廣石化工程材料八鑄鐵

1、第八章第八章 鑄鐵鑄鐵知識要點知識要點 熟悉石墨化過程熟悉石墨化過程熟悉常用的幾種鑄鐵的組織和應用熟悉常用的幾種鑄鐵的組織和應用第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄鐵的牌號組織與性能常用鑄鐵的牌號組織與性能第三節(jié)第三節(jié) 鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 鑄鐵是歷史上使用得較早的材料，也是最便宜的金屬材料之一，并具有很多優(yōu)點，所以應用非常廣泛。比如，在汽車發(fā)動機中，鑄鐵占80%，用來制造發(fā)動機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸；還制造機床的床身、床頭箱等。 同鋼一樣，鑄鐵也是Fe、C元素為主的鐵基材料，但是它含碳量很高（大于2.11）

2、，鑄鐵成零件毛坯只能用鑄造方法，不能用鍛造或軋制方法。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵鑄鐵的分類：鑄鐵的分類：白口鑄鐵白口鑄鐵（斷口呈現白色）碳的主要存在形式是化合物，如滲碳體，沒有石墨；特別堅硬、特別脆，很少用，只能作犁和煉鋼用的原料?；铱阼T鐵灰口鑄鐵（斷口呈現黑灰色），碳的主要存在形式是碳的單質，即游離狀態(tài)石墨。麻口鑄鐵麻口鑄鐵介于白口鑄鐵與灰口鑄鐵其中的碳既有游離石墨又有滲碳體。第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 一、一、Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-CFe-C雙重相圖雙重相圖 二、鑄鐵的石墨化過程二、鑄鐵的石墨化過程 三、影響石墨化程度的主要因素三、影響石

3、墨化程度的主要因素 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵一、一、Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-CFe-C雙重相圖雙重相圖 按按Fe-Fe3C相圖，自液態(tài)冷卻下來的相圖，自液態(tài)冷卻下來的Fe-C合金固態(tài)一般為合金固態(tài)一般為鐵素體鐵素體及及滲碳體兩滲碳體兩相。相。實際上實際上滲碳體滲碳體只是一個只是一個亞穩(wěn)定相，石亞穩(wěn)定相，石墨才是穩(wěn)定相。墨才是穩(wěn)定相。因此描述鐵碳合金組織轉因此描述鐵碳合金組織轉變的相圖實際上有變的相圖實際上有兩個，兩個，一個是一個是Fe-Fe3C系相圖，系相圖，另一個是另一個是Fe-C系相圖。系相圖。把兩者把兩者迭合在一起，就得到一個迭合在一起，就得到一個雙重相圖雙重相圖 。第八

4、章第八章 鑄鐵鑄鐵雙重鐵碳合金相圖雙重鐵碳合金相圖實線表示實線表示Fe-Fe3C系相圖，部分實線再系相圖，部分實線再加上虛線表示加上虛線表示Fe-C系相圖。系相圖。 鑄鐵自液態(tài)冷鑄鐵自液態(tài)冷卻到固態(tài)時，卻到固態(tài)時，按按Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖白口鑄鐵白口鑄鐵按按Fe-CFe-C相圖相圖石墨石墨按雙重鐵碳圖按雙重鐵碳圖固態(tài)由固態(tài)由F F、滲碳體及石墨滲碳體及石墨三相組成。三相組成。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵二、鑄鐵的石墨化過程二、鑄鐵的石墨化過程 鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程即鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程即石墨化過程。石墨化過程。沿沿ES線從奧氏體線從奧氏體中析出中析出“二次石墨二

5、次石墨”。第一階段石墨化：第一階段石墨化：低于液相線低于液相線CD 自液自液體中析出體中析出“一次石墨一次石墨”；低于共晶線低于共晶線ECF（溫度（溫度1154）共晶成分共晶成分（C點點4.26C），），液體轉液體轉變?yōu)閵W氏體與共晶石墨變?yōu)閵W氏體與共晶石墨組成的共晶組織；組成的共晶組織；第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 低于共析溫度（738）的PSK線以下，共析成分（S點0.68%C）奧氏體轉變?yōu)橛设F素體與石墨組成的共析組織。理論上冷卻至室溫，還可能鐵素體中析出三次石墨，因為數量極微，常忽略。 第二階段石墨化：第二階段石墨化：第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 鑄鐵成型后由鐵素體與石墨（包括一次、共晶、二次、共析石

6、墨）兩相組成。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵三、影響石墨化程度的主要因素三、影響石墨化程度的主要因素 1.1.化學成分的影響化學成分的影響 2.2.冷卻速度的影響冷卻速度的影響 由于鐵的晶體結構與石墨的晶體結構差異很大，而鐵與滲碳體的晶體結構要接近一些，所以普通鑄鐵在一般鑄造條件下只能得到白口鑄鐵，而不易獲得灰口鑄鐵。因此，必須通過添加合金元素和改善鑄造工藝等手段來促進鑄鐵石墨化，形成灰口鑄鐵。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 C、Si促進石墨化促進石墨化（常用的鑄鐵（常用的鑄鐵C：2.54.0%，Si：1%2.5%） 磷磷也是也是促進石墨化促進石墨化的元素，但其作用較弱；的元素，但其作用較弱；硫硫是是強烈

7、阻礙強烈阻礙石墨化的元素。石墨化的元素。2. 2. 冷卻速度的影響冷卻速度的影響 冷卻速度快，冷卻速度快，鑄鐵容易產生鑄鐵容易產生白口鑄鐵白口鑄鐵組織；組織；冷卻速度慢，冷卻速度慢，碳原子擴散充分，有利于石墨化碳原子擴散充分，有利于石墨化過程充分進行，鑄鐵容易獲得過程充分進行，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵灰口鑄鐵組織。組織。 1. 1. 化學成分的影響化學成分的影響第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄鐵的牌號組織與性能常用鑄鐵的牌號組織與性能一、灰口鑄鐵一、灰口鑄鐵 二、球墨鑄鐵二、球墨鑄鐵 三、蠕墨鑄鐵三、蠕墨鑄鐵 四、可鍛鑄鐵四、可鍛鑄鐵 五、特殊性能鑄鐵五、特殊性能鑄鐵 第八章第八章 鑄鐵

8、鑄鐵一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵 1.1.灰鑄鐵的化學成分和組織特征灰鑄鐵的化學成分和組織特征 2.2.灰鑄鐵的牌號、性能及用途灰鑄鐵的牌號、性能及用途 3.3.灰鑄鐵的孕育處理灰鑄鐵的孕育處理 灰鑄鐵是價格最便宜、應用最廣泛的一種鑄鐵，在各類鑄鐵的總產量中，灰鑄鐵占80%以上。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵1.1.灰鑄鐵的化學成分和組織特征灰鑄鐵的化學成分和組織特征 WC=2.5%4.0%，WSi=1.0%3.0%，WMn=0.25%1.0%， WS=0.02%0.20%， WP=0.05%0.5%。1)成分：成分：片狀石墨片狀石墨 + 金屬基體金屬基體組成組成依石墨化進行的程度不同，可分為：依石墨化進行

9、的程度不同，可分為：2)組織組織F+G（片）（片） 、F+P+G（片）（片） 、P+G（片）（片）第八章第八章 鑄鐵鑄鐵片狀石墨片狀石墨PPFF 基體基體片狀石墨片狀石墨片狀石墨片狀石墨第八章第八章 鑄鐵鑄鐵2.2.灰鑄鐵的牌號、性能及用途灰鑄鐵的牌號、性能及用途 HT 100 HT150 HT200 HT300灰鐵灰鐵最低抗拉強度值最低抗拉強度值（1 1）力學性能低）力學性能低 其抗拉強度和塑性韌性都遠遠低于鋼。這是由于灰鑄鐵中片狀石墨（相當于微裂紋）的存在，不僅在其尖端處引起應力集中，而且破壞了基體的連續(xù)性。但是，灰口鑄鐵抗壓強度影響不大，其是抗拉強度的2.54倍。所以常用灰口鑄鐵制造機床

10、床身、底座等耐壓零部件。性能與普通碳鋼相比，具有如下特點：第八章第八章 鑄鐵鑄鐵（3 3）工藝性能好）工藝性能好 由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結構復雜或薄壁鑄件。 另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。 （2 2）耐磨性與減振性好）耐磨性與減振性好 由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的減振性優(yōu)于鋼。第八章第八章 鑄鐵鑄鐵類類 別別牌號牌號用用 途途 舉舉 例例鐵素體鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵HTl00HTl00 低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手低載荷和不重要零件，

11、如蓋、外罩、手輪、支架等輪、支架等鐵素體鐵素體珠珠光體灰鑄鐵光體灰鑄鐵HT150HT150 承受中等應力的零件，如底座、承受中等應力的零件，如底座、床身床身、工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件要求的零件珠光體珠光體灰鑄鐵灰鑄鐵HT200HT200 承受較大應力和較重要的零件，如汽缸承受較大應力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機座、體、齒輪、機座、床身床身、活塞、齒輪箱、活塞、齒輪箱、油缸等油缸等HT250HT250孕育鑄鐵孕育鑄鐵HT300HT300 床身導軌，車床、沖床等受力較大的床身導軌，車床、沖床等受力較大的床床身身、機座、主軸箱、卡盤、齒

12、輪等，高壓、機座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動機的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等動機的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等HT350HT350第八章第八章 鑄鐵鑄鐵3.3.灰鑄鐵的孕育處理灰鑄鐵的孕育處理 孕育處理：澆注前在鑄鐵液中加入少量孕育劑孕育處理：澆注前在鑄鐵液中加入少量孕育劑（如（如硅鐵硅鐵或或硅鈣鐵合金硅鈣鐵合金）作為）作為人工晶核人工晶核，細化石，細化石墨片。經過孕育處理的灰鑄鐵叫孕育鑄鐵或變質墨片。經過孕育處理的灰鑄鐵叫孕育鑄鐵或變質鑄鐵。鑄鐵。孕育鑄鐵的金相組織：孕育鑄鐵的金相組織：細密的珠光體基體上，均勻細密的珠光體基體上，

13、均勻分布細小的石墨片。故其強度高于普通的灰鑄鐵。分布細小的石墨片。故其強度高于普通的灰鑄鐵。應用：應用：孕育鑄鐵用來制造力學性能要求高，截面孕育鑄鐵用來制造力學性能要求高，截面尺寸變化較大的大型鑄件，如重型機床的機身、尺寸變化較大的大型鑄件，如重型機床的機身、液壓件、齒輪等。液壓件、齒輪等。大量人工晶核大量人工晶核結晶均勻結晶均勻截面上組織均勻截面上組織均勻性能性能均勻均勻斷面敏感性小斷面敏感性小第八章第八章 鑄鐵鑄鐵二、球墨鑄鐵二、球墨鑄鐵 改變石墨形態(tài)是大幅度提高鑄鐵機械性能的根本途徑，而球狀石墨則是最為理想的一種石墨形態(tài)。為此，在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑進行球化處理和孕育處理，則

14、可獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱“球鐵”。1.1.球墨鑄鐵的化學成分和組織特征球墨鑄鐵的化學成分和組織特征 2.2.球墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途球墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 常用的球化劑有鎂、稀土或稀土鎂，孕育劑常用的是硅鐵和硅鈣。球化處理必須伴隨著孕育處理，通常是在鐵水中同時加入一定量的球化劑和孕育劑。 1.1.球墨鑄鐵的化學成分和組織特征球墨鑄鐵的化學成分和組織特征 成分：成分： C:C:3.63.63.9%3.9%，Si:Si:2.02.03.2%3.2%，S:S:0.07% 0.07% Re:Re:0.03%0.03%組織：組織：F+G（球）（

15、球） F+P+G（球）（球） P+G（球）（球）第八章第八章 鑄鐵鑄鐵圖8-3 球墨鑄鐵的顯微組織a.P+F基球墨鑄鐵； b.F基球墨鑄鐵；c.Pc.P基基球墨鑄鐵 abc第八章第八章 鑄鐵鑄鐵2.2.球墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途球墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途 如：如：QT400-18 QT600-3 QT700-2牌號：牌號： QT + QT + 數字數字- -數字數字 球鐵球鐵最低抗拉最低抗拉強度強度最低伸長最低伸長率率力學性能高于灰鐵和可鍛鑄鐵，接近于鋼力學性能高于灰鐵和可鍛鑄鐵，接近于鋼（如彎曲疲勞強度、耐磨性、抗拉強度等）。（如彎曲疲勞強度、耐磨性、抗拉強度等）。保留有灰鐵的優(yōu)點（

16、優(yōu)良的鑄造性、切削加保留有灰鐵的優(yōu)點（優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、低的缺口敏感性）。工性、低的缺口敏感性）?？蛇M行熱處理改善性能?？蛇M行熱處理改善性能。性能：性能：第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第八章第八章 鑄鐵鑄鐵三、蠕墨鑄鐵三、蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是近年來發(fā)展起來的一種新型工程材料。它是由液體鐵水經變質處理和孕育處理隨之冷卻凝固后所獲得的一種鑄鐵。通常采用的變質元素（又稱蠕化劑）有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金或混合稀土等。1.1.蠕墨鑄鐵的化學成分和組織特征蠕墨鑄鐵的化學成分和組織特征2.2.蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵 蠕墨鑄鐵

17、的石墨形態(tài)介于片狀和球狀石墨之間。而蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)在光學顯微鏡下看起來像片狀，其片較短而厚、頭部較圓（形似蠕蟲）。所以可以認為，蠕蟲狀石墨是一種過渡型石墨。 1.1.蠕墨鑄鐵的化學成分和組織特征蠕墨鑄鐵的化學成分和組織特征成分：成分：C：3.43.6%；Si：2.43.0%；少量；少量Mn ,P ,S 等；等；第八章第八章 鑄鐵鑄鐵2.2.蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途 牌號：牌號： RuT + RuT + 數字數字蠕鐵蠕鐵最低抗拉最低抗拉強度強度 蠕蟲狀石墨長寬比小，端部圓鈍對基體切蠕蟲狀石墨長寬比小，端部圓鈍對基體切割作用小。割作用小?？估瓘姸?、塑性、疲勞

18、強度抗拉強度、塑性、疲勞強度 灰鑄鐵灰鑄鐵導熱性導熱性、鑄造性、可切削性鑄造性、可切削性 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 性能：性能：第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第八章第八章 鑄鐵鑄鐵四、可鍛鑄鐵四、可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經長時間石墨化退火而獲得的一種高強度鑄鐵，又叫馬鋼。白口鑄鐵中的滲碳體在退火過程中分解出團絮狀石墨，所以明顯減輕了石墨對基體的割裂。與灰口鑄鐵相比，可鍛鑄鐵的強度和韌性有明顯提高。 1.1.可鍛鑄鐵的化學成分和組織特征可鍛鑄鐵的化學成分和組織特征 2.2.可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途 3.3.可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵

19、1.1.可鍛鑄鐵的化學成分和組織特征可鍛鑄鐵的化學成分和組織特征 將亞共晶白口鑄鐵進行石墨化退火，將亞共晶白口鑄鐵進行石墨化退火，FeFe3 3C C在固在固態(tài)下分解形成團絮狀石墨。態(tài)下分解形成團絮狀石墨。成分：成分：制備：（制備：（不同其它幾類鑄鐵）不同其它幾類鑄鐵）C 2.453.2% Si 0.61.3%；少量；少量 Mn , S , P等等組織：組織：F+G；P+G（9009009809800 0C C保溫保溫1515小時左右。）小時左右。）第八章第八章 鑄鐵鑄鐵2.2.可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途 KT H 300 - 06可鐵可鐵最低抗最低抗拉強度拉

20、強度最低伸最低伸長率長率黑心黑心珠光體珠光體KT Z 450 - 06性能：性能： 由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學性能比灰體的割裂作用較小，因此它的力學性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能但可鍛鑄鐵并不能進行鍛壓加工。進行鍛壓加工。黑心可鍛鑄鐵具有黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑較高的塑性和韌性性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強較高的強度、硬度度、硬度和耐磨性。和耐磨性。 第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第八章第八章 鑄鐵鑄鐵3.3.可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火 可鍛鑄鐵的石

21、墨是通過白口鑄件退火形成的。通常是將先形成的白口鑄件加熱到900980溫度，一般保溫6080小時，爐冷使其中滲碳體分解讓“第一階段石墨化”充分進行形成團絮狀石墨。待爐冷至770650再長時間保溫讓“第二階段石墨化”充分進行，這樣處理后獲得“黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵”。若取消第二階段的770650長時間保溫，只讓第一階段石墨化充分進行爐冷后便獲得珠光體基體或珠光體與少量鐵素體共存的基體加團絮狀石墨的“白心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵”。問題：可鍛化退火時間太長，生產效率太低，退火后在600400之間緩冷后鑄鐵件脆性大。解決辦法：避免退火后在600400之間緩冷；向鑄鐵液中引入少量Bi、B元素并可適當提高