工程材料教學(xué)課件下載-樣章ppt第七章

1、工工程材料教學(xué)課件下載程材料教學(xué)課件下載-樣章樣章.ppt第七章第七章 鑄鐵鑄鐵n鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11%2.11%并含有較多硅、錳、并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。硫、磷等元素的多元鐵基合金。n鑄鐵生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具鑄鐵生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，應(yīng)用有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，應(yīng)用廣泛。廣泛。n一、鑄鐵的石墨化過程一、鑄鐵的石墨化過程n1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C 和和 Fe-G (Fe-G (石墨石墨) )雙重相圖雙重相圖nFeFe3 3C C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：是亞穩(wěn)相，在一

2、定條件下將發(fā)生分解： FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨）第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n石墨石墨是碳的單質(zhì)之是碳的單質(zhì)之一，其一，其強(qiáng)度、塑性、強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。韌性幾乎為零。n鑄鐵中的碳除少量鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的主要以化合態(tài)的滲滲碳體碳體(Fe(Fe3 3C)C)和和游離游離態(tài)的石墨態(tài)的石墨(G)(G)兩種兩種形式存在。形式存在。Fe-Fe3C和和Fe-G雙重相圖雙重相圖L+GL+Fe3Cn2 2、鑄鐵的石墨化過程、鑄鐵的石墨化過程n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。n鑄鐵中的

3、石墨可以在鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出結(jié)晶過程中直接析出, ,也可以由也可以由滲碳體加熱時(shí)分解得到滲碳體加熱時(shí)分解得到。n石墨化分兩個(gè)階段：石墨化分兩個(gè)階段：n在在PSKPSK線以上線以上發(fā)生的石墨化發(fā)生的石墨化稱為稱為第第一階段石墨化一階段石墨化。n包括包括結(jié)晶時(shí)一次石墨、結(jié)晶時(shí)一次石墨、二次石墨、共晶石墨二次石墨、共晶石墨的析出的析出和和加熱時(shí)一次加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解。及共晶滲碳體的分解。Pn在在PSKPSK線以下線以下發(fā)生的石墨化稱為發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化第二階段石墨化。包括包括冷卻時(shí)共析石冷卻時(shí)共析石墨的析出墨的析出和和加熱時(shí)

4、加熱時(shí)共析滲碳體的分解共析滲碳體的分解。n石墨化程度不同石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型所得到的鑄鐵類型和和組織組織也不同也不同。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(jìn)行程度石墨化進(jìn)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 第二階段第二階段石墨化石墨化 完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+GF+G灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行F+P+GF+P+G未進(jìn)行未進(jìn)行P+GP+G部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Le+P+GLe+P+G麻口鑄鐵麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行LeLe白口

5、鑄鐵白口鑄鐵n碳碳和和硅硅是強(qiáng)烈是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化促進(jìn)石墨化的元素的元素n碳、硅含量碳、硅含量過低過低，易出現(xiàn)，易出現(xiàn)白口組織白口組織，力學(xué)性能，力學(xué)性能和鑄造性能變差。和鑄造性能變差。l碳、硅含量碳、硅含量過高過高, ,會(huì)使石墨數(shù)量多且粗大，會(huì)使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能降低鑄件的性能。n碳、硅量控制范圍：碳、硅量控制范圍：2.5-4.0%C2.5-4.0%C，1.0-3.0%Si1.0-3.0%Si。nAlAl、CuCu、NiNi、CoCo等元素對(duì)石墨化有等元素對(duì)石墨化有促進(jìn)促進(jìn)作用。作用。nS S、MnMn、CrCr、W W、MoMo、V V等

6、元素等元素阻礙阻礙石墨化。石墨化。 l磷雖然可促進(jìn)石墨化磷雖然可促進(jìn)石墨化, ,但其含量高時(shí)易在晶界但其含量高時(shí)易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)度，上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高 ( (達(dá)達(dá)0.3%0.3%以上以上) )。n 冷卻速度的影響冷卻速度的影響n鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按將按Fe - GFe - G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對(duì)鑄鐵組織的影響鑄件壁厚和碳硅含量對(duì)鑄鐵組織的影響 l快冷時(shí)快冷時(shí)由于由于

7、過冷度大，過冷度大，結(jié) 晶 將 按結(jié) 晶 將 按 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖進(jìn)行進(jìn)行, , 不利不利于石墨化于石墨化. .二、二、鑄鐵的特點(diǎn)及分類鑄鐵的特點(diǎn)及分類n工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。n1 1、鑄鐵的組織特點(diǎn)、鑄鐵的組織特點(diǎn)n鋼的鋼的基體基體+G+G（石墨）（石墨）n基體組織有基體組織有鐵素體、珠光體鐵素體、珠光體和和鐵素體加珠光體鐵素體加珠光體三種。三種。 石墨有不同的形態(tài)。石墨有不同的形態(tài)。n 耐磨性能好。耐磨性能好。n 消振性能好。消振性能好。n 鑄造性能好。鑄造性能好。n 切削性能好。切削性能好。l2 2、鑄鐵的性能特點(diǎn)、鑄鐵的

8、性能特點(diǎn) 力學(xué)性能低。力學(xué)性能低。3 3、鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法、鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法 鑄鐵鑄鐵名稱名稱石墨石墨形態(tài)形態(tài)基體基體組織組織編編號(hào)號(hào)方方法法牌號(hào)實(shí)例牌號(hào)實(shí)例灰灰鑄鑄鐵鐵片片狀狀FHT+一組數(shù)字一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號(hào)。表示灰鑄鐵代號(hào)。 HT100F+PHT150PHT200可可鍛鍛鑄鑄鐵鐵團(tuán)團(tuán)絮絮狀狀FKTH+兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTB+兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTZ+兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、分別為黑心、白心、珠光體可鍛

9、鑄鐵代號(hào)；珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)；第一組數(shù)字表示最低第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率值，伸長(zhǎng)率值，% 鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法（續(xù)）鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法（續(xù)）鑄鐵鑄鐵名稱名稱石墨石墨形態(tài)形態(tài)基體基體組織組織編編號(hào)號(hào)方方法法牌號(hào)實(shí)例牌號(hào)實(shí)例球球墨墨鑄鑄鐵鐵球球狀狀FQT+兩組數(shù)字兩組數(shù)字第一組數(shù)字表示最低抗拉第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率值，值，%?！癚T”表示表示球墨鑄鐵代號(hào)球墨鑄鐵代號(hào)QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕墨墨鑄鑄鐵鐵蠕蠕蟲蟲狀狀FRu

10、T+一組數(shù)字一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值,MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號(hào)表示蠕墨鑄鐵代號(hào) RuT260F+PRuT300PRuT420 第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄鐵常用鑄鐵n一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵n灰鑄鐵是指石墨呈灰鑄鐵是指石墨呈片狀片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的占鑄鐵總產(chǎn)量的80%80%以上。以上。n1 1、組織、組織l灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時(shí)通過石墨灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時(shí)通過石墨化過程形成的，其基體組織有化過程形成的，其基體組織有鐵素體鐵素體、珠光體珠光體和和鐵素體加珠光體鐵素體加珠光體三種。三種。灰鑄鐵的顯微組

11、織灰鑄鐵的顯微組織 F+G片片 F+P+G片片 P+G片片n常對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行常對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理孕育處理，以，以細(xì)化片狀石墨細(xì)化片狀石墨。n常用的常用的孕育劑孕育劑有有硅鐵硅鐵和和硅鈣合金硅鈣合金。 n經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。 孕育處理前孕育處理前孕育處理后孕育處理后n2 2、熱處理、熱處理n熱處理只熱處理只改變基體組織改變基體組織，不改變石墨形態(tài)不改變石墨形態(tài)。n灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的30-50%30-50%，熱處理強(qiáng)化效果不大。，熱處理強(qiáng)化效果不大。n灰鑄鐵常用的熱處理有：灰鑄鐵常用的熱處理有：n 消除內(nèi)應(yīng)力退火消除內(nèi)應(yīng)力退火( (又

12、稱人工時(shí)效又稱人工時(shí)效) )n形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的鑄件形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的鑄件n 消除白口組織退火：消除白口組織退火：灰鑄鐵件表層和薄壁處產(chǎn)生白口組灰鑄鐵件表層和薄壁處產(chǎn)生白口組織難以切削加工，需要退火織難以切削加工，需要退火(850 (850 900 900 保溫保溫2 25 h)5 h)，使?jié)B碳體分解成石墨，降低硬度。使?jié)B碳體分解成石墨，降低硬度。 n 表面淬火表面淬火：機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，需要提高硬度和耐機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，需要提高硬度和耐磨性，進(jìn)行表面淬火。磨性，進(jìn)行表面淬火。n3 3、用途、用途n制造承受壓力和震動(dòng)的零件制造承受壓力和震動(dòng)的零件, ,如如機(jī)床床

13、身、機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體各種箱體、殼體、泵體、缸體。n石墨呈石墨呈團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。退火獲得的。n1 1、組織：、組織： 基體基體(F(F、P)P)團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀G Gn鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。n2 2、性能：、性能：強(qiáng)度為碳鋼的強(qiáng)度為碳鋼的0-0-0%0%，接近于鑄鋼。，接近于鑄鋼。 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 n3 3、用途、用途n制造制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷

14、的零件，的零件，如汽車拖拉機(jī)的如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓閥后橋外殼、管接頭、低壓閥門門等。等。n 這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性不好，這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性不好，工藝?yán)щy；用灰鑄鐵時(shí)，性能不能滿足要求。工藝?yán)щy；用灰鑄鐵時(shí)，性能不能滿足要求。 n三、三、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵n石墨呈石墨呈球形球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到. . n1 1、組織、組織：基體（基體（F F、F+PF+P、P P）+ + 球狀球狀G Gn球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。n球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂

15、。n為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)行還進(jìn)行孕育處理孕育處理。 n常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。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 n2 2、性能與熱處理、性能與熱處理n強(qiáng)度是碳鋼的強(qiáng)度是碳鋼的70-90%70-90%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比是屈強(qiáng)比( ( 0.20.2 / / b b) )高高, , 約為約為0.7-0.8, 0.7-0.8

16、, 而鋼而鋼一般只有一般只有0.3-0.50.3-0.5。l球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱處理球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱處理, ,如如退火、正火、退火、正火、淬火加回火、等溫淬火淬火加回火、等溫淬火等。等。 n n3 3、用途、用途n承受震動(dòng)、載荷大的零件，如承受震動(dòng)、載荷大的零件，如曲軸、傳動(dòng)曲軸、傳動(dòng)齒輪齒輪等。等。 曲軸曲軸 管道接口管道接口 n四、蠕墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵n蠕墨鑄鐵是蠕墨鑄鐵是2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。n蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理蠕化處理和孕育處理得到的。得到的。n蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。鐵鈣合金等。n蠕墨鑄鐵的蠕墨鑄鐵的組織組織：n 基體（基體（F F、F+PF+P、P P）+ + 蠕蟲狀蠕蟲狀G G 蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵的顯微組織珠光體基