资源简介

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铸铁
铸铁的石墨化及影响因素
Part 01
铸铁的分类
Part 02
灰铸铁的牌号及用途
Part 03
球墨铸铁的牌号及用途
Part 04
蠕墨铸铁的牌号及用途
Part 05
可锻铸铁的牌号和用途
Part 06
耐热铸铁
Part 07
耐磨铸铁
Part 08
耐蚀铸铁
Part 09
铸铁的石墨化及影响因素
铸铁的石墨化及影响因素
铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为铸铁的石墨化。在铸铁中，碳的存在形式有两种：一是渗碳体，其中碳的质量分数wC =6.69%；二是自由状态的石墨，用符号G表示，碳的质量分数wC =100%。石墨的强度、塑性和韧性都很低，其晶体结构如图1所示。
影响铸铁石墨化的因素是化学成分和冷却速度。在化学成分中，碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳和硅的质量分数越天，越容易石墨化，但碳和硅的质量分数过大会使石墨数量增多并粗化，从而导致铸铁力学性能下降。
铸铁的石墨化及影响因素
图1 石墨的晶体结构
铸铁的石墨化及影响因素
如果铸铁的冷却速度较快，碳原子来不及充分护散，石墨化难以充分进行，则容易产生白口铸铁组织；如果铸铁的冷却速度缓慢，碳原子有时间充分扩散，则有利于石墨化过程充分进行，容易获得灰铸铁组织。
对于薄壁铸件，由于其在成形过程中冷却速度快，则容易产生白口铸铁组织；而对于厚壁铸件，由于其在成形过程中冷却速度较慢，则容易获得灰铸铁组织。
铸铁的石墨化及影响因素
实际上，通过分析与对比各类铸铁的显微组织（图2）可以发现：铸铁的显微组织就是在钢的基体（如铁素体、铁素体+珠光体、珠光体）上分布着一些片状石墨（或球状石墨、蠕虫状石墨、团絮状石墨）形成的。知道了这个特点，就容易理解钢与铸铁在性能上的差异了，也很容易理解和分析铸铁所具有的性能。
分析与对比
铸铁的石墨化及影响因素
图2 各类铸铁的显微组织
铸铁的分类
铸铁的分类
铸铁的种类很多，根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及合金铸铁等。
铸铁的分类
是指碳主要以游离渗碳体形式存在的铸铁，由于断口呈银白色，故称为白口铸铁。
1. 白口铸铁
是指碳主要以片状石墨形式存在的铸铁，由于断口呈灰色，故称为灰铸铁。
2. 灰铸铁
是指由一定化学成分的白口铸铁经可锻化退火，使渗碳体分解从而获得团絮状石墨的铸铁。
3. 可锻铸铁
铸铁的分类
是指铁液经过球化处理而不是在凝固后进行热处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时也存在少量团絮状石墨的铸铁。
4. 球墨铸铁
是指金相组织中石墨形态主要为蠕虫状的铸铁。
5. 蠕墨铸铁
是指为了提高铸铁的力学性能或获得某种特殊性能，加入铬、钼、钒、铜、铝等合金元素形成的铸铁。
6. 合金铸铁
铸铁的分类
白口铸铁按碳的质量分数和室温组织的不同可分为亚共晶白口铸铁（2.11%＜wC＜4.3%）、共晶白口铸铁（wC =4.3%）和过共晶白口铸铁（4.3%＜wC ＜6.69%）。
职业常识
灰铸铁的牌号及用途
一、灰铸铁的牌号
灰铸铁的牌号用“HT+数字”表示，“HT”是“灰铁”两字汉语拼音字首，其后的数字表示灰铸铁的最低抗拉强度，如HT100表示最低抗拉强度为100MPa的灰铸铁。
二、灰铸铁的用途
灰铸铁具有优良的铸造性能，可铸造形状复杂的薄壁铸件；由于石墨片强度低、脆性大，切削时容易切断，又有润滑作用，刀具磨损小，所以灰铸铁具有良好的减摩性和切削加工性能；另外，由于石墨能有效吸收机械振动能量，所以灰铸铁具有良好的减振性，如机床床身、床头箱及各类机器底座等均使用灰铸铁制造。
灰铸铁中由于石墨的存在，就相当于其内部存在大量的小缺口，故灰铸铁对其表面的小缺陷或小缺口等几乎不具有敏感性，因此灰铸铁又具有较低的缺口敏感性。常用的灰铸铁有HT100、HTI50、HT200、HT2250、HT275、HT300和HT350等。
球墨铸铁的牌号及用途
球墨铸铁的牌号及用途
球墨铸铁是20世纪50年代出现的，它是由普通灰铸铁熔化的铁液经过球化处理得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后，浇注前加入一定量的球化剂（稀土镁合金等）和等量的孕育剂，使石墨呈细小球状析出。
一、球墨铸铁的牌号
球墨铸铁的牌号用“QT+数字-数字”表示。
“QT”是“球铁”两字汉语拼音字首，两组数字分别代表球墨铸铁的最低抗拉强度和最低断后伸长率。
二、球墨铸铁的用途
球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，具有较高的强度和良好的塑性与韧性，如屈服强度比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有与灰铸铁相似的优良性能。此外，球墨铸铁通过各种热处理，可以明显提高其力学性能。但球墨铸铁的铸造性能不如灰铸铁好，对原材料及处理工艺要求较高。
球墨铸铁可以替代铸钢或锻件，常用于制造汽车、拖拉机或柴油机中的连杆、曲轴（图1）、凸轮轴、齿轮以及蜗轮等，常用球墨铸铁有QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT700-2、QT800-2和QT900-2等。
蠕墨铸铁的牌号及用途
蠕墨铸铁的牌号及用途
蠕墨铸铁是20世纪60年代出现的。它是在高碳、低硫、低磷的铸铁液中加入蠕化剂（稀土镁钛合金、稀土镁钙合金和稀土硅铁合金等），经蠕化处理后获得的高强度铸铁。
一、蠕墨铸铁的牌号
蠕墨铸铁的牌号用“RuT+数字”表示。“RuT”是“蠕铁”两字汉语拼音字首，其后数字表示蠕墨铸铁的最低抗拉强度。
二、蠕墨铸铁的用途
蠕墨铸铁的力学性能优于灰铸铁而低于球墨铸铁，但蠕墨铸铁在铸造性能、导热性等方面要比球墨铸铁好，蠕墨铸铁常用于制造机床的立柱、柴油机的气缸盖、缸套及排气管等。常用蠕墨铸铁有RuT420、RuT380、RuT340、RuT300和RuT260等。
可锻铸铁的牌号和用途
可锻铸铁的牌号和用途
可锻铸铁俗称玛钢、马铁。
它是由白口铸铁经可锻化退火，使渗碳体分解从而获得团絮状石墨的铸铁。
一、可锻铸铁的牌号
可锻铸铁的牌号用“KTH+数字-数字”或KTZ+数字-数字”表示。“KT”是“可铁”两字汉语拼音字首；第三个字母代表类别，“H”表示“黑心”，即铁素体基体，“Z”表示珠光体基体，其后的两组数字分别表示可锻铸铁的最低抗拉强度和最低断后伸长率。
二、可锻铸铁的用途
可锻铸铁的力学性能比灰铸铁好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。黑心可锻铸铁具有较好的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁则具有较高的镪度、硬度和耐磨性。
可锻铸铁具有铁液处理简单，质量比球墨铸铁稳定，容易组织流水线生产，低温韧性较好等优点，主要用于制造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁（壁厚＜25mm）中小型铸件。但可锻铸铁的退火时间较长（几十小时），能源消耗大，成本较高。常见可锻铸铁的牌号、力学性能及用途见表1。
二、可锻铸铁的用途
表1 常见可锻铸铁的牌号、力学性能及用途
类型 牌号 Rm/MPa A11.3/% 硬度（HBW） 用途
黑心可锻铸铁 KTH330-08 ≥330 ≥8 ≤150 用于制造汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座以及低压阀门、管接头、扳手、铁道扣板和农具等
KTH370-12 ≥370 ≥12 ≤150
珠光体可锻铸铁 KTZ550-04 ≥550 ≥4 180~230 用于制造曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴、摇臂和活塞环等
耐热铸铁
耐热铸铁
可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁称为耐热铸铁。耐热铸铁中含有硅、铝、铬等合金元素，可使铸铁表面形成一层致密的SiO2、A12O3、Cr2O3氧化膜，阻止氧化性气体渗入铸铁内部产生内氧化和生长。耐热铸铁的牌号用“HTR或QTR+合金元素符号+数字”表示，如HTRCr、HTRCr2、HTRCr16、HTRSi5、QTRSi4、QTRA122和QTRSi4Mo等。
耐热铸铁主要用于制造工业加热炉附件，如炉底板、烟道挡板、废气道、传动链构件、渗碳坩埚、热交换器和压铸模等。
耐磨铸铁
耐磨铸铁
耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。耐磨铸铁主要是通过激冷或加入某些合金元素在铸铁中形成耐磨损的基体组织和一定数量的硬化相实现耐磨的。耐磨铸铁按其工作条件大致可分为减摩铸铁和抗磨铸铁两大类。
减摩铸铁是在有润滑条件下工作的，如机床导轨、发动机的气缸套、活塞环（图1）和滑动轴承等。减摩铸铁要求磨损小、摩擦系数小、导热性好、切削加工性能好。为了满足上述性能要求，减摩铸铁的组织应为软基体上均匀分布着硬组织。这种组织状态在摩擦力的作用下，软基体会逐渐下凹，保存油膜，均匀分布的硬组织会凸出，发挥支承和耐磨作用。减摩铸铁主要有珠光体灰铸铁，如HTMCulCr1Mo等。其他减摩铸铁，如磷铸铁（制造机床导轨和工作台）和铬钼铜铸铁（用于制造汽车的气缸和活塞环）等也都具有良好的耐磨性。
耐磨铸铁
图1 活塞环 图2 发动机凸轮轴
耐磨铸铁
抗磨铸铁是在无润滑、干摩擦条件下工作的，如犁铧、轧辊、抛丸机叶片、球磨机磨球、衬板、粉碎机锤头、拖拉机履带板及发动机凸轮轴（图2）等。抗磨铸铁要求具有玛匀的高硬度组织，其内部组织一般是莱氏体、马氏体和贝氏体等。
生产中通常采用激冷或向铸铁中加入铬、钨、钼、铜、锰、磷、硼等元素，在铸铁中形成一定数量的硬化相来提高其耐磨性，如合金白口铸铁（如BTMCr15Mo等）、中锰球墨铸铁（如QTMMn8-30等）、冷硬铸铁（如HTLCrINilM等）都是较好的抗磨铸铁。
耐蚀铸铁
耐蚀铸铁
能耐化学、电化学腐蚀的铸铁称为耐蚀铸铁。耐蚀铸铁中通常加入的合金元素是硅铝、铬、镍、钼、硐等，这些合金元素能使铸铁表面生成一层致密稳定的氧化物保护膜，从而提高耐蚀铸铁的耐腐蚀能力。常用的耐蚀铸铁有高硅耐蚀铸铁、高硅钼耐蚀铸铁、高铝耐蚀铸铁、高铬耐蚀铸铁和镍铸铁筹。耐蚀铸铁主要用于化工机械，如制造管道、阀门、耐酸泵、反应锅及容器等。
常用的高硅耐蚀铸铁的牌号有HTSSi11Cu2CrR、HTSSi15R及HTSSi15Cr4MoR等。牌号中的“HTS”表示高硅耐蚀铸铁，R是稀土元素代号，数字表示合金元素平均质量分数的百分数。
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