吉林大学工程材料课件——第七章 铸铁

第三章：铸铁 3.1 铸铁的特点及分类 3.2 普通铸铁的耐蚀性 3.3 耐蚀铸铁
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3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（一）、根据碳在铸铁中的存在形式分类
分为三类： 1、白口铸铁：碳除少量溶入铁素体中外，其余全部以渗碳体 （Fe3C)形式存在。 断口白亮。
组织中以莱氏体作为基体（Fe--Fe3C相图） 2、麻口铸铁：碳一部分以渗碳体（Fe3C)形式存在，又有少量 游离石墨（G)析出 3、灰口铸铁：碳全部或绝大部分以游离石墨（G)析出，断口呈 暗灰色。
1、普通铸铁
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁
2、特殊性能铸铁 耐蚀铸铁、耐热铸铁和耐磨铸铁。
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3.1 铸铁的特点及分类
二、特点 铸铁是含硅的高碳铁基合金, 普通铸铁碳含量大于
2.11% （一般在2.5~4%之间）, 硅含量在1%～ 3% 之间, 具有良好的铸造性能、耐磨性能、吸振性能和 价廉等优点。是机器制造、交通运输、石油化工、基 本建设和国防工业最主要的铸造材料
组织：钢的基体+石墨
(工业上使用的铸铁大部分为灰口铸铁）
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3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（二）、灰口铸铁分类（根据铸铁中石墨形态）
1、灰铸铁：石墨呈片状 2、可锻铸铁：石墨呈团絮状
3、球墨铸铁：石墨呈球状
4、蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
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3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（三）、按照用途分类
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3.3 耐蚀铸铁
耐蚀铸铁主要有:高硅、高铬和高镍铸铁三大类
一、高硅铸铁
作为耐蚀材料, 最常用的高硅铸铁中的含硅量为14%～ 16%。 在适当的介质条件下, 其表面会形成一层致密的保护膜, 膜主要 由二氧化硅（SiO2钝化膜）构成。当含硅量低于14% 时, 耐蚀 性受氧化铁膜控制; 含硅量高于14% 时, 耐蚀性受二氧化硅膜控 制。因此铸铁中必须含有不低于14%～ 16% 的硅才具有优良的 耐蚀性。耐蚀性能随含硅量的增加而提高, 但过高的含硅量会生 成介稳定的脆性相(Fe5Si2 ) , 使材料更脆, 为此最高含硅量可达 18%。

第5章 铸铁
5.1 概述 5.2 铸铁的石墨化 5.3 一般工程用铸铁
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。
w C = 2.4~4.0 % ,w Si = 0.6~3.0 % 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。
例如，机床床身、内燃机的
KTH30006
锻 铸 铁
团 絮 状
表F 心P
P
KTB + 两组数字
KTZ + 两组数字
可锻铸铁代号；第一组
数字表示最低抗拉强度 KTB350-
值，M Pa；第二组数字 04 表示最低伸长率值，% KTZ450-
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
F
根据碳在铸铁组织中存在形式和形态的不同，可分为以下几类： 1、白口铸铁
简称为白口铁，完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸 铁。其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存在，断口呈银白色。由 于存在有大量硬而脆的Fe3C，硬度高，脆性大，很难切削加工。 很少用来直接制造机器，主要用于炼钢原料或制造可锻铸铁的 毛坯。 2、灰铸铁
碳主要结晶成游离状态的石墨。其中碳主要以片状石墨形状 存在，断口为暗灰色，常见的铸铁件多数是灰铸铁。
3、可锻铸铁 由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理而获得，其中
碳大部分或全部以团状石墨形式存在，由于具有较灰口铸铁 高得多的塑性和韧性，习惯上称为可锻铸铁，实际上并不可 锻，常用来制造一些重要的小件。 4、球墨铸铁
台车式石墨化退火炉
石墨化分三个阶段： 在E’C’F’线及 以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化，包括

球墨铸铁的化学成分通常不作为铸件验收的依 据，但有特殊要求时，应以图纸或客户要求为 准。化学成分的选取必须保证铸件材料满足本 标准所规定的力学性能和金相组织要求。
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2.3.2力学性能及金相组织
单铸试棒的力学性能 铸件的力学性能
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单铸试棒的力学性能及金相组织
铸铁部分
铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。除碳以外，铸铁 还含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。同钢相比， 铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较 低，但是具有优良的铸造性能，很高的减磨和耐磨性， 良好的消震性能和切削加工性能以及缺口敏感性低等 一系列优点。
按铸铁中是否有石墨存在，把铸铁分成灰铸铁和白口 铸铁。按石墨形态的不同，可以分为（普通）灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。此外，按铸铁中是 否含有除常规元素以外的合金元素，还可把铸铁分成 普通铸铁与合金铸铁（亦称为特种性能铸铁）。
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2.1球墨铸铁所涉及的标准
GB/T1348-1988 球墨铸铁件 CAYJS-17-90 铁素体球墨铸铁铸件技术条件 Q/CAYJS-17-2008球墨铸铁件(2009.1.1)
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2.2球墨铸铁的牌号
铸件材料牌号通常是通过随件浇注的单铸试块，经加工 成试样后测定的力学性能而确定的。本标准针对汽车零 件的性能要求，按单铸试块的力学性能分为9个牌号 。
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2.3.2本体力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
石墨主要以球状为主，通常石墨球化等级要符合 GB/T 9441中的1-4级,石墨大小5-8级。如有疲劳强 度等特殊要求的，球化率由供需双方商定。

3）固态收缩 从固 相线温度冷却到室温 时的收缩。用线收缩 率表示。它对铸件形 状和尺寸精度影响大 ，是铸造应力、变形 和裂纹等缺陷产生的 基本原因。
a)
b)
c)
铸造合金收缩过程示意图
a) 合金状态图 c) 共晶合金
II—凝固收缩
b) 一定温度范围合金
I—液态收缩 III—固态收缩
铸件的收缩
影响收缩的因素 1）合金化学成分 铸钢的收缩最大，灰铸铁收缩最小 。灰铸铁中增加碳、硅含量和减少含硫量使收缩减小； 2）浇注温度 合金的浇注温度越高，过热度越大，液 态收缩量也越大，体收缩越大; 3）铸型结构 铸件结构造成各部分冷却速度不同，产 生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯对收缩产生机械阻力 。铸件的实际线收缩率比其自由线收缩率小。
清理 落砂后，用机械切割、铁锤敲击、气割等方 法清除表面粘砂，多余金属等操作过程称为清理。 铸件清理后应进行质量检验。
检验 铸件清理后应进行质量检验。通过眼睛观察 找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、粘砂、缩孔 、浇不足、冷隔。铸件内部缺陷可进行耐压试验、 超声波探伤等。
铸造成形
铸件成形工艺基础
地坑造型 用上箱
铸件的单件、小批生产
铸造成形
机器造型
• 机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型 方法。
• 优点：生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧 实度高而均匀)，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。
• 缺点：但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较 长.
• 应用：适于中小铸件的成批或大量生产。
l t0
t1 100 %
式中 V0 、V1——合金在 t0 、t1 时的体积（ m3）；
l0 、l1 ——合金在 t0 、t1时的长度（ m）；