3.1 碳钢
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料 a
3.3.1 铸钢
3.3.2 铸铁
3.3 铸钢与铸铁
3.3.1 铸钢钢号 —— 如 ZG25 钢,w(C)=0.25 % 。
性能 —— 强度和塑性、韧性高于铸铁,但铸造流动性能差，收缩率大。
钢号化学成分,% 机械性能
C Mn Si?sMPa?bMPa?5%?% akkJ/m2
ZG15 0.12-0.22 0.35-0.65 0.20-0.45 200 400 25 40 600
ZG25 0.22-0.32 0.50-0.80 0.20-0.45 240 450 20 32 450
ZG35 0.32-0.42 0.50-0.80 0.20-0.45 280 500 16 25 350
ZG45 0.42-0.52 0.50-0.80 0.20-0.45 320 580 12 20 300
ZG55 0.52-0.62 0.50-0.80 0.20-0.45 350 650 10 18 200
热处理轧辊外壳退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。
组织 —— P＋ F
用途 —— 形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。
3.3.2 铸铁
1,铸铁的特点
2,常用铸铁成分 —— w(C) = 2.5~4.0 %,w(Si) = 1.0~3.0 %,
1．铸铁的特点
（１）铸铁的石墨化
C 的同素异构体：
石墨 G（ 简单六方晶格）
金刚石
Fe - Fe3C／ G 相图
Fe3C —— 亚稳定相
G —— 稳定相石墨化过程 —— 按 Fe-G 相图结晶、转变
G结晶,过共晶成分 L → L + G I
共晶转变 L4.26 →A 2.08+G（ 共晶 ） (1154℃ )
G析出,A→A+G II (1154～ 738 ℃ )
共析转变 A0.68→F + G （ 共析 ） ( 738℃ )
影响石墨化的因素化学成分
C,Si 促进石墨化冷却速度冷速慢有利石墨化
（２）铸铁的 组织 和 分类名 称 石 墨 化 程 度 显微组织灰口铸铁按 Fe-G 相图结晶、转变 F + G
较高 F + P + G
中等 P + G
麻口铸铁 较低 Le' + P + G
白口铸铁 按 Fe-Fe3C 相图结晶,转 变 Le' + P + Fe3C
灰口铸铁的组织 —— 钢基体 + G
力学性能强度、塑韧性比钢低。
G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。
（３）铸铁的性能耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。
三种石墨形态缺口敏感性低 —— 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显消震性好（是钢的十倍） —— G 组织松软铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。
切削加工性好 —— G 使切屑易断，还可润滑刀具。
其它性能应用 —— 如，机床床身,发动机缸体,齿轮、曲轴。
2．常用铸铁
（１） 灰铸铁
（２） 球墨 铸铁
（３） 蠕墨 铸铁
（４） 可锻 铸铁
（５） 合金铸铁
（１）灰铸铁牌号 —— 如 HT100,表示?b≥100MPa（ 直径＝ 30mm）。
组织 —— 钢基体 （ F,F + P,P） + 片状 G
性能 —— 与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。
分类 牌号 显微组织基体 粗片普通灰铸铁
HT100 F +少量 P 粗片
HT150 F + P 较粗片
HT200 P 中等片孕育铸铁
HT250 细 P 较细片
HT300
S 或 T 细片HT350
HT400
F+P基体 + 片状 G
× 500
F基体 + 片状 G
P基体 + 片状 G
孕育铸铁 —— 浇注前在铁水中加 Si-Fe,Si-Ca等孕育剂，
使 P细化,G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。
热处理去应力退火 —— 500~550℃,防止机加工、使用时变形或开裂。
水泵叶轮发动机飞轮高温退火 —— 850~900℃,表面,薄壁等白口处 Cm→G,硬度 ↓,切削加工性 ↑
表面淬火 —— 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。
应用 —— 如，机床床身、导轨，汽缸体。
（２） 球墨 铸铁 —— 在铁水浇注前加球化剂（稀土 Mg） 使 G球化牌号 —— 如 QT700-2,表示?b≥700,?≥2％ 。
组织 —— 钢基体（ F,F + P,P,回火 S,下 B) + 球状 G
性能 —— 强度、塑韧性明显优于灰铸铁。（ 球状 G对基体的割裂作用小）
牌号 基体机械性能?
b
MPa
0.2
MPa
5
%
ak
kJ/m2 HB
QT400-17 F 400 250 17 600?179
QT420-10 F 420 270 10 300?207
QT500-5 F+P 500 350 5 － 147-241
QT600-2 P 600 420 2 － 229-302
QT700-2 P 700 490 2 － 229-302
QT800-2 P 800 560 2 － 241-321
QT1200-1 下 B 1200 840 1 300?38HRC F+P基体 × 500
F基体 × 100
热处理退火 —— 去应力退火,500 ～ 600℃ 。
低温退火,720~760℃,P→G + F,塑韧性、切削加工性 ↑
高温退火,900~950℃,P,Cm→G + F,塑韧性、切削加工性 ↑
正火 —— P% ↑,细化组织，强度、耐磨性 ↑
低温正火,840~860℃,→ P + F + G,塑韧性较好。
高温正火,880~920℃,→ P + G + 少量 F,强度较高。
不完全 A化正火 完全 A化正火调质 —— 850~900℃ 油淬 + 550~600℃ 回火 →回火 S + G
等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃ 等温 →下 B+G
调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。
应用替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。
连杆管道接口
（３） 蠕墨 铸铁 —— 在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号 —— 如 RuT420,表示?b≥420。
组织 —— 钢基体 + 蠕虫状 G
性能 —— 强度、塑韧性优于灰铸铁。
牌号
b
MPa
0.2
MPa
% 硬度
HB 基体不 小 于
RuT420 420 335 0.75 200~280 P
RuT380 380 300 0.75 193~274 P
RuT340 340 270 1.0 170~249 P+F
RuT300 300 240 1.5 140~217 F+P
RuT260 260 195 3 121~197 F
应用 —— 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。
进气管排气管
（４） 可锻 铸铁 —— 白口铸铁 经长时间石墨化退火（ 900－ 960℃ ）而得牌号 —— 如 KT300-6,表示?b≥300,?≥6％ 。
组织 —— 钢基体 + 团絮状 G
性能 —— 强度、塑韧性优于 HT,低于 QT。
分类 牌 号 壁厚 mm?bMPa?% 硬度 HB
F基体
KT300-6 >12 300 6 120~163
KT330-8 >12 330 8 120~163
KT350-10 >12 350 10 120~163
KT370-12 >12 370 12 120~163
P基体
KT450-5 450 5 152~219
KTZ500-4 500 4 179~241
KTZ600-3 600 3 201~269
KTZ700-2 700 2 240~270
* 试棒直径 16mm
F+P基
× 500
F基
× 500
F基
× 100
应用 —— 管接头、低压阀门等。
（５）合金铸铁耐磨铸铁减摩铸铁 —— P灰铸铁（ F 为软基体,Cm为硬质点,G润滑、储油）
抗磨铸铁 —— 白口铸铁表层＋灰口铸铁心部（强度好）
加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性。
耐热铸铁 和 耐蚀铸铁小结重点要求灰铸铁 和 球墨铸铁 的成分，组织，性能特点，牌号及用途。
一般要求
1,铸铁的石墨化原理，石墨的形态、大小对铸铁性能的影响。
2,铸铁的常用热处理的方法和目的。
3,了解可锻,蠕墨,合金铸铁。
思考题
1,出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止或改善？
a,灰铸铁磨床床身铸造以后就进行切削,在切削加工后出现不允许的变形。
b,灰铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。
（旧版 P40,第 8题 ）
2,指出下列铸铁的类别、组织及性能的主要指标：
HT150； HT350； QT600-3 。
作 业 3b P 21 ~ 22 week13,Nov 23
2,13)~ 20)
3,8)~ 12)
作业 3a 参考答案 P 21-22
2,4) 9SiCr 是（ ）钢，可制造（ ）。低合金刃具钢 板牙、丝锥
5) 5CrMnMo 是（ ）钢，可制造（ ）。热模具钢 热锻、压铸模
6) Cr12MoV 是（ ）钢，可制造（ ）。冷模具钢 冷冲、冷挤压模
10) 60Si2Mn 是（ ）钢。合金弹簧钢
12) 1Cr13 是（ ）钢，可制造（ ） 。M型不锈钢
3,1) 调质钢的合金化主要是考虑提高其红 硬性。（ ）No
3) A型 不锈钢可采用加工硬化提高强度 。（ ）Yes
4) 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形 。（ ）No
6) 18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入 A中，从而提高钢的红硬性 。（ ）Yes
7) A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理 。（ ）No
汽轮机叶片
of 3.3 (3a)
3.2 合金钢
3.3 铸钢与铸铁
3.4 有色金属及其合金第 3章 金属材料 a
3.3.1 铸钢
3.3.2 铸铁
3.3 铸钢与铸铁
3.3.1 铸钢钢号 —— 如 ZG25 钢,w(C)=0.25 % 。
性能 —— 强度和塑性、韧性高于铸铁,但铸造流动性能差，收缩率大。
钢号化学成分,% 机械性能
C Mn Si?sMPa?bMPa?5%?% akkJ/m2
ZG15 0.12-0.22 0.35-0.65 0.20-0.45 200 400 25 40 600
ZG25 0.22-0.32 0.50-0.80 0.20-0.45 240 450 20 32 450
ZG35 0.32-0.42 0.50-0.80 0.20-0.45 280 500 16 25 350
ZG45 0.42-0.52 0.50-0.80 0.20-0.45 320 580 12 20 300
ZG55 0.52-0.62 0.50-0.80 0.20-0.45 350 650 10 18 200
热处理轧辊外壳退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。
组织 —— P＋ F
用途 —— 形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。
3.3.2 铸铁
1,铸铁的特点
2,常用铸铁成分 —— w(C) = 2.5~4.0 %,w(Si) = 1.0~3.0 %,
1．铸铁的特点
（１）铸铁的石墨化
C 的同素异构体：
石墨 G（ 简单六方晶格）
金刚石
Fe - Fe3C／ G 相图
Fe3C —— 亚稳定相
G —— 稳定相石墨化过程 —— 按 Fe-G 相图结晶、转变
G结晶,过共晶成分 L → L + G I
共晶转变 L4.26 →A 2.08+G（ 共晶 ） (1154℃ )
G析出,A→A+G II (1154～ 738 ℃ )
共析转变 A0.68→F + G （ 共析 ） ( 738℃ )
影响石墨化的因素化学成分
C,Si 促进石墨化冷却速度冷速慢有利石墨化
（２）铸铁的 组织 和 分类名 称 石 墨 化 程 度 显微组织灰口铸铁按 Fe-G 相图结晶、转变 F + G
较高 F + P + G
中等 P + G
麻口铸铁 较低 Le' + P + G
白口铸铁 按 Fe-Fe3C 相图结晶,转 变 Le' + P + Fe3C
灰口铸铁的组织 —— 钢基体 + G
力学性能强度、塑韧性比钢低。
G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。
（３）铸铁的性能耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。
三种石墨形态缺口敏感性低 —— 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显消震性好（是钢的十倍） —— G 组织松软铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。
切削加工性好 —— G 使切屑易断，还可润滑刀具。
其它性能应用 —— 如，机床床身,发动机缸体,齿轮、曲轴。
2．常用铸铁
（１） 灰铸铁
（２） 球墨 铸铁
（３） 蠕墨 铸铁
（４） 可锻 铸铁
（５） 合金铸铁
（１）灰铸铁牌号 —— 如 HT100,表示?b≥100MPa（ 直径＝ 30mm）。
组织 —— 钢基体 （ F,F + P,P） + 片状 G
性能 —— 与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。
分类 牌号 显微组织基体 粗片普通灰铸铁
HT100 F +少量 P 粗片
HT150 F + P 较粗片
HT200 P 中等片孕育铸铁
HT250 细 P 较细片
HT300
S 或 T 细片HT350
HT400
F+P基体 + 片状 G
× 500
F基体 + 片状 G
P基体 + 片状 G
孕育铸铁 —— 浇注前在铁水中加 Si-Fe,Si-Ca等孕育剂，
使 P细化,G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。
热处理去应力退火 —— 500~550℃,防止机加工、使用时变形或开裂。
水泵叶轮发动机飞轮高温退火 —— 850~900℃,表面,薄壁等白口处 Cm→G,硬度 ↓,切削加工性 ↑
表面淬火 —— 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。
应用 —— 如，机床床身、导轨，汽缸体。
（２） 球墨 铸铁 —— 在铁水浇注前加球化剂（稀土 Mg） 使 G球化牌号 —— 如 QT700-2,表示?b≥700,?≥2％ 。
组织 —— 钢基体（ F,F + P,P,回火 S,下 B) + 球状 G
性能 —— 强度、塑韧性明显优于灰铸铁。（ 球状 G对基体的割裂作用小）
牌号 基体机械性能?
b
MPa
0.2
MPa
5
%
ak
kJ/m2 HB
QT400-17 F 400 250 17 600?179
QT420-10 F 420 270 10 300?207
QT500-5 F+P 500 350 5 － 147-241
QT600-2 P 600 420 2 － 229-302
QT700-2 P 700 490 2 － 229-302
QT800-2 P 800 560 2 － 241-321
QT1200-1 下 B 1200 840 1 300?38HRC F+P基体 × 500
F基体 × 100
热处理退火 —— 去应力退火,500 ～ 600℃ 。
低温退火,720~760℃,P→G + F,塑韧性、切削加工性 ↑
高温退火,900~950℃,P,Cm→G + F,塑韧性、切削加工性 ↑
正火 —— P% ↑,细化组织，强度、耐磨性 ↑
低温正火,840~860℃,→ P + F + G,塑韧性较好。
高温正火,880~920℃,→ P + G + 少量 F,强度较高。
不完全 A化正火 完全 A化正火调质 —— 850~900℃ 油淬 + 550~600℃ 回火 →回火 S + G
等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃ 等温 →下 B+G
调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。
应用替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。
连杆管道接口
（３） 蠕墨 铸铁 —— 在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号 —— 如 RuT420,表示?b≥420。
组织 —— 钢基体 + 蠕虫状 G
性能 —— 强度、塑韧性优于灰铸铁。
牌号
b
MPa
0.2
MPa
% 硬度
HB 基体不 小 于
RuT420 420 335 0.75 200~280 P
RuT380 380 300 0.75 193~274 P
RuT340 340 270 1.0 170~249 P+F
RuT300 300 240 1.5 140~217 F+P
RuT260 260 195 3 121~197 F
应用 —— 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。
进气管排气管
（４） 可锻 铸铁 —— 白口铸铁 经长时间石墨化退火（ 900－ 960℃ ）而得牌号 —— 如 KT300-6,表示?b≥300,?≥6％ 。
组织 —— 钢基体 + 团絮状 G
性能 —— 强度、塑韧性优于 HT,低于 QT。
分类 牌 号 壁厚 mm?bMPa?% 硬度 HB
F基体
KT300-6 >12 300 6 120~163
KT330-8 >12 330 8 120~163
KT350-10 >12 350 10 120~163
KT370-12 >12 370 12 120~163
P基体
KT450-5 450 5 152~219
KTZ500-4 500 4 179~241
KTZ600-3 600 3 201~269
KTZ700-2 700 2 240~270
* 试棒直径 16mm
F+P基
× 500
F基
× 500
F基
× 100
应用 —— 管接头、低压阀门等。
（５）合金铸铁耐磨铸铁减摩铸铁 —— P灰铸铁（ F 为软基体,Cm为硬质点,G润滑、储油）
抗磨铸铁 —— 白口铸铁表层＋灰口铸铁心部（强度好）
加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性。
耐热铸铁 和 耐蚀铸铁小结重点要求灰铸铁 和 球墨铸铁 的成分，组织，性能特点，牌号及用途。
一般要求
1,铸铁的石墨化原理，石墨的形态、大小对铸铁性能的影响。
2,铸铁的常用热处理的方法和目的。
3,了解可锻,蠕墨,合金铸铁。
思考题
1,出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止或改善？
a,灰铸铁磨床床身铸造以后就进行切削,在切削加工后出现不允许的变形。
b,灰铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。
（旧版 P40,第 8题 ）
2,指出下列铸铁的类别、组织及性能的主要指标：
HT150； HT350； QT600-3 。
作 业 3b P 21 ~ 22 week13,Nov 23
2,13)~ 20)
3,8)~ 12)
作业 3a 参考答案 P 21-22
2,4) 9SiCr 是（ ）钢，可制造（ ）。低合金刃具钢 板牙、丝锥
5) 5CrMnMo 是（ ）钢，可制造（ ）。热模具钢 热锻、压铸模
6) Cr12MoV 是（ ）钢，可制造（ ）。冷模具钢 冷冲、冷挤压模
10) 60Si2Mn 是（ ）钢。合金弹簧钢
12) 1Cr13 是（ ）钢，可制造（ ） 。M型不锈钢
3,1) 调质钢的合金化主要是考虑提高其红 硬性。（ ）No
3) A型 不锈钢可采用加工硬化提高强度 。（ ）Yes
4) 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形 。（ ）No
6) 18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入 A中，从而提高钢的红硬性 。（ ）Yes
7) A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理 。（ ）No
汽轮机叶片
of 3.3 (3a)
