灰铸铁。,应用,高压热交换器、汽缸盖、液压阀等,进气管,排气管,稀土硅铁合金、,稀土硅铁钙合金,牌号,b,MPa,0.2,MPa,%,硬度,HB,基体,不,小,于,RuT420,420,335,0.75,200280,P,RuT380,380,300,0.75,193274,P,RuT340,340,270,1.0,170249,P+F,RuT300,300,240,1.5,140217,F+P,RuT260,260,195,3,121197,F,蠕墨铸铁,高强度合金铸铁：加入,Cr,、,Ni,、,Cu,、,Mo,等，增加基体中珠光体数量,并细化珠光体，从而显著提高铸铁强度,耐热合金铸铁：加入,Si,、,Al,、,Cr,等，使铸件表面形成一层致密的,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,CrO,3,等氧化膜,耐蚀合金铸铁：加入,Si,、,Al,、,Cr,、,Cu,、,Ni,等，在铸铁表面形成致密的,保护膜，减少各相间的电位差,耐磨合金铸铁：,白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好）,激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等,合金铸铁,铸 钢,钢号,如,ZG25,钢，,w(C)=,0.25%。,性能,强度和塑性、韧性高于铸铁，但铸造流动性能差，收缩率大。,钢号,化学成分,%,机械性能,C,Mn,Si,s,MPa,b,MPa,5,%,%,a,k,kJ/m,2,ZG15,0.12-0.22,0.35-0.65,0.20-0.45,200,400,25,40,600,ZG25,0.22-0.32,0.50-0.80,0.20-0.45,240,450,20,32,450,ZG35,0.32-0.42,0.50-0.80,0.20-0.45,280,500,16,25,350,ZG45,0.42-0.52,0.50-0.80,0.20-0.45,320,580,12,20,300,ZG55,0.52-0.62,0.50-0.80,0.20-0.45,350,650,10,18,200,热处理,轧辊,外壳,退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。,组织,PF,用途,形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件,机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴、轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等,铸 钢,.,特殊性能铸铁,在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。,(1)耐磨铸铁 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，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的,耐磨表面,，其它部位采用砂型。同时调整铁水的化学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而,心部为灰口铸铁组织,，有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产。,为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常将铸铁的磷含量提高到,0.4%,0.6%(,高磷铸铁），生成磷共晶（,F+Fe3P,P+Fe3P,或,F+P+Fe3P,），呈断续网状的形态分布在珠光体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基础上，还可加入,Cr,、,Mo,、,W,、,Cu,等合金元素，改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、奥贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁。,衬板,弯管,1,、耐磨铸铁（加铬）,耐热铸铁,在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。加入,Al,、,Si,、,Cr,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，从而改善铸铁的耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。,扇形扩散器,托架,耐蚀铸铁,耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入,Si,、,Cr,、,Al,、,Mo,、,Cu,、,Ni,等合金元素形成保护膜，或使基体电极电位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁,课堂练习,灰口铸铁中,C,主要以（,石墨,）形式存在，可制造（,床身、导轨,）。,可锻铸铁中,G,的形态为（,团絮状,），可制造（,管接头、阀门,）。,球墨铸铁,中,G,的形态为（,球状,），可制造（,曲轴、连杆,）。,蠕墨铸铁,中,G,的形态为（,蠕虫状,），可制造（,热交换器,）。,影响石墨化的主要因素是（,化学成分,）和（,冷却速度,）。,球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通,灰口,铸铁高，是因为（,其球状,G,的应力集中效应小,）。,HT200,牌号中,“,HT,”,表示（,灰铸铁,）,“,200,”,表示（,b,200,MPa,）。,灰口铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。,可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。,可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁,。,球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。,灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。,