第7章+鑄鐵(1)

1、第第7 7章章 鑄鑄 鐵鐵n鑄鐵的石墨化和分類鑄鐵的石墨化和分類n常用鑄鐵常用鑄鐵第第1節(jié)節(jié) 鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程 n( (一一) ) 碳在碳在Fe-CFe-C合金中的存在方式合金中的存在方式n1 1固溶態(tài)固溶態(tài)固溶體固溶體 C r-FeC r-Fe（FCCFCC） A , A , C-Fe C-Fe（bccbcc） F Fn2 2化合態(tài)化合態(tài) Fe Fe3 3C Cn3 3游離態(tài)游離態(tài) 石墨石墨 FeFe3 3C3Fe+GC3Fe+G 石墨的晶體結構為簡單六方晶格，原子呈層狀排列，其底面中的原子間距為0.142nm，結合力較強。兩底面之間的距離為0.340nm，結合力較弱，所以底

2、面之間容易相對滑動。因此石墨的強度、硬度不高，塑性、韌性極低（接近于零）。 FeFe3 3C3Fe+GC3Fe+G LG LG AG AG石墨的晶體結構( (二二) ) 鐵鐵- -碳雙重相圖碳雙重相圖( (三三) )鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程鑄鐵組織中析出石墨的過程石墨化鑄鐵組織中析出石墨的過程石墨化1 1兩種形式兩種形式 a. a.按按Fe-GFe-G相圖從液相中或相圖從液相中或A A中直接析出中直接析出G G。 b. b.按按Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖，先結晶出相圖，先結晶出FeFe3 3C C，隨后，隨后在一定條件下，在一定條件下， Fe Fe3 3CFe+GCFe+G

3、LAE+G（共晶）（共晶）+AE初生初生 (1154 )n2按按Fe-G相圖析出石墨的過程相圖析出石墨的過程na. 第第階段階段過共晶成分過共晶成分 LL+G (1154)AE+G（共晶）（共晶）+G (1154)共晶成分共晶成分LAE+G（共晶）（共晶） (1154 )亞共晶成分亞共晶成分 AsFp+G（共析）（共析）（738 )nb. 第第階段階段析出二次石墨析出二次石墨nAA+G (1154 738 )c. 第三階段第三階段共析石墨共析石墨( (四四) )影響石墨化過程的因素影響石墨化過程的因素1、 化化 學成分的影響學成分的影響 C、Si促進促進G化化, Wc=2.63.5% Wsi=

4、1.02.2%壁厚時取下限壁厚時取下限 Mn阻止阻止G 化元素，但可形成化元素，但可形成MnS，間接促進，間接促進G S強烈阻止強烈阻止G化元素，強烈促進鑄鐵白口化，降低鐵液流動性，化元素，強烈促進鑄鐵白口化，降低鐵液流動性， 使鑄造性能變差，使鑄造性能變差，W s 0.10.15% P微促進微促進G 化元素，化元素，P 增加脆性，但增加脆性，但P可提高流動性?？商岣吡鲃有?。2、 冷卻速度的影響冷卻速度的影響冷卻速度慢，原子擴散充分，有利于冷卻速度慢，原子擴散充分，有利于G 化進行?；M行。 冷卻速度主要決定于澆注溫度、鑄件壁厚和鑄型材料冷卻速度主要決定于澆注溫度、鑄件壁厚和鑄型材料。（五）鑄

5、鐵的分類（五）鑄鐵的分類1 1按石墨化各階段進行的程度不同，得到不同組織的鑄鐵按石墨化各階段進行的程度不同，得到不同組織的鑄鐵名稱名稱 第一階段（液第一階段（液相析出）相析出） 第二階段（第二階段（A A中析出）中析出） 第三階段（共第三階段（共析析出）析析出） 顯微顯微組織組織 灰口灰口鑄鐵鑄鐵 充分（充分（A AE E+G)+G)充分（充分（A AE E+G)+G)充分（充分（A AE E+G) +G) 充分（充分（A As s+G)+G)充分（充分（A As s+G)+G)充分（充分（A As s+G) +G) 充分充分 (F+G)(F+G)部分部分 (F+P+G)(F+P+G)不進行不

6、進行F+GF+GF+P+GF+P+GP+G P+G 麻口麻口鑄鐵鑄鐵 部分部分（A AE E+G+Le)+G+Le) 部分部分（A As s+G+Le) +G+Le) 不進行不進行 P+LeP+Le+G+G白口白口鑄鐵鑄鐵 不進行不進行 不進行不進行 不進行不進行 P+LeP+Le+Fe3C+Fe3C 2 2按石墨形態(tài)分類按石墨形態(tài)分類a. a. 灰鑄鐵灰鑄鐵 片狀片狀 c. c. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 團絮狀團絮狀b. b. 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球狀球狀 d. d. 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕蟲狀蠕蟲狀第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄鐵常用鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵 n一、灰鐵的成分，組織和性能。一、灰鐵的成分，組織和性能。

7、 n1、成分、成分 nWc=2.53.6% ，Wsi=1.02.2% ，WMn=0.51.3% nWs0.15% Wp 0.3% n3、性能、性能n（1）存在）存在G的地方這不僅破壞了基體的連續(xù)，減的地方這不僅破壞了基體的連續(xù)，減少了基體受力的有效面積，并少了基體受力的有效面積，并G 尖端處形成應力尖端處形成應力集中，使材料形成脆斷，集中，使材料形成脆斷，灰鐵的抗拉灰鐵的抗拉 b 只有只有同樣基體鋼的同樣基體鋼的 1 / 3 1 / 5 ，、A K 更低。更低。 n（2）硬度和抗壓強度取決于基體，與）硬度和抗壓強度取決于基體，與G無關。無關。 抗壓抗壓 b 與鋼接近，為與鋼接近，為 b 的的4

8、倍（抗拉），倍（抗拉）， G 不產(chǎn)生縮小有效面積和缺口應力集中等。不產(chǎn)生縮小有效面積和缺口應力集中等。 n（3）基體組織影響：）基體組織影響： F灰鑄鐵塑性較高，灰鑄鐵塑性較高，P灰鑄灰鑄鐵鐵 b 較高。較高。F+P灰鑄鐵介于二者之間?；诣T鐵介于二者之間。 其它性能：其它性能： （1 ）優(yōu)良的鑄造性能：比容較大的）優(yōu)良的鑄造性能：比容較大的 G ，部分，部分補償收縮。補償收縮。 （2）良好的切削加工性：）良好的切削加工性： G減摩和潤滑。減摩和潤滑。 （3 ）優(yōu)良的消震性：）優(yōu)良的消震性： G 松軟，吸收震動能，松軟，吸收震動能，阻礙傳播為鋼的阻礙傳播為鋼的10倍。倍。 （4） 良好的耐磨性：

9、良好的耐磨性： G潤滑、形成的孔洞又儲潤滑、形成的孔洞又儲存潤滑油，因而減摩性存潤滑油，因而減摩性 較低。較低。 二、二、 牌號和用途牌號和用途 牌號由牌號由“HT”和后面和后面 三位數(shù)字三位數(shù)字 組成。組成。 灰鐵灰鐵 + 最低抗拉強度最低抗拉強度 b 如：（如：（F）基體）基體 HT100 ，低載荷和不重要件如蓋、，低載荷和不重要件如蓋、手輪等。手輪等。 （F+P）基體）基體 HT150， 中載荷如底座、床身、工中載荷如底座、床身、工作臺等。作臺等。 （P）基體）基體 HT200， HT250 ，較大載荷如齒輪、，較大載荷如齒輪、汽缸體、活塞等。汽缸體、活塞等。 三、三、 鑄鐵的孕育處理鑄

10、鐵的孕育處理 灰鑄鐵的強化過程灰鑄鐵的強化過程 把作為孕育劑的硅鐵或硅鈣合金沖入加熱到把作為孕育劑的硅鐵或硅鈣合金沖入加熱到1400以以上的鐵水中，攪拌后進行澆注以獲得大量的非自發(fā)晶核，上的鐵水中，攪拌后進行澆注以獲得大量的非自發(fā)晶核，從而得到細晶粒珠光體和細石墨片組織的鑄鐵。從而得到細晶粒珠光體和細石墨片組織的鑄鐵。經(jīng)孕育處理的灰鐵稱為經(jīng)孕育處理的灰鐵稱為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。 性能特點：性能特點： b 、 、A K 較高。鑄件整個截面上較高。鑄件整個截面上的組織較均勻，性能趨于一致。的組織較均勻，性能趨于一致。 適用于：適用于：制造要求較高、截面尺寸變化較大的大型制造要求較高、截面尺寸變化較大

11、的大型鑄件。鑄件。如：如： HT300 ，HT350 ，床身導軌、受力較大的床身、卡，床身導軌、受力較大的床身、卡盤等。盤等。 四、四、 灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的熱處理 1、時效處理、時效處理 鑄件在鑄造冷卻過程中，由于各部位冷卻速度鑄件在鑄造冷卻過程中，由于各部位冷卻速度不同，容易產(chǎn)生內應力，可能導致鑄件翹曲和裂紋，不同，容易產(chǎn)生內應力，可能導致鑄件翹曲和裂紋，為了保證尺寸穩(wěn)定性，防止變形，對一些形狀復雜為了保證尺寸穩(wěn)定性，防止變形，對一些形狀復雜的鑄件，如床身、汽缸體、汽缸蓋等，需進行時效的鑄件，如床身、汽缸體、汽缸蓋等，需進行時效處理。處理。 自然時效自然時效 人工時效人工時效 2、 消除

12、鑄件白口退火消除鑄件白口退火 灰鑄鐵件表層及一些薄截面處，在冷凝過程中冷卻灰鑄鐵件表層及一些薄截面處，在冷凝過程中冷卻速度較快，容易產(chǎn)生白口組織，使鑄件的硬度和脆速度較快，容易產(chǎn)生白口組織，使鑄件的硬度和脆性增加，造成切削加工困難，需進行退火處理。將性增加，造成切削加工困難，需進行退火處理。將鑄鐵件加熱到鑄鐵件加熱到850900，保溫，保溫25h，使，使Fe 3 C分解，分解，然后隨爐緩冷到然后隨爐緩冷到400500，再出爐空冷。，再出爐空冷。 3、 表面淬火表面淬火 有些鑄件，如機床導軌表面、汽缸內壁等需要提高有些鑄件，如機床導軌表面、汽缸內壁等需要提高表面硬度及耐磨性，常進行表面淬火處理，

13、如高頻表面硬度及耐磨性，常進行表面淬火處理，如高頻感應加熱表面淬火、接觸電阻加熱表面淬火等。感應加熱表面淬火、接觸電阻加熱表面淬火等。 球墨鑄鐵球墨鑄鐵1 .化學成分化學成分： Wc=3.63.9%、Wsi=2.02.8%、WMn=0.60.8%、 Ws0.4%、 Wp0.1% 、 WMg=0.030.05%、 WRe=0.020.04%與灰鑄鐵相比，一般為過共晶成分的鑄鐵，含與灰鑄鐵相比，一般為過共晶成分的鑄鐵，含S量較低，有量較低，有利于鐵液的流動和良好的球化。利于鐵液的流動和良好的球化。2 .組織特點：組織特點：根據(jù)根據(jù)G化程度可形成三種：化程度可形成三種：F+G, P+G, F+P+G

14、n3.性能特點：性能特點： G成球狀，對基體割裂作用最小，成球狀，對基體割裂作用最小，機械性能高，具有灰鐵的一系列優(yōu)點。機械性能高，具有灰鐵的一系列優(yōu)點。球墨鑄鐵球墨鑄鐵強度、塑性、韌性高，屈服強度也很高。球墨鑄強度、塑性、韌性高，屈服強度也很高。球墨鑄鐵的屈強比比鋼約高鐵的屈強比比鋼約高1倍，疲勞強度可接近一般中倍，疲勞強度可接近一般中碳鋼，耐磨性優(yōu)于非合金鋼，鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，碳鋼，耐磨性優(yōu)于非合金鋼，鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，加工性能幾乎可與灰鑄鐵媲美。加工性能幾乎可與灰鑄鐵媲美。n但凝固時的收縮率較大，不適于用來制作薄壁和但凝固時的收縮率較大，不適于用來制作薄壁和小型鑄件。其減震性能也較灰鑄鐵

15、低小型鑄件。其減震性能也較灰鑄鐵低。 n4 .牌號及用途：牌號及用途：QT+ b +最小延伸率最小延伸率n 如：如： QT400-185.熱處理熱處理 基體為鋼，而球狀基體為鋼，而球狀G應力集中小，所以，工藝性好。應力集中小，所以，工藝性好。 常用的有退火、正火、調質、等溫淬火。常用的有退火、正火、調質、等溫淬火。 1） 退火：退火： 消除內應力退火：加熱到消除內應力退火：加熱到500600保溫保溫28h后緩冷。后緩冷。 低溫退火：當鑄態(tài)組織為低溫退火：當鑄態(tài)組織為P+F+G時，則可加熱到時，則可加熱到 720760，保溫保溫36h，爐冷到，爐冷到600空冷?？绽?。 得到得到F+G。 高溫退火

16、：當鑄態(tài)組織為還有自由高溫退火：當鑄態(tài)組織為還有自由Fe 3 C時，要得到時，要得到F+G，即加，即加熱到熱到900950，保溫，保溫25H ，冷至，冷至600出爐空冷。出爐空冷。 注注：退火都是到：退火都是到600左右出爐空冷，這是左右出爐空冷，這是若在若在550450緩緩冷，會使韌性明顯下降，脆性增加。冷，會使韌性明顯下降，脆性增加。 n2） 正火：正火： n目的：是使鑄態(tài)下基體的混合組織為目的：是使鑄態(tài)下基體的混合組織為P基體，提高基體，提高b 和耐磨和耐磨性。性。 n正火分高溫、低溫兩種。正火分高溫、低溫兩種。 n低溫正火：加熱低溫正火：加熱為為840860，保溫，保溫14h，出爐空冷

17、，出爐空冷得得F+P+G，提高塑性，韌性，但，提高塑性，韌性，但 b 較低。較低。 n高溫正火：加熱高溫正火：加熱為為 880920，保溫，保溫13h，出爐空冷，出爐空冷，風冷或噴霧處理。風冷或噴霧處理。 得細得細P，從而提高強度、硬度和耐磨性。，從而提高強度、硬度和耐磨性。n球墨鑄鐵的導熱性差，正火后鑄件內應力較大，因此，正火球墨鑄鐵的導熱性差，正火后鑄件內應力較大，因此，正火后應進行一次消除應力退火，后應進行一次消除應力退火， n3） 調質處理調質處理 n受力復雜、機性要求較高的件，如曲軸、連桿受力復雜、機性要求較高的件，如曲軸、連桿 采用采用加熱至加熱至 860920保溫后油淬。然后在保

18、溫后油淬。然后在550600 回回火，得到回火火，得到回火S基體?；w。 n4） 等溫淬火等溫淬火 n對一些外形復雜、易變形或開裂件，如齒輪、凸軸對一些外形復雜、易變形或開裂件，如齒輪、凸軸 為提高機性常采用加熱至為提高機性常采用加熱至 860920保溫后迅速移至保溫后迅速移至300250的鹽浴等溫淬火，以獲得下貝氏體基體。的鹽浴等溫淬火，以獲得下貝氏體基體。 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 生產(chǎn)步驟：生產(chǎn)步驟：第一步獲得白口鑄鐵件；第二步再經(jīng)過高溫長第一步獲得白口鑄鐵件；第二步再經(jīng)過高溫長時間的石墨化退火，使?jié)B碳體分解成團絮狀石墨。時間的石墨化退火，使?jié)B碳體分解成團絮狀石墨。 據(jù)據(jù) 熱處理條件不同，分為黑心和白心。熱處理條件不同，分為黑心和白心。 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵：是由白口鑄鐵在中性介質中經(jīng)高溫石墨化是由白口鑄鐵在中性介質中經(jīng)高溫石墨化退火制成，則鑄鐵中存在大量退火制成，則鑄鐵中存在大量G，使斷口呈黑色。，使斷口呈黑色。 白心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵：若白口鑄鐵在氧化性介質中經(jīng)高溫若白口鑄鐵在氧化性介質中經(jīng)高溫CT化化退火制成則脫碳結果，