工程材料学之铸铁概述
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铸铁的基础知识
1、铸铁及其熔炼铸铁是指碳的质量分数大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁-碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁的成分范围大致为ω（C）=2.4%～4.0%，ω（Si）=0.6%～3.0%，ω（Mn）=0. 2%～1.2%，ω（P）=0.04%～1.2%，ω（S）=0.04%～0.20%。
有时还可加入各种合金元素，以便获得能满足各种性能要求的合金铸铁。
铸铁是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。
在机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输和国防工业等各部门中，铸铁件约占整个机器重量的45%～90%。
因此，掌握铸铁的基本理论和生产技术，对于发展铸造生产，充分发挥铸铁件在国民经济各部门中的作用，是很有意义的。
相图是分析合金金相组织的有力工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，因此铁-碳相图和铁-碳-硅三元合金相图是分析铸铁的成分与组织的关系以及组织形成过程的基础。
2、铸铁的基础知识——铁-碳相图——铁—碳相图分析由于铸铁中的碳可能以渗碳体（Fe3C）或石墨两种独立的形式存在，因而铁、碳相图存在着Fe-G（石墨）和Fe-Fe3C两套体系，即铁-石墨系和铁-渗碳体系。
从热力学观点看，石墨比渗碳体更稳定，因此，铁-石墨系也称为稳定系，而铁-渗碳体系称为亚稳定系。
图2. 1-1所示为铁碳合金双重相图，即Fe-G（石墨）稳定系相图和Fe-Fe3C亚稳定系相图，分别以虚线和实线表示。
表2.1-1为相图中临界点的温度及含碳量。
铁-碳相图中各临界点的温度及含碳量Fe-G（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同处在于：1）稳定系的平衡共晶点C'的成分和温度与C点不同体（两相组成莱氏体）2）稳定平衡的共析点S，的成分和温度与S点不同在Fe-C相图中稳定系的共晶温度和共析温度都比亚稳定系的高一些。
材料知识-铸铁
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铸件内部孔眼缺陷可采用解剖与无损两 种方法进行检测。
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允许修补的缺陷
在不影响加工性能和使用性能的前提下， 根据产品技术条件的要求，允许加工前 对加工面进行修补，但是要保证加工后 修补点不脱落。
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在非过共晶成分条件下，灰铸铁基体组织中不会存在C型石 墨；经常在显微镜下看到的团、块状石墨并不是C形石墨， 而是片状石墨的不同剖面角度所致。
基体组织：主要为珠光体基体，允许有少量铁素体，碳化 物和磷共晶总量不大于2%。
灰铸铁件金相组织的检测方法和检测项目应符合GB/T 7216。 若需方对金相组织各检测项目的数量、分布、级别及取样 位置有明确规定时，应按需方图纸、技术要求执行。
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灰铸铁牌号对照
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2球墨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状的灰铸 铁，简称球铁。球铁是用灰铁 成分的铁液经球化处理和孕育 处理得到的。球铁组织由金属 基体和球状石墨组成。球铁的 基体组织常用的有铁素体、铁 素体加珠光体和珠光体三种。 经过合金化和热处理，也可以 获得下贝氏体、马氏体、屈氏 体、索氏体和奥氏体等基体组 织。
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3.3生产方法和化学成分
等淬球铁的生产方法，其化学成份、铸 造和热处理工艺由供方确定，但要保证 铸造和热处理工艺采用与已验收认可过 的第一批次试块同样的工艺参数，若需 方有特殊要求时，可由双方商定。
本标准规定的等淬球铁的力学性能是铸 件验收的主要指标。
最新工程材料9.1铸铁
1. 组织：由基体组 织和片状石墨组 成。其基体组织 有三种类型（F、 F+P、P）。
2、组织和性能
的提 措高 施强
度
强度、塑性和韧性比钢
性
低，但具有优良的铸
能
造性、切削加工性、
耐磨性、消振性、缺
口敏感性。
孕育处理(变质处理) ：在铁水中加入孕 育剂(硅合金)，使G变得细小，如 HT250、HT300、HT350均为孕育铸 铁。
铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 二． 合金铸铁
第二节 灰口铸铁
一、成分与牌号 二、组织与性能 三、热处理
1、成分与牌号
1）化学成分: 2.7%~3.9%C、1.1%~2.8%Si、 0.5%~1.4%Mn、<0.1%~0.3%P、 <0.04%~0.15%S
2）灰口铸铁的牌号 HTxxx 见下页或P265 GB9439-88
铸铁的石墨化过程
石墨化过程：铸铁组织中碳原子析出和形成石墨的过程
铁碳合金中碳的存在形式：(Fe3C)和游离态的石墨 石墨的晶格形式：简单六方，如图所示 结晶形态：常为片状
石墨的机械性能性能
1. 抗拉强度仅为20MPa，硬度HB3~5。塑性很差。 2. 石墨比重为2.25，是铁的比重的1/3。
1) 良好的切削加工性。
① F基体+团絮状G：其断口呈黑灰色，称黑心可锻 铸铁;
② P基体+团絮状G：称珠光体可锻铸铁; ③ F+P+Fe3C（少量）+团絮状G：其断口白亮，
称白心可锻铸铁 (如图)
牌号：（KTH-----黑心可锻铸铁；KTZ-----珠光体可锻铸铁；KTB-----白心可锻铸铁 ） +σb+
第四节 球墨铸铁
铸铁概述
正火 —— P% ↑ ，细化组织，强度、耐磨性↑ 低温正火，840~860℃， → P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火，880~920℃， → P + G + 少量F ，强度较高。
调质 —— 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G
b
0.2
MPa
MPa
%
不小于4Biblioteka 03350.75380
300
0.75
340
270
1.0
300
240
1.5
260
195
3
硬度 HB
200~280 193~274 170~249 140~217 121~197
基体
P P P+F F+P F
合金铸铁
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
固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G）
石墨的性能
HBS 3～5 σb＝20MPa δ≈ 0
ak ≈ 0
石墨的晶体结构
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↓)
Fe3C 6.0 6.69
铸铁的石墨化
➢ 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-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 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
调质 —— 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G
b
0.2
MPa
MPa
%
不小于4Biblioteka 03350.75380
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硬度 HB
200~280 193~274 170~249 140~217 121~197
基体
P P P+F F+P F
合金铸铁
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
固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G）
石墨的性能
HBS 3～5 σb＝20MPa δ≈ 0
ak ≈ 0
石墨的晶体结构
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↓)
Fe3C 6.0 6.69
铸铁的石墨化
➢ 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-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 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
铸铁的介绍
第一节 概述
石墨化进行的程度不同,将得到不同的基体组织
两个阶段石墨化都进行彻底 : α + G 第二阶段石墨化不彻底 : α + P + G 第二个阶段石墨化未进行 : P + G 若两个阶段石墨化都没进行: 白口
第一节 概述
影响铸铁石墨化的因素
1）化学成分 C、 Si、P、Al、Cu、Ni 、Co促进石墨化过程； S、Mn、 Cr、W、Mo、V 阻碍石墨化过程。 wc↑，有利于石墨的形核； wSi ↑，共晶温度↑，共晶点成分↓，也有利于石墨的析出
第一石墨化：P’S’K’线以上发生的石墨化过程 包括：
➢结晶时共晶石墨 Lc′→ γE′+ G共晶 ➢一次石墨 L → GI ➢二次石墨的析出γ → GⅡ ➢加热时共晶渗碳体、一次渗碳体、二次渗碳体的分解
Fe3C
3Fe+G
温度高，冷却速度极其缓慢，原子扩散能力强，该阶段石墨化容易进行。
第一节 概述
第二阶段石墨化：P’S’K’线以下发生的石墨化过程 共析反应形成的石墨， αs’ →γp + G共析 温度低原子扩散能力低，低温石墨化不容易进行。 此阶段石墨化进行的是否彻底，影响到铸铁室温组织。
第一节 概述
铸铁的组织与石墨形态及石墨化进行的程度有关!! 铸铁的组织=基体+石墨 石墨的形态(基体一定)取决于第一阶段石墨化过程
C和Si时影响铸铁组织和性能的主要元素 ，为综合考虑它们的影响，引入碳当量（ Ceq）和共晶度（Sc）的概念。
随着铸铁碳当量和共晶度的增加，石墨的 数量增多且变得粗大，铁素体数量增加， 石墨的数量增多且变得粗大，铁素体数量 增加。右图为铸铁的共晶度和壁厚与铸铁 组织的关系。
第一节 概述
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
14 14
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
15 15
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
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铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
（以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
高等数学a1 铸铁
高等数学a1 铸铁【最新版】目录1.铸铁概述2.铸铁的种类3.铸铁的性能特点4.铸铁的应用领域5.铸铁的优缺点分析正文一、铸铁概述铸铁，一种铸造铁碳合金的工艺，是工业生产中使用最广泛的金属材料之一。
铸铁具有良好的铸造性能、抗震性能和耐磨性，广泛应用于建筑、机械、汽车等行业。
二、铸铁的种类铸铁按照碳含量和组织结构的不同，可分为以下几种：1.灰铁：碳含量较低，一般在 2% 以下，铁素体基体，石墨以片状存在。
2.可锻铸铁：碳含量较低，一般在 1% 以下，铁素体基体，石墨以球状存在。
3.球墨铸铁：碳含量较高，一般在 2%-4%，铁素体基体，石墨以球状存在。
4.高硅铁：硅含量较高，一般在 2%-6%，铁素体基体，石墨以片状存在。
三、铸铁的性能特点铸铁具有以下性能特点：1.良好的铸造性能：铸铁的熔点低，流动性好，易于充型和排气，铸件表面光洁，轮廓清晰。
2.抗震性能好：铸铁的石墨结构具有缓冲作用，可以吸收振动和冲击，提高铸件的抗震性能。
3.耐磨性能好：铸铁的石墨结构具有自润滑性，可以减少摩擦，提高铸件的耐磨性能。
4.良好的耐腐蚀性能：铸铁中的石墨结构可以防止铸铁生锈，提高铸件的耐腐蚀性能。
四、铸铁的应用领域铸铁广泛应用于以下领域：1.建筑行业：铸铁排水管、井盖、阀门等。
2.机械行业：齿轮、壳体、轴承座等。
3.汽车行业：发动机缸体、缸盖、进气歧管等。
4.铁路行业：铁路铸件、道岔、轮轴等。
五、铸铁的优缺点分析铸铁的优点：1.成本低：铸铁的原材料成本低，生产工艺简单，可以降低生产成本。
2.性能稳定：铸铁的性能稳定，抗震性能好，可以提高铸件的使用寿命。
3.铸件质量好：铸铁的流动性好，铸件表面光洁，轮廓清晰，可以提高铸件的质量。
铸铁的缺点：1.强度低：铸铁的强度低，不能承受高压和高温的工作环境。
2.耐磨性能差：铸铁的耐磨性能相对较差，不能满足高负荷工作的要求。
工程材料学5第五章 铸铁
(白口铁)
东北大学
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（a）铁素体基灰口铁;（b）铁素体、珠光体基灰口铁;（c）珠光体基灰口铁
东北大学
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5.4 影响石墨化因素
（1）化学成分 普通铸铁中合金元素主要为C、Si、Mn、P、S 等。其中C、Si、P是促进石墨化元素，而Mn、 S为阻止石墨化元素。
a. 碳的影响
强烈促进石墨化，并对石墨形状、大小有显著影响。
铸铁成分 铸铁壁厚 对铸铁组 织的影响
东北大学
20
5.5 铸铁热处理
铸铁生产除适当地选择优学成分以得到～定的组织外，热处理也是 进一步调整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。 铸铁的热处理和钢的热处埋有相同之处 ，也有不同之处。铸铁的热 处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。
东北大学
第五章 铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素 的多元铁基合金。 普通铸铁成分:C 2.4~4.0％， Si 0.6~3.0%，Mn 0.2~1.2，S 0.08~0.15％， P 0.1~1.2%。
成分特点： C、Si含量高；S、P等杂质较多；
（普通碳素钢 Si ≤0.35%，Mn 0.25~0.80%，S≤0.055%，P≤0.045％）
东北大学
11
5.2 铸铁石墨化过程
3、若共析石墨化受 到抑制，则得到的 组织是珠光体基体 加片状石墨。
东北大学
12
5.2 铸铁石墨化过程
4、如果冷速过快， 两阶段石墨化均被 抑制，则得到白口 铁。
东北大学
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5.3 铸铁组织
铁素体 珠光体和铁素体 珠光体
+ 石墨
钢基体上加石墨的组织。
珠光体 + 渗碳体
东北大学
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（a）铁素体基灰口铁;（b）铁素体、珠光体基灰口铁;（c）珠光体基灰口铁
东北大学
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5.4 影响石墨化因素
（1）化学成分 普通铸铁中合金元素主要为C、Si、Mn、P、S 等。其中C、Si、P是促进石墨化元素，而Mn、 S为阻止石墨化元素。
a. 碳的影响
强烈促进石墨化，并对石墨形状、大小有显著影响。
铸铁成分 铸铁壁厚 对铸铁组 织的影响
东北大学
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5.5 铸铁热处理
铸铁生产除适当地选择优学成分以得到～定的组织外，热处理也是 进一步调整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。 铸铁的热处理和钢的热处埋有相同之处 ，也有不同之处。铸铁的热 处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。
东北大学
第五章 铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素 的多元铁基合金。 普通铸铁成分:C 2.4~4.0％， Si 0.6~3.0%，Mn 0.2~1.2，S 0.08~0.15％， P 0.1~1.2%。
成分特点： C、Si含量高；S、P等杂质较多；
（普通碳素钢 Si ≤0.35%，Mn 0.25~0.80%，S≤0.055%，P≤0.045％）
东北大学
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5.2 铸铁石墨化过程
3、若共析石墨化受 到抑制，则得到的 组织是珠光体基体 加片状石墨。
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5.2 铸铁石墨化过程
4、如果冷速过快， 两阶段石墨化均被 抑制，则得到白口 铁。
东北大学
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5.3 铸铁组织
铁素体 珠光体和铁素体 珠光体
+ 石墨
钢基体上加石墨的组织。
珠光体 + 渗碳体
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石墨化程度不同， 所得到的铸铁类型 和组织也不同。
§8.1 概述
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度 第一阶段 第二阶段
石墨化 石墨化
完全进行 完全进行 部分进行
未进行 部分进行 未进行
未进行 未进行
铸铁的显微组织
F+G F+P+G P+G Le’+P+G Le’
铸铁类型
灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
§8.1 概述
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响
碳和硅是强烈促进石墨化的元素。
碳、硅含量过低→易出现白口组织→力学性能和铸造
性能变差。
碳、硅含量对铸铁石墨化的影响
碳、硅含量过高→石
墨数量多且粗大→基
麻口
体内铁素体量增多→ C
铸铁
降低铸件的性能.
白口铸铁
台车式石墨化退火炉
§8.1 概述
石墨化分两个阶段：
在P’S’K’线以上发 生的石墨化称为第一阶 段石墨化。
包括结晶时一次石墨、
P’
二次石墨、共晶石墨的
析出；加热时一次渗碳
体、二次渗碳体及共晶
渗碳体的分解。
§8.1 概述
在P’S’K’线以 下发生的石墨化称 为第二阶段石墨化。 包括冷却时共析石 墨的析出和加热时 共析渗碳体的分解。 P’
钢
铸铁
400 C Fe
1% C
2% C
3% C
4% C
5% C
6% C 6.70% C
铸铁是含碳量大于2.11%并含 有较多硅、锰、硫、磷等元素 的多元铁基合金。
铸铁具有许多优良的性能及生 产简便、成本低廉等优点，因 而是应用最广泛的材料之一。
铸铁曲轴
§8.1 概述
8.1.1 铸铁的石墨化过程
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
§8.1 概述
2、铸铁的性能特点
力学性能低。由于石 墨相当于钢基体中的
裂纹或空洞，易导致
应力集中。
铸铁与铸钢的强度比较
耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
墨
球
QT-- 球墨铸铁代号； F+P XXX--最低抗拉强度值， QT600-3
铸 铁
状
P
MPa； XX--最低伸长率值，%。
QT700-2
蠕 蠕 F RuT + XXX
RuT260
墨
铸 铁
虫 F+P RuT--蠕墨铸铁代号；
状
XXX--最低抗拉强度值,
P
MPa。
RuT300 RuT420
§8.2 灰铸铁
1、渗碳体的分解 Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：
Fe3C→3Fe+C（石墨） 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态
的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。 石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。
§8.1 概述
2、铸铁的石墨化过程
铸铁中的石墨可以在 结晶过程中直接析出, 也可以由渗碳体加热 时分解得到。
减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶.
切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
§8.1 概述
8.1.3 铸铁的分类
碳存形态
铸铁
组织性能特点
白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁
特殊性能铸铁
普通灰口铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 F基体铸铁 P基体铸铁 F+P基体铸 铁 耐磨铸铁 耐蚀铸铁 耐热铸铁
灰铸铁的孕育处理—细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
硅铁 硅钙
孕育处理前
孕育处理后
§8.2 灰铸铁
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变
石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有：
1. 成分特点：
C、Si、Mn含量较高，杂质元
素S、P也较多。
共晶白口铸铁
wc: 2.5%~4.0%, wSi: 1.0%~3.0%, wMn: 0.5%~1.4%。
F基体球墨铸铁
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
快冷 中速冷却 缓冷
铸铁中的磷共晶
§8.1 概述
⑵ 冷却速度的影响 冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按
Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过 WC 冷度大，结晶 + Wsi 将按 Fe-Fe3C (%) 相图进行, 不
利于石墨化。
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响
§8.1 概述
7.1.2 铸铁的成分及性能特点
KTB + XXX+XX
KTZ--珠光体 XXX--最低抗拉强
KTH30006
KTB35004
铁
P
KTZ + XX+XX
度，MPa； KTZ450XX--最低伸长率,% 06
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
球
F QT + XXX+XX
QT400-15
工程材料学
第八章 铸铁
§8.1 概述 §8.2 灰铸铁 §8.3 可锻铸铁 §8.4 球墨铸铁 §8.5 蠕墨铸铁
学习要求和难点
学习重点：
1. 铸铁的分类与编号 。 2. 铸铁的组织与性能特点 。 3. 影响石墨化的因素。
引言
1600 C
d
1400
L
C
1200 C
g
1000 C
800 C
a
600 C
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。 1、组织
灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的，其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体+珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
铁素体灰铸铁
铁素体加珠光体灰铸铁
石墨片的三维形貌
珠光体灰铸铁
灰铸 铁的 显微 组织
§8.2 灰铸铁
灰口铸铁
Si
§8.1 概述
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。
磷虽然可促进石墨化,但 其含量高时易在晶界上 形成硬而脆的磷共晶， 降低铸铁的强度，只有 耐磨铸铁中磷含量偏高 (达0.3%以上)。
铸铁的分类
铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号 实例
灰
F HT + XXX
HT100
铸 片 F+P HT--灰铸铁代号
HT150
铁 状 P XXX--最低抗拉强度值，MPa。 HT200
可 锻 铸
团 絮 状
F KTH + XXX
KTH--黑心
KTB--白心
表F 心P
§8.1 概述
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度 第一阶段 第二阶段
石墨化 石墨化
完全进行 完全进行 部分进行
未进行 部分进行 未进行
未进行 未进行
铸铁的显微组织
F+G F+P+G P+G Le’+P+G Le’
铸铁类型
灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
§8.1 概述
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响
碳和硅是强烈促进石墨化的元素。
碳、硅含量过低→易出现白口组织→力学性能和铸造
性能变差。
碳、硅含量对铸铁石墨化的影响
碳、硅含量过高→石
墨数量多且粗大→基
麻口
体内铁素体量增多→ C
铸铁
降低铸件的性能.
白口铸铁
台车式石墨化退火炉
§8.1 概述
石墨化分两个阶段：
在P’S’K’线以上发 生的石墨化称为第一阶 段石墨化。
包括结晶时一次石墨、
P’
二次石墨、共晶石墨的
析出；加热时一次渗碳
体、二次渗碳体及共晶
渗碳体的分解。
§8.1 概述
在P’S’K’线以 下发生的石墨化称 为第二阶段石墨化。 包括冷却时共析石 墨的析出和加热时 共析渗碳体的分解。 P’
钢
铸铁
400 C Fe
1% C
2% C
3% C
4% C
5% C
6% C 6.70% C
铸铁是含碳量大于2.11%并含 有较多硅、锰、硫、磷等元素 的多元铁基合金。
铸铁具有许多优良的性能及生 产简便、成本低廉等优点，因 而是应用最广泛的材料之一。
铸铁曲轴
§8.1 概述
8.1.1 铸铁的石墨化过程
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
§8.1 概述
2、铸铁的性能特点
力学性能低。由于石 墨相当于钢基体中的
裂纹或空洞，易导致
应力集中。
铸铁与铸钢的强度比较
耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
墨
球
QT-- 球墨铸铁代号； F+P XXX--最低抗拉强度值， QT600-3
铸 铁
状
P
MPa； XX--最低伸长率值，%。
QT700-2
蠕 蠕 F RuT + XXX
RuT260
墨
铸 铁
虫 F+P RuT--蠕墨铸铁代号；
状
XXX--最低抗拉强度值,
P
MPa。
RuT300 RuT420
§8.2 灰铸铁
1、渗碳体的分解 Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：
Fe3C→3Fe+C（石墨） 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态
的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。 石墨的其强度、塑性、韧性几乎为零。
§8.1 概述
2、铸铁的石墨化过程
铸铁中的石墨可以在 结晶过程中直接析出, 也可以由渗碳体加热 时分解得到。
减振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶.
切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
§8.1 概述
8.1.3 铸铁的分类
碳存形态
铸铁
组织性能特点
白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁
特殊性能铸铁
普通灰口铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 F基体铸铁 P基体铸铁 F+P基体铸 铁 耐磨铸铁 耐蚀铸铁 耐热铸铁
灰铸铁的孕育处理—细化片状石墨。 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
硅铁 硅钙
孕育处理前
孕育处理后
§8.2 灰铸铁
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变
石墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有：
1. 成分特点：
C、Si、Mn含量较高，杂质元
素S、P也较多。
共晶白口铸铁
wc: 2.5%~4.0%, wSi: 1.0%~3.0%, wMn: 0.5%~1.4%。
F基体球墨铸铁
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
快冷 中速冷却 缓冷
铸铁中的磷共晶
§8.1 概述
⑵ 冷却速度的影响 冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按
Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过 WC 冷度大，结晶 + Wsi 将按 Fe-Fe3C (%) 相图进行, 不
利于石墨化。
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响
§8.1 概述
7.1.2 铸铁的成分及性能特点
KTB + XXX+XX
KTZ--珠光体 XXX--最低抗拉强
KTH30006
KTB35004
铁
P
KTZ + XX+XX
度，MPa； KTZ450XX--最低伸长率,% 06
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
球
F QT + XXX+XX
QT400-15
工程材料学
第八章 铸铁
§8.1 概述 §8.2 灰铸铁 §8.3 可锻铸铁 §8.4 球墨铸铁 §8.5 蠕墨铸铁
学习要求和难点
学习重点：
1. 铸铁的分类与编号 。 2. 铸铁的组织与性能特点 。 3. 影响石墨化的因素。
引言
1600 C
d
1400
L
C
1200 C
g
1000 C
800 C
a
600 C
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。 1、组织
灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的，其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体+珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
铁素体灰铸铁
铁素体加珠光体灰铸铁
石墨片的三维形貌
珠光体灰铸铁
灰铸 铁的 显微 组织
§8.2 灰铸铁
灰口铸铁
Si
§8.1 概述
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。
磷虽然可促进石墨化,但 其含量高时易在晶界上 形成硬而脆的磷共晶， 降低铸铁的强度，只有 耐磨铸铁中磷含量偏高 (达0.3%以上)。
铸铁的分类
铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号 实例
灰
F HT + XXX
HT100
铸 片 F+P HT--灰铸铁代号
HT150
铁 状 P XXX--最低抗拉强度值，MPa。 HT200
可 锻 铸
团 絮 状
F KTH + XXX
KTH--黑心
KTB--白心
表F 心P