第十一章 鑄鐵

1、第十一章第十一章 鑄鐵鑄鐵引引 言言o 鑄鐵：鑄鐵： WcWc2.112.11的鐵碳合金，的鐵碳合金，F(xiàn)eFe，C C，SiSi為主要成分且在結(jié)晶過程中具有共晶轉(zhuǎn)變的為主要成分且在結(jié)晶過程中具有共晶轉(zhuǎn)變的多元鐵基合金多元鐵基合金o 化學成分：化學成分：C C：2.5-4.02.5-4.0 SiSi：1.0-3.01.0-3.0o 特點：鑄造性能優(yōu)良，熔化加工簡單，成本特點：鑄造性能優(yōu)良，熔化加工簡單，成本低，耐磨性能、減震性能好。低，耐磨性能、減震性能好。o 用途：廣泛用于機械制造，冶金礦山，石油用途：廣泛用于機械制造，冶金礦山，石油化工，交通運輸?shù)取；?，交通運輸?shù)?。o 例如，機床例如，機床

2、床身、內(nèi)燃床身、內(nèi)燃機的汽缸體機的汽缸體、缸套、活塞缸套、活塞環(huán)及軸瓦、環(huán)及軸瓦、曲軸等都可曲軸等都可用鑄鐵制造用鑄鐵制造. .鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸內(nèi)燃機汽缸本章提綱本章提綱o 概述概述o 灰鑄鐵灰鑄鐵o 球墨鑄鐵球墨鑄鐵o 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵第一節(jié)第一節(jié) 概述概述o 鑄鐵中的石墨形態(tài)與分布鑄鐵中的石墨形態(tài)與分布一、鑄鐵中碳的分布形式與一、鑄鐵中碳的分布形式與 石墨的形態(tài)石墨的形態(tài)1.1.碳的分布形式碳的分布形式 （1 1）溶于鐵晶格間隙中，）溶于鐵晶格間隙中，形成間隙固溶體形成間隙固溶體 （2 2）與）與FeFe形成形成FeFe3 3C C （3 3）游離的石墨）游離的石墨共晶白口鑄鐵共

3、晶白口鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵一、鑄鐵中碳的分布形式與石墨的形態(tài)一、鑄鐵中碳的分布形式與石墨的形態(tài)2.2.石墨形態(tài)：片狀，蟹狀，蠕蟲狀，團絮狀，不規(guī)則形狀，球形石墨形態(tài)：片狀，蟹狀，蠕蟲狀，團絮狀，不規(guī)則形狀，球形片狀片狀蟹狀蟹狀團絮狀團絮狀球形球形蠕蟲狀蠕蟲狀二、鑄鐵的分類二、鑄鐵的分類按石墨存在的形式及石墨形態(tài)分類按石墨存在的形式及石墨形態(tài)分類o 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 C C全部或大部分以游離的片狀石墨形式存在，斷口呈灰色全部或大部分以游離的片狀石墨形式存在，斷口呈灰色o 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 C C全部或大部分以游離的球形石墨形式存在全部或大部分以游離的球形石墨形式存在o 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 C C全

4、部或大部分以游離的蠕蟲狀石墨形式存在全部或大部分以游離的蠕蟲狀石墨形式存在o 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 C C全部或大部分以團絮狀石墨形式存在，好的韌性，塑性全部或大部分以團絮狀石墨形式存在，好的韌性，塑性o 白口鑄鐵白口鑄鐵 C C全部或大部分以化合態(tài)的全部或大部分以化合態(tài)的FeFe3 3C C形式存在，呈白亮色形式存在，呈白亮色o 麻口鑄鐵麻口鑄鐵 灰口白口鐵的混合組織灰口白口鐵的混合組織工業(yè)工業(yè)鑄鐵鑄鐵的成的成分范分范圍與圍與組織組織工業(yè)鑄鐵的成分范圍工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度溫度快冷快冷中速冷卻中速冷卻中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷緩冷緩冷緩冷快冷快冷白口鑄鐵白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰

5、鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體鐵素體球墨鑄鐵球墨鑄鐵珠光體珠光體球墨鑄鐵球墨鑄鐵珠光體珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵鐵素體鐵素體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵石墨化退火石墨化退火中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷珠光體珠光體蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵鐵素體鐵素體蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵Si/Mg/CeSi/Mg/Ce灰口鑄灰口鑄鐵鐵 的的顯微組顯微組織織 鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織 鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體加珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球球墨鑄鐵中的石墨球

6、 蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體珠光體基體鐵素體基體鐵素體基體 可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵第二節(jié)第二節(jié) 灰口鑄鐵灰口鑄鐵o 概述概述 灰口鑄鐵中石墨呈灰口鑄鐵中石墨呈片狀片狀，斷口呈灰色，是，斷口呈灰色，是使用最多的鑄鐵，占鑄鐵總量的使用最多的鑄鐵，占鑄鐵總量的8080以上。以上?；铱阼T鐵分為：普通灰鐵和孕育灰鐵通過孕灰口鑄鐵分為：普通灰鐵和孕育灰鐵通過孕育處理，使石墨的片層變細，強度高于普通灰育處理，使石墨的片層變

7、細，強度高于普通灰鐵，牌號表示：鐵，牌號表示：HT100HT100，HT150HT150，HT200 HT200 屬普通灰鐵屬普通灰鐵 HT300HT300，HT350HT350，HT400 HT400 屬孕育灰鐵屬孕育灰鐵灰口鑄鐵金相組織灰口鑄鐵金相組織 2.1 2.1 灰口鑄鐵的組織灰口鑄鐵的組織o 鑄鐵冷卻速度足夠大時，得到白口鑄鐵組織鑄鐵冷卻速度足夠大時，得到白口鑄鐵組織o 冷卻速度減小時，鑄鐵組織依次為：麻口鑄冷卻速度減小時，鑄鐵組織依次為：麻口鑄鐵、珠光體灰口鑄鐵、珠光體鐵素體灰口鑄鐵、珠光體灰口鑄鐵、珠光體鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體灰口鑄鐵鐵、鐵素體灰口鑄鐵2.1 2.1 灰口鑄鐵的

8、組織灰口鑄鐵的組織 o 所有灰口鑄鐵組織特征：鋼的基體片狀石墨所有灰口鑄鐵組織特征：鋼的基體片狀石墨o 按基體組織分：按基體組織分： 鐵素體基；鐵素體基； 珠光體基；鐵素體珠光體基珠光體基；鐵素體珠光體基石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨的晶體結(jié)構(gòu) 石墨的晶體結(jié)構(gòu)如右圖。簡單石墨的晶體結(jié)構(gòu)如右圖。簡單六方點陣，基面碳原子呈六角六方點陣，基面碳原子呈六角網(wǎng)目狀，相鄰兩層基面間網(wǎng)目網(wǎng)目狀，相鄰兩層基面間網(wǎng)目是錯開的。同一層內(nèi)，碳原子是錯開的。同一層內(nèi)，碳原子之間為共價鍵，結(jié)合較強。層之間為共價鍵，結(jié)合較強。層層間為分子鍵，結(jié)合弱。導致層間為分子鍵，結(jié)合弱。導致石墨基面易滑動，具有潤滑作石墨基面易滑動，具有潤滑作用

9、。石墨本身的強度和塑性非用。石墨本身的強度和塑性非常低。常低。由于鐵液化學成分、冷卻速度由于鐵液化學成分、冷卻速度以及鐵液處理方法不同，鑄鐵以及鐵液處理方法不同，鑄鐵中的碳除了少量固溶于鐵素體中的碳除了少量固溶于鐵素體外，既可以形成石墨碳，也可外，既可以形成石墨碳，也可以形成滲碳體。以形成滲碳體?；一?口鑄口鑄鐵鐵 的顯的顯 微組微組 織織 鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌鑄鐵的性能取決于鑄鐵的組織和成分，但石墨對鑄鐵的性能取決于鑄鐵的組織和成分，但石墨對鑄鐵的力學性能的影響具有決定性意義。鑄鐵含鑄鐵的力學

10、性能的影響具有決定性意義。鑄鐵含有比鋼更多的能引起鐵素體固溶強化的硅錳和其有比鋼更多的能引起鐵素體固溶強化的硅錳和其他元素，因此，鑄鐵的強度和硬度都要比鋼強些。他元素，因此，鑄鐵的強度和硬度都要比鋼強些。同時，石墨也會降低鑄鐵的拉伸、韌性等性能。同時，石墨也會降低鑄鐵的拉伸、韌性等性能。主要原因？主要原因？p305一、要求石墨數(shù)量減少、片變細小、分布均勻、一、要求石墨數(shù)量減少、片變細小、分布均勻、形狀從片狀改變?yōu)閳F狀或球狀，進而提高鑄形狀從片狀改變?yōu)閳F狀或球狀，進而提高鑄鐵的力學性能。鐵的力學性能。二、鑄鐵的力學性能會隨基體組織中珠光體數(shù)量二、鑄鐵的力學性能會隨基體組織中珠光體數(shù)量增加而提高，

11、要求在珠光體基體分布的石墨增加而提高，要求在珠光體基體分布的石墨數(shù)量少，片要細小，分布均勻。數(shù)量少，片要細小，分布均勻。改善途徑改善途徑2.2 鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程o 鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。石墨化。o 鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出，鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出，也可以由滲碳體加熱時分解得到。也可以由滲碳體加熱時分解得到。Po 鐵碳合金的結(jié)晶過程和鐵碳合金的結(jié)晶過程和組織形成規(guī)律，可用組織形成規(guī)律，可用FeFe3C相圖和相圖和FeC（石墨）相圖綜合在一（石墨）相圖綜合在一起形成的鐵碳雙重相圖起形成的鐵碳雙重相圖

12、來描述（右圖）。圖中來描述（右圖）。圖中實線表示實線表示FeFe3C相圖，相圖，虛線表示虛線表示FeC（石墨）（石墨）相圖。虛線與實線重合相圖。虛線與實線重合的線條都用實線表示。的線條都用實線表示。右圖可見，虛線在實線右圖可見，虛線在實線的上方或左上方。表明的上方或左上方。表明FeC（石墨）系較（石墨）系較 FeFe3C系更為穩(wěn)定。系更為穩(wěn)定。復線鐵碳相圖復線鐵碳相圖Po 對比對比FeFe3C相圖和相圖和FeC（石墨）相圖，（石墨）相圖，發(fā)現(xiàn)在同一溫度條件下，發(fā)現(xiàn)在同一溫度條件下，穩(wěn)定相石墨在溶液、奧穩(wěn)定相石墨在溶液、奧氏體和鐵素體中的溶解氏體和鐵素體中的溶解度比亞穩(wěn)相滲碳體溶解度比亞穩(wěn)相滲碳

13、體溶解度小，奧氏體度小，奧氏體-石墨共晶石墨共晶和共析的平衡反應溫度和共析的平衡反應溫度高于奧氏體高于奧氏體-滲碳體共晶滲碳體共晶和共析的，奧氏體和共析的，奧氏體-石墨石墨共晶點和共析點的含碳共晶點和共析點的含碳量也分別低于奧氏體量也分別低于奧氏體-滲滲碳體共晶點和共析點的碳體共晶點和共析點的含碳量。含碳量。o 石墨化溫度階段石墨化溫度階段 o第一階段：從鑄鐵液相中結(jié)晶第一階段：從鑄鐵液相中結(jié)晶出一次石墨（過共晶合金）和出一次石墨（過共晶合金）和通過共晶反應結(jié)晶出共晶石墨；通過共晶反應結(jié)晶出共晶石墨；或通過滲碳體在共晶溫度以上或通過滲碳體在共晶溫度以上高溫分解形成石墨。高溫分解形成石墨。o中間

14、階段：從鑄鐵奧氏體相中中間階段：從鑄鐵奧氏體相中析出二次石墨，或通過滲碳體析出二次石墨，或通過滲碳體在共晶溫度和共析溫度間發(fā)生在共晶溫度和共析溫度間發(fā)生分解而形成石墨分解而形成石墨; ;o第二階段：在鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變第二階段：在鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變過程中析出石墨，或通過滲碳過程中析出石墨，或通過滲碳體在共析溫度附近及以下分解體在共析溫度附近及以下分解形成石墨。形成石墨。P鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系（以共晶鑄鐵為例）（以共晶鑄鐵為例） 石墨化進行程度石墨化進行程度 鑄鐵的顯微組織鑄鐵的顯微組織 鑄鐵類型鑄鐵類型 第一階段第一階段石墨化石墨化 第二階段石第二階段石

15、墨化墨化 完全進行完全進行完全進行完全進行F+G（石墨片）（石墨片） 灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分進行部分進行F+P+G未進行未進行P+G部分進行部分進行未進行未進行Ld+P+G麻口鑄鐵麻口鑄鐵未進行未進行未進行未進行Ld白口鑄鐵白口鑄鐵2.3 2.3 影響石墨化的因素影響石墨化的因素o 合金元素的影響合金元素的影響鑄鐵中常見的合金元素有：鑄鐵中常見的合金元素有：C C，SiSi，P P，MnMn，S S等。等。1.C1.C，SiSi，P PC C，Si Si 強烈促進石墨化，調(diào)整其含量可控制強烈促進石墨化，調(diào)整其含量可控制鑄鐵的組織和性能，鑄鐵的組織和性能，P P能促進石墨化，作用能促進石墨化，作用

16、較小。較小。SiSi，P P能使共晶點左移能使共晶點左移 合金元素的影響合金元素的影響2.Mn2.Mn，S S的影響的影響阻礙石墨化阻礙石墨化MnMn溶于溶于FeFe3 3C C中，增加中，增加FeFe與與C C的結(jié)合力，從而阻止石的結(jié)合力，從而阻止石墨化。少量的墨化。少量的S S就能形成就能形成FeSFeS或或MnSMnS，以，以FeSFeSFeFe共晶共晶形式分布于晶界，阻礙形式分布于晶界，阻礙C C原子擴散；原子擴散；S S可以降低鐵水可以降低鐵水的流動性，惡化鑄件性能。的流動性，惡化鑄件性能。Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Nb、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg，Nb為中性元

17、素，Nb之前為石墨化元素，之后為反石墨化元素，各元素位置離Nb越遠，其作用越強。 p309影響石墨化的因素影響石墨化的因素o 冷卻速度的影響冷卻速度的影響鑄鐵的凝固冷卻速度主要依靠鑄件的壁厚，鑄鑄鐵的凝固冷卻速度主要依靠鑄件的壁厚，鑄件壁愈厚，冷卻件壁愈厚，冷卻速度愈小。冷速速度愈小。冷速慢有利于按慢有利于按Fe-CFe-C相圖進行結(jié)晶，相圖進行結(jié)晶，石墨化越容易進石墨化越容易進行。冷速快有利行。冷速快有利于形成白口鐵于形成白口鐵不同不同C+SiC+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織 o C和和Si時影響鑄鐵組織時影響鑄鐵組織和性能的主要元素，為和性能

18、的主要元素，為綜合考慮它們的影響，綜合考慮它們的影響，引入碳當量（引入碳當量（Ceq）和共）和共晶度（晶度（Sc）的概念。）的概念。o 隨著鑄鐵碳當量和共晶隨著鑄鐵碳當量和共晶度的增加，石墨的數(shù)量度的增加，石墨的數(shù)量增多且變得粗大，鐵素增多且變得粗大，鐵素體數(shù)量增加，石墨的數(shù)體數(shù)量增加，石墨的數(shù)量增多且變得粗大，鐵量增多且變得粗大，鐵素體數(shù)量增加。右圖為素體數(shù)量增加。右圖為鑄鐵的共晶度和壁厚與鑄鐵的共晶度和壁厚與鑄鐵組織的關(guān)系。鑄鐵組織的關(guān)系。三、石墨與基體對鑄鐵組織性能的影響三、石墨與基體對鑄鐵組織性能的影響o 石墨十分松軟而脆弱，抗拉強度在石墨十分松軟而脆弱，抗拉強度在20MPa以下，伸長

19、率趨近于零。因此，石墨就像基以下，伸長率趨近于零。因此，石墨就像基體組織中的孔洞和裂縫，可以把鑄鐵看成是體組織中的孔洞和裂縫，可以把鑄鐵看成是含有大量孔洞和裂縫的鋼。含有大量孔洞和裂縫的鋼。o 石墨的數(shù)量、大小和分布對鑄鐵的性能有顯石墨的數(shù)量、大小和分布對鑄鐵的性能有顯著影響。著影響。o 改善石墨形狀是提高鑄鐵性能的一條最重要改善石墨形狀是提高鑄鐵性能的一條最重要的途徑。的途徑。 o 鑄鐵基體中鐵素體相鑄鐵基體中鐵素體相越多，鑄鐵塑性越好；越多，鑄鐵塑性越好；基體中珠光體數(shù)量越基體中珠光體數(shù)量越多，則鑄鐵的抗拉強多，則鑄鐵的抗拉強度和硬度越高（見右度和硬度越高（見右圖）。圖）。 o 只有當石墨

20、為團絮狀、蠕蟲狀或球狀時，改只有當石墨為團絮狀、蠕蟲狀或球狀時，改變基體組織才能顯示出其對性能的影響。變基體組織才能顯示出其對性能的影響。o 強化鑄鐵時，一方面要改變石墨的數(shù)量大小、強化鑄鐵時，一方面要改變石墨的數(shù)量大小、形態(tài)和分布，盡量減少石墨的有害作用；另形態(tài)和分布，盡量減少石墨的有害作用；另一方面又可通過合金化、熱處理或表面處理一方面又可通過合金化、熱處理或表面處理方法調(diào)整基體組織，提高基體性能，以改變方法調(diào)整基體組織，提高基體性能，以改變鑄鐵的強韌性。鑄鐵的強韌性。四四 孕育鑄鐵孕育鑄鐵o 由于普通灰鐵由于普通灰鐵G G片粗大，強度低，片粗大，強度低，o 從而發(fā)展了孕育鑄鐵從而發(fā)展了孕

21、育鑄鐵o 孕育鑄鐵：在澆鑄前向鐵水中加入少量可以孕育鑄鐵：在澆鑄前向鐵水中加入少量可以成為成為G G結(jié)晶核心的物質(zhì)（孕育劑），使鑄鐵結(jié)晶核心的物質(zhì)（孕育劑），使鑄鐵中片狀石墨細化，稱為孕育處理，經(jīng)孕育處中片狀石墨細化，稱為孕育處理，經(jīng)孕育處理的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。理的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。o 孕育劑：孕育劑：SiFeSiFe合金（合金（7575SiSi），），SiSiCaCa合金，合金，SiSiCaCaReRe合金，合金，SiSiBaBaCaCa合金等合金等硅鐵硅鐵硅鈣硅鈣孕育處理前孕育處理前孕育處理后孕育處理后o 孕育鑄鐵的特點孕育鑄鐵的特點1.1.成分成分 C C，SiSi含量低于普通灰鐵。含量

22、低于普通灰鐵。MnMn含量高于灰鐵，目的含量高于灰鐵，目的 在于中和在于中和S S的影響，獲得的影響，獲得P P和提高強度。和提高強度。2.2.組織：基體組織為珠光體，細小的片狀石墨分布于基體中組織：基體組織為珠光體，細小的片狀石墨分布于基體中3.3.性能：與普通灰鐵相比，性能：與普通灰鐵相比， 抗拉強度，耐磨性明顯提高，抗拉強度，耐磨性明顯提高， 伸長率、沖擊韌性伸長率、沖擊韌性a ak k提高較少。提高較少。五五 灰鑄鐵合金化及熱處理灰鑄鐵合金化及熱處理o 合金化合金化 為進一步改善灰鐵的力學性能，加入少量的為進一步改善灰鐵的力學性能，加入少量的CrCr，NiNi，CuCu，MoMo，V

23、V，TiTi，主要作用：，主要作用： 進一步強化基體進一步強化基體 細化石墨片和改善其分布細化石墨片和改善其分布 TiTi細化晶粒細化晶粒 CuCu，MoMo提高耐熱性提高耐熱性o 熱處理熱處理o熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。熱處理強化效果不大。熱處理強化效果不大。o灰鑄鐵常用的熱處理有：灰鑄鐵常用的熱處理有： 消除應力退火：消除應力退火：500500 石墨化退火（消除白口鐵退火）石墨化退火（消除白口鐵退火）鑄件表面冷速快，易形成白口鐵，為降低其硬度鑄件表面冷速快，易形成白口鐵，為降低其硬度及脆性，便于機加工，需進行石墨化退火及脆性，便于機加工，需

24、進行石墨化退火900-950 900-950 ，2-5h2-5h，使共晶，使共晶Fe3CFe3CA AG G 表面淬火表面淬火 灰鑄鐵件灰鑄鐵件汽缸套汽缸套活塞環(huán)活塞環(huán)灰鑄鐵合金化及熱處理灰鑄鐵合金化及熱處理o 制造承受壓力和震動的零件制造承受壓力和震動的零件, ,如機床床身、各種箱體、殼如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。體、泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體大型船用柴油機汽缸體(HT-300)(HT-300)重型機床床身重型機床床身(HT-250)(HT-250)變速箱體變速箱體六六 灰鑄鐵的用途和牌號灰鑄鐵的用途和牌號灰口鑄鐵的牌號灰口鑄鐵的牌號o 灰鑄鐵牌號由灰鑄鐵牌號由“灰鐵灰鐵”

25、二字拼音字首二字拼音字首“HT”和其后和其后的數(shù)字組成，數(shù)字表示最低抗拉強度的數(shù)字組成，數(shù)字表示最低抗拉強度b b，例如，例如HT200HT200。第三節(jié)第三節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵一、概述一、概述o 亦稱瑪鐵，瑪鋼。是由白口鐵經(jīng)過退火而制得的一亦稱瑪鐵，瑪鋼。是由白口鐵經(jīng)過退火而制得的一種高強度鑄鐵，種高強度鑄鐵，石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵，性能優(yōu)于，性能優(yōu)于灰鑄鐵，耐磨性和減震性優(yōu)于普通碳鋼，可部分代替灰鑄鐵，耐磨性和減震性優(yōu)于普通碳鋼，可部分代替碳鋼，合金鋼和有色金屬。碳鋼，合金鋼和有色金屬。o 可鍛鑄鐵實際并不能鍛造加工，只是塑性較好而已可鍛鑄鐵實際并不能鍛造加工，只是塑

26、性較好而已o 分類分類 黑心可鍛鑄鐵：黑心可鍛鑄鐵：KTH300KTH3000606 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 KTZ450-06KTZ450-06 白心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵 KTB380-12KTB380-12如何制造白心可鍛鑄鐵和黑心可鍛鑄鐵？如何制造白心可鍛鑄鐵和黑心可鍛鑄鐵？o 白心可鍛鑄鐵是將鑄成的白口鑄件放置在退火箱中白心可鍛鑄鐵是將鑄成的白口鑄件放置在退火箱中圍以氧化介質(zhì)（鐵磷、煉鋼爐渣），密封后放在爐圍以氧化介質(zhì)（鐵磷、煉鋼爐渣），密封后放在爐內(nèi)加熱退火。加熱的目的在于使鑄鐵中的碳擴散到內(nèi)加熱退火。加熱的目的在于使鑄鐵中的碳擴散到鑄件表面，碳在鑄件表面的氧化將鑄鐵中的碳大部

27、鑄件表面，碳在鑄件表面的氧化將鑄鐵中的碳大部分脫除，使鑄件的組織和含碳量和鋼相似，斷口呈分脫除，使鑄件的組織和含碳量和鋼相似，斷口呈白色。白色。o 黑心可鍛鑄鐵是將鑄成的白口鑄件置于箱中圍以中黑心可鍛鑄鐵是將鑄成的白口鑄件置于箱中圍以中性介質(zhì)（高爐爐渣、細砂），密封后放在爐內(nèi)加熱性介質(zhì)（高爐爐渣、細砂），密封后放在爐內(nèi)加熱退火，使鑄件中的退火，使鑄件中的滲碳體滲碳體發(fā)生分解、形成團絮狀石發(fā)生分解、形成團絮狀石墨，斷口心部呈暗黑色，斷口邊緣因碳脫除呈灰白墨，斷口心部呈暗黑色，斷口邊緣因碳脫除呈灰白色。色。o 白口鑄鐵脫碳應采用怎樣的熱處理？白口鑄鐵脫碳應采用怎樣的熱處理？ 退火溫度：退火溫度：9

28、801050，保溫時間，保溫時間35天，天，適用于薄片。適用于薄片。o 黑心可鍛鑄鐵應采用怎樣的熱處理？黑心可鍛鑄鐵應采用怎樣的熱處理？ 加熱溫度：加熱溫度：870950，時間短。，時間短。 為什么黑心可鍛鑄鐵需要加熱溫度低，時間短？為什么黑心可鍛鑄鐵需要加熱溫度低，時間短？二、二、 可鍛鑄鐵的化學成分可鍛鑄鐵的化學成分o 獲得合乎要求的白口鑄鐵是生產(chǎn)可鍛鑄鐵的前提，獲得合乎要求的白口鑄鐵是生產(chǎn)可鍛鑄鐵的前提，所以選擇好化學成分，目的在于保證鑄件呈現(xiàn)白口，所以選擇好化學成分，目的在于保證鑄件呈現(xiàn)白口，又保證白口逐漸在隨后退火時滲碳體能較快地分解，又保證白口逐漸在隨后退火時滲碳體能較快地分解，保

29、證鑄鐵澆鑄后獲得白口鐵組織非常重要。保證鑄鐵澆鑄后獲得白口鐵組織非常重要。o 為此，促進石墨化元素應降低，阻礙石墨化元素可為此，促進石墨化元素應降低，阻礙石墨化元素可相對提高。相對提高。（C C、SiSi；MnMn、CrCr、S S）問題：為什么生產(chǎn)可鍛鑄鐵時，鑄件必須凝固為白口問題：為什么生產(chǎn)可鍛鑄鐵時，鑄件必須凝固為白口鑄鐵呢？鑄鐵呢？P314P314 二、二、 可鍛鑄鐵的化學成分可鍛鑄鐵的化學成分o 由于由于C C，SiSi強烈促進石墨化，所以含量不能太高，加少量孕強烈促進石墨化，所以含量不能太高，加少量孕育劑育劑AlAl，BiBi。阻礙石墨化元素錳、鉻、硫等可適當提高。阻礙石墨化元素錳

30、、鉻、硫等可適當提高。 可鍛鑄鐵的化學成分可鍛鑄鐵的化學成分( (w w/%)/%)可鍛鑄鐵名稱可鍛鑄鐵名稱C CSiSiMnMnS SP PCrCr黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵2.32.33.23.21.01.01.61.60.30.30.60.60.00.05 50.150.150.00.04 40.10.10.00.02 20.050.05白心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵2.82.83.43.40.30.31.01.00.30.30.80.80.00.05 50.250.250.00.04 40.10.10.00.03 30.10.1 三、三、 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)可鍛鑄鐵的生產(chǎn)可鍛鑄鐵生產(chǎn)分兩個步驟?？?/p>

31、鍛鑄鐵生產(chǎn)分兩個步驟。 o 第一步，先鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現(xiàn)，第一步，先鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現(xiàn)，否則在隨后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不否則在隨后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到團絮狀石墨；到團絮狀石墨；o 第二步，進行長時間的石墨化退火處理。第二步，進行長時間的石墨化退火處理。將白口鑄鐵加熱到將白口鑄鐵加熱到900 900 960 960 ，長時間保溫，長時間保溫，使共晶滲碳體分解為團絮狀石墨，完成第一階段的石使共晶滲碳體分解為團絮狀石墨，完成第一階段的石墨化過程。隨后以較快的速度（墨化過程。隨后以較快的速度（100 /h100 /h）冷卻通過）冷卻通過共析轉(zhuǎn)

32、變溫度區(qū)，得到共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵珠光體基體的可鍛鑄鐵。三、三、 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)可鍛鑄鐵的生產(chǎn) 若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，完成第二階段石墨化，并在冷至充分析出，完成第二階段石墨化，并在冷至720 720 760 760 后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在三階段石墨化，在650 650 700 700 出爐冷卻至室溫，出爐冷卻至室溫，可以得到可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。鐵素體基體的可鍛鑄鐵。 為了縮短時間，并細化組織，提高機械性能，可為了縮短時間

33、，并細化組織，提高機械性能，可在鑄造時采取孕育處理。孕育劑能強烈阻礙凝固時形在鑄造時采取孕育處理。孕育劑能強烈阻礙凝固時形成石墨和退火時促進石墨化。成石墨和退火時促進石墨化。采用采用0.001%0.001%硼、硼、0.006%0.006%鉍和鉍和0.008%0.008%鋁的孕育劑，鋁的孕育劑，可將退火時間由可將退火時間由7070多小時縮多小時縮短至短至3030小時。小時。 四、四、可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火四、可鍛鑄鐵的組織四、可鍛鑄鐵的組織o 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵如果白口鐵在退火過

34、程如果白口鐵在退火過程中，石墨化充分進行，則中，石墨化充分進行，則退火后可得到鐵素體基體退火后可得到鐵素體基體團絮狀石墨組織，該類團絮狀石墨組織，該類鑄鐵心部呈黑絨色，表層鑄鐵心部呈黑絨色，表層因退火有時脫碳而呈白亮因退火有時脫碳而呈白亮色，故稱黑心可鍛鑄鐵。色，故稱黑心可鍛鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 四、可鍛鑄鐵的組織四、可鍛鑄鐵的組織o 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 如果石墨化進如果石墨化進行的不充分，退行的不充分，退火后的組織為珠火后的組織為珠光體團絮狀石光體團絮狀石墨，則為珠光體墨，則為珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 o 白心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵在長期退火過程中

35、，發(fā)生氧化脫碳得到的，表在長期退火過程中，發(fā)生氧化脫碳得到的，表層為鐵素體，心部為珠光體團絮狀石墨，層為鐵素體，心部為珠光體團絮狀石墨，其斷口顏色表層呈黑絨色，心部白色，故稱其斷口顏色表層呈黑絨色，心部白色，故稱白心可鍛鑄鐵。白心可鍛鑄鐵。力學性能差，生產(chǎn)工藝復雜，應用較少。力學性能差，生產(chǎn)工藝復雜，應用較少。四、可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵的組織五、可鍛鑄鐵的性能五、可鍛鑄鐵的性能o 組織特點組織特點 石墨團絮狀分布，對基體割裂和破壞少，石墨石墨團絮狀分布，對基體割裂和破壞少，石墨尖端引起的應力集中小，因而可鍛鑄鐵力學性能尖端引起的應力集中小，因而可鍛鑄鐵力學性能比灰口鑄鐵高（石墨片狀），接近球墨

36、鑄鐵。比灰口鑄鐵高（石墨片狀），接近球墨鑄鐵。o 性能特點性能特點優(yōu)點：成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，鐵液易處理，便于流水優(yōu)點：成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，鐵液易處理，便于流水生產(chǎn)線生產(chǎn)，適宜生產(chǎn)形狀復雜，薄壁鑄件，加工生產(chǎn)線生產(chǎn)，適宜生產(chǎn)形狀復雜，薄壁鑄件，加工性好，易切削。性好，易切削。缺點：不能焊接缺點：不能焊接可鍛鑄鐵的牌號和機械性能可鍛鑄鐵的牌號和機械性能分分類類 牌牌 號號鑄鐵鑄鐵壁厚壁厚mmmm試棒試棒直徑直徑mmmm抗拉抗拉強度強度 b b MPaMPa延伸延伸率率 % %硬度硬度 HBHB 應用舉例應用舉例鐵鐵素素體體基基 KT300-6KT300-6121216163003006 6120163

37、120163彎頭、三通等管件彎頭、三通等管件KT330-8KT330-8121216163303308 8120163120163螺絲扳手等，犁刀、犁柱、螺絲扳手等，犁刀、犁柱、車輪殼等車輪殼等KT350-10KT350-10121216163503501010120163120163汽車拖拉機前后輪殼、減速汽車拖拉機前后輪殼、減速器器KT370-12KT370-12121216163703701212120163120163殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動器等殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動器等 珠珠光光體體基基 KT450-5KT450-5 16164504505 5152219152219曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、

38、曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、 KTZ500-4KTZ500-4 16165005004 4179241179241活塞環(huán)、軸套、萬向接頭、活塞環(huán)、軸套、萬向接頭、KTZ600-3KTZ600-3 16166006003 3201269201269棘輪、扳手、傳動鏈條棘輪、扳手、傳動鏈條第四節(jié)第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵o 40年代末年代末50年代初，鐵液中添加鎂或鈰，年代初，鐵液中添加鎂或鈰，使鑄鐵中石墨直接凝固后為球狀；使鑄鐵中石墨直接凝固后為球狀；o 50年代初，我國采用純鎂作球化劑成功制年代初，我國采用純鎂作球化劑成功制成球墨鑄鐵，但處理工藝復雜，鑄造缺陷嚴成球墨鑄鐵，但處理工藝復雜，鑄造缺陷

39、嚴重，影響球墨鑄鐵推廣；重，影響球墨鑄鐵推廣；o 60年代，稀土鎂復合球化劑應用和球化處年代，稀土鎂復合球化劑應用和球化處理工藝的變革推動了球墨鑄鐵的發(fā)展理工藝的變革推動了球墨鑄鐵的發(fā)展o 將普通灰鐵成分的鐵液進行球化處理和孕育處將普通灰鐵成分的鐵液進行球化處理和孕育處理，使石墨以球狀存在，由此獲得的鑄鐵。理，使石墨以球狀存在，由此獲得的鑄鐵。o 優(yōu)點優(yōu)點 從球狀石墨對鑄鐵基體連續(xù)性的破壞和缺口效應的從球狀石墨對鑄鐵基體連續(xù)性的破壞和缺口效應的大小來看，其優(yōu)于片狀石墨和團絮狀石墨，球形的石墨大小來看，其優(yōu)于片狀石墨和團絮狀石墨，球形的石墨對基體的破壞作用和在基體中引起的應力集中顯著下降。對基體

40、的破壞作用和在基體中引起的應力集中顯著下降。球墨鑄鐵具有比灰鐵高的多的強度，塑性和韌性，同時球墨鑄鐵具有比灰鐵高的多的強度，塑性和韌性，同時也有良好的耐磨性和減震性，也有良好的耐磨性和減震性， 其綜合機械性能接近于其綜合機械性能接近于鋼。因其鑄造性能好，成本低廉，生產(chǎn)方便，在工業(yè)中鋼。因其鑄造性能好，成本低廉，生產(chǎn)方便，在工業(yè)中得到了廣泛的應用得到了廣泛的應用。 第四節(jié)第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨的形狀對力學性能的影響石墨的形狀對力學性能的影響o 石墨球越規(guī)整，球徑越小，分布越均勻，球石墨球越規(guī)整，球徑越小，分布越均勻，球鐵的力學性能越高。鐵的力學性能越高。o 球化劑質(zhì)量不高，添加量不足，或鐵

41、液的含球化劑質(zhì)量不高，添加量不足，或鐵液的含硫量過高以致球化元素在硫化合后剩余少量硫量過高以致球化元素在硫化合后剩余少量時，會產(chǎn)生石墨球化不良的現(xiàn)象。形成的團時，會產(chǎn)生石墨球化不良的現(xiàn)象。形成的團片狀或厚片狀石墨將顯著降低疲勞極限。片狀或厚片狀石墨將顯著降低疲勞極限。p317石墨的球化石墨的球化一、球化方法一、球化方法 加入球化劑，使石墨結(jié)晶為球形加入球化劑，使石墨結(jié)晶為球形. .球化劑：球化劑：MgMg，稀土硅鐵合金，稀土，稀土硅鐵合金，稀土 硅鐵鎂合金（應用最廣泛）硅鐵鎂合金（應用最廣泛）孕育處理：由于球化處理只能在鐵液中孕育處理：由于球化處理只能在鐵液中有石墨核心時，才能促進石墨生成球有

42、石墨核心時，才能促進石墨生成球形，而常用的球化劑都強烈阻礙石墨形，而常用的球化劑都強烈阻礙石墨化，因此，在球化處理同時，必須進化，因此，在球化處理同時，必須進行孕育處理（石墨化處理），獲得球行孕育處理（石墨化處理），獲得球徑小，數(shù)量多，圓度好，分布均勻的徑小，數(shù)量多，圓度好，分布均勻的球狀石墨球狀石墨孕育劑：孕育劑：7575的硅鐵合金的硅鐵合金硅鐵硅鐵硅硅鈣鈣稀土鎂稀土鎂 球墨鑄鐵的組織和性能球墨鑄鐵的組織和性能o 組織組織金屬基體球狀石墨金屬基體球狀石墨金屬基體：鐵素體基，珠光體基，貝氏體基金屬基體：鐵素體基，珠光體基，貝氏體基鐵素體基球墨鑄鐵（高韌性球墨鑄鐵），其中鐵素體基球墨鑄鐵（高韌性

43、球墨鑄鐵），其中F F占占8080以上，有優(yōu)良的抗拉強度，塑性和沖擊韌以上，有優(yōu)良的抗拉強度，塑性和沖擊韌性，伸長率可達性，伸長率可達1010以上，制作汽車，拖拉機底以上，制作汽車，拖拉機底盤等盤等. . 球墨鑄鐵的組織和性能球墨鑄鐵的組織和性能珠光體基體球墨鑄鐵中珠光體占珠光體基體球墨鑄鐵中珠光體占8080，是球墨鑄，是球墨鑄鐵中應用最多的，抗拉強度高于鐵素體基體球墨鐵中應用最多的，抗拉強度高于鐵素體基體球墨鑄鐵，屈強比可達鑄鐵，屈強比可達0.7-0.80.7-0.8，常用來制作汽車，拖，常用來制作汽車，拖拉機曲軸拉機曲軸. .貝氏體基球墨鑄鐵是由等溫淬火獲得，高強度，貝氏體基球墨鑄鐵是由等

44、溫淬火獲得，高強度，高硬度，高疲勞極限，良好的沖擊韌性。用于承高硬度，高疲勞極限，良好的沖擊韌性。用于承受受交變負荷和高耐磨零件，如汽車，拖拉機的受受交變負荷和高耐磨零件，如汽車，拖拉機的傳動齒輪傳動齒輪. .珠光體基體球墨鑄鐵金相組織珠光體基體球墨鑄鐵金相組織 鐵素體球墨鑄鐵金相鐵素體球墨鑄鐵金相 混合基體球墨鑄鐵金相組織混合基體球墨鑄鐵金相組織 制品制品( (軋輥與輥環(huán)軋輥與輥環(huán)) )貝氏體基球墨鑄鐵貝氏體基球墨鑄鐵o 不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大。不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大。球墨鑄鐵的牌號和機械性能球墨鑄鐵的牌號和機械性能 機械性能機械性能 牌號牌號基體基體 b b MPaMP

45、a 0.20.2 MPaMPa % %HBHB應應 用用 舉舉 例例QT400-18QT400-18鐵素體鐵素體4004002502501818130130180180 汽車、拖拉機床底盤零汽車、拖拉機床底盤零件；件；16-6416-64大氣壓閥門的閥大氣壓閥門的閥體、閥蓋體、閥蓋QT400-15QT400-15鐵素體鐵素體4004002502501515130130180180QT450-10QT450-10鐵素體鐵素體4504503103101010160160210210QT500-7QT500-7鐵素體鐵素體+ +珠光體珠光體5005003203207 7 170170230 230

46、機油泵齒輪機油泵齒輪QT600-3QT600-3珠光體珠光體+ +鐵素體鐵素體6006003703703 3190190270270 柴油機、汽油機曲軸；柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸空壓機、冷凍機缸體、缸套套QT700-2QT700-2珠光體珠光體7007004204202 2225225305305QT800-2QT800-2珠光體珠光體8008004804802 2245245335335QT900-2QT900-2下貝氏體下貝氏體9009006006002 2 280280360 360 汽車、拖拉機傳動齒輪汽車、拖拉機傳動齒輪球墨鑄鐵的組織和性能球墨鑄鐵的組織和性能 球墨鑄鐵和球墨鑄鐵和4545鋼的疲勞強度鋼的疲勞強度 材材 料料 對稱彎曲疲勞強度對稱彎曲疲勞強度 /MPa/MPa 光滑試樣光滑試樣 光滑帶孔光滑帶孔試樣試樣 帶臺肩試樣帶臺肩試樣 帶孔、帶臺帶孔、帶臺肩試樣肩試樣 珠光體珠光體球墨鑄鐵球墨鑄鐵 255 255 100% 100% 205 205 80% 80% 175 175 68% 68% 155 155 61% 61% 4545號鋼號鋼 305 305 100% 100% 225 225 74% 74% 195 195 64% 64% 155 155 51% 5