金属材料及热处理之铸铁

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1、金属材料及热处理金属材料及热处理指指C%2.11%C%2.11%并含有并含有SiSi、MnMn、P P、S S等元素的铁碳合金等元素的铁碳合金铸铁的定义铸铁的定义性能特点性能特点强度低，塑性、韧性差强度低，塑性、韧性差良好的铸造性、切削加工性及减震性良好的铸造性、切削加工性及减震性生产工艺简单、造价低廉生产工艺简单、造价低廉应用范围应用范围应用广泛，如：机床床身、内燃机的汽缸体、缸应用广泛，如：机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等套、活塞环及轴瓦、曲轴等焦焦炭炭铁铁矿矿石石石灰石石灰石高高 炉炉 炼炼 铁铁炼炼 钢钢 生生 铁铁炼炼 钢钢铸铸 钢钢 锭锭铸造生铁铸造生铁铸造铸造

2、轧制轧制各种型材各种型材锻件锻件锻造锻造铸钢铸钢冷冲压冷冲压热处理热处理切削切削加工加工机机 械械 产产 品品锻造锻造冶炼厂冶炼厂机械厂机械厂钢铁生产加工过程概略图钢铁生产加工过程概略图 常用铸铁常用铸铁 概述概述铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类灰铸铁灰铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁第一节第一节 概概 述述一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程1.Fe-Fe1.Fe-Fe3 3C C 和和 Fe-G Fe-G 双重相图双重相图碳在铸铁中碳在铸铁中的存在形式的存在形式游离态的石墨游离态的石墨G G渗碳体渗碳体FeFe3 3C C强度、硬度、

3、塑强度、硬度、塑性几乎为零性几乎为零亚稳定相，一定条亚稳定相，一定条件下发生分解件下发生分解3Fe+C3Fe+CFeFe3 3C C游离态游离态的碳的碳 当铁碳合金中的当铁碳合金中的C C以以渗碳体的形式存在时，渗碳体的形式存在时，就会出现具有莱氏体就会出现具有莱氏体组织的白口铸铁；当组织的白口铸铁；当铁碳合金中的铁碳合金中的C C全部或全部或大部分以石墨的形式大部分以石墨的形式存在时，就会出现在存在时，就会出现在钢的基体组织中分布钢的基体组织中分布着不同形状石墨的铸着不同形状石墨的铸铁，统称为灰铸铁铁，统称为灰铸铁2.2.铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁中的碳原子

4、析出形成石墨的过程铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程在结晶过程中直在结晶过程中直接析出，也由渗接析出，也由渗碳体加热时分解碳体加热时分解铸铁冷却铸铁冷却时的石墨时的石墨化过程化过程从液体中析出一次石墨从液体中析出一次石墨由共晶反应而生成的共晶石墨由共晶反应而生成的共晶石墨由共析反应生成的共析石墨由共析反应生成的共析石墨铸铁加热铸铁加热时的石墨时的石墨化过程化过程介稳定的渗碳体，当在比较高的温度下长介稳定的渗碳体，当在比较高的温度下长时间加热时，会发生分解产生石墨化时间加热时，会发生分解产生石墨化石墨化过程石墨化过程在在P PSKSK线以上发生的石墨化线以上发生的石墨化在在P PS SK K线以下

5、发生的石墨化线以下发生的石墨化第一阶段石墨化第一阶段石墨化第二阶段石墨化第二阶段石墨化 一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解 冷却时共析石墨的析出和冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解加热时共析渗碳体的分解温度高，原子扩温度高，原子扩散能力强，石墨散能力强，石墨化过程能充分进化过程能充分进行行温度较低，原子扩散温度较低，原子扩散条件差，石墨化过程条件差，石墨化过程往往不能充分进行，往往不能充分进行，甚至完全不能进行甚至完全不能进行铸铁的石墨化程度与其组织之间的

6、关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 如果石墨化过程受到了不同程度的影响，铸铁的组如果石墨化过程受到了不同程度的影响，铸铁的组织必将发生变化织必将发生变化3.3.影响石墨化的因素影响石墨化的因素 化学成分的影响化学成分的影响C C、SiSi是促进石墨化的元素是促进石墨化的元素 C C、SiSi含量过低含量过低力学性能和铸力学性能和铸造性能变差造性能变差出现白口组织出现白口组织C C、SiSi含量过高含量过高石墨数量石墨数量多且粗大多且粗大基体内铁素基体内铁素体量增多体量增多降低铸降低铸件性能件性能因此因此C C、SiSi含量一般控制在：含量一般控制在：2.5%-4.0%C2.5%-4.0%C

7、；1.0%-3.0%Si 1.0%-3.0%Si 冷却速度的影响冷却速度的影响冷却速度越慢冷却速度越慢过冷度越小过冷度越小越有利于按照越有利于按照Fe-GFe-G相相图进行结晶和转变图进行结晶和转变越有利于石墨化过程充分进行越有利于石墨化过程充分进行二、铸铁的特点及分类二、铸铁的特点及分类1.1.铸铁的组织特点铸铁的组织特点石墨石墨基体基体铸铁的组织铸铁的组织铁素体铁素体珠光体珠光体铁素体铁素体+珠光体珠光体实质是钢的基实质是钢的基体上分布着不体上分布着不同形态的石墨同形态的石墨2.2.铸铁的性能特点铸铁的性能特点 力学性能低力学性能低 耐磨性好耐磨性好 消振性能好消振性能好 铸造性能好铸造性

8、能好 切削性能好切削性能好石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性坏了基体的连续性石墨有润滑作用，脱落后的空间可以储油石墨有润滑作用，脱落后的空间可以储油石墨可以吸收能量石墨可以吸收能量铸铁中硅含量高且成分接近于共晶成分铸铁中硅含量高且成分接近于共晶成分石墨的存在使车屑容易脆断，不粘刀石墨的存在使车屑容易脆断，不粘刀3.3.铸铁的分类及牌号表示方法铸铁的分类及牌号表示方法第二节第二节 常用铸铁常用铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁灰铸铁灰铸铁指石墨呈片状分布的灰口铸铁指石墨呈片状分布的灰口铸铁特特 点点价格便宜，应用广泛价格便宜，应用广泛1 1牌号牌号HT H

9、T 最低抗拉强度值最低抗拉强度值灰铸铁代号灰铸铁代号HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200、HT350HT3502 2组织组织钢的基体钢的基体+片状石墨片状石墨P+GP+G片片F+GF+G片片F+P+GF+P+G片片3 3热处理热处理孕育铸铁孕育铸铁为提高灰铸铁的性能，对其进行孕育处理，为提高灰铸铁的性能，对其进行孕育处理，以细化片状石墨以细化片状石墨常用的孕育剂有常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金硅铁和硅钙合金目目 的的改变基体组织，而不能改变石墨的形状和分布改变基体组织，而不能改变石墨的形状和分布常常用用热热处处理理去应力退火去应力退火消除铸件在铸造冷却过程中产生消除铸

10、件在铸造冷却过程中产生的内应力，防止变形或开裂的内应力，防止变形或开裂用于形状复杂的铸件：机床的床用于形状复杂的铸件：机床的床身、柴油机汽缸身、柴油机汽缸消除白口消除白口组织退火组织退火降低由于冷却速度过快引起的铸件表降低由于冷却速度过快引起的铸件表层产生的白口组织的硬度层产生的白口组织的硬度表面淬火表面淬火提高硬度提高硬度和耐磨性和耐磨性用于机床导轨、用于机床导轨、缸体内壁缸体内壁4 4应应 用用 灰铸铁主要用于承受压力和振动的零部件，如机床灰铸铁主要用于承受压力和振动的零部件，如机床的床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等的床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等二、可锻铸铁二、可锻铸铁可锻铸铁可锻

11、铸铁由白口铸铁经石墨化退火获得的，其由白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状石墨呈团絮状1 1牌号牌号KTH KTH -最低抗拉强度值最低抗拉强度值可锻铸铁代号可锻铸铁代号最低延伸率最低延伸率KTB KTB -KTZ KTZ -KTH KTB KTZ KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号锻铸铁代号2 2组组 织织钢的基体钢的基体+团絮状石墨团絮状石墨P+GP+G团絮状团絮状F+GF+G团絮状团絮状黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁断口为黑色断口为黑色3 3性性 能能 强度、塑性和韧性均比灰铸强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，

12、但铁高，但不能锻造不能锻造4 4应应 用用 用于制造形状复杂且承受振动载荷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。后轮壳、管接头、低压阀门等。三、球墨铸铁三、球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁指石墨呈球形的灰铸铁，由液态铁水经石指石墨呈球形的灰铸铁，由液态铁水经石墨化后得到墨化后得到1 1牌号牌号最低抗拉强度值最低抗拉强度值球墨铸铁代号球墨铸铁代号最低延伸率最低延伸率QT QT -QT400-17QT400-17、QT420-10QT420-10、QT500-05QT500-05、QT600-02QT600-02、QT70

13、0-02QT700-02、QT800-02 QT800-02、QT1200-01QT1200-012 2组组 织织钢的基体钢的基体+球状石墨球状石墨P+GP+G球状球状F+GF+G球状球状F+GF+G球状球状钢的基体钢的基体+球状石墨球状石墨球化剂球化剂加入到铁水中能使石墨形成球形的物加入到铁水中能使石墨形成球形的物质，如：镁、稀土和稀土镁质，如：镁、稀土和稀土镁3 3性性 能能塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高4 4应应 用用 在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应

14、用械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁经过蠕化处理和孕育处理后而获得的一种新经过蠕化处理和孕育处理后而获得的一种新型铸铁型铸铁1 1牌号牌号最低抗拉强度值最低抗拉强度值蠕墨铸铁代号蠕墨铸铁代号RuT RuT RuT260RuT260、RuT300 RuT300、RuT420 RuT4202 2组组 织织钢的基体钢的基体+蠕虫状石墨蠕虫状石墨 通常在铁液中加入稀土合金进行蠕化处理，然后加入通常在铁液中加入稀土合金进行蠕化处理，然后加入少量孕育剂以促进石墨化，使铸铁中的石墨介于片状和球少量孕育剂以促进石墨化，使铸铁中的石墨介于片状和球状之间的过渡形

15、态状之间的过渡形态3 3性性 能能 强度、塑性和韧性优于灰铸铁，力学性能介于灰铸强度、塑性和韧性优于灰铸铁，力学性能介于灰铸铁与可锻铸铁之间铁与可锻铸铁之间4 4应应 用用 常用于制造承受热循环载荷的零件，如：柴油机常用于制造承受热循环载荷的零件，如：柴油机汽缸、气缸盖以及结构复杂、强度要求高的铸件，汽缸、气缸盖以及结构复杂、强度要求高的铸件，如液压阀的阀体、耐压泵的泵体等如液压阀的阀体、耐压泵的泵体等铸铁的热处理铸铁的热处理1.1.铸铁热处理的主要目的铸铁热处理的主要目的 通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能 热处理一般不能改善热处理一般不能改善原始组

16、织中石墨的形态和分原始组织中石墨的形态和分布状况布状况2.2.铸铁热处理的原理铸铁热处理的原理铸铁热处理的原理、工艺与钢基本相同铸铁热处理的原理、工艺与钢基本相同3.3.热处理特点热处理特点1.1.共析转变温度升高共析转变温度升高2.C2.C曲线右移，淬透性提高曲线右移，淬透性提高含硅量高含硅量高提高了淬透性提高了淬透性中小铸铁件可在油中淬火中小铸铁件可在油中淬火3.3.奥氏体中的含碳量可用加热温度和保温时间来调整奥氏体中的含碳量可用加热温度和保温时间来调整4.4.由于石墨的导热性差，故铸铁加热过程应缓慢进行由于石墨的导热性差，故铸铁加热过程应缓慢进行由于铸铁中有较多的石墨，当奥氏体化温度升高

17、时，由于铸铁中有较多的石墨，当奥氏体化温度升高时，石墨不断溶入奥氏体中便获得不同含碳量的奥氏体，石墨不断溶入奥氏体中便获得不同含碳量的奥氏体，因而可得到不同含碳量的马氏体因而可得到不同含碳量的马氏体习 题 讲 解作业 1利用杠杆定律计算含碳量为利用杠杆定律计算含碳量为1.2%C的的Fe-C合金缓慢冷却到合金缓慢冷却到727时，在时，在共析共析转变前后各种组织组成物转变前后各种组织组成物的相对重量以及的相对重量以及室温室温时各种组织组成物的相对重时各种组织组成物的相对重量。量。作业 一利用杠杆定律计算含碳量为利用杠杆定律计算含碳量为1.2%C的的Fe-C合金缓慢冷却到合金缓慢冷却到727时，在时

18、，在共析共析转变前后各种组织组成物转变前后各种组织组成物的相对重量以及的相对重量以及室温室温时各种组织组成物的相对重时各种组织组成物的相对重量。量。共析转变前的组织：A+FeC共析转变前的组织所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）100%=92.7%FeC%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）100%=7.3%共析转变后的组织：P+FeCP%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）100%=92.7%FeC%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）100%=7.3%室温时的组织：P+FeC1.2%A0.77%FeC6.69%作业 一利用杠杆定律计算含

19、碳量为利用杠杆定律计算含碳量为1.2%C的的Fe-C合金缓慢冷却到合金缓慢冷却到727时，在时，在共析共析转变前后各种相转变前后各种相的相对重量以及的相对重量以及室温室温时各种相的相对重量。时各种相的相对重量。共析转变前的相：共析转变前的相：A+FeC共析转变前的相所占比重：共析转变前的相所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）100%=92.7%FeC%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）100%=7.3%共析转变后的相：共析转变后的相：F+FeCF%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）100%=82.3%FeC%=（1.2-0.0218）/（6.

20、69-0.0218）100%=17.7%1.2%A0.77%FeC6.69%1.2%F0.0218%FeC6.69%作业 一利用杠杆定律计算含碳量为利用杠杆定律计算含碳量为1.2%C的的Fe-C合金缓慢冷却到合金缓慢冷却到727时，在时，在共析共析转变前后各种相转变前后各种相的相对重量以及的相对重量以及室温室温时各种相的相对重量。时各种相的相对重量。室温时的相：室温时的相：F+FeC1.2%F0.0008%FeC6.69%F%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0008）100%=82%FeC%=（1.2-0.0008）/（6.69-0.0008）100%=18%12 23 34 45 5

21、6 67 78 89 91010111112126606601.过冷A+P2.P3.P4.P5.P6.过冷A+S7.S8.S9.过冷A10.过冷A+T11.过冷A+T12.T+M+A作业 二12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202066066028028013.过冷A14.M+A15.过冷A+B下16.B下+M+A17.B下18.B下19.M+A20.M回下列说法是否正确，为什么？下列说法是否正确，为什么？作业 二（1）马氏体是硬而脆的相；）马氏体是硬而脆的相；（2）过冷奥氏体的冷却速度大于）过冷奥

22、氏体的冷却速度大于Vk时，则冷速越大，得到的时，则冷速越大，得到的马氏体的硬度越高；马氏体的硬度越高；（3）钢中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高；）钢中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高；（4）本质细晶粒钢的晶粒总比本质粗晶粒钢的晶粒细；）本质细晶粒钢的晶粒总比本质粗晶粒钢的晶粒细；（5）同种钢材在同样的条件下，总是水冷的比油冷的淬透性）同种钢材在同样的条件下，总是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。好，小件比大件的淬透性好。作业 二将两种将两种T12钢小试样分别加热到钢小试样分别加热到780和和860，保温后以大，保温后以大于于Vk的速度冷却至室温，试问：的速度冷却至

23、室温，试问：（1）哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？）哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？（2）哪个温度淬火后残余奥氏体量多？）哪个温度淬火后残余奥氏体量多？（3）哪个温度淬火后未溶碳化物量多？）哪个温度淬火后未溶碳化物量多？（4）哪个温度淬火合适？为什么？）哪个温度淬火合适？为什么？作业 三1.某厂用冷拉钢丝绳吊运出炉热处理工件去淬火，钢丝绳的某厂用冷拉钢丝绳吊运出炉热处理工件去淬火，钢丝绳的承载能力远超过工件的重量，但在工件的运输过程中发生承载能力远超过工件的重量，但在工件的运输过程中发生断裂，试分析其原因；断裂，试分析其原因；2.用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种热处理，用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种热处理，为什么？为什么？3.反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬，最后断裂，为什反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬，最后断裂，为什么？么？谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH