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铸铁及应用(精)
铸铁及应用
吉林工业职业技术学院
第一节
概述
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。实际应用的铸铁中 还会含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。为了提高铸铁 的性能，还可以加入一定量的合金元素，组成合金铸铁。 同钢相比，虽然强度、塑性和韧性较低，但是铸铁熔炼简 便，成本低廉，具有优良的铸造性能、很高的耐磨性、良好的 减振性和切削加工性能等一系列的优点，因此而获得较为广泛 的应用。
机床床身、各种箱体、壳体、泵 体、缸体。
变速箱体
重型机床床身(HT250)
大型船用柴油机汽缸体(HT300)
二、可锻铸铁
石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退 火获得的。石墨呈团絮状，对基体破坏作用较小，所以比 灰铸铁具有较高的强度强度为碳钢的４0-７0%，接近于 铸钢、塑性和冲击韧度，但不能锻造。 命名
蠕墨铸铁的性能
蠕墨铸铁的力学性
能介于灰铸铁与球墨铸
铁之间。并且具有优良
灰铸铁
蠕墨铸铁
球墨铸铁
的抗热疲劳性能。
它的铸造性能和减 振性能都比球铁为优。
灰铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁
蠕墨铸铁用途
常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、 强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽
缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体
HT+三位数字，表示最低的抗拉强度。如：HT100， HT150、HT200、 HT250、 HT300、 HT350 。
组织
石墨片的 三维形貌 ①铁素体灰铸铁（F+G）
②珠光体灰铸铁（ P+G ）
③铁素体加珠光体灰铸铁(F+P+G)
铸铁的分类
铸铁的分类
铸铁是含碳量大于2.06％的铁碳合金。
工业上常用的铸铁含碳量一般在2.5％～4％之间。
按碳在铁碳合金中存在的状态，可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可煅铸铁和球墨铸铁。
C)的形式存在，其断面呈银白色，故称白口铸
白口铸铁申的碳以渗碳体(Fe
3
铁。
白口铸铁硬而脆，很难进行切削加工，也不宜于焊接，因而工业中很少直接采用。
灰口铸铁中的碳以片状石墨的形式分布于铸铁基体中，断面呈暗灰色，故称灰口铸铁。
由于片状的石墨割裂了铸铁的基体组织，因此，灰口铸铁的抗拉强度低，缺乏塑性。
灰口铸铁具有良好的铸造性能和切割性能，价格便宜，应用十分普遍。
可煅铸铁是将白口铸铁加热到930℃左右进行退火处理，渗碳体(Fe
C)即分
3
解为团絮状的石墨，这种铸铁即称为可煅铸铁。
可煅铸铁具有较高的抗拉强度和良好的塑性，但并不能锻造。
球墨铸铁，若铸铁中的碳以球状石墨分布在铸铁基体中，这种铸铁即称球墨铸铁。
球墨铸铁具有较高的强度和一定的塑性，其强度接近于碳钢，还具有比碳钢更好的耐磨、抗氧化和减震性。
灰口铸铁在机械制造业中用量最大，修复铸件上各种缺陷及使用过程中损坏的各种机械零件是经常遇到的问题。
但灰口铸铁强度低、塑性差，加之焊接过程中的加热和冷却造成组织上的不利变化和焊接应力的存在，致使焊补铸铁比较困难。
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牌号
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
QT900-2
基体组织
F F F F+P P+F P P或回 火组织 B或回
力学性能
σ
σ
δ
（MPab） （MPas） （%）
不小于
400
250
18
400
250
15
450
310
10
500
σb MPa
σs δ MPa %
不小于
硬度 HBS
300
—6
330
—
8
≤150
350
200 10
370
— 12
450
270 6 150~200
550
340 4 180~230
650
430 2 210~260
700
530 2 240~290
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典型用途 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 拉机的前后轮壳、管接头、低压 阀生门产等周。期长，工艺复杂，成本较高，
抗拉强度值，MPa
牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350
显微组织
基体
G
F
粗片
Fபைடு நூலகம்P
较粗片
P
中等片
P
较细片
细P S 或T
细片
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性能
耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。 抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。 消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收
铸铁的分类及其性能特点
铸铁的分类及其性能特点一、铸铁的分类铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。
工业用铸铁是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有锰、磷、硫等杂质的多元合金。
普通铸铁的成分大致为2.0~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn\0.1~1.2%P、0.08~0.15%S。
有时为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，还加入Cr、Mo、V、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素含量，这种铸铁称作合金铸铁。
碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中。
根据碳的存在形式不同，可将铸铁区分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。
1.白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在的铸铁称白口铸铁，断口呈银白色。
这种铸铁组织中含有大量渗碳体和莱氏体共晶，因而其性能既硬又脆，所以不宜用作结构材料，一般都用作炼钢原料。
2.灰口铸铁碳全部或大部分以石墨形式存在的铸铁，称作灰口铸铁，其断口呈灰暗色。
生产中多用来铸造各种机械零件。
按石墨的形态不同，灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁。
（1）普通灰口铸铁其中碳大部分或全部以片状形式的石墨存在于铸铁中它也常简称为灰铸铁。
一般情况下，其石墨片都比较粗大。
但若在铁水浇注前，向铁水中加入一些能起形核作用的所谓孕育剂（通常是加入硅铁），将增加并加快石墨的形核，从而使石墨细化并且分布均匀。
这种处理称作孕育处理，经过这种处理的灰口铸铁即称孕育铸铁。
（2）可锻铸铁它是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火后形成。
其中的碳全部或大部以团絮状石墨形式存在于铸铁中。
它又称韧性铸铁或马铁。
可锻铸铁实际上并不可锻，只不过具有一定塑而已。
（3）球墨铸铁简称球铁，其中的碳全部或大部分以球状石墨形式存在于铸铁中。
它是灰口铸铁中机械性能最好的一种。
二、灰口铸铁的组织及性能特点1.铸铁的石墨化过程在铸铁的冷凝过程中，原则上碳既可以渗碳体的形式析出，形成白口铸铁；也可以石墨的形式析出，形成灰口铸铁。
铸 铁
第二节 铸铁的石墨化
• ３.硫的影响 • 硫是强烈阻碍石墨化的元素. 硫不仅增强铁、碳原子的结合力. 而且形
成硫化物后常以共晶体形式分布在晶界上. 阻碍碳原子的扩散. 硫不但 能促进铸铁白口化. 而且还能降低铸铁的铸造性能和力学性能. 所以硫 是有害元素. 铸铁中的含硫量越低越好. 一般应控制在０.１５％以下. • (二) 冷却速度的影响 • 冷却速度是指铁水从浇注到铸件在６００℃左右时的冷却速度. 在这 一温度范围的冷却速度是影响铸铁组织和石墨化的重要因素. 冷却速 度越小. 越有利于石墨化.
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第二节 铸铁的石墨化
• 二、石墨化过程 • 铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程. • 根据铁碳双重状态图中的Ｆｅ － Ｇ 相图. Ｐ′Ｓ′Ｋ′温度以上析出石墨
的过程称为第一阶段石墨化. Ｐ′Ｓ′Ｋ′及其以下温度析出石墨的过程 称为第二阶段石墨化. • 铸铁第一、第二阶段石墨化充分进行时. 铸铁的最终组织是铁素体基 体上分布着石墨.如图７ －３ (ａ) 所示. 即Ｆ ＋ Ｇ. • 铸铁第一阶段石墨化充分进行、第二阶段石墨化尚未充分进行时. 铸 铁的最终组织是铁素体与珠光体基体上分布着石墨. 如图７ －３ (ｂ) 所示. 即Ｆ ＋Ｐ ＋Ｇ.
• 铸铁第一、第二阶段石墨化均未进行时. 这种铸铁称为白口铸铁.石墨 化过程是一个原子扩散过程. 石墨化的温度越低. 原子扩散越困难. 越 不易石墨化
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第二节 铸铁的石墨化
• 三、影响石墨化的因素 • 铸铁石墨化程度受到许多因素影响. 但主要的影响因素是铸铁的化学
成分和冷却速度. • (一) 化学成分的影响 • 常见合金元素对铸铁石墨化影响如下:
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铸铁的特点和分类
铸铁的特点和分类铸铁不是纯铁，它是一种以Fe、C、Si为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金。
化学成分一般为：C2.5％—4.0％、Si1.0％一3，0％、P0.4%～1.5％、S0.02％—02％。
为了提高铸铁的机械性能，通常在铸铁成分中添加少量Cr、Ni、Co、Mi、等合金元素制成合金铸铁。
一、铸铁的特点1.成分与组织特点铸铁与碳钢相比较，其化学成分中除了有较高的C、Si含量外（C2.5％～4，0%、Si1.0％一3.0％），还含有较高的杂质元素Mn、P，S，在特殊性能的合金铸铁中，还含有某些合金元素。
所有这些元素的存在及其含量，都将直接影响铸铁的组织和性能。
由于铸铁中的碳主要是以石墨（G）形式存在的，所以铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。
铸铁的金属基体有珠光体、铁素体和珠光体加铁素体三类，它们相当于钢的组织。
因此，铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。
2.铸铁的性能特点铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。
虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。
如良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能。
此外，铸铁的碳含量高，其成分接近于共晶成分，因此铸铁的熔点低，约为1200℃左右，铁水流动性好，由于石墨结晶时体积膨胀，所以传送收缩率小，其铸造性能优于钢，因而通常采用铸造方法制成铸件使用，故称之为铸铁。
二、铸铁的分类铸铁的分类方法很多。
根据碳存在的形式可分为三种：1.白口铸铁（简称白口铁）白口铸铁中的碳主要以渗碳体（Cm）形式存在，断口呈白亮色。
其性能硬而脆，切削加工困难。
除少数用来制造硬度高、耐磨、不需要加工的零件或表面要求硬度高、耐磨的冷硬铸件外（如破碎机的压板、轧辊、火车轮等），还可作为炼钢原料和可锻铸铁的毛坯。
2.灰口铸铁（简称灰口铁）灰口铸铁中的碳主要以片状石墨的形式存在，断口呈灰色。
灰口铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，且价格低廉，制造方便，因而应用比较广泛。
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：
① 历史上使用较早
② 最便宜的金属材料之一
③ 铸造性能极好，且只能用铸造成形
④ 生产成本低，工艺简单，减震性耐磨性好，切削加工性好
⑤ 应用广——主要用于制造各种机器零件
壁厚 b
mm MPa %
硬度 HB
>12 300 6 120~163
>12 330 8 120~163
>12 350 10 120~163
>12 370 12 120~163
450 5 152~219
500 4 179~241
600 3 201~269
700 2 240~270
* 试棒直径16mm
铁素体可锻铸铁 珠光体可锻铸铁
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
铸钢
热处理 ——退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。 组织 —— P＋F 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
管道接口
连杆
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
蠕墨铸铁
牌号
铸铁的概念及分类
铸铁的概念及分类铸铁是含碳量大于2.11％（一般为2.5～4％）的铁碳合金。
它是以铁、碳、硅为主要组成元素并比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。
有时为了提高铸铁的机械性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。
早在公元前六世纪春秋时期，我国已开始使用铸铁，比欧洲各国要早将近二千年。
直到目前为止，在工业生产中铸铁仍然是最重要的材料之一。
铸铁的分类一．根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为1．白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。
目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。
2．灰口铸铁碳全部或大部分以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。
3．麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一部分以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。
断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。
这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。
二．根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为1．灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在。
2．可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在。
它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的。
其机械性能（特别是韧性和塑性）较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。
3．球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在。
它是在铁水浇注前经球化处理后获得的。
这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛。
铸铁分类及牌号表示方法铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。
与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。
铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。
另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。
铸铁牌号的表示方法：（根据GB5612-85）各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。