工程材料8鑄鐵

1、 8 鑄鐵鑄鐵 8.1 概述概述 8.1.1 成分和特點成分和特點 鑄鐵是wC2.11(一般wC=2.54)的鐵碳合金。其中碳多以石墨的形式存在。 主要組成元素是鐵、碳、硅。比碳鋼含有較多的硫、磷等雜質(zhì)元素的多元合金。 鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)方法簡便、成本低廉等優(yōu)點。故應(yīng)用廣泛。 若按重量百分比計算，在各類機械中，鑄鐵件約占4070，在機床和重型機械中，則可達(dá)6090。 8.1.1 成分和特點成分和特點 在普通鑄鐵基礎(chǔ)上，加入一定量的合金元素，得到合金鑄鐵。 碳在鑄鐵中既可形成化合狀態(tài)的滲碳體(Fe3C)，也可形成游離狀態(tài)的石墨(G)。 根據(jù)碳的存在形式的不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵、麻口鑄

2、鐵、灰口鑄鐵三類。1.白口鑄鐵：白口鑄鐵：碳除少量溶于鐵素體外，其余的碳都以滲碳體的形式存在于鑄鐵中，其斷口呈銀銀白色白色，故稱白口鑄鐵。其性能硬而脆，很難切削加工，故很少直接用來制造各種零件。 2.麻口鑄鐵：麻口鑄鐵：碳一部分以石墨形式存在；另一部分以自由滲碳體形式存在，斷口上呈黑白相間的麻點黑白相間的麻點，故稱麻口鑄鐵。這類鑄鐵也具有較大的硬脆性，故工業(yè)上很少應(yīng)用。3.灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以游離狀態(tài)的石墨存在于鑄鐵中，其斷口呈暗灰色暗灰色，故稱灰口鑄鐵。 灰口鑄鐵中的碳主要以石墨形式存在，使它具有良好的可加工性、減摩性、減振性及鑄造性能等，而且熔煉工藝與設(shè)備簡

3、單，成本較低，目前主要應(yīng)用灰口鑄鐵。 8.1.2 鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程 石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布對鑄鐵的性能有著重要的影響。石墨數(shù)量的多少和基體的類別都與鑄鐵的石墨化過程有關(guān)。 若將鑄鐵在高溫下進(jìn)行長時間加熱，滲碳體將分解為鐵和石墨，因此，石墨才是穩(wěn)定相。（ Fe3C 3FeC ） 按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶，得到白口鑄鐵；按Fe-C相圖進(jìn)行結(jié)晶，發(fā)生石墨化過程。石墨化石墨化：指鑄鐵中碳原子析出和形成石墨的過程。：指鑄鐵中碳原子析出和形成石墨的過程。1、Fe- Fe3C和和Fe- C雙重相圖雙重相圖2、鑄鐵冷卻時和加熱時石墨化過程、鑄鐵冷卻時和加熱時石墨化過程包括包括: 從液

4、體中析出一次石墨; 由共晶反應(yīng)而生成的共晶石墨； 由奧氏體析出二次石墨； 由共析反應(yīng)而生成的共析石墨。 介穩(wěn)定的滲碳體在高溫下長時間加熱時,會發(fā)生分解產(chǎn)生石墨化,即Fe3C=3Fe+C 凡石墨化過程發(fā)生在凡石墨化過程發(fā)生在ECF線（溫度）以上，為線（溫度）以上，為第一階段石墨化第一階段石墨化； 發(fā)生在發(fā)生在ECF線和線和PSK線之間為線之間為第二階段石墨化第二階段石墨化； 發(fā)生在發(fā)生在PSK線（溫度）上，為線（溫度）上，為第三階段石墨化第三階段石墨化。1）鑄鐵冷卻時的石墨化過程）鑄鐵冷卻時的石墨化過程2）鑄鐵加熱時的石墨化過程）鑄鐵加熱時的石墨化過程:第一階段第一階段石墨化石墨化第二階段第二階

5、段石墨化石墨化第三階段第三階段石墨化石墨化 鑄件冷卻速度越慢,即過冷度較小時,越有利于石墨化過程充分進(jìn)行； 3、影響鑄鐵石墨化和鑄鐵組織的因素、影響鑄鐵石墨化和鑄鐵組織的因素 碳、硅、磷是促進(jìn)石墨化的元素； 錳和硫是阻礙石墨化的元素。 鑄件冷卻速度較快, 即過冷度增大時，不利于石墨化的進(jìn)行。 1）化學(xué)成分的影響）化學(xué)成分的影響2）冷卻速度的影響）冷卻速度的影響 1)按石墨化程度分類： 石墨化程度不同，得到的鑄鐵類型和組織亦不同。4. 鑄鐵的分類鑄鐵的分類鑄鐵類型石墨化程度顯微組織斷口顏色第一階段第二階段第三階段灰口鑄鐵充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行充分進(jìn)行部分進(jìn)行不進(jìn)行FGF

6、PGPG灰暗色麻口鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行不進(jìn)行LdPG灰白相間白口鑄鐵不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行LdPFe3C銀白色灰鑄鐵為例灰鑄鐵為例:P基體基體+ GF+P基體基體+ GF基體基體+ G石墨化程度不同，得到的不同鑄鐵基體組織。石墨化程度不同，得到的不同鑄鐵基體組織。FGGGPFP 2)按石墨的形態(tài)分類按石墨的形態(tài)分類： 石墨化后，石墨的形態(tài)有以下幾種：鑄鐵類型灰鑄鐵孕育鑄鐵蠕墨鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵石墨形態(tài)粗片狀細(xì)片狀蠕蟲狀團(tuán)絮狀球狀石墨形態(tài)不同，鑄鐵的性能有較大差異。片狀片狀蠕蟲狀蠕蟲狀團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀球狀球狀 1、牌號、牌號： HT 如HT150、HT200、HT250等。 “HT”表示“灰鐵”， “

7、HT”后邊的三個數(shù)字代表最低 抗拉強度值。 8.2.1 灰鑄鐵灰鑄鐵 2、組織、組織： 普通灰鑄鐵是由基體和片狀石墨兩部分組成的。鐵素體灰鑄鐵（鐵素體灰鑄鐵（FG片片）；）；鐵素體珠光體灰鑄鐵（鐵素體珠光體灰鑄鐵（FP G片片）；）；珠光體灰鑄鐵（珠光體灰鑄鐵（P G片片）。）。 根據(jù)鋼基體組織的不同，可分為： 8.2 常用鑄鐵常用鑄鐵斷口的外貌呈淺煙灰色，故稱為灰鑄鐵。 C 2.73.6%；Si 12.2%；Mn 0.51.3% P0.3%；S0.15%。 用于制造汽車的汽缸、汽缸套、機床床身等受壓和震動的零件。 孕育鑄鐵孕育鑄鐵可用于制造壓力機的機身、重負(fù)荷機床的床身、高壓液壓筒等零件。

8、抗拉強度比較低；隨基體不同而異。P多，強度高，塑韌性低。石墨片越大，強度和塑韌性愈低。 耐磨性與消震性好； 工藝性能好，如鑄造流動性、可切削性能優(yōu)于鋼。經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵強度級別較高，如HT250、HT300、HT350等。稱為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。4、灰鑄鐵的性能特點：、灰鑄鐵的性能特點：3、成分特點：、成分特點：5、用途、用途：表81 8.2.2 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵1、牌號：、牌號： KT字母字母 如KTH300-06、KTH350-10、 KTZ450-06、KTZ650-02等?！癒TH”和“KTZ”分別表示鐵素體(黑心)可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵；代號后邊的第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值,第二

9、組數(shù)字代表最低延伸率。 由基體組織和團(tuán)絮狀石墨構(gòu)成。團(tuán)絮狀石墨特征為表面形狀不規(guī)則。 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程是：先制得白口鑄鐵件，然后經(jīng)石墨化退火。2、組織特征：、組織特征：石墨化退火：石墨化退火：9001000、保溫、保溫15h后，爐冷至后，爐冷至650 ，空冷。，空冷?？慑戣T鐵的可鍛化退火工藝曲線可鍛鑄鐵的可鍛化退火工藝曲線 適合制造壁?。?5mm），形狀復(fù)雜，承受震動和沖擊載荷的零件。如汽車后橋、輪殼、減速器殼、管接頭等。 C 2.4%2.8%；Si 1.2%2.0%；Mn 0.4%1.2% P 0.10%；S0.20%。3、成分特點：、成分特點：4性能特點性能特點: 可鍛鑄鐵的強度和韌性均

10、較灰鑄鐵為高。5、用途：、用途：表表82 8.2.3 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是鐵水經(jīng)球化處理及孕育處理后而獲得的一種鑄鐵。 球化劑有：鎂、稀土或稀土鎂。孕育劑有：硅鐵和硅鈣。1、牌號：、牌號：QT 如如QT400-17、QT600-02等。等。 “QT”表示球墨鑄鐵，其后第一組數(shù)字代表最低抗拉強度值，第二組數(shù)字代表最低延伸率值。2、組織特征：、組織特征：顯徽組織由金屬基體和球狀石墨兩部分組成。石墨的外觀接近于球形，如圖所示。4、性能特點、性能特點:3、成分特點：、成分特點： C34%；Si22.8%；Mn0.60.8% P0.1%；S0.04%；RE （稀土） 0.030.05%。 用于受

11、力復(fù)雜、綜合性能要求較高但無較大沖擊的機械零件。已在一些機器上代鋼使用，如汽車發(fā)動機的曲軸、凸輪軸、車床主軸等。 抗拉強度和彎曲疲勞極限比灰鑄鐵高； 塑性及韌性比灰鑄鐵好； 消震能力比灰鑄鐵低； 可通過熱處理強化方法提高它的力學(xué)性能。5、用途：、用途：表表83 8.2.4 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是由鐵水經(jīng)變質(zhì)處理和孕育處理所獲得的一種鑄鐵。 變質(zhì)元素(又稱蠕化劑)有：稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵鈣合金或混合稀土等。2、牌號：、牌號： RuT 如 RuT 400。 “RuT” 表示蠕墨鑄鐵；代號后邊的數(shù)字表示最低抗拉強度值。1組織特征組織特征: 蠕墨鑄鐵的顯微組織是由金屬基體和蠕蟲狀石墨組成。5

12、、用途：表、用途：表84 用于制造在熱循環(huán)及較大溫度剃度下工作的零件，如柴油機汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模等。3、成分特點：、成分特點： C3.5%3.9%；Si2.2%2.8%；Mn0.4%0.8% P 、S 0.10%。 力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵,接近于鐵素體基體球墨鑄鐵；4、性能特點、性能特點: 具有良好的鑄造性能及導(dǎo)熱性； 切削加工性優(yōu)于球墨鑄鐵。 8.3 合金鑄鐵（合金鑄鐵（p174） 鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理 熱處理的目的：通過改善鑄鐵的基體組織來提高鑄件的性能。 灰鑄鐵的熱處理形式有：退火、正火和表面熱處理。 球墨鑄鐵的熱處理形式有：退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火、感應(yīng)加熱淬火和表面化學(xué)熱處理等

13、。一）灰鑄鐵的熱處理一）灰鑄鐵的熱處理 1消除內(nèi)應(yīng)力的退火消除內(nèi)應(yīng)力的退火 對一些形狀復(fù)雜的鑄件,往往要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火處理(又稱人工時效)。 人工時效的規(guī)范為：緩慢加熱（60120/h）到500550，保溫一定時間后爐冷到150220出爐冷卻。2消除鑄件白口消除鑄件白口,改善切削加工性的退火改善切削加工性的退火2消除鑄件白口消除鑄件白口,改善切削加工性的退火改善切削加工性的退火 灰鑄鐵的表層及一些薄截面處易產(chǎn)生白口,需進(jìn)行退火處理。 工藝規(guī)程是： A 厚壁鑄件：加熱至850950，保溫23 h； B 薄壁鑄件：加熱至800850，保溫25 h。3高高(中中)頻感應(yīng)加熱表面淬火頻感應(yīng)加熱表

14、面淬火 為提高某些鑄件的表面硬度,可采用表面淬火。高(中)頻感應(yīng)加熱表面淬火是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的方法。二）球墨鑄鐵的熱處理二）球墨鑄鐵的熱處理1正火正火 1）正火的目的）正火的目的 為獲得珠光體組織,并使晶粒細(xì)化,組織均勻。 2）正火工藝）正火工藝 可分為高溫正火和中溫正火，如圖所示。2淬火及回火淬火及回火2淬火及回火淬火及回火 為提高球墨鑄鐵件的力學(xué)性能,可將球鐵進(jìn)行淬火和回火處理。淬火及回火后組織,除有球狀石墨外,其它與碳鋼相同。3等溫淬火等溫淬火 為了滿足受力復(fù)雜件的要求, 常把球鐵件進(jìn)行等溫淬火來提高它的綜合力學(xué)性能。4化學(xué)處理化學(xué)處理 對要求表面耐磨或抗氧化,耐腐蝕的球鐵件,可采用類似于鋼的化學(xué)熱處理。 如氣體氮化,滲硼和滲硫等。小結(jié)小結(jié)重點要求重點要求 1.灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 的成分，組織，性能特點，牌的成分，組織，性能特點，牌號及用途。號及用途。 2.鑄鐵的石墨化原理，石墨的形態(tài)、大小對鑄鐵性能