【干货】碳钢和球墨铸铁的知识分解
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碳钢和球墨铸铁的知识分解
发布时间： 15:37:08
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碳钢和球墨铸铁的知识分解
　主要指碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢。有时也称为普碳钢或碳素钢。
　　碳钢也叫碳素钢，指含碳量Wc小于2.11%的铁碳合金。
　　碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。
碳钢 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：黑色金属 有色金属 铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）； 包括黑色金属以外的所有金属及其合金。在铁碳合金中，碳质量分数小于 2.11%的合金称为钢。 常用碳钢的碳质量分数一般都小于1.3%，其强度和韧性均较好，工程性能 比较优越。碳钢冶炼简便，加工容易，价格便宜，而且在一般情况下能满足使用性能的要求，是应用最多的工程金属材料。
碳钢的成分和分类
一. 碳钢的成分 实际使用的碳钢，除铁、碳两个主要元素之外，还含有少量 Mn、Si、S、P、 H、O、N 等非特意加入的杂质元素。它们对钢材性能和质量影响很大，必须严格 控制在牌号规定的范围之内。
二. 碳钢的分类
碳钢的牌号及用途
一. 碳素结构钢 常见碳素结构钢的牌号 用 Q+数字表示，其中&Q&为屈服点&屈&字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。 例如，Q275 表示屈服强度为 275MPa。若牌号后面标注字母 A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，即硫、磷含量不同。其中 A 级钢含硫、磷量最高，D 级钢含硫、磷量最低，即 A、B、C、D 表示钢材质量依次提高。 碳素结构钢机械性能新旧 GB700 标准牌号的对照。常用碳素结构钢 Q195、Q215、Q235A、Q235B 塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、 钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。 Q235C、Q235D 可用于重要的焊接件。 Q255、Q275 强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。 钢板、钢筋 建筑构件螺钉、铆钉 钢桥梁 这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理。但对某些零件，也可以进 行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。
二.优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。 例如，钢号&20&即表示碳质量分数为 0.20%（万分之二十）的优质碳素结 构钢。 若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号&Mn&，如 15Mn、45Mn 等。优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。 常用优质碳素结构钢 08F 塑性好，可制造冷冲压零件； 冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处 10、20 钢 理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件； 35、40、45、50 钢经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿 轮、轴类、套筒等零件； 60、65 钢 主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。 齿轮 曲轴
三. 碳素工具钢 碳素工具钢的碳质量分数在 0.65%-1.35%之间，钢号用平均碳质量分数的千 分数的数字表示，数字之前冠以&T&（&碳&的汉语拼音字头）。 例如，T9 表示碳质量分数为 0.9%（即千分之九）的碳素工具钢。 碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，则在钢号后标 注&A&字。例如，T12A 表示碳质量分数为 1.2%的高级优质碳素工具钢。 碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等。 常用碳素工具钢 T7、T8 硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11 硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。 碳素工具钢使用前都要进行热处理。
一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性 球墨铸铁是在熔炼过程中经过球化处理 , 使石墨形成球状的一种铸铁。它具有较高的机械性能和良好的铸造性能。由于球铁生产成本比铸钢低 , 机械性能比一般铸铁好 , 因此目前已得到广泛应用。 (1) 球墨铸铁的组织 球墨铸铁是由球状石墨和金属基体组成。在生产实践中 , 铸件常见的金属基体为珠光体和铁素体两类。 牌号中的 &QT& 是 & 球铁 & 两字汉语拼音的第一个字母。字母后的第一项数字代表最低抗拉强度 ， 第二项数字代表最低延伸率。 球铁的屈服强度较高 , 约为抗拉强度的 0.7―0.8 。一般铸钢的屈服强度与抗拉强度之比低于此值。这是球铁的一个极其可贵的性能。 实践还证明 , 球铁是一种良好的耐磨材料，其耐磨性能优于灰铸铁和碳素结构钢。因此 , 国内外都用它来制造气缸体、活塞、曲轴、齿轮及机床床身等易磨损零件。 (3) 铸造性能球墨铸铁的流动性一般比灰铸铁好 ， 原因是它的碳当量较高，更接近于共晶点。但常因球化处理使铁水温度降低 ， 流动性变差。球铁的凝固过程不象灰铸铁那样的逐层凝固 , 而是在整个体积内同时进行的 ， 它的外壳也不坚实 ， 因此 ， 石墨化膨胀使外壳胀大 ， 这就增加了产生缩孔和缩松的可能性。 铸 铁（英文名：cast iron ） 含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。
铸铁可分为：①灰口铸铁。含碳量较高（2.7%～4.0%），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。②白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。
铸铁的分类
1.按断口颜色分
(1)灰铸铁 这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中
　　(2)白口铸铁 白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁
　　(3)麻口铸铁 麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用
2.按化学成分分
(1)普通铸铁 是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等
　　(2)合金铸铁 是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、耐热、耐磨的特殊性能铸铁
3.按生产方法和组织性能分
(1)普通灰铸铁 参见&灰铸铁&
　　(2)孕育铸铁 这是在灰铸铁基础上，采用&变质处理&而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件
　　(3)可锻铸铁 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰铸铁具有较高的韧性，又称韧性铸铁。它并不可以锻造，常用来制造承受冲击载荷的铸件
　　(4)球墨铸铁 简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛
　　(5)特殊性能铸铁 这是一种有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。大都属于合金铸铁，在机械制造上应用较广泛&&&
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铸造技术应用手册·第1卷：铸铁
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作　者： 主编
ISBN：6出版时间：页数：467
包装：精装开本：16开字数：
《铸造技术应用手册·第1卷：铸铁》简介：　　全书共分8章，包括铸铁的基础知识、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、特种铸铁、铸铁的熔炼、感应电炉与双联熔炼。本手册可供机械行业技术人员、铸造企业技术人员和骨干工人、大专院校师生参考和使用。
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《铸造技术应用手册·第1卷：铸铁》目录：总序序编者的话第1章铸铁的基础知识11.1铸铁的分类11.2Fe-C(石墨)、Fe-Fe3C双重相图31.2.1Fe-C(石墨)、Fe-Fe3C双重相图的基本概念31.2.2铸铁结晶的三个阶段31.2.3铸铁结晶过程中的两个临界点和四条特性曲线41.3铸铁的碳当量和共晶度61.3.1碳当量61.3.2共晶度61.4铸铁的凝固与结晶过程71.4.1铸铁的凝固与结晶过程71.4.2铸铁组织中的共晶团81.5铸铁的组织101.5.1铸铁的组织101.5.2铸铁的组织与铸铁力学性能的关系111.6影响铸铁铸态组织的因素121.6.1化学成分的影响121.6.2冷却速度的影响161.6.3铁液过热与保温的影响191.6.4炉料的影响191.6.5孕育的影响201.6.6气体含量的影响221.7铸铁的凝固与铸铁的铸造性能231.7.1铸铁的凝固方式231.7.2铸铁的流动性231.7.3铸铁的收缩性251.7.4铸铁的铸造应力26参考文献27第2章灰铸铁282.1灰铸铁的国内外概况及最新进展282.2灰铸铁的基本概念和生产控制的基本原则312.2.1灰铸铁的基本概念312.2.2灰铸铁生产中控制技术的基本原则与要点332.3灰铸铁的牌号342.3.1力学性能342.3.2硬度等级与铸件硬度372.3.3国外的灰铸铁的标准372.4灰铸铁的化学成分392.4.1灰铸铁的化学成分与灰铸铁的力学性能392.4.2灰铸铁的化学成分与灰铸铁的铸造性能和加工性能的关系432.4.3灰铸铁化学成分中的合金元素与微量元素452.5灰铸铁的金相组织492.5.1灰铸铁金相检验与标准492.5.2金相组织对灰铸铁性能的影响582.6灰铸铁的生产与控制682.6.1灰铸铁合理的选用原则682.6.2灰铸铁冶金质量的指标692.6.3灰铸铁的生产与控制712.6.4灰铸件的孕育822.7典型的灰铸铁件1002.7.1机床铸件1002.7.2发动机气缸体、气缸盖1062.7.3动力机械中的气缸套和活塞环1092.7.4D型石墨灰铸铁件113参考文献116第3章球墨铸铁1193.1球墨铸铁的发现及发展概况1193.2球墨铸铁的特性1223.3球墨铸铁牌号的选用原则及国家标准1273.3.1球墨铸铁牌号的选用原则1273.3.2球墨铸铁的国家标准1273.4球墨铸铁的化学成分1303.4.1基本元素1303.4.2合金元素1353.4.3微量元素1423.4.4球墨铸铁化学成分的推荐1423.5球墨铸铁的金相组织1433.5.1石墨1433.5.2基体组织1473.6球墨铸铁的生产控制技术1543.6.1球墨铸铁生产主要环节及控制1543.6.2典型铸造缺陷及防止方法1613.6.3球化率的检测技术1623.7球墨铸铁的主要性能及其影响因素1623.7.1物理性能1623.7.2力学性能1653.7.3工艺性能1693.7.4使用性能1703.8球墨铸铁的热处理及化学处理1743.8.1球墨铸铁热处理工艺1743.8.2表面热处理1773.9铸态球墨铸铁1783.9.1铸态球墨铸铁生产中应注意的几个问题1783.9.2铸态球墨铸铁生产工艺要点1803.10球墨铸铁的应用范围及典型零件1813.10.1应用范围1813.10.2重点行业及典型零件1823.11等温淬火球墨铸铁1873.11.1等温淬火球墨铸铁发展历史1873.11.2等温淬火球墨铸铁性能及其特点1883.11.3等温淬火球墨铸铁生产技术与控制1903.11.4等温淬火球墨铸铁的应用194参考文献196第4章蠕墨铸铁1984.1蠕墨铸铁国内外发展概况1984.2蠕墨铸铁的基本概念1994.2.1什么是蠕墨铸铁1994.2.2蠕虫状石墨及其结晶特征1994.2.3蠕墨铸铁基体组织特征2004.2.4蠕墨铸铁性能特点2014.3蠕墨铸铁的牌号及其选用2014.3.1我国的蠕墨铸铁牌号标准2014.3.2蠕墨铸铁牌号的选用2024.3.3国外蠕墨铸铁牌号标准2024.4蠕墨铸铁的金相标准2044.4.1石墨形态2044.4.2基体组织2054.5蠕墨铸铁的化学成分2084.5.1五大元素2084.5.2蠕化元素2094.5.3合金元素2114.6蠕墨铸铁的主要性能2124.6.1力学性能2124.6.2物理性能2134.6.3铸造性能2144.6.4切削加工性能2164.6.5蠕墨铸铁的焊接性能2174.6.6蠕墨铸铁的电镀性能2174.6.7蠕墨铸铁的使用性能2174.7蠕墨铸铁生产技术及其控制2204.7.1稳定生产的控制要点2204.7.2蠕墨铸铁的蠕化剂2204.7.3蠕墨铸铁的蠕化处理2254.7.4蠕墨铸铁的孕育处理2294.8蠕墨铸铁的质量检验及缺陷防治2324.8.1蠕化处理效果的快速检验2324.8.2力学性能检验2354.8.3蠕墨铸铁件的无损检验2354.8.4蠕墨铸铁件常见的铸造缺陷及其防治2364.9蠕墨铸铁的热处理2384.9.1蠕墨铸铁的临界点和C曲线2384.9.2正火2394.9.3淬火2404.9.4回火2404.9.5等温淬火2404.9.6铁素体化退火2414.9.7消除应力退火2414.9.8表面热处理2414.10蠕墨铸铁件的典型应用实例2424.10.1车辆运输铸件2424.10.2冶金用品和在交变热载荷下服役的铸件2434.10.3液压件类铸件2454.10.4机床类铸件2454.10.5纺织机械铸件245参考文献246第5章可锻铸铁2485.1概述2485.1.1回顾2485.1.2当今应做的工作2485.1.3可锻铸铁的特征及生产控制要点2495.2可锻铸铁的分类与牌号2505.2.1分类2505.2.2牌号与应用2505.3可锻铸铁的金相组织特点2535.3.1铁素体可锻铸铁的金相组织特点2535.3.2珠光体可锻铸铁的金相组织特点2565.3.3白心可锻铸铁的金相组织特点2565.4可锻铸铁的性能2565.4.1力学性能2565.4.2物理性能2625.4.3工艺性能2625.4.4使用性能2635.5可锻铸铁的化学成分2645.5.1化学成分的选择原则2645.5.2元素的作用及其含量范围2645.5.3化学成分举例2665.6可锻铸铁的熔炼与孕育处理2665.6.1熔炉的选择2665.6.2熔炼特点2665.6.3孕育剂与孕育处理2685.7可锻铸铁的石墨化退火2705.7.1固态石墨化原理2705.7.2影响石墨化退火过程的因素2725.7.3加速石墨化退火的措施2755.7.4石墨化退火工艺2765.8可锻铸铁的脱碳退火2815.8.1脱碳退火原理2815.8.2影响脱碳过程的因素2815.8.3白心可锻铸铁的生产2825.9可锻铸铁的缺陷及防止方法2845.9.1铸造缺陷2845.9.2退火缺陷2845.9.3热镀锌缺陷2845.10典型可锻铸铁件2885.10.1管路连接件2885.10.2线路金具2895.10.3高吨位铁帽2895.10.4汽车桥壳、轮毂2895.10.5可焊管件2895.10.6玻璃模具290参考文献290第6章特种铸铁2926.1特种铸铁的特点、分类和国内外发展概况2926.1.1特种铸铁的特点和分类2926.1.2国内外发展概况2936.1.3影响特种铸铁性能的主要因素和控制2956.2耐磨铸铁2966.2.1耐磨铸铁的分类、特性以及它在工业领域中的地位2966.2.2普通白口铸铁3016.2.3镍硬铸铁3016.2.4铬合金铸铁3076.2.5硅锰合金贝氏体球墨铸铁3346.2.6耐磨铸铁件的生产工艺和基本装备3396.2.7冷硬铸铁3486.3耐蚀铸铁3526.3.1铸铁的腐蚀特性及影响因素3526.3.2耐蚀铸铁的分类和特点3556.3.3典型耐蚀铸铁件及其应用3596.4耐热铸铁3616.4.1铸铁在高温下的基本特性和影响因素3616.4.2典型的耐热铸铁成分、组织和性能3626.4.3耐热铸铁的实际应用3696.5特殊用途铸铁（艺术铸铁）3696.5.1我国古代艺术铸铁的发展概况3696.5.2古代各类艺术铸铁件的特点和铸造方法3696.5.3现代艺术铸铁件的特点、应用和发展371参考文献372第7章铸铁的熔炼3747.1铸铁熔炼设备的发展3747.1.1冲天炉、感应炉、电弧炉的发展趋势3747.1.2冲天炉的国内外发展概况3767.2冲天炉的基本概念与操作要点3817.2.1冲天炉的基本概念3817.2.2冲天炉的操作要点3827.3冲天炉基本的结构3827.3.1冲天炉的基本结构3837.3.2冲天炉结构的变化与改进3837.4冲天炉熔炼的基本原理3877.4.1底焦的燃烧3877.4.2炉内热交换3897.4.3炉内的冶金反应3927.5冲天炉工艺参数选择与操作要点4017.5.1冲天炉工艺参数的选择4017.5.2冲天炉用风机的选择4067.6冲天炉的优质熔炼操作与炉况判断4097.6.1冲天炉的优质熔炼操作4097.6.2熔炼过程中的炉况判断4107.7冲天炉熔炼过程的检测与过程控制4137.7.1冲天炉熔炼过程的检测4137.7.2冲天炉熔炼过程的控制4137.8冲天炉的节能4177.8.1热风冲天炉4187.8.2水冷、无炉衬、长炉龄冲天炉4257.8.3富氧送风4287.9冲天炉的环保治理4307.9.1冲天炉的排放物及其危害4307.9.2冲天炉的烟气排放标准4317.9.3冲天炉的排放治理4317.10冲天炉废弃物的综合利用433参考文献434第8章感应电炉与双联熔炼4368.1感应电炉4368.1.1感应电炉的工作原理、分类及其熔炼优势4368.1.2感应电炉的冶金特点4378.1.3感应炉的熔炼特点与铁液的质量控制4408.1.4感应电炉的熔炼作业4428.1.5感应炉的构成4468.1.6感应电炉的炉衬4518.1.7感应炉事故处理4638.2铸铁的双联熔炼4638.2.1双联熔炼的特点4638.2.2双联熔炼炉的选配464参考文献466
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