1
第三节 常用合金铸件生产
2
一、铸铁件的生产
铸铁是含碳量超过 2.11的铁碳合金。工业用铸
铁实际上是以 Fe,C,Si为主要元素的多元合金。
铸铁中碳的存在形式
渗碳体 —— 化合状态
石墨 —— 游离状态
铸铁分类
白口铸铁
灰口铸铁
麻口铸铁
灰铸铁（片状石墨）
可锻铸铁（团絮状石墨）
球墨铸铁（球状石墨）
3
（一）铸铁的石墨化
1、石墨化过程
石墨化 —— 铸铁中析出石墨的过程。
石墨化形式：缓慢冷却时,L(A) 石墨
加热时,Fe3C 石墨
因此石墨是稳定相，是亚稳定相。
石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原
子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合
力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨
结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。
4
2、影响石墨化的因素
影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度。
（ 1）化学成分
碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，
硅促进石墨析出。（ C, 2.7~3.6%,Si, 1.1~2.5%）
如何提高铸件的强度？
碳和硅含量高时，石墨
量多、尺寸大、铁素体多，
因此强度、硬度低。过低时，
则易形成白口组织。
5
锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，
提高铸铁强度和硬度。且 Mn+S MnS。 (Mn, 0.4~1.2%)
硫和磷是有害元素。（ S ≤ 0.1~0.15%,P ≤ 0.2）
碳当量：
CE = C + (Si+P)/3 %
CE =4.28%，共晶成分；
CE＜ 4.28%, 亚共晶成分；
CE ＞ 4.28%，过共晶成分。（ 2）冷却速度
同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为
白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过
程的进行。
可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程
中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形
成白口组织
6
（二）灰铸铁
1、灰铸铁的组织和性能特点
铁素体灰铸铁 铁素体 +珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁
钢基体 +片状石墨
灰铸铁的性能
（ 1）机械性能较差 强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏
感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近
（ 2）其它性能 耐磨性好、减震性好,缺口敏感性小、
铸造性能和切削加工性能良好 。
7
灰铸铁的显微组织
8
2、灰铸铁的牌号与用途
HT200—— 表示灰铸铁,σb≥200N/mm2 （壁厚增加，强度降低）
性能指标 抗拉强度 σb
(N/mm2)
延伸率
δ(%)
冲击韧性
αk(J/cm2)
硬度
(HBS)
铸造碳钢
灰铸铁
400~650
100~350
10~25
0~0.5
20~60
0~5
160~230
148~298
灰铸铁与碳钢机械性能的比较
牌号 基体组织 用途
HT100 铁素体 低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。
HT150 铁素体 +珠光体 受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。
HT200 珠光体 受较大负荷的重要零件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。
9
3、灰铸铁的孕育处理
孕育铸铁,HT250,HT300,H350T
孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度； 浇
注前向铁水 中加入少量的孕育剂（ 75%硅铁），可以细化
组织，促进石墨化。
孕育铸铁的特点：
强度较高，冷却速度对其组
织和性能的影响甚小。因此，适
用静载荷下要求较高强和耐磨性
的铸件，特别适合生产厚大铸件
如重型机床、压力机床身、高压
液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。
10
（三）球墨铸铁
球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕
育剂，获得具有球状石墨的铸铁。
1、球墨铸铁的组织和性能
铁素体 球铁 铁素体 +珠光体 球铁 珠光体 球铁
球墨铸铁的机械性能比灰铸铁高得多，同时仍保持良
好的铸造性能、减磨性、减震性、切削加工性能，此外其
焊接性和热处理性能都优于灰铸铁。
11
球墨铸铁的显微组织
12
性能指标 抗拉强度 σb
(N/mm2)
屈服强度
σb (N/mm2 )
延伸率
δ(%)
硬度
(HBS)
45号锻钢（正火）
珠光体球铁（正火）
690
815
410
640
26
3
＜ 229
229~321
45号锻钢和珠光体球墨铸铁的机械性能比较
2、球墨铸铁的牌号与用途
QT500-7—— 表示 球墨 铸铁,σb≥500N/mm2,δ ≥ 7 %
牌号 基体组织 用途
QT450-10 铁素体 农机具零件、中低压阀门、输气管道。
QT600-3 铁素体 +珠光体 负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，
连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧
辊、大齿轮。QT700-2 珠光体
QT800-2 珠光体 高强度齿轮。
13
3、球墨铸铁的生产特点,
（ 1）严格控制化学成分
（ 2）较高的出铁温度
（ 3）球化处理
（ 4）孕育处理
（ 5）热处理
C,Si较高,Mn、
P,S较低
1400-1420℃
获得球状石墨 促进石墨化，
细化均匀组织
退火 —— 铁素体 +球状石墨 QT400-18,
正火 —— 索氏体 +球状石墨 QT600-3,
调质 —— 回火索氏体 +球状石墨 QT800-2
等温淬火 —— 下贝氏体 +球状石墨 QT900-2
球
化
处
理
方
法
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4、球墨铸铁铸造工艺特点
（ 1）流动性比灰铸铁差
（ 2）收缩较灰铸铁大
球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。
在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则不用冒
口或用小冒口。
15
（四）铸铁的熔炼
冲天炉的熔炼过程
冲天炉的燃料为焦碳；金
属炉料有：铸造生铁锭、回炉
料、废钢、铁合金；熔剂为石
灰石和氟石。
在冲天炉熔炼过程中，高
炉炉气不断上升，炉料不断下
降：底焦燃烧；金属炉料被预
热、熔化和过热；冶金反应使
铁水发生变化。
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二、铸钢件的生产
铸钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的
15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和
韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工
艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性
都比铸铁差。
铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件，
如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压
机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。
常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。
17
1、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂：
（ 1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。
（ 2）工艺上大都采用定向凝固原则
（ 3）必须严格掌握浇注温度
2、铸钢的热处理
为了细化晶粒，改善组织，
消除铸造内应力，提高性能，铸
钢件必须进行退火和正火处理。
18
3、铸钢的熔炼
钢液质量高，熔炼速度快，温度容易控制。炼钢
的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金。其它材料有
造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。
电弧炉炼钢
19
感应电炉炼钢
感应电炉是利用感应线
圈中交流电的感应作用，使
坩埚内的金属炉料（及钢液）
产生感应电流，而发出热量，
使炉料熔化的。
感应电炉的优点是加热
速度快，热量散失小；缺点
是炉渣温度较低，不能发挥
炉渣在冶炼过程中的作用。
20
感应电炉炼钢生产
21
三、非铁合金铸件的生产
1、铸造铜合金
黄铜是铜锌合金，铸造黄铜的熔点低、结晶温度
范围窄，流动性好，铸造性能较好。铸造黄铜常用于
轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。
锡青铜的力学性能低于黄铜，且其结晶温度范围
宽、容易产生显微缩松缺陷；但线收缩率较低，不易
产生缩孔，其耐磨、耐蚀性优于黄铜，故适于致密性
要求不高的耐磨、耐蚀件。
22
2、铸造铝合金
铸造铝合金分为：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和
铝锌合金。其中铝硅合金的铸造性能好，又有足够的强度，
所以应用最广。主要用于形状复杂的薄壁件或气密性要求
较高的零件，如内燃机汽缸体、化油器、仪表外壳等。
3、铜铝合金铸件的生产
电
阻
坩
埚
炉
焦
碳
坩
埚
炉
第三节 常用合金铸件生产
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一、铸铁件的生产
铸铁是含碳量超过 2.11的铁碳合金。工业用铸
铁实际上是以 Fe,C,Si为主要元素的多元合金。
铸铁中碳的存在形式
渗碳体 —— 化合状态
石墨 —— 游离状态
铸铁分类
白口铸铁
灰口铸铁
麻口铸铁
灰铸铁（片状石墨）
可锻铸铁（团絮状石墨）
球墨铸铁（球状石墨）
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（一）铸铁的石墨化
1、石墨化过程
石墨化 —— 铸铁中析出石墨的过程。
石墨化形式：缓慢冷却时,L(A) 石墨
加热时,Fe3C 石墨
因此石墨是稳定相，是亚稳定相。
石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原
子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合
力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨
结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。
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2、影响石墨化的因素
影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度。
（ 1）化学成分
碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，
硅促进石墨析出。（ C, 2.7~3.6%,Si, 1.1~2.5%）
如何提高铸件的强度？
碳和硅含量高时，石墨
量多、尺寸大、铁素体多，
因此强度、硬度低。过低时，
则易形成白口组织。
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锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，
提高铸铁强度和硬度。且 Mn+S MnS。 (Mn, 0.4~1.2%)
硫和磷是有害元素。（ S ≤ 0.1~0.15%,P ≤ 0.2）
碳当量：
CE = C + (Si+P)/3 %
CE =4.28%，共晶成分；
CE＜ 4.28%, 亚共晶成分；
CE ＞ 4.28%，过共晶成分。（ 2）冷却速度
同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为
白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过
程的进行。
可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程
中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形
成白口组织
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（二）灰铸铁
1、灰铸铁的组织和性能特点
铁素体灰铸铁 铁素体 +珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁
钢基体 +片状石墨
灰铸铁的性能
（ 1）机械性能较差 强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏
感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近
（ 2）其它性能 耐磨性好、减震性好,缺口敏感性小、
铸造性能和切削加工性能良好 。
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灰铸铁的显微组织
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2、灰铸铁的牌号与用途
HT200—— 表示灰铸铁,σb≥200N/mm2 （壁厚增加，强度降低）
性能指标 抗拉强度 σb
(N/mm2)
延伸率
δ(%)
冲击韧性
αk(J/cm2)
硬度
(HBS)
铸造碳钢
灰铸铁
400~650
100~350
10~25
0~0.5
20~60
0~5
160~230
148~298
灰铸铁与碳钢机械性能的比较
牌号 基体组织 用途
HT100 铁素体 低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。
HT150 铁素体 +珠光体 受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。
HT200 珠光体 受较大负荷的重要零件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。
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3、灰铸铁的孕育处理
孕育铸铁,HT250,HT300,H350T
孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度； 浇
注前向铁水 中加入少量的孕育剂（ 75%硅铁），可以细化
组织，促进石墨化。
孕育铸铁的特点：
强度较高，冷却速度对其组
织和性能的影响甚小。因此，适
用静载荷下要求较高强和耐磨性
的铸件，特别适合生产厚大铸件
如重型机床、压力机床身、高压
液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。
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（三）球墨铸铁
球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕
育剂，获得具有球状石墨的铸铁。
1、球墨铸铁的组织和性能
铁素体 球铁 铁素体 +珠光体 球铁 珠光体 球铁
球墨铸铁的机械性能比灰铸铁高得多，同时仍保持良
好的铸造性能、减磨性、减震性、切削加工性能，此外其
焊接性和热处理性能都优于灰铸铁。
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球墨铸铁的显微组织
12
性能指标 抗拉强度 σb
(N/mm2)
屈服强度
σb (N/mm2 )
延伸率
δ(%)
硬度
(HBS)
45号锻钢（正火）
珠光体球铁（正火）
690
815
410
640
26
3
＜ 229
229~321
45号锻钢和珠光体球墨铸铁的机械性能比较
2、球墨铸铁的牌号与用途
QT500-7—— 表示 球墨 铸铁,σb≥500N/mm2,δ ≥ 7 %
牌号 基体组织 用途
QT450-10 铁素体 农机具零件、中低压阀门、输气管道。
QT600-3 铁素体 +珠光体 负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，
连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧
辊、大齿轮。QT700-2 珠光体
QT800-2 珠光体 高强度齿轮。
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3、球墨铸铁的生产特点,
（ 1）严格控制化学成分
（ 2）较高的出铁温度
（ 3）球化处理
（ 4）孕育处理
（ 5）热处理
C,Si较高,Mn、
P,S较低
1400-1420℃
获得球状石墨 促进石墨化，
细化均匀组织
退火 —— 铁素体 +球状石墨 QT400-18,
正火 —— 索氏体 +球状石墨 QT600-3,
调质 —— 回火索氏体 +球状石墨 QT800-2
等温淬火 —— 下贝氏体 +球状石墨 QT900-2
球
化
处
理
方
法
14
4、球墨铸铁铸造工艺特点
（ 1）流动性比灰铸铁差
（ 2）收缩较灰铸铁大
球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。
在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则不用冒
口或用小冒口。
15
（四）铸铁的熔炼
冲天炉的熔炼过程
冲天炉的燃料为焦碳；金
属炉料有：铸造生铁锭、回炉
料、废钢、铁合金；熔剂为石
灰石和氟石。
在冲天炉熔炼过程中，高
炉炉气不断上升，炉料不断下
降：底焦燃烧；金属炉料被预
热、熔化和过热；冶金反应使
铁水发生变化。
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二、铸钢件的生产
铸钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的
15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和
韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工
艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性
都比铸铁差。
铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件，
如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压
机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。
常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。
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1、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂：
（ 1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。
（ 2）工艺上大都采用定向凝固原则
（ 3）必须严格掌握浇注温度
2、铸钢的热处理
为了细化晶粒，改善组织，
消除铸造内应力，提高性能，铸
钢件必须进行退火和正火处理。
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3、铸钢的熔炼
钢液质量高，熔炼速度快，温度容易控制。炼钢
的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金。其它材料有
造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。
电弧炉炼钢
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感应电炉炼钢
感应电炉是利用感应线
圈中交流电的感应作用，使
坩埚内的金属炉料（及钢液）
产生感应电流，而发出热量，
使炉料熔化的。
感应电炉的优点是加热
速度快，热量散失小；缺点
是炉渣温度较低，不能发挥
炉渣在冶炼过程中的作用。
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感应电炉炼钢生产
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三、非铁合金铸件的生产
1、铸造铜合金
黄铜是铜锌合金，铸造黄铜的熔点低、结晶温度
范围窄，流动性好，铸造性能较好。铸造黄铜常用于
轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。
锡青铜的力学性能低于黄铜，且其结晶温度范围
宽、容易产生显微缩松缺陷；但线收缩率较低，不易
产生缩孔，其耐磨、耐蚀性优于黄铜，故适于致密性
要求不高的耐磨、耐蚀件。
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2、铸造铝合金
铸造铝合金分为：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和
铝锌合金。其中铝硅合金的铸造性能好，又有足够的强度，
所以应用最广。主要用于形状复杂的薄壁件或气密性要求
较高的零件，如内燃机汽缸体、化油器、仪表外壳等。
3、铜铝合金铸件的生产
电
阻
坩
埚
炉
焦
碳
坩
埚
炉
