第二章黑色金属材料.ppt

第二章：黑色金属材料
金属材料是最重要的工程材料，工业上将金属及其
合金分为两大类型：
黑色金属—铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；
占工业用材的95％。
—除黑色金属以外的所有金属及其合金；
仅占工业用材的5％。
碳钢和铸铁是现代汽车工业生产中使用最广泛的金属
材料，它主要由铁和碳两种元素组成的合金。因此，要掌
握碳钢和铸铁的性能及用途，首先要了解铁碳合金相图。
第二章黑色金属材料
铁碳合金相图（Fe～Fe3C）
纯铁（含碳0～ ％ ）
铸铁（～％）
碳钢（～％）
纯铁熔点
（1538℃）
Fe3C
A
渗碳体熔点
（1227℃）
共晶点（1148℃）
碳在γ－Fe中
的最大溶解度
（1148℃）
共析线
渗碳体（含
％）
G
纯铁的同素异晶
转变点（912℃）
碳在α－Fe中
的最大溶解度
（727℃）
共析点
（727 ℃ ）
第二章黑色金属材料
第一节 铸铁
～％的铁碳合金称为铸铁。
铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能以
及减震性、耐磨性，铸铁生产工艺简单、成本低，
应用广泛。特别是球墨铸铁和合金铸铁的应用，
提高了铸铁的机械性能，形成了以铁代钢的趋势。
在汽车上，约50％～70％的金属材料为铸铁。
如气缸体、气缸盖、活塞环、变速箱外壳、后桥
壳等等。
第二章黑色金属材料
一、铸铁的石墨化
影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形
式、形态、大小和分布。铸铁中碳的存在形式有两种：
1、化合状态的渗碳体（Fe3C） 如果铸铁中碳几乎
全部以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，则称为白口
铸铁。其性能硬而脆，（硬度达HB800，塑性和韧度几
乎等于零）很难进行切削加工，因此，工业上很少用它
来制造机械零件，主要用作可锻铸铁的毛坯。
2、游离状态的石墨（常用G来表示） 石墨很软强度
极低，如果铸铁中碳主要以石墨形式存在，则其断口呈暗
灰色，俗称灰口铸铁。它是机械制造中应用最多的一种铸
铁。分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。
第二章黑色金属材料
二、影响石墨化的因素：
影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的化
学成分和冷却速度。
1、化学成分的影响主要是碳、硅、硫、
磷、锰等元素含量多少的影响。
2、冷却速度的影响主要是指铁水从浇
注冷却到600℃左右的冷却速度，冷却速度
越小，越有利于石墨化。
第二章黑色金属材料
三、铸铁的组织特征和分类
根据碳的存在形式，铸铁分为下列几种：
1、白口铸铁 白口铸铁中碳全部或大部分
以化合物渗碳体的形式存在，其断口呈银白色。
性能硬而脆，很难切削加工，一般用来炼钢，
又叫炼钢生铁，也可经热处理后变为可锻铸铁
使用。铸铁要成为白口，除化学成分有要求外，
还和冷却速度有关。如EQ1091发动机中的气门
挺杆，为了得到表层的高硬度和耐磨性，常用激
冷的方法使表层获得白口铸铁的组织而心部由于
冷却速度较慢仍为灰口铸铁组织。
第二章黑色金属材料
2、灰口铸铁 灰口铸铁中的碳绝大部分
以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色而称
之为灰口铸铁。它是工业中应用最广泛的一
种铸铁，有一定的机械性能和良好的切削加
工性能。
3、可锻铸铁 可锻铸铁是经白口铸铁长
时间的退火处理而成的。其碳以团絮状石墨
形式存在。其塑性和韧度比灰口铸铁好，主
要用于要求韧度较好的薄壁类零件。
第二章黑色金属材料
4、球墨铸铁 碳以球状石墨形态存在，故称
为球墨铸铁。它的强度、韧度比灰口铸铁、
可锻铸铁高，可替代钢材制造某些重要的机械
零件。
5、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是在灰铸铁的铁水中
加入蠕化剂（镁钛合金等）和孕育剂（硅铁）
进行蠕化－孕育处理后，得到具有蠕虫状石墨
的铸铁。
第二章黑色金属材料
四、铸铁的成分、牌号及在汽车上的应用：
1、灰铸铁：
成分：％～％、％～％、
％～％、％、含磷
％。
牌号：由HT和一组数字组成。其中HT为灰铸铁的
代号，代号后面的数字表示其抗拉强度值σb（MPa） 。
如HT150表示抗拉强度为150MPa的灰铸铁。
应用举例：
牌号
车型
零件名称
HT150
EQ1092
进排气歧管、变速器壳体等
HT200
EQ1092
气缸体、气缸盖、飞轮壳、正时齿轮、前后制动鼓等
HT250
CA1093
气缸体、飞轮、曲轴皮带轮等
第二章黑色金属材料
2、球墨铸铁：
成分：成分：％～％、％～