濟(jì)南大學(xué) 工程材料課件-純鑄鐵

1、 鑄鑄 鐵鐵一.鑄鐵的成分 常用鑄鐵的成分為：C=2.54.0%，Si=1.03.0%，Mn=0.51.4%，P=0.010.5%，S=0.020.20%。 還含有其他一定合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料二、鑄鐵的分類二、鑄鐵的分類白口鑄鐵：當(dāng)碳主要以滲碳體等化合物形式存白口鑄鐵：當(dāng)碳主要以滲碳體等化合物形式存在在時(shí)，鑄鐵斷口呈銀白色，俗稱白口鐵。白口鐵時(shí)，鑄鐵斷口呈銀白色，俗稱白口鐵。白口鐵具有硬、脆的特點(diǎn)，主要用于作煉鋼原料。具有硬、脆的特點(diǎn)，主要用于作煉鋼原料?；诣T鐵：當(dāng)碳以石墨形式存在時(shí)，鑄鐵斷口呈灰鑄鐵：當(dāng)碳以石墨形式存在時(shí)，鑄鐵斷口呈暗灰色，俗稱灰

2、鑄鐵（暗灰色，俗稱灰鑄鐵（HTHT）。）。廣泛應(yīng)用與工業(yè)廣泛應(yīng)用與工業(yè)各部門。麻口鑄鐵：當(dāng)碳以石墨和滲碳體存在各部門。麻口鑄鐵：當(dāng)碳以石墨和滲碳體存在時(shí)，鑄鐵稱為麻口鑄鐵，無(wú)使用價(jià)值。時(shí)，鑄鐵稱為麻口鑄鐵，無(wú)使用價(jià)值。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料三、鑄鐵的石墨化（一）鐵碳合金雙重相圖機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料（二）石墨化過(guò)程（二）石墨化過(guò)程 石墨化過(guò)程：指鑄鐵中析出碳原子形成石墨石墨化過(guò)程：指鑄鐵中析出碳原子形成石墨的過(guò)程。的過(guò)程。 石墨的形成即可以直接從液相中析出，也可石墨的形成即可以直接從液相中析出，也可由滲碳體分解來(lái)得到。由滲碳體分解來(lái)得到。 鑄鐵的石墨化經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：鑄鐵的石墨化經(jīng)過(guò)三個(gè)階段

3、： 第一階段（液態(tài)階段）第一階段（液態(tài)階段）從液體中直接析從液體中直接析出石墨，包括從過(guò)共晶液態(tài)中直接析出一次石出石墨，包括從過(guò)共晶液態(tài)中直接析出一次石墨墨G G和在和在11541154通過(guò)共晶反應(yīng)形成共晶石墨通過(guò)共晶反應(yīng)形成共晶石墨G G（LcA+GLcA+G）。）。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料 第二階段（共晶第二階段（共晶+ +共析階段）共析階段）在在11547381154738范圍內(nèi)，奧氏體冷卻過(guò)程中沿范圍內(nèi)，奧氏體冷卻過(guò)程中沿ESES線析出二次石墨線析出二次石墨G G。 第三階段（共析階段）第三階段（共析階段）在在738738（PSKPSK線）通過(guò)共析反應(yīng)析出共析石墨（線）通過(guò)共析反應(yīng)析

4、出共析石墨（AF+GAF+G）。）。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料（三）影響石墨化的因素三）影響石墨化的因素 主要因素有：鑄鐵的成分和結(jié)晶過(guò)程的冷主要因素有：鑄鐵的成分和結(jié)晶過(guò)程的冷卻條件。卻條件。1.1.成分：第一類：促進(jìn)石墨化元素成分：第一類：促進(jìn)石墨化元素C C、SiSi、AlAl、CuCu、NiNi、CoCo等，等，C C、SiSi影響最明顯。第二類：阻影響最明顯。第二類：阻礙石墨化元素礙石墨化元素CrCr、W W、MoMo、V V、MnMn等及雜質(zhì)元素等及雜質(zhì)元素S S。2.2.溫度及冷卻速度溫度及冷卻速度 鑄鐵在高溫緩冷條件下，過(guò)冷度小，由于鑄鐵在高溫緩冷條件下，過(guò)冷度小，由于碳原子能充

5、分?jǐn)U散，按碳原子能充分?jǐn)U散，按Fe-G Fe-G 相圖結(jié)晶。否則按相圖結(jié)晶。否則按Fe-FeCFe-FeC相圖結(jié)晶。相圖結(jié)晶。高溫下保溫和緩冷有利于石墨化過(guò)程。高溫下保溫和緩冷有利于石墨化過(guò)程。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料四、常用鑄鐵四、常用鑄鐵（一）灰鑄鐵（一）灰鑄鐵 1. 1.成分、組織、性能和應(yīng)用成分、組織、性能和應(yīng)用 灰鑄鐵的組織特點(diǎn)是片狀石墨?；w分為灰鑄鐵的組織特點(diǎn)是片狀石墨?；w分為三種：鐵素體基體的灰鑄鐵（軟而強(qiáng)度低）；三種：鐵素體基體的灰鑄鐵（軟而強(qiáng)度低）；珠光體基體的灰鑄鐵（強(qiáng)度硬度較高）；鐵珠光體基體的灰鑄鐵（強(qiáng)度硬度較高）；鐵素體珠光體基體灰鑄鐵（性能介于兩者之素體珠光體基

6、體灰鑄鐵（性能介于兩者之間）。間）。 灰鑄鐵的牌號(hào)有六種：灰鑄鐵的牌號(hào)有六種：HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350。HTHT后的數(shù)字后的數(shù)字代表最低抗拉強(qiáng)度。代表最低抗拉強(qiáng)度。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料2.灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的熱處理 灰鑄鐵可以進(jìn)行熱處理，但熱處理不灰鑄鐵可以進(jìn)行熱處理，但熱處理不會(huì)改變石墨的形狀大小和分布，對(duì)提高鑄會(huì)改變石墨的形狀大小和分布，對(duì)提高鑄鐵的力學(xué)性能影響不大。所以熱處理的主鐵的力學(xué)性能影響不大。所以熱處理的主要作用是消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定鑄件的尺寸和要作用是消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定鑄件

7、的尺寸和改善切削加工性能。改善切削加工性能。（1）消除內(nèi)應(yīng)力退火）消除內(nèi)應(yīng)力退火 （2 2）改善切削加工性能的退火）改善切削加工性能的退火 （3）表面淬火）表面淬火 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料（二）球墨鑄鐵（二）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是石墨呈球狀的鑄鐵。是在鐵球墨鑄鐵是石墨呈球狀的鑄鐵。是在鐵水中加入一定量的球化劑（水中加入一定量的球化劑（Mg和稀土元素）和稀土元素）和少量的孕育劑，進(jìn)行球化處理。具有良好和少量的孕育劑，進(jìn)行球化處理。具有良好的機(jī)械性能，綜合性能接近于鋼。的機(jī)械性能，綜合性能接近于鋼。 1.成分、組織、性能與應(yīng)用成分、組織、性能與應(yīng)用 基體組織類型有：鐵素體基體、珠光體基體組織類型有

8、：鐵素體基體、珠光體類基體（包括淬火加高溫回火組織）、珠光類基體（包括淬火加高溫回火組織）、珠光體加鐵素體基體、下貝氏體基體、奧氏體加體加鐵素體基體、下貝氏體基體、奧氏體加貝氏體基體、回火馬氏體基體。貝氏體基體、回火馬氏體基體。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料 球墨鑄鐵球墨鑄鐵除具有灰鑄鐵的良好性能外，如除具有灰鑄鐵的良好性能外，如鑄造性能、減摩性、切削性能等，鑄造性能、減摩性、切削性能等，還具有：還具有： （1 1）它的疲勞強(qiáng)度與中碳鋼基本相當(dāng)；）它的疲勞強(qiáng)度與中碳鋼基本相當(dāng)； （2 2）耐磨性優(yōu)于表面淬火鋼；）耐磨性優(yōu)于表面淬火鋼；（3 3）高的抗拉強(qiáng)度和接近鋼的彈性模量，屈）高的抗拉強(qiáng)度和接近鋼

9、的彈性模量，屈強(qiáng)比高強(qiáng)比高0.70.80.70.8； （4 4）基體為鐵素體時(shí)具有良好的塑性和韌性；）基體為鐵素體時(shí)具有良好的塑性和韌性；（5 5）可用于鑄造大型鑄件。）可用于鑄造大型鑄件。 球墨鑄鐵的缺球墨鑄鐵的缺點(diǎn)：凝固時(shí)收縮比較大，對(duì)原鐵水成分要求點(diǎn)：凝固時(shí)收縮比較大，對(duì)原鐵水成分要求較嚴(yán)格，對(duì)熔煉和鑄造工藝的要求較高，消較嚴(yán)格，對(duì)熔煉和鑄造工藝的要求較高，消振能力比灰鑄鐵低。振能力比灰鑄鐵低。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料球墨鑄鐵的牌號(hào)有：球墨鑄鐵的牌號(hào)有：QT400-18QT400-18、QT400-15QT400-15、QT450-10QT450-10、QT500-7QT500-7、QT

10、600-3QT600-3、QT700-2QT700-2、QT800-2QT800-2、QT900-2QT900-2。 QT QT 代表球墨鑄鐵，后面的兩組數(shù)字分別代表最低代表球墨鑄鐵，后面的兩組數(shù)字分別代表最低抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度（N/mmN/mm）及最低延伸率的值。及最低延伸率的值。2.2.球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵可以進(jìn)行熱處理，經(jīng)過(guò)熱處理可以改善鑄件球墨鑄鐵可以進(jìn)行熱處理，經(jīng)過(guò)熱處理可以改善鑄件的力學(xué)性能。球墨鑄鐵的熱處理溫度由硅含量決定。的力學(xué)性能。球墨鑄鐵的熱處理溫度由硅含量決定。 球墨鑄鐵的淬透性好于碳鋼，易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工球墨鑄鐵的淬透性好于碳鋼，易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝，獲

11、得下貝氏體基體。藝，獲得下貝氏體基體。熱處理主要有：退火、正火、淬火加回火、等溫回火熱處理主要有：退火、正火、淬火加回火、等溫回火等。等。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料（三）其他鑄鐵（三）其他鑄鐵1.1.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 是由白口鑄鐵坯件經(jīng)石墨化退火而得到的是由白口鑄鐵坯件經(jīng)石墨化退火而得到的鑄鐵，其強(qiáng)度和韌性與球鐵相近，而減振性和可加工鑄鐵，其強(qiáng)度和韌性與球鐵相近，而減振性和可加工性優(yōu)于球鐵，比灰鑄鐵強(qiáng)度高，具有較高的塑性和韌性優(yōu)于球鐵，比灰鑄鐵強(qiáng)度高，具有較高的塑性和韌性，可鍛鑄鐵不可鍛。性，可鍛鑄鐵不可鍛。 可鍛鑄鐵分為黑心可鍛鑄鐵（鐵素體可鍛鑄鐵）、可鍛鑄鐵分為黑心可鍛鑄鐵（鐵素體可鍛鑄鐵）

12、、珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵。白心可鍛鑄鐵較少珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵。白心可鍛鑄鐵較少使用。使用。 可鍛鑄鐵的牌號(hào)：黑心可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的牌號(hào)：黑心可鍛鑄鐵KTHKTH，珠光體可鍛珠光體可鍛鑄鐵鑄鐵KTZKTZ；后面的第一組數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度值。后面的第一組數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度值。第二組數(shù)值表示最低斷后伸長(zhǎng)率。適用于大量生產(chǎn)第二組數(shù)值表示最低斷后伸長(zhǎng)率。適用于大量生產(chǎn)的形狀比較復(fù)雜壁厚在的形狀比較復(fù)雜壁厚在3030mmmm以下的中小零件。以下的中小零件。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料2.蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 又稱又稱C/V鑄鐵鑄鐵 代號(hào)：代號(hào)：RuT，后面的數(shù)字是最低抗拉強(qiáng)度。后面的數(shù)字是最低抗拉

13、強(qiáng)度。 組織由蠕蟲(chóng)狀石墨加基體組成。基體組織一組織由蠕蟲(chóng)狀石墨加基體組成?；w組織一般為珠光體和鐵素體的混合基體。般為珠光體和鐵素體的混合基體。 蠕墨鑄鐵的綜合性能良好，其力學(xué)性能介于蠕墨鑄鐵的綜合性能良好，其力學(xué)性能介于球鐵和灰鑄鐵之間?？估瓘?qiáng)度、屈服點(diǎn)、斷后球鐵和灰鑄鐵之間?？估瓘?qiáng)度、屈服點(diǎn)、斷后伸長(zhǎng)率、彎曲疲勞極限優(yōu)于灰鑄鐵，接近于球伸長(zhǎng)率、彎曲疲勞極限優(yōu)于灰鑄鐵，接近于球鐵；而導(dǎo)熱性、切削加工性優(yōu)于球鐵鐵；而導(dǎo)熱性、切削加工性優(yōu)于球鐵機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料3.特殊性能鑄鐵 主要分為：抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵（1）耐磨鑄鐵 分為：減摩鑄鐵、抗磨鑄鐵。（2）耐熱鑄鐵 （3）耐蝕鑄鐵

14、機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料 鑄鐵的分類、組織特征與用途鑄鐵鑄鐵名稱名稱典型牌典型牌號(hào)號(hào)石墨形石墨形態(tài)態(tài)組織特征組織特征用途用途灰鑄鐵HT200HT350片狀F+G片，P+G片F(xiàn)+P+G片床身、機(jī)座機(jī)身、車床卡盤、齒輪可鍛鑄鐵KTH350-10KTZ450-06團(tuán)絮狀F+G團(tuán)P+G團(tuán)汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、制動(dòng)器、冷暖器接頭球墨鑄鐵QT600-3QT800-2球狀F+G球，P+G球F+P+G球軸瓦、傳動(dòng)軸、飛輪曲軸、連桿、球磨機(jī)齒輪蠕墨鑄鐵RuT420RuT300蠕蟲(chóng)狀F+G蠕蟲(chóng)F+P+G蠕蟲(chóng)活塞環(huán)、制動(dòng)盤、泵體、變速器箱體、排氣管各類鑄鐵的熱處理特點(diǎn)各類鑄鐵的熱處理特點(diǎn) 類型類型種類種類高溫高溫退火退火低溫低溫退火退火去應(yīng)去應(yīng)力退力退火火正火正火調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)等溫等溫淬火淬火表面表面強(qiáng)化強(qiáng)化灰鑄鐵灰鑄鐵850950500650表面淬火可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵9501000球墨鑄鐵球墨鑄鐵90095072076