第九章铸铁 Cast Iron 铸铁是历史上使用得较早的材料,也是最便宜的金属材料之 同时它具有很多优点。比如,在汽车发动机中,铸铁占80%。同钢 样,铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料,但是它含碳量很髙 (碳含量大于2.11%),达到亚共晶、共晶或过共晶成分,而且铸铁 成型制成零件毛坯只能用铸造方法,不能用锻造或轧制方法 铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为两大类:一是白口铸 铸铁(断口呈现白色),碳的主要存在形式是化合物,如渗碳体 没有石墨;另一是灰口铸铁(断口呈现黑灰色),碳的主要存在形 式是碳的单质,即游离状态石墨。介于白口铸铁与灰口铸铁之间为 麻口铸铁,其中的碳既有游离石墨又有渗碳体
第九章 铸铁 Cast Iron 铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一， 同时它具有很多优点。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%。同钢 一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高 （碳含量大于2.11％），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁 成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。 铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为两大类：一是白口铸 铸铁（断口呈现白色），碳的主要存在形式是化合物，如渗碳体， 没有石墨；另一是灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主要存在形 式是碳的单质，即游离状态石墨。介于白口铸铁与灰口铸铁之间为 麻口铸铁，其中的碳既有游离石墨又有渗碳体
弟 铸铁的石墨化 Graphitization of cast Iron 、FeFe3C和FeC双重相图 在前面介绍过Fe-Fe3C相图,按这张相图自液态冷却下来的FeC 合金固态一般为铁素体及渗碳体两相。实际上渗碳体只是一个亚稳定 相,石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两 个,一个是Fe-Fe3C系相图,另一个是Fe-C系相图。把两者迭合在一 起,就得到一个双重相图
第一节 铸铁的石墨化 Graphitization of Cast Iron 一、Fe-Fe3C和Fe-C双重相图 在前面介绍过Fe-Fe3C相图，按这张相图自液态冷却下来的Fe-C 合金固态一般为铁素体及渗碳体两相。实际上渗碳体只是一个亚稳定 相，石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两 个，一个是Fe-Fe3C系相图，另一个是Fe-C系相图。把两者迭合在一 起，就得到一个双重相图
L+8 H 140 L+y 温1200y 度 1000 y +Fe C 8 600 400a a +Fe3C 200 Fe 2 34 66.69 C/% Fe-Fe3C和FeC双重相图
Fe 1 2 3 4 5 6 6.69 C / % Fe-Fe3C和Fe-C双重相图 1400 1200 1000 800 600 400 200 温 度 ℃ E C F D A B J N S G P K Q γ ＋ δ γ L＋δ δ L＋γ γ ＋ α γ＋Fe3C α α＋Fe3C H E′ C′ F′ S′ P′ K ′ D ′
铸铁的石墨化过程 按Fe-C相图铸铁液冷却过程中,碳溶解于铁素体外均以石墨形成 析出。石墨形成(或石墨化)分为如下两个阶段 第一阶段:包括自低于液相线CD以下温度冷却自液体中析出 次石墨”,低于共晶线ECF′(温度1154C)共晶成分(C’点含 4.26%C),液体转变为奥氏体与共晶石墨组成的共晶组织;以及低 于共晶温度ECF以下冷却沿ES线从奥氏体中析出“二次石墨”。 第二阶段:略低于共析温度(738℃)的PSK线以下,共析成分 (S点,含0.68%C)奥氏体转变为由铁素体与石墨组成的共析组织
二、铸铁的石墨化过程 按Fe-C相图铸铁液冷却过程中，碳溶解于铁素体外均以石墨形成 析出。石墨形成（或石墨化）分为如下两个阶段： 第一阶段：包括自低于液相线CD以下温度冷却自液体中析出 “一次石墨” ，低于共晶线ECF（温度1154℃）共晶成分（C点含 4.26％C），液体转变为奥氏体与共晶石墨组成的共晶组织；以及低 于共晶温度ECF以下冷却沿ES线从奥氏体中析出“二次石墨”。 第二阶段：略低于共析温度（738℃）的PSK线以下，共析成分 （S点，含0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石墨组成的共析组织
石墨化程度 名称 显微组织 第一阶段第二阶段 完全石墨化完全石墨化 铁素体十石墨 灰口铸铁完全石墨化部分石墨化铁素体+珠光体+石墨 完全石墨化 未石墨化 珠光体+石墨 麻口铸铁部分石墨化 未石墨化 莱氏体十珠光体十石墨 白口铸铁未石墨化 未石墨化莱氏体+珠光体+渗碳体
名 称 石 墨 化 程 度 显 微 组 织 第 一 阶 段 第 二 阶 段 灰口铸铁 完全石墨化 完全石墨化 铁素体＋石墨 完全石墨化 部分石墨化 铁素体＋珠光体＋石墨 完全石墨化 未石墨化 珠光体＋石墨 麻口铸铁 部分石墨化 未石墨化 莱氏体＋珠光体＋石墨 白口铸铁 未石墨化 未石墨化 莱氏体＋珠光体＋渗碳体
、影响石墨化程度的主要因素 由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大,而铁与渗碳体的晶 体结构要接近一些,所以普通铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁, 而不易获得灰口铸铁。因此,必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等 手段来促进铸铁石墨化,形成灰口铸铁 化学成分的影响 碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中碳、硅、磷是促进 石墨化的元素,锰和硫是阻碍石墨化的元素。 ·温度及冷却速度的影响 铸铁中碳石墨化过程除受化学成分的影响外,还受铸造过程中铸件 冷却速度影响。当冷却速度较快时,由液态析出的是渗碳体而不是石墨 般铸件冷却速度越慢,石墨化进行愈充分。冷却速度快,碳原子很难 扩散,石墨化进行困难
三、影响石墨化程度的主要因素 由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大，而铁与渗碳体的晶 体结构要接近一些，所以普通铸铁在一般铸造条件下只能得到白口铸铁， 而不易获得灰口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工艺等 手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。 • 化学成分的影响 碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中碳、硅、磷是促进 石墨化的元素，锰和硫是阻碍石墨化的元素。 • 温度及冷却速度的影响 铸铁中碳石墨化过程除受化学成分的影响外，还受铸造过程中铸件 冷却速度影响。当冷却速度较快时，由液态析出的是渗碳体而不是石墨。 一般铸件冷却速度越慢，石墨化进行愈充分。冷却速度快，碳原子很难 扩散，石墨化进行困难
第二节常用铸铁 Usual cast Iron ·铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。 铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。 通常,铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成; 也可将白口铸铁通过退火,让其中部分或全部的碳化物转 化为团絮状形态的石墨。工业上使用的铸铁很多,按石墨 的形态和组织性能,可分为普通灰口铸铁、蠕墨铸铁、球 墨铸铁、可锻铸铁和特殊性能铸铁等
第二节 常用铸铁 Usual Cast Iron • 铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。 铸铁中石墨状况主要受铸铁的化学成分及工艺过程的影响。 通常，铸铁中石墨形态（片状或球状）在铸造后即形成； 也可将白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转 化为团絮状形态的石墨。工业上使用的铸铁很多，按石墨 的形态和组织性能，可分为普通灰口铸铁、蠕墨铸铁、球 墨铸铁、可锻铸铁和特殊性能铸铁等
灰口铸铁 灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁,在各类铸铁的 总产量中,灰口铸铁占80%以上 铁素体基灰口铸铁的显微组织
一、灰口铸铁 灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的 总产量中，灰口铸铁占80%以上。 25μ 铁素体基灰口铸铁的显微组织
灰口铸铁的化学成分和组织特征 在生产中,为浇注出合格的灰铸铁件,一般应根据所生产的铸铁 牌号、铸铁壁厚、造型材料等因素来调节铸铁的化学成分,这是控制 铸铁组织的基本方法。 灰口铸铁的成分大致范围为:25~40%C,1.0~3.0%Si, 025~1.0%Mn,002~020%S,0.05~0.50%P。具有上述成分范 围的液体铁水在进行缓慢冷却凝固时,将发生石墨化,析出片状石墨。 其断口的外貌呈浅烟灰色,所以称为灰口铸铁。 普通灰口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,灰口铸铁有三种不同的基体组织:铁 素体基、珠光体基、铁素体十珠光体基
• 灰口铸铁的化学成分和组织特征 在生产中，为浇注出合格的灰铸铁件，一般应根据所生产的铸铁 牌号、铸铁壁厚、造型材料等因素来调节铸铁的化学成分，这是控制 铸铁组织的基本方法。 灰口铸铁的成分大致范围为：2.5～4.0%C，1.0～3.0%Si， 0.25～1.0%Mn，0.02～0.20%S，0.05～0.50%P。具有上述成分范 围的液体铁水在进行缓慢冷却凝固时，将发生石墨化，析出片状石墨。 其断口的外貌呈浅烟灰色，所以称为灰口铸铁。 普通灰口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，灰口铸铁有三种不同的基体组织：铁 素体基、珠光体基、铁素体＋珠光体基
灰口铸铁的牌号、性能及用途 灰口铸铁灰口铸铁的牌号以“HT+数字”的方式表示。 灰口铸铁的性能与普通碳钢相比,具有如下特点: 1)力学性能低,其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。但是, 灰口铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻,其抗压 强度是抗拉强度的2.5~4倍。所以常用灰口铸铁制造机床床身、底座 等耐压零部件 2)耐磨性与消震性好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油,所 以耐磨性好。同样,由于石墨的存在,灰口铸铁的消震性优于钢。 (3)工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量髙,接近于共晶成分,故 熔点比较低,流动性良好,收缩率小,因此适宜于铸造结构复杂或薄 壁铸件。另外,由于石墨使切削加工时易于形成断屑,所以灰口铸铁 的可切削加工性优于钢
• 灰口铸铁的牌号、性能及用途 灰口铸铁灰口铸铁的牌号以“HT+数字”的方式表示。 灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点： （1）力学性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。但是， 灰口铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻，其抗压 强度是抗拉强度的2.5～4倍。所以常用灰口铸铁制造机床床身、底座 等耐压零部件。 （2）耐磨性与消震性好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所 以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，灰口铸铁的消震性优于钢。 （3）工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故 熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄 壁铸件。另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁 的可切削加工性优于钢
