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  1. 金属材料与热处理模块四 铸 铁 主讲:赵广引

  2. [复习] • 上次课的重点 • [讲授新课] • 课题:铸铁 • 教学目的与要求: • 1、掌握影响石墨化的因素即“三高一低”的含义。 • 2、掌握常用普通铸铁(灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)的牌号、组织、性能特点。 • 3、掌握各种铸铁的热处理工艺。 • 教学重点与难点: • 1、铸铁与钢热处理的不同之处,合理地选用铸铁材料及相应的热处理方法是教学难点。 • 2、掌握常用普通铸铁(灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)的牌号是教学重点。 • 教学过程:

  3. 一、引言 有独特的性能 有独特的组织 成分不同于钢 减震、吸振等 石墨(Graphite) 含碳量高 用途:机床80% 铸铁是Wc>2.11%的铁碳合金,并较碳钢含有更多的硅、锰及硫、磷等杂质 工业上使用的铸铁一般Wc>2.5%~4.0%。 为什么工业生产中要用铸铁?

  4. 二、铸铁的分类 白口铸铁中的碳除微量溶于铁素体外, 全部以渗碳体(Fe3C)的形式存在, 断面呈银白色,故称白口铸铁。 用途:犁铧 白口铸铁 灰口铸铁中的碳除微量溶于铁素体外, 全部或大部以单质石墨(G)的形式存在, 断面呈灰色,故称灰口铸铁。 灰口铸铁 用途最广 麻口铸铁 用的不多 麻口铸铁中的碳部分以碳化物(渗碳体)存在,部分以单质石墨形式存在,属于白口和灰口间的过渡组织,由于断口处有黑白相间的麻点,故称麻口铸铁。 按C主要存在的形式分:

  5. 铁碳双重相图

  6. 课题1 铸铁的石墨化及影响因素 第一阶段(≥ 1154℃) 液态中结晶出的一次石墨 剩余液相发生的共晶转变,形成奥氏体和共晶石墨。 (Lc′ 1154℃ A +G共晶 ) 第二阶段(1154℃~738℃) 在共晶温度和共析温度之间,奥氏体沿EَSَ线析出二次石墨。 第三阶段738℃ 通过共析转变而析出共析石墨( F+G共析)。 1.分为以下三个阶段:

  7. 白口铸铁 一、二阶段石墨化全部被抑制 一、二阶段充分石墨化 灰口铸铁 麻口铸铁 一、二阶段部分石墨化 • 3.灰口铸铁第三个阶段的石墨化程度影响其基体组织 第三个阶段充分石墨化 F+G 第三个阶段部分石墨化 F+P+G 第三个阶段石墨化被抑制 P+G 2.各类铸铁的石墨化程度

  8. 1)化学成分的影响 主要是四个元素:C↑↑,Si↑↑强烈促进G化; Mn↓阻碍G化;S↓↓强烈阻碍G化  。                2)冷却速度的影响 υ ↓   G 化↑  →碳原子扩散充分,易形成稳定石墨。 顺口溜:要想得到好铸铁,先配成,后缓冷。 4.影响石墨化的因素

  9. 课题2 灰铸铁 灰铸铁 片状G 球墨铸铁 球状G 蠕墨铸铁 蠕虫状G 团絮状G 可锻铸铁 按照石墨形态不同分

  10. 1)灰铸铁的成分 Wc=2.5%~4.0%,WSi=1.0%~2.5%,WMn=0.5%~1.4%,调解组织 Wp≤0.3%,控制使用,Ws≤0.15%,严格限制。 相当于裂纹,使其它性能变差,如抗拉强度、塑性和韧性等 2)灰铸铁的组织和性能 组织: 钢基体+片状G 性能: 抗压强度和硬度 • 铸造性能良好 但G使铸铁具有 其特殊性能 • 切削、减磨性能良好 • 减震性能良好 • 缺口不敏感性好 1.灰铸铁

  11. 4)灰铸铁的孕育处理 主要强化手段 原因:片状G使其所有的力学性能都大为减弱 目的:为了细化G,使其分布更均匀 5)灰铸铁的热处理 热处理可使基体性能大为改善 不能淬火(由于片状G) 3)灰铁的牌号 HT200:最低抗拉强度为200MPa的灰铁。

  12. 去应力退火:是指将铸件加热到500~600℃,保温一段时间,随炉冷至150~200℃后出炉空冷,以消除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的内应力。去应力退火:是指将铸件加热到500~600℃,保温一段时间,随炉冷至150~200℃后出炉空冷,以消除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的内应力。 消除白口组织,改善切削加工性能的退火:铸件的表层及薄壁截面处,因为冷却速度较快而产生白口组织,硬度较高使切削加工发生困难。 为提高铸件工作表面的硬度和耐磨性(如机床导轨面),可采用表面淬火的热处理工艺,方法有火焰加热表面淬火、高频感应淬火等。

  13. 2.球墨铸铁 1)化学成分 Wc=3.6%~4.0%,WSi=2.0%~2.8%,WMn=0.6%~0.8%,Ws≤0.07%,Wp<0.1%,WRe=0.02%~0.04%,WMg=0.03%~0.05%。 2)性能 力学性能最好,相当于中碳钢, 但铸造性能不及灰铁。

  14. 4)热处理 各种各样的热处理都可进行。 (1)退火 低温退火: 其方法是将铸件加热到700~760℃,保温2h~8h,随炉冷至 600℃左右,出炉空冷。 高温退火: 其方法是将铸件加热至900~950℃,保温2h~5h后随炉冷至 600℃左右,再出炉空冷。 (2)正火 (3)调质处理 (4)等温淬火 3)牌号 QT400-18:最低抗拉强度为400MPa, 最小伸长率为18%。

  15. 3.可锻铸铁

  16. 1)成分 要求较严,一般为:Wc=2.3%~2.8%, WSi=1.0%~1.6%,WMn=0.3.%~0.8% Ws≤0.2%,Wp<0.1%。 2)组织 根据退火方法不同分:

  17. 力学性能明显优于灰铁,接近于同类基体 的球铁,有一定的韧性,但不可锻。 4)牌号 KTH350-10:最低抗拉强度为350MPa, 最小伸长率为10%。 3)性能

  18. 制造形状复杂,要求气密性好的零件,要求有一定塑性、韧性、承受冲击和振动、耐蚀的薄壁铸件,如管道配件,中低压阀门汽车、拖拉机的后桥,转向机构。建筑工地搭架用的扣件。但退火周期长,生产成本高,应用受到限制,被球铁替代。制造形状复杂,要求气密性好的零件,要求有一定塑性、韧性、承受冲击和振动、耐蚀的薄壁铸件,如管道配件,中低压阀门汽车、拖拉机的后桥,转向机构。建筑工地搭架用的扣件。但退火周期长,生产成本高,应用受到限制,被球铁替代。 5)用途

  19. 1)成分: 一般为:Wc=3.5%~3.9%, WSi=2.2%~2.8%,WMn=0.4%~0.8%, Wp<0.1%,Ws<0.1%。 介于灰铁于球铁之间,强度接近于球铁,并具有一定的耐热疲劳性、减震性,铸造性能优于球铁,与灰铁相近,切削加工性能和球铁相似,比灰铁稍差。 2)性能: 力学性能:球铁、蠕铁、灰铁依次降低; 铸造性能:灰铁、蠕铁、球铁依次变差; 4.蠕墨铸铁

  20. RuT260:最低抗拉强度为260MPa的蠕铁。 4)用途 主要制作形状复杂,要求组织致密、强度高、耐磨、能承受较大热循环载荷的铸件,如阀体、进(排)气管、柴油机气缸盖、汽缸套等。 各种灰口铸铁的韧性:灰铁、蠕铁、可铁、球铁依次提高。 3)牌号

  21. Si、Al、Cr、 Mo、Cu、Ni等加入可形成致密的氧化膜。 少量P,及Cr、W、Mo、Cu等合金元素。 Si、Al、Cr等加入可形成致密的氧化膜。 磷共晶组织 耐磨铸铁 耐热铸铁 耐蚀铸铁 5.合金铸铁

  22. 总 结 铸铁的分类 灰口铸铁的分类 2.石墨化过程 三个阶段:温度及其石墨 3.石墨化的充分程度对铸铁种类的影响,对灰口铸 铁基体组织的影响 4.灰口铸铁的组织与性能之间的关系 5.各种灰口铸铁的牌号 1.两个分类及其依据