2 铁—碳相图及其应用
正是因为铸铁的组织与铸铁的力学性能、铸造性能和使用性能，甚至切削加工性能等息息相关，我们就必须要掌握铸铁组织的形成规律，以达到控制组织和性能的目的。铁—碳平衡图就是掌握凝固过程及其形成组织极好工具，从中可以了解铸铁的凝固规律，控制所获得凝固组织的种类、形状和多少。
另外，生产中有多种因素会影响铸铁组织的形成，从铁—碳平衡图上也可一目了然地分析出这些因素对组织的影响情况，从而可通过控制形成的组织类型和数量来控制铸件的性能。
所以，铸造技术人员必须具备熟练应用铁—碳平衡图的能力，这样才能在生产实践中对铸件产生的各类问题进行有理论依据的分析和找出有针对性的解决办法。
2.1 铸铁的分类
铸铁是一种以Fe、C、Si为基础的多元合金，其中碳含量（质量分数）为2.0%~4.0%。铸铁成分中除C、Si外，还有Mn、P、S，号称五大元素。
在铸铁中加入Al、Cr、Ni、Mn等合金元素，可满足耐热、抗磨、耐腐蚀等性能要求，所形成的合金铸铁又称为特种铸铁。
按使用性能，铸铁可被分为工程结构件铸铁与特种性能铸铁两大类（见表14）。
表14 铸铁的分类
2.2 铁—碳双重相图
2.2.1 铁—碳双重相图的基本概念
表示合金状态与温度、成分之间关系的图形称为合金相图，是研究合金结晶过程中组织形成与变化规律的工具。在极缓慢冷却条件下，不同成分的铁—碳合金在不同温度时形成各类组织的图形为铁—碳合金相图。
铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁—碳相图存在两重性，即铁—石墨（C）相图与铁—渗碳体（Fe3C）相图。在一定条件下，Fe—Fe3C 系相图可以向Fe—C系相图转化，所以Fe—C为稳定系平衡相图，Fe—Fe3C为亚稳定系相图（见图16）。
图16 Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C双重相图
铸铁中的高碳相只有两种：石墨与渗碳体，石墨（G）为100%的碳，渗碳体（Fe3C）含碳量仅为6.67%。在生产中常用的三角试块的尖端处为白口，此处碳以Fe3C出现；三角试块厚的部位为灰口，此处碳以G形式出现。这说明，同一成分的铸铁既可按Fe—Fe3C相图结晶，也可按Fe—C相图结晶，因此，研究铸铁时，必须研究铁—碳合金的双重相图。
2.2.2 铁—碳相图与铸铁的结晶
铸铁在凝固过程中要经过三个结晶阶段，即析出初相、共晶转变、共析转
变，在这三个阶段中分别析出不同的组织，见表15。
表15 铸铁结晶的三个阶段结
晶过程结晶发
生的临
界线
结晶产物图标
初析阶段液相线
以下析
出初生
相
（1）BC及BC’线以下析出初生奥
氏体
（2）C’D’线以下析出初生石墨
（3）CD线以下析出初生渗碳体
共晶阶段固相线
以下发
生共晶
转变
（1）ECF线以下发生共晶转变，共
晶组织为共晶奥氏体+共晶渗碳体
（2）E’C’F’线以下发生共晶转
变，共晶组织为共晶奥氏体+共晶石
墨
共析阶段
共析线
以下发
生共析
转变
（1）PSK线以下发生共析转变，奥
氏体转变为珠光体（渗碳体+铁素
体）
（2）P’S’K’线以下发生共析转
变，奥氏体转变为铁素体+石墨
在三个阶段的结晶中要记住两个临界点：共晶点与共析点。
共晶点的意义是：当铁液温度到达共晶温度、铁液成分到达共晶成分时，
铁液就会发生共晶转变。Fe-C（石墨）系中，共晶点C’的成分是w（C）4.26%；Fe-Fe3C系中，共晶点C的成分是w（C）4.30%。
共析点的意义是：当铸铁凝固冷却到共析温度、成分到达共析点成分时，将发生共析转变。Fe-C（石墨）系中，共析点S’的成分为w（C）0.69%；Fe-Fe3C 系中，共析点S的成分为w（C）0.76%。
在铁—碳相图中：
具有共晶成分的铸铁，称共晶铸铁；
小于共晶成分的铸铁，称亚共晶铸铁；
大于共晶成分的铸铁，称过共晶铸铁。
在铸铁的凝固过程中，要记住四条特性曲线，即液相线、固相线（共晶转变线）、碳在奥氏体中的溶解曲线和共析线。
在双重相图、两个临界点、四条特性曲线下，三个阶段结晶中所形成的铸铁组织不同，记住在不同条件下形成的各类组织是十分重要的。表16为结晶过程中的两个临界点与四条特性曲线。
表16 铸铁结晶过程中的两个临界点和4条特性曲线
名称
曲线或
临界点
特性图标
液相线BCD和
BC’D
’线
（1）该线称为液相线，此线以上
为液相区，用L表示
（2）铁液冷却至此线时，开始结
晶并析出初相
（3）BC或B C’线以下皆析出初
生奥氏体，用A或γ表示
（4）在CD线以下析出初生渗碳体，用Fe3C表示
（5）在C’D’线以下析出初生石墨，用G表示
固相线（共晶线）ECF与
E’C’
F’线
（1）该线称为固相线，合金冷却
至此线后凝为固体，此线以下为固
态区
（2）液相线与固相线之间，液相
与固相并存，为合金的结晶区，
BCE或BC’E’区内为铁液+初生
奥氏体，在DCF区内为铁液+初生
渗碳体，在D’C’F’区内为铁液
+初生石墨
（3）该线也称为共晶转变线，铁
液冷却至此线以下时发生共晶转
变，铁液转变为共晶奥氏体+共晶
渗碳体（按ECF线）或转变为共
晶奥氏体+共晶石墨（按
E’C’F’线）
（4）共晶奥氏体+共晶渗碳体可称
为高温莱氏体Ld，用公式表示为
Ld=A+Fe3C
共晶点C（C’）共晶临界点，其碳的质量分数是：C点为4.30%，C’点为4.26%，生产中常简化为4.30%
碳在奥氏体中的溶解曲线
ES与
E’S’
线
碳在奥氏体中的含量随温度降低
而减少，当温度下降时，沿着此线
析出二次渗碳体（按ES线）或析
出二次石墨（按E’S’线）
共析线PSK与
P’S’
K’线
（1）合金冷却至此线时发生共析
转变，按PSK线奥氏体转变为珠光
体（铁素体+渗碳体），用P来表示，
按P’S’K’线奥氏体转变为铁
素体＋石墨，铁素体用α或F表示
（2）共析转变按Fe-Fe3C进行，高
温莱氏体（奥氏体+渗碳体）则变
为低温莱氏体（珠光体+渗碳体），
低温莱氏体的表示公式为
L’d=P+Fe3C
共析点S（S’）共析临界点，其碳的质量分数是：S点为0.76%，S’点为0.69%
2.2.3 铁—碳相图与铸铁组织
表17为铸铁在初析、共晶、共析三个阶段中结晶时形成的组织，表18为铸
铁的结晶过程与室温组织，表19为铁—碳双重相图中的铸铁组织。在实际生产中，铸铁的组织远不止表19中的7个组成相，还会多出6个组成相，它们对铸铁性能的影响也十分巨大，必须牢牢记住。表20即为铁—碳相图中不出现的铸铁的6个组成相。
表17 铸铁在初析、共晶、共析结晶时形成的组织
表18 铸铁的结晶过程与室温组织
类别按Fe-C（石墨）稳定系结晶按Fe-Fe3C亚稳定系结晶亚
共晶铸铁结晶
过程
室温
组织
铁素体+石墨（共晶石墨+二次石墨+
共析石墨）
珠光体+莱氏体（珠光体+共晶渗碳体）
+二次渗碳体
过
共晶铸铁结晶
过程
室温
组织
铁素体+石墨（初生石墨+共晶石墨+
二次石墨+共析石墨）
莱氏体（珠光体+共晶渗碳体）+渗碳体
（初生渗碳体+二次渗碳体）
共晶铸铁结晶
过程
室温
组织
铁素体+石墨（共晶石墨+二次石墨+
共析石墨）
莱氏体（珠光体+共晶渗碳体）+二次渗
碳体
表19 Fe-C（石墨）、Fe-Fe3C双重相图中的铸铁组织
类
别
组织代号特征主要性能
液相液
溶
体
L
1.存在液相线之上的铁液为液相，是
碳与其他元素在铁中的无限液溶
体。
2.在液、固线之间也有液体，但成分
随温度而变化。
1.优良的流动性；
2.流动性的高低与温度、成分有
关。
高
碳相石
墨
G
1.石墨是铸铁中以游离状态存在的
碳，含碳量近乎100％。
2.按化学成分与温度不同，石墨有初
析石墨、共晶石墨、二次石墨和共
析石墨。
3.石墨的形态有片状、球状、蠕虫状、
1.力学性能低：R m<20 MPa，硬度
3 HBW，无塑性；
2.减振好，耐磨性优良。
表20 铁、碳相图中不出现的铸铁中的6个组成相
2.3 铁—碳相图对铸铁生产的指导意义
2.3.1 利用相图的双重性控制铸铁的结晶过程
在熔炼孕育铸铁时，必须通过化学成分等措施将原铁液全部或部分按Fe—Fe3C系结晶，形成白口或麻口，然后通过孕育手段，使其按Fe—C（石墨）系结晶。在共晶转变时变成奥氏体+石墨，不允许出现渗碳体；而可锻铸铁在共晶转变时必须控制铁液按Fe—Fe3C系结晶，即在共晶转变时，形成莱氏体，变成奥氏体+渗碳体，不允许出现石墨。
当需要珠光体基体的铸铁时，可以通过在铁液中加反石墨化元素如Cr、Sb、Sn、Cu等，使铸铁在共析转变时按Fe—Fe3C系结晶，形成珠光体基体。
如果要获得铁素体基体，则通过对铸铁中C、Ｓi含量的控制，使铸铁在共析转变时按Fe—C（石墨）系结晶，形成铁素体基体。
2.3.2 通过对三阶段结晶的控制，获得需要的组织与性能
（1）在熔制高强度灰铸铁时，必须采用含C量较低的亚共晶铸铁，添加某些合金元素增加Si/C比及进行孕育处理，是为了：
★在初析阶段析出更多粗大的奥氏体，有利于提高强度；
★使共晶转变时变Fe—Fe3C系结晶为Fe—C（石墨）结晶，不出现渗碳体，以免影响力学性能与加工性能；
★在共析转变时按Fe—Fe3Ｃ系进行，形成珠光体基体。
（2）在熔制可锻铸铁时，要选择比高强度灰铸铁更低的C、Si量，确保铁液结晶时全部为白口，不得有麻口和灰点，即铁液在共晶与共析转变时全部按Fe —Fe3C进行，在初析阶段析出初生奥氏体，在共晶阶段形成奥氏体+渗碳体，在共析阶段奥氏体全部变为珠光体，室温的组织是珠光体+渗碳体。如果控制不好，有片状石墨存在，将严重影响退火时的石墨，可见控制铸铁按铁—碳双重相图
中哪一系统结晶十分重要。
值得指出的是，可锻铸铁中也加孕育剂，但是加的是复合孕育剂，即Be、Te、Sb等元素在共晶转变时反石墨化，确保其白口；Al、B、Si、Ba、Sr、Ti等元素在退火时促进石墨化，缩短退火时间。
（3）熔制球墨铸铁和蠕墨铸铁时，它们的原铁液在共晶转变时都是按Fe —C（石墨）系结晶，铸态为灰口，因为它们的碳当量很高，白口倾向极小；但是其原铁液经过球化或蠕化处理以后，则按Fe—Fe3C系进行共晶转变，全部为白口，因为Mg、RE都是强烈反石墨化的元素，促使铁液按Fe—Fe3C系结晶。
对球化或蠕化后的铁液再进行孕育处理，则孕育后的球化铁液或蠕化铁液则按Fe—C（石墨）系结晶，全部变为灰口，因为孕育剂强烈促进石墨化，促使铁液按Fe—C（石墨）系进行结晶。
因此，将球化、蠕化的变质处理及而后的孕育处理与铁—碳双重相图相联系，则对残余Mg量为什么要低，对孕育要确保薄壁处不出现游离渗碳体这些问题，就有了更理性的认识；从而对生产中为什么要尽量减少球化剂以减小白口与缩松倾向，尽量采用瞬时孕育消除游离渗碳体等，有了更深刻的认识。
2.3.3 控制碳当量与共晶度，选择所需铸铁的种类
（1）碳当量
铸铁中存在多种合金元素，这些合金元素对共晶点碳量的增减是有影响的。将各元素的量折算成碳量的增减，增减后的碳量称之为碳当量。在生产实践中，碳当量计算时只考虑Si、P的影响，计算的方式是将Si、P折算成碳量，再加上铸铁的实际碳量，则为碳当量，用CE表示，其计算公式为：
2 铁—碳相图及其应用 正是因为铸铁的组织与铸铁的力学性能、铸造性能和使用性能，甚至切削加工性能等息息相关，我们就必须要掌握铸铁组织的形成规律，以达到控制组织和性能的目的。铁—碳平衡图就是掌握凝固过程及其形成组织极好工具，从中可以了解铸铁的凝固规律，控制所获得凝固组织的种类、形状和多少。 另外，生产中有多种因素会影响铸铁组织的形成，从铁—碳平衡图上也可一目了然地分析出这些因素对组织的影响情况，从而可通过控制形成的组织类型和数量来控制铸件的性能。 所以，铸造技术人员必须具备熟练应用铁—碳平衡图的能力，这样才能在生产实践中对铸件产生的各类问题进行有理论依据的分析和找出有针对性的解决办法。 2.1 铸铁的分类 铸铁是一种以、C、为基础的多元合金，其中碳含量（质量分数）为2.04.0%。铸铁成分中除C、外，还有、P、S，号称五大元素。 在铸铁中加入、、、等合金元素，可满足耐热、抗磨、耐腐蚀等性能要求，所形成的合金铸铁又称为特种铸铁。 按使用性能，铸铁可被分为工程结构件铸铁与特种性能铸铁两大类（见表14）。 表14 铸铁的分类
2.2 铁—碳双重相图 2.2.1 铁—碳双重相图的基本概念 表示合金状态与温度、成分之间关系的图形称为合金相图，是研究合金结晶过程中组织形成与变化规律的工具。在极缓慢冷却条件下，不同成分的铁—碳合金在不同温度时形成各类组织的图形为铁—碳合金相图。 铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁—碳相图存在两重性，即铁—石墨（C）相图与铁—渗碳体（3C）相图。在一定条件下，—3C系相图可以向—C系相图转化，所以—C为稳定系平衡相图，—3C为亚稳定系相图（见图16）。
1.2 常用金属材料 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。 1.2.1 钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 1．碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢，含碳量<0.25%； 中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%； 高碳钢，含碳量>0.60%。 （2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类： 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%； 优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%； 高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。
（3）按钢的用途分类分为两类： 碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件； 碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 （1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A 级沸腾碳素结构钢。 （2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 （3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例 Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。 08钢，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷冲压零件。 10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。 35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。 T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。 T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。 T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。 （二）合金钢
铸铁熔炼基本知识(目录) 1.熔解的目的 2.灰铁与球铁主要的性能特征及成因 a)灰铁的性能特点及成因 b)球铁的性能特点及成因 c)灰铁与球铁的本质区别 3.影响铸件性能的主要因素 a)合金元素对铸件性能的影响 b)铁水中气体对铸件性能的影响 c)铁水温度对铸件性能的影响 d)炉料的影响 4.合金的熔炼方式 a)冲天炉熔炼 b)感应电炉熔炼 c)冲天炉、感应电炉双联熔炼 5.铁水的处理 a)球化处理 b)孕育处理
铸铁熔炼基本知识(内容) 一、熔解的目的 获得一定成分和一定温度的铁水 二、球铁和灰铁的主要性能特点及原因 灰铸铁中的立体片状石墨球墨铸铁中的石墨球 1.灰铁的性能特点及原因 a)强度性能差 ●石墨的缩减作用——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨强度很低可 近似认为无强度，这就使得材料的实际承载面积总比材料的实际面积 要小 ●石墨的缺口（切割）作用——灰铸铁组织中的石墨大多以片状形式存 在，在石墨片的尖端有应力集中现象易导致基体过载失效 b)硬度不稳定——因受石墨的影响大硬度稳定性差 c)缺口敏感性低——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨的缩减作用与石墨的缺 口作用使得灰铸铁缺口敏感性低，石墨片越粗大缺口敏感性越低 d)良好的减震性——大量的石墨阻止了振动的传播，将能量转化成热能而散发 e)良好的减摩性 ●石墨本身具有润滑作用 ●石墨脱落处可存储润滑油以保证油膜完整从而提高润滑效果 2.球铁的性能特点 a)强度和硬度高 b)具有一定的韧性
c)优良的屈/强比 d)较低的缺口敏感性 原因：石墨呈球状对基体割裂作用弱，基体连续 3.球铁、灰铁性能差异的根本原因 球铁、灰铁性能差异的根本原因在于石墨形状的不同。 球墨铸铁金相灰铸铁金相三、影响铸件性能的主要因素 1.常见合金元素对铸件性能的影响 a)C、Si（CE）的影响 ●碳当w(CE)%= w (C)%+ w (Si+P) % 3 ●对球铁的影响 ●CE值过高会产生石墨漂浮现象，使夹杂物增多铸铁性能下降；CE值 过低易产生缩松、裂纹等缺陷，CE值在4.6-4.7%左右时易形成组织致密的铸件（实际生产球铁时，如对性能成分无特殊要求，则原汤调质目标为C——3.85% Si——1.85%，球化处理后的成分约为C——3.65% Si——2.80%，w(CE)%= w (C)%+ w (Si+P) % 3 =3.65%+ 2.80%+0.06% 3 =4.60%,成分的选取恰恰有利于得到致密铸件） 石墨漂浮显微缩松
铸造知识介绍 铸造：是一种金属材料的成形方法。将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，凝固后成为具有一定形状和性能的铸件。 铸造方法有砂型铸造和特种铸造，既可用手工单件小批量生产，也可用机械化、自动化生造型方法大量成批生产。 铸造流程：制模——造型——烘干——熔炼——孕育处理——炉前分析——浇注——落砂清理——去浇冒口——铸件检验及缺陷分析—— 铸铁及熔炼 白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe 3c ）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe 3c ，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。 灰口铸铁；铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。 灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体+铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁三类。 由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度低、塑性和韧性趋于零的组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性差，不能进行压力加工。为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一定量的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布，经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸铁。 灰口铸铁的牌号、性能组织及用途见下表，国家标准根据直径30mm 单铸试棒的抗拉强度，将灰铸铁分为六个牌号。牌号中的“HT ”是“灰铁”的汉语拼音的第一个大写字母，其后面的数字表示该牌号灰铸铁的最小抗拉强度。 灰铸铁的牌号及力学性能指标（GB5675-85）
铸铁材料的分类、石墨的结构和特点二 第二节灰铸铁 一、灰铸铁的成分、组织与性能特点 1．灰铸铁的化学成分 铸铁中碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是应限制的元素目前生产中，灰铸铁的化学成分范围一般为：wC=2.7%~3.6%，wSi=1.0%~2.5%，wMn=0.5%~1.3%，wP≤0.3%，wS≤0.15% 2．灰铸铁的组织 灰铸铁是第一阶段和第二阶段石墨化过程都能充分进行时形成的铸铁 它的显微组织特征是片状石墨分布在各种基体组织上 由于第三阶段石墨化程度的不同，可以获得三种不同基体组织的灰铸铁 a）铁索体灰铸铁b）珠光体灰铸铁 c）铁索体珠光体灰铸铁 图7.4 灰铸铁的显微组织 3．灰铸铁的性能特点 （1）力学性能：灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和弹性模量远比相应基体的钢低石墨片的数量愈多，尺寸愈粗大 分布愈不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重，则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低 由于灰铸铁的抗压强度σbc、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨的存在对其影响不大，故灰铸铁的抗压强度一般是其抗拉强度的3~4倍同时，珠光体基体比其它两种基体的灰铸铁具有较高的强度、硬度与耐磨性 （2）其它性能石墨虽然会降低铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正是由于石墨的存在，使铸铁具有一系列其它优良性能 ①铸造性能良好由于灰铸铁的碳当量接近共晶成分，故与钢相比，不仅熔点低，流动性好，而且铸铁在凝固过程中要析出比容较大的石墨，部分地补偿了基体的收缩，从而减小了灰铸铁的收缩率，所以灰铸铁能浇铸形状复杂与壁薄的铸件 ②减摩性好减摩性是指减少对偶件被磨损的性能灰铸铁中石墨本身具有润滑作用，而且当它从铸铁表面掉落后，所遗留下的孔隙具有吸附和储存润滑油的能力，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造 ③减振性强铸铁在受震动时 石墨能阻止震动的传播 起缓冲作用，并把震动能量转变为热能，灰铸铁减振能力约比钢大10倍，故常用作承受压力和震动的机床底座、机架、机床床身和箱体等零件， ④切削加工性良好由于石墨割裂了基体的连续性 使铸铁切削时容易断屑和排屑 且石墨对刀具具有一定润滑作用，故可使刀具磨损减少 ⑤缺口敏感性小钢常因表面有缺口（如油孔、键槽、刀痕等）造成应力集中，使力学性能显著降低，故钢的缺口敏感性大灰铸铁中石墨本身已使金属基体形成了大量缺口，致使外加缺口的作用相对减弱，所以灰铸铁具有小的缺口敏感性 由于灰铸铁具有以上一系列的优良性能，而且价廉 易于获得，故在目前工业生产中，它仍然是应用最广泛的金属材料之一 二、灰铸铁的孕育处理 灰铸铁组织中石墨片比较粗大，因而它的力学性能较低为了提高灰铸铁的力学性能
机械制造常用材料及选择 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，次是有色金属合金。金属材料如塑料、橡胶等。在机械制造中也是具有独特的使用价值。 一、金属材料 铸铁和钢都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁铸合金称为钢，含碳量大于2%称为铸铁。 1、铸铁与钢的功能区别： 铸铁具有适当的易熔性、良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。它的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）均较好且成本低廉，因此在机械制造中应用甚广。 钢具有高的强度，、韧性和塑性，并可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。钢制零件的毛坯可用铸造、冲压、焊接或铸造等方法取得，因此其应有极为广泛。 2、铸铁与钢的分类： ㈠铸铁： 常用的铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 其中灰铸铁和球墨铸铁是脆性材料，不能进行辗压和锻造。灰铸铁应用的最广泛，其次球墨铸铁次之。 ㈡钢： 按照用途钢可分为：结构钢、工具钢和特殊钢。 ⑴结构钢用于制造各种机械零件和工程结构钢的构件。 ⑵工具钢主要用于制造各种刃具、模具和量具。
⑶特殊钢（如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等）用于制造在特殊环境下工作的零件。 按照化学成分钢又可分为：碳素钢和合金钢。 ⑴碳素钢的性质主要取决于含碳量，含碳量越高则钢的强度越高，但塑性越低。 ⑵合金钢为了改善钢的性能，特意加入了一些合金元素的钢。 3、一部分钢的性能 ⑴碳素结构钢（Q235）的含碳量一般不超过0.7%，也属于低碳钢。常用来制造建筑构件、车辆、不重要的轴类、螺钉、螺母、冲压件、锻件、焊接件等。 ⑵低碳钢（08、10、15、20、25）含碳量低于0.25%，它的强度极限和屈服极限较低，塑性很高，且具有良好的焊接性，适于冲压、焊接，常用来制作螺钉、螺母、垫圈、轴、气门导杆和焊接构件等。含碳量在0.1%～0.2%的低碳钢还用以制作渗碳的零件，如齿轮、活塞销、链轮等。通过渗碳淬火可使零件表面硬度而耐磨，心部韧而耐冲击。如果要求有更高强度和耐冲击性能时，可采用低碳合金钢。 ⑶中碳钢（30、35、40、45、50、55）含碳量在0.3%～0.5%的中碳钢，它的综全力学性能较好，既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，常用作受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。 ⑷高碳钢（60、65、70、75）含碳量在0.55%～0.7%，具有高的强度和弹性，多用来制作普通的板弹簧、螺旋弹簧或钢丝绳等。 4、合金结构钢钢中添加合金元素的作用在于改善钢的性能。例如：
铸铁浴缸(Cast iron bathtub)采用铸铁制造，表面覆搪瓷，所以重量非常大，使用时不易产生噪音;由于铸造过程比较复杂，所以铸铁浴缸一般造型比较单一而价格却很昂贵。 铸铁浴缸由于浴缸壁厚，所以其突出特点是保温性能好，受到一部分非常看重保温性能的消费者的青睐，但实际上洗澡时浴缸的热量损失90%是通过水面与空气的热交换和热辐射散失的，只有10%的热量是通过缸体散失的;另外诸如注水噪音低，易清洁，耐酸碱及化学品，光泽度高等等由于材质所塑造的种种特性成为亚克力等等材质浴缸所不可逾越的优势。所以一般铸铁浴缸价格为亚克力浴缸2-3倍。作为嵌入式浴缸它们的安装程序步骤是一样的，只是铸铁浴缸要重得多，但是几乎可以一劳永逸，所以购买铸铁浴缸还是不错的选择。 铸铁浴缸特性:铸铁和瓷釉是一种极其耐用的材料，以它为材质的浴缸通常可以使用50年以上，在国外不少铸铁浴缸都是传代使用的。铸铁浴缸的表面都经过高温施釉处理，光滑平整，便于清洁。铸铁浴缸价格比亚克力和钢板浴缸都要贵2-3倍。这也是在市场上难以普及的重要原因。 铸铁浴缸的优缺点 铸铁浴缸的优点:光洁平整，色泽温润，防污垢，注水噪声小，易清洗，经久耐用; 铸铁浴缸的缺点:价格最高，颜色及造型受工艺限制所以造型较为单调，色彩选择比较单一。，分量沉重，安装运输不易。选购铸铁浴缸时注意釉面的光洁度和平整度。 目前中国是世界最大的铸铁浴缸生产国，产品大量出口国外。随着大规模批量生产及生产技术的不断提高，铸铁浴缸价格已大幅降低 德国进口AA级釉料：2mm超厚进口釉面，全人工施釉，釉面细腻，注水声小，便于清洁。 精选陶瓷铸铁：高温煅烧，不发黄，不变色，无异味，使用寿命长 超大奢华空间体验：超大沐浴空间，让你无拘无束的享受生活 人性化的线条设计：背部斜坡设计，采用人体工程学设计，让舒适自由掌控。 隐形防滑设计：底部防滑纹理设计，加大阻力防止滑倒避免磕碰 细节特写：釉面、造型纹理、溢水口、下水口、整体尺寸。 制作工艺流程：1、原生铁倒模。2、初具成型。3、手工打磨。4、人工描瓷。5、多次循环回炉。6、荧光检测。 原料瓷粉介绍：瓷粉医用瓷粉烤瓷粉金属烤瓷粉口腔陶材料瓷粉瓷，用烧结、热压、渗透、电泳等方法制作而成，其主要成分是长石、高岭土、石英、助熔剂、着色剂和荧光剂等。是制作金属烤瓷牙、全瓷牙的主要材料。其制作的修复体颜色美观，强度高，硬度大，耐磨损，化学性能稳定等特点，广泛应用口腔临床修复中。
1、铸铁及其熔炼 编辑词条 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。
泵体（蜗壳）材料 泵体材料选择考虑因素：a 强度；b 耐腐蚀；c 耐磨粒磨损；d 铸造和机械加工性能；e 焊接修补性能；f成本。 1 铸铁 对于大多数输送液体应用来说，灰铸铁是制造泵壳体的较好材料。对于单级泵，通常灰铸铁有足够的强度抵抗所产生的压力。在中等压力和温度范围内，球墨铸铁被广泛应用。在灰铸铁和球墨铸铁不能达到足够耐腐蚀性能应用场合，耐蚀高镍铸铁常被用做泵体材料。近年来开发出一种新型的，具有良好焊接性能的耐蚀高镍铸铁材料（命名为D2W），含有少量铌元素，以改善其焊接性能。典型的奥氏体铸铁含镍15%~20%，在盐水中广泛应用。 灰口铸铁是最常用的一种铸铁，国标代号为HT。一般清水泵的泵体、叶轮、泵盖、悬架等均采用该材料，通常用到三种牌号：HT150、HT200、HT250。对于底座、垫板等非主要零件多采用HT150，泵体、泵盖、悬架等多采用HT200，而叶轮、口环、轴套等多采用HT250。各国对灰铁的表示方法有所不同，如日本的代号为FC，德国的代号为GG，美国为Class 4 球墨铸铁是一种综合性能较好的铸铁，国标代号为QT。由于其力学性能接近钢，同时其铸造性能、加工性能优于钢，因此通常把它作为铸钢的替代品。最常用到的牌号有：QT450-10、QT500-7、QT600-3。由于受铸造等原因的限制，目前水泵的叶轮采用该材料，尤其是切割式的开式叶轮性价比都优越的。DIN标准对球墨铸铁的表示方法为GGG，美国的表示方法为Ductile iron。 2 铸钢 对于腐蚀和有害的石油产品，或多级泵出口压力达13.8Mpa时，需要使用规定的铸钢或铸造不锈钢。在锅炉给水泵和许多烃类应用中，常选用马氏体不锈钢，马氏体不锈钢机械性能好，适用于高压的工况，但耐腐蚀性能不如其他类不锈钢。在化工应用和其他腐蚀性的环境下，奥氏体不锈钢（CF-8M，CF-3M等）常用来作泵壳体材料，另外，奥氏体不锈钢还能抵抗由于高速而产生的侵蚀，并且可以相对容易地进行现场焊接修补。高压浅海注水泵对耐腐蚀和机械性能有更高的要求，其泵壳体选双相不锈钢材料（50%铁素体+50%奥氏体）。 由于铸钢的强度转高，通常当压力＞1.6Mpa时，承压零件多采用铸钢，其国标代号为ZG，最常用的牌号为ZG23 0-450。日本和美国通常用CS表示铸钢。
钢材基本知识大全，超实用！ 一、钢材机械性能 1.屈服点（σs） 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设P s为屈服点s处的外力，F o为试样断面积，则屈服点σs =P s/F o(MPa)。 2.屈服强度（σ0.2） 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。 3.抗拉强度（σb） 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。设P b为材料被拉断前达到的最大拉力，F o为试样截面面积，则抗拉强度σb= P b/F o（MPa）。 4.伸长率（δs） 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比（σs/σb） 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
（1）布氏硬度（HB） 以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB）。 （2）洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料 的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 （3）维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。 二、黑色金属和有色金属 1、黑色金属 是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。 生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。 把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状,含碳量大于2.11%的铁碳合金），把液状铸铁浇铸成 铸件，这种铸铁叫铸铁件。 铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。
职业技能鉴定理论知识基础试题（A卷） 工种及代码：铸铁工等级：高级 编制单位（公章）：炼铁厂 2001—08—27 共6页第1页 填空题：（每题2 分，10题，20分） *b 1、铁水中主要成分有、碳、锰等，并有少量的硫、磷。 *a 2、冷却水用量是用表来表示的。 *c 3、铸铁过程中，要勤挠，掌握两边铁流均匀。 *a 4、元素使铸铁块具有热脆性。 *b 5、行车小车减速机是是式的。 *b 6、铁水分为铁水和铸造铁水。 *a 7、铁工具必须，以防爆炸伤人。 *a 8、二次冷却的目的是。 *c9、铸铁机链带上方设置冷却装置的目的是。 *b10、喷浆装置距流嘴的距离是越越好。 标准答案： 1.铁、 2.流量、 3.流嘴、 4.硫、 5.立、 6.炼纲、 7.干燥、 8.快速降低 铸铁块温度、9.加速铁水冷却（凝固）、 10.远。 选择题：（每题2分，共20题，40分） *a 1.我处铸铁机型式为:（）。 （A）滚轮式（ B）固定式（C）滚轮固定式 (D) 滚轮移动式 *b2.槽窝与流嘴的连接部分为（）。 （A）大沟（B）人字板（C）机后滑板 (D)链带 *a 1.行车小车行走减速机为（）。 （A）立式（B）卧式（C）蜗轮蜗杆式（D）伞齿轮接触式 *c 2.选取铸铁机配用电机功率取决于（）。 （A ）生产能力（B）匹配的行车性能（C）作业率（D）工作环境 *b5.铁流嘴的作用是（） _________________________________________________________________
命题人：许振兴审题人：刘元意 职业技能鉴定理论知识基础试题（A卷） 工种及代码：铸铁工等级：中级 编制单位（公章）：莱钢炼铁厂 2001—08—12 共6页第2页 （A）分布铁水（B）控制铁损（C）控制块度（D）安全 *c 6.铁的化学元素符号是（） （A）T （B）Fe （C）S （D）C *b 7.减速机使用和维护中的主要问题是（） （A）振动（B）过热（C）漏油（D）噪音 *a8.铸铁工艺对铁水质量要求不重要的是（） （A）铁水流动性（B）铁水温度（C）铁水化学成分（D）铁水存放时间 *b9.铸铁安全生产时没有规定（）。 （A）不准跨越大沟（B）不准站在平台上(C）不准在平台下工作(D)工具的干燥 *c10.一次冷却水管的长度大约是链条的（） （A）2/3 （B）1/3 （C）3/4 （D）4/5 *c11.一般铸铁机链带最大运行速度大约是（）m/min。 （A）5 （B）15 （C）20 （D）30 *a11.、铸铁生产的主要技术指标是（）。 （A）铸铁量、铁损率、铸铁机台数（B）生产率、铁损率、块度合格率（C）铸铁量、块度合格率、罐容 (D) 生产率、温度、块度合格率 *b13.影响铸铁模开裂的主要因素是（）。 （A）热应力、冷却时间、铸铁模材质（B）喷浆、热应力、冷却时间（C）热应力、铸铁模材质、铸铁模质量 (D) 热应力、铸铁模材质、温度*a14.块度合格率是指（）。 （A）合格铁块数与总铸铁罐数的比例（B）合格铁块数与总炉次之比（C）合格铁块量与总铸铁量之比 (D) 合格铁块量与总铸铁罐之比 *b15.铁水罐倾翻过程中要控制的主要参数是（）。
二、概述 1．合金钢的显微组织 合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量<5%的称为低合金钢；合金元素为5%～10%的称为中合金钢；合金元素>10%的称为高合金钢。 一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于合金元素的加入，使铁碳相图发生一些变化，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素加入后，使C曲线右移（除Co以外），即以较低的冷却速度也可以获得马氏体组织。例如，40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质后的显微组织基本相同，都为回火索氏体。GCr15钢840℃油淬、低温回火后的显微组织，与T12钢780℃水淬、低温回火后的显微组织也一样，皆为回火马氏体和碳化物。 合金钢种类繁多，本实验只选择高速钢进行观察和分析。 高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大左移，虽然只含有0.7%～0.8%的碳，仍可获得莱氏体组织，所以又称为莱氏体钢。 高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物、马氏体、屈氏体以及残留奥氏体组成。如图6-1所示。虽然高速钢在铸态下的组织存在严重的成分和组织不均匀性，从而影响其性能，为此随后必须经过锻造和轧制，破碎莱氏体网络，促使其碳化物均匀分布。 高速钢锻造退火组织：在金相显微镜下观察其组织为索氏体+碳化物。其中粗大的亮色晶粒为初生共晶碳化物，较细小的为次生碳化物以及索氏体基体中的极细共晶碳化物，退火后的的硬度为HB207～255。 高速钢淬火组织：淬火加热温度一般为1260～1280℃，高温加热的目的是使较多的碳化物溶解于奥氏体中，淬火后马氏体中合金元素含量高，回火后钢的红硬性高且耐磨性好。淬火采用油冷或空冷，其显微组织为马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体（尚有20%～30%）。马氏体呈隐针状，其针形很难显示出来，但可看出明显的奥氏体晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物，淬火后的硬度约为HRC61～62，如图6-2所示。 高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体，碳化物和少量残余奥氏体（约2%～3%）。回火后硬度为HRC63～65，如图6-3所示。 2．铸铁的显微组织 按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。 白口铸铁：其组织具有莱氏体特征而没有游离的石墨，即全部碳以碳化物的形式存在于铸铁中。 灰口铸铁：碳全部或大部分以石墨的形式存在于铸铁中。灰口铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成。 麻口铸铁：其组织特征介于白口铸铁与灰口铸铁之间，即表面为白口铸铁，中心为灰口铸铁。 白口铸铁和麻口铸铁由于莱氏体组织存在，因而有较大的脆性，在工业上很少应用。 根据铸铁中石墨的形态、大小和分布情况不同，铸铁分为：灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 灰口铸铁：根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为：铁素体灰口铸铁；铁素体+珠光体灰口铸铁；珠光体灰口铸铁。如图6-4所示，为铁素体灰口铸铁的显微组织，其中石墨呈灰色条片状分布在白亮色的铁素体基体上。 可锻铸铁：可锻铸铁又称展性铸铁，它是由白口铸铁经石墨化退火处理而获得的，其渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按其组织不同，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两类。 图6-5为铁素体基体可锻铸铁的显微组织，其中石墨称暗灰色团絮状，亮白色晶粒为基体。 球墨铸铁：球墨铸铁中石墨呈球状。它是用镁、钙及稀土元素球化剂进行球化处理，使石墨变为球状。由于石墨呈球状对基体的削弱作用最小，使球墨铸铁的金属基体强度利用率高达70%～90%（灰口铸铁只达30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰口铸铁和可锻铸铁。图6-6为球墨铸铁的显微组织，其中亮白色晶粒为铁素体基体，灰色球状为石墨。
第二节常用铸铁的牌号、组织与性能 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。 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。 1．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，见图8-2。 图8-2 铁素体基灰口铸铁的显微组织 2．灰口铸铁的牌号、性能及用途 灰口铸铁灰口铸铁的牌号、性能及用途如表8-2所示。牌号中“HT”表示“灰铁”二字汉语拼音的大写字头，在“HT”后面的数字表示最低抗拉强度值。
从表8-2可以看出，在同一牌号中，随铸件壁厚的增加，其抗拉强度降低。因此，根据零件的性能要求选择铸铁牌号时，必须同时注意到零件的壁厚尺寸。 灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点： （1）机械性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。这是由于灰口铸铁中片状石墨（相当于微裂纹）的存在，不仅在其尖端处引起应力集中，而且破坏了基体的连续性，这是灰口铸铁抗拉强度很差，塑性和韧性几乎为零的根本原因。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。 3．灰口铸铁的孕育处理 表8-2中HT250、HT300、HT350属于较高强度的孕育铸铁（也称变质铸铁），这是普通铸铁通过孕育处理而得到的。由于在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（或称变质
常用铸铁的牌号、组织与性能 作者：佚名 转贴自：重庆大学 您要打印的文件是： 常用铸铁的牌号、组织与性能 常用铸铁的牌号、组织与性能 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。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、可锻铸铁和特殊性等。 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。 1．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组织，见图8-2。 2．灰口铸铁的牌号、性能及用途 灰口铸铁灰口铸铁的牌号、性能及用途如表8-2所示。牌号中“HT”表示“灰铁”二字汉语拼音的大写字头，在“HT”数字表示最低抗拉强度值。 重庆大学精品课程－工程材料 图8-2 铁素体基灰口铸铁的显微组织
从表8-2可以看出，在同一牌号中，随铸件壁厚的增加，其抗拉强度降低。因此，根据零件的性能要求选择铸铁牌号时同时注意到零件的壁厚尺寸。 灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点： （1）机械性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。这是由于灰口铸铁中片状石墨（相当于微裂纹）的存在，不仅在处引起应力集中，而且破坏了基体的连续性，这是灰口铸铁抗拉强度很差，塑性和韧性几乎为零的根本原因。但是，灰口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、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。 3．灰口铸铁的孕育处理 表8-2中HT250、HT300、HT350属于较高强度的孕育铸铁（也称变质铸铁），这是普通铸铁通过孕育处理而得到的。由造之前向铁液中加入了孕育剂（或称变质剂），结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。显微组织是在细珠光体基体上分布着细小片状石墨。铸铁变质剂或孕育剂一般为硅铁合金或硅钙合金小颗粒或粉，当加入内后立即形成SiO2的固体小质点，铸铁中的碳以这些小质点为核心形成细小的片状石墨。 铸铁经孕育处理后不仅强度有较大提高，而且塑性和韧性也有所改善。同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁对冷却敏感性显著减少，使各部位都能得到均匀一致的组织。所以孕育铸铁常用来制造机械性能要求较高、截面尺寸变化较大的二、球墨铸铁 灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但未能改变石墨的形态。改变石墨形态是大幅度提高铸铁机械性能的根本而球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。为此，在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，则可墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。 重庆大学精品课程－工程材料
１.2 常用金属材料 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能,是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁;有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。 1.2.１钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.3５％。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能(如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等）,冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mｎ、Si、Cr、Ｎi、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 1.碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢，含碳量<0.25％; 中碳钢,含碳量为０．25%～0．60%； 高碳钢,含碳量>0.６0%。 （2）按钢的质量（即按钢含有害元素Ｓ、Ｐ的多少)分类分为三类: 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤０．055%和0.045%; 优质碳素钢，钢中S、Ｐ含量均≤0.０４0%; 高级碳素钢,钢中Ｓ、P含量分别≤０.0３0％和０.0３5%。
（3)按钢的用途分类分为两类： 碳素结构钢,主要用于制造各种工程构件和机械零件； 碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 (1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号(Ａ、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z)等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、Ｂ、C、Ｄ顺序依次增高，F代表沸腾钢,b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q23５-Ａ·F表示屈服强度为２35Mpa的Ａ级沸腾碳素结构钢。 （2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢,表示平均含碳量为0.４5%的优质碳素结构钢。０8钢,表示平均含碳量为０.08%的优质碳素结构钢。 (３)碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质,则在数字后面加“Ａ”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。Ｔ8钢,表示平均含碳量为0.８%的碳素工具钢。Ｔ1２A，表示平均含碳量为１.2％的高级优质碳素工具钢。 ３．碳钢的用途举例 Q19５、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q２5５,用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Ｑ2７5，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q3４5,用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。 0８钢，含碳量低,塑性好，主要用于制造冷冲压零件。 10、2０钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。 35、4０、4５、50钢属中碳钢,经热处理后可获得良好的综合力学性能,主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。 Ｔ7、T8钢,用于制造具有较高韧性的工具,如冲头、凿子等。 T9、T10、T1１钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。 T1２、T1３钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。
1.灰铸铁 具有良好的铸造性能和切削性能，有较高的耐磨性、减震性及较低的缺口敏感性，且价格便宜。因此，被广泛使用。在铸铁生产中，灰铸铁占产量约80%以上。如HT200常被用来制作承受较大负荷形状复杂或精度要求高的机床床身、箱体和机架（铸件需进行去应力退火，以减小铸件的内应力）、机床导轨和缸体（铸件需进行表面淬火，淬火硬度达到50-55HRC，用以增加导轨表面和缸体内壁和硬度和耐磨性）。 2.可锻铸铁（实际并不可锻造） 通过石墨化退火可有较高强度、很大的塑性和韧性、低温韧性好、且铁液处理相对简单、质量稳定、容易组织流水生产。因此，广泛应用于汽车、拖拉机制造行业，用来制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁、中小型零件。如KTH330-08（黑心）可用来制造承受中等动载荷静载的机床用扳手、汽车车轮壳等；KTZ650-02(珠光体)可用来制造承受较高载荷、耐磨性且要有一定的韧性的重要零件，如曲轴、连杆、齿轮等。 3.球墨铸铁（经过秋花处理使石墨大部分或全部呈球状） 具有良好的力学性能和工艺性能，并能通过热处理（退火消除内应力、正火提高强度和耐磨性、调质为获得良好的综合力学性能）进一步调整力学性能。因此，可代替碳素铸钢和可锻铸铁，用来制造一些受力复杂，强度、硬度韧性和耐磨性要求较高的零件。如QT500-7AK 可用来制造内燃机油泵齿轮及飞轮、铁路车辆轴瓦。 4.铸钢（铸造用碳钢） 一般用于制造形状复杂（很难用锻造或机械加工方法制造）、力学性能要求较高（用铸铁铸造其力学性能达不到）的机械零件。如ZG270-500有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好。因此，用来制造轧钢机机架、水压机横梁等。1998年有中国第二重型机械集团公司制造的最大铸钢长度为3.5 m （中厚板轧机机架），铸件毛坯重375t，用钢液530t，所用的材料就是ZG270-500。同样由我国第二大重型机械集团公司生产的重4t。 600.MW汽轮机高压外缸缸体的毛坯是用AG15CrMo铸造而成的。 5.铸造黄铜（铜合金） 铸造黄铜是有普通黄铜通过加入主加元素和其他元素铸造而成，有较高的硬度和抗拉强度，并有一定的塑性。如ZcuZn38 就常用来制造法兰、阀座、手柄、螺母等。 6.铸造路合金（俗称硅铝明） 具有良好的铸造性能。通过变质处理可提高合金的力学性能，还可加入铜、镁等元素，再经淬火、时效处理，进一步提高合金力学性能。如ZL105，可用低于255℃较高的温度下工作的形状复杂零件：风冷发动机的汽缸头、油泵题（用金属型铸造或砂型铸造，需经时效低温短时处理）。 7.其他材料 蠕墨铸铁、冷激合金铸铁、不锈钢等材料的铸铁