鑄鐵的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用-共54頁P(yáng)PT資料課件

1、課題四 鑄 鐵1 鑄鐵的分類及石墨化 2 灰 鑄 鐵3 球墨鑄鐵4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵引 言從鐵碳相圖知道，含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，工業(yè)上常用的鑄鐵的成分范圍是2.54.0%C，1.03.0%Si，0.51.4Mn，0.010.50%P，0.020.20%S，有時還含有一些合金元素，如：Cr、Mo、V、Cu、Al等。雖然鑄鐵的機(jī)械性（抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性）較低，但是由于其生產(chǎn)成本低廉，具有優(yōu)良的鑄造性、可切削加工性、減震性及耐磨性，因此在現(xiàn)代工業(yè)中仍得到了普遍的應(yīng)用，典型的應(yīng)用是制造機(jī)床的床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸、汽缸套、曲軸等。鑄鐵的組織可以理解為在鋼的組織基體上分布有不同形狀、大

2、小、數(shù)量的石墨。1 鑄鐵的分類及石墨化 鑄鐵是指一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。在這些合金中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了共晶溫度時奧氏體中碳的最大固溶量，即wC2.11%。鑄鐵中除鐵、碳和硅以外還含有錳、磷、硫等元素；有時為了提高鑄鐵的力學(xué)性能或獲得某種特殊性能，還需向普通鑄鐵中加入鉻、鉬、釩、鋼、鋁等合金元素，從而形成合金鑄鐵。鑄鐵的化學(xué)成分范圍一般為：wC=2.5%4.0%，wSi=1.0%3.0%，wMn =0.4%1.4%，wP =0.1%0.5%，wS =0.020.20%。1 鑄鐵的分類及石墨化鑄鐵的分類白口鑄鐵 指碳主要以游離碳化物形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈白色，故稱為白口鑄鐵。因?yàn)榘?/p>

3、口鑄鐵硬度高，脆性大，難切削，所以很少用來制造機(jī)械零件，工業(yè)中應(yīng)用較少。1 鑄鐵的分類及石墨化灰口鑄鐵 指碳主要以石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色，故稱為灰口鑄鐵。根據(jù)石墨形態(tài)不同，灰口鑄鐵又分為以下幾類： (1)灰口鑄鐵。碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。 (2)可鍛鑄鐵。碳主要以團(tuán)絮狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。 (3)球墨鑄鐵。碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。 (4)蠕墨鑄鐵。碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。1 鑄鐵的分類及石墨化麻口鑄鐵 碳部分以游離碳化物、部分以石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰白色相間，故稱麻口鑄鐵。因其硬度高，脆性大，工業(yè)中很少應(yīng)用。1 鑄鐵的分類及石墨化鑄鐵的石墨化 1石墨的結(jié)

4、構(gòu) 石墨為穩(wěn)定相，具有特殊的簡單六方晶格，其底面原子呈六方網(wǎng)格排列，原子間距?。?.4210-10m），結(jié)合力很強(qiáng)；而底面之間的間距較大（3.0410-10m），結(jié)合力較弱。所以石墨的強(qiáng)度、硬度和塑性都很差。 1 鑄鐵的分類及石墨化1 鑄鐵的分類及石墨化 Fe-G相圖 1 鑄鐵的分類及石墨化對鐵碳合金的結(jié)晶過程來說，實(shí)際上存在兩種相圖，即Fe3C-Fe和Fe-G相圖，鐵碳合金結(jié)晶條件不同可以全部或部分地按照其中的一種或另一種相圖進(jìn)行結(jié)晶.1 鑄鐵的分類及石墨化鑄鐵的石墨化過程鑄鐵組織中石墨的形成叫叫“石墨化”過程。第一階段共晶石墨 第二階段二次石墨 第三階段共析石墨 1 鑄鐵的分類及石墨化影響

5、石墨化的主要因素 化學(xué)成分的影響 C促進(jìn)石墨化進(jìn)行，含碳量愈高愈易石墨化，但不能太高，使石墨數(shù)量增多，粗化、性能變差，太低易出白口，故2.54.0%C。 合金元素：促進(jìn)石墨化，Si、P等，鑄鐵中每增加1%的Si共晶點(diǎn)的含碳量相應(yīng)降低1/3，保證2.54.0%C的鑄鐵具有好的鑄造性能。 P含量大于0.3%后出現(xiàn)Fe3P，硬而脆，細(xì)小均勻分布時，提高鑄鐵的耐磨性，反之連成網(wǎng)，降低鑄鐵的強(qiáng)度，除耐磨鑄鐵外，（0.51.0%P）通常鑄鐵P含量0.3%。 阻礙石墨化Mn、S等。 S不僅阻礙石墨化，還會降低鑄鐵的強(qiáng)度和流動性，故其含量應(yīng)盡量低，一般在0.15%以下，而錳因?yàn)榭膳c硫形成MnS，減弱硫的有害作

6、用，同時可促進(jìn)珠光體基體的形成，從而提高鑄鐵的強(qiáng)度，故可充許其含量在0.51.4% .1 鑄鐵的分類及石墨化1 鑄鐵的分類及石墨化 冷卻速度的影響 冷卻速度愈慢，即過冷度愈小，愈有利于按照Fe-G相圖進(jìn)行結(jié)晶，對石墨化愈有利，反之冷卻速度愈快，過冷度增大，不利于鐵和碳原子的長距離擴(kuò)散，愈有利于按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶，不利于石墨化的進(jìn)行。 生產(chǎn)中鑄鐵冷卻速度可由鑄件的壁厚來調(diào)態(tài)，綜合了鑄鐵化學(xué)成分和冷卻速度對鑄鐵組織的影響，可見，碳硅含量增加，壁厚增加易得到灰口組織，石墨化愈完全；反之，碳硅含量減少，壁厚愈小，愈易得到白口組織，石墨化過程越不易進(jìn)行。化學(xué)成分和壁厚對石墨化的影響1 鑄鐵的分

7、類及石墨化 灰鑄鐵 灰鑄鐵的化學(xué)成分、基體組織及類型灰鑄鐵的化學(xué)成分：wC=2.5%4.0%，wSi=1.0%2.5%，wMn=0.5%1.4%，wS0.15%，wP0.3%?；诣T鐵的基體組織：F、F+P、P?；诣T鐵組織可簡單看成“鋼基體”和“石墨夾雜”共同構(gòu)成?；诣T鐵的組織有三種類型：鐵素體(F)+片狀石墨(G)；鐵素體(F)-珠光體(P)+片狀石墨(G)；珠光體(P)+片狀石墨(G)。 灰鑄鐵灰鑄鐵的顯微組織：可以看成是在鋼的基體上分布著一些片狀石墨 灰鑄鐵灰鑄鐵的性能特點(diǎn)1）優(yōu)良的鑄造性能含碳量高，（2.54.0%C），成分接近共晶點(diǎn)，熔點(diǎn)比鋼低得多，流動性好，分散縮孔少，偏析程度小。且

8、在凝固過程中會析出比容較大的石墨，所以收縮率也小，凡無法用鍛造成型的形狀復(fù)雜的零件，汽缸體，變速箱外殼等均可用灰鑄鐵鑄造而成 灰鑄鐵2）良好的切削加性石墨使切削容易脆斷，同時石墨本身潤滑作用減輕刀具的磨損。3）優(yōu)良的耐磨性與減震性石墨有利于滑潤和貯油，磷含量的增加還可形成硬而脆的磷共晶等使鑄鐵有好的耐磨性。鑄鐵中的石墨能將震動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而消震?灰鑄鐵4）較低的機(jī)械性灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度都比鋼低得多，因?yàn)槭膹?qiáng)度、塑性幾乎為零，石墨的存在減小了基體的有效面積，且石墨本身可以看成是一個個孔洞和裂紋，破壞了基體的連續(xù)性，所以可把灰鑄鐵看成是布滿孔洞和裂紋的鋼。鑄鐵的硬度和

9、抗壓強(qiáng)度主要取決于基體組織，而與石墨無關(guān)，抗壓強(qiáng)度大大超過抗拉強(qiáng)度（2.54倍），在壓力負(fù)荷下石墨不起裂紋作用。 灰鑄鐵5）缺口敏感性較低由于石墨可以看成是孔洞和裂紋，故灰鑄鐵對零件表面缺陷和缺口不敏感，即缺口敏感度小。 灰鑄鐵提高灰鑄鐵的機(jī)械性能的途徑孕育處理(變質(zhì)處理)為了提高灰鑄鐵的力學(xué)性能，在鐵液澆注之前，往鐵液中加人少量的孕育劑(如硅鐵或硅鈣合金)，使鐵液中同時生成大量均勻分布的石墨晶核，改變鐵液的結(jié)晶條件，使灰鑄鐵獲得細(xì)晶粒的珠光體基體和細(xì)片狀石墨組織。這種處理稱為孕育處理。經(jīng)過孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵，也叫變質(zhì)鑄鐵。孕育鑄鐵的強(qiáng)度有很大的提高，并且塑性和韌性也有所提高，常用來

10、制造力學(xué)性能要求較高、截面尺寸變化較大的大型鑄件。 灰鑄鐵灰鑄鐵的牌號及用途：灰鑄鐵的牌號由“HT”及數(shù)字組成。其中“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，其后的數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度，如HTl00表示灰鑄鐵，最低抗拉強(qiáng)度是100MPa。 灰鑄鐵具有一定的強(qiáng)度，還具有優(yōu)良的工藝性能，而且價(jià)格低廉，是應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。常用來制造各種承受壓力及要求有較好的減震性、減摩性和機(jī)構(gòu)復(fù)雜的箱體、床身、導(dǎo)軌等。常用灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表。 灰鑄鐵灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途 灰鑄鐵灰鑄鐵的組織示意圖(a)F+G片(b)F+P+G片(c)P+G片 灰鑄鐵灰鑄鐵的熱處理熱處理只能改變鑄鐵的基體

11、組織，而不能改變石墨的形狀、大小和分布情況。因此，灰鑄鐵的熱處理一般都用于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和白口組織，穩(wěn)定鑄件尺寸、改善切削加工性和提高鑄件工作表面的硬度及耐磨性。由于石墨的導(dǎo)熱性差，鑄鐵熱處理的加熱速度比非合金鋼要稍慢些。 灰鑄鐵(1)消除內(nèi)應(yīng)力退火(時效處理) 鑄件在冷卻過程中因各部位的冷卻速度不同，往往會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。鑄造應(yīng)力會引起鑄件的變形甚至開裂，因此必須消除鑄造應(yīng)力。消除鑄造應(yīng)力的方法有消除內(nèi)應(yīng)力退火和自然時效。消除內(nèi)應(yīng)力退火是將鑄件緩慢加熱到500600，保溫一定時間，然后隨爐緩冷至300以下出爐空冷。這種退火方法也稱為人工時效。 對大型鑄件可采用自然時效，即將鑄件在露天下放

12、置一年以上，使鑄造應(yīng)力緩慢松弛。 灰鑄鐵(2)消除白口組織的退火將鑄件加熱到850950，保持一定時間(一般為25h)，然后隨爐冷卻至400500出爐空冷，使?jié)B碳體在高溫和緩慢冷卻中分解，用于消除白口，降低硬度，改善切削加工性。(3)表面淬火表面淬火的目的是提高鑄件表面硬度和耐磨性。常用的表面淬火有火焰加熱表面淬火、高頻與中頻感應(yīng)加熱表面淬火和電接觸加熱表面淬火等。如對機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行中頻感應(yīng)加熱表面淬火，使表面淬火層獲得細(xì)馬氏體基體石墨的組織，其耐磨性就會顯著提高。3 球墨鑄鐵球墨鑄鐵是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵，它是經(jīng)過球化處理后得到的。球化處理的方法是在鐵液出爐后、澆注前加入一定

13、量的球化劑(稀土鎂合金等)和孕育劑，使石墨呈球狀析出。3 球墨鑄鐵化學(xué)成分：球墨鑄鐵的化學(xué)成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%3.2%，wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05%，wRE=0.03%0.05%等。組織：按基體組織的不同，球墨鑄鐵的組織可分為四種類型：鐵素體(F)+球狀石墨(G)，鐵素體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)，珠光體(P)+球狀石墨(G)，下貝氏體(下)+球狀石墨(G)。3 球墨鑄鐵圖為鐵素體球墨鑄鐵的顯微組織3 球墨鑄鐵性能：球墨鑄鐵的力學(xué)性能與基體的類型以及球狀石墨的大小、形狀及分布狀況有關(guān)。由于球狀石墨對

14、基體的割裂作用最小，又無應(yīng)力集中作用，球墨鑄鐵基體的強(qiáng)度、塑性和韌性可以充分發(fā)揮，所以，球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，有高的強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。它的某些性能可以與鋼相媲美，如屈服點(diǎn)比碳素結(jié)構(gòu)鋼高，疲勞強(qiáng)度接近中碳鋼。同時，它還具有灰鑄鐵的減震性、減磨性和小的缺口敏感性等優(yōu)良性能。球墨鑄鐵中的石墨球的圓整度越好，球徑越小，分布越均勻，則球墨鑄鐵的力學(xué)性能就越好。3 球墨鑄鐵球墨鑄鐵的牌號及用途球墨鑄鐵的牌號用“QT”符號及其后面兩組數(shù)字表示“QT”是“球鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，兩組數(shù)字分別代表其最低抗拉強(qiáng)度和最低斷后伸長率。如QT700-2表示球墨鑄鐵，最低抗拉強(qiáng)度為700MPa，最低斷后伸長

15、率為2%。3 球墨鑄鐵表為部分球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途3 球墨鑄鐵球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵通過各種熱處理，可以明顯地提高其力學(xué)性能。球墨鑄鐵的熱處理工藝性能較好，凡是鋼的熱處理工藝，一般都適合于球墨鑄鐵。球墨鑄鐵常用的熱處理工藝有：(1)退火：退火的主要目的是為了得到鐵素體基體的球墨鑄鐵，提高其塑性和韌性，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力。3 球墨鑄鐵(2)正火：正火的目的是為了得到珠光體基體的球墨鑄鐵，提高其強(qiáng)度和耐磨性。(3)調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)的目的是為了得到回火索氏體基體的球墨鑄鐵，從而獲得高的綜合力學(xué)性能。該工藝適應(yīng)于受力復(fù)雜、要求綜合力學(xué)性能高的球墨鑄鐵鑄件，如連桿、曲軸等。(4)貝氏體等

16、溫淬火：貝氏體等溫淬火是為了得到貝氏體基體的球墨鑄鐵，從而獲得高強(qiáng)度、高硬度和高韌性的綜合力學(xué)性能。該工藝適用于形狀復(fù)雜、易變形或易開裂的球墨鑄鐵鑄件，如齒輪、凸輪軸等。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代開發(fā)的一種鑄鐵材料。它是用高碳、低硫、低磷的鐵液加入蠕化劑(鎂鈦合金、鎂鈣合金等)，經(jīng)蠕化處理后獲得的高強(qiáng)度鑄鐵。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵的組織示意圖4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分 蠕墨鑄鐵碳硅含量較高，化學(xué)成分一般為：wC=3.5%3.9%，wSi=2.2%2.8%，wMn=0.4%0.8%，wS0.1%，wP0.1%。蠕墨鑄鐵的組織 蠕墨鑄鐵中的石墨

17、呈短小的蠕蟲狀，其形狀介于片狀石墨和球狀石墨之間。蠕墨鑄鐵的顯微組織有三種類型：鐵素體(F)+蠕蟲狀石墨(G)；珠光體(P)-鐵素體(F)+蠕蟲狀石墨(G)；珠光體(P)+蠕蟲狀石墨(G)。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵 蠕墨鑄鐵的性能: 蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于基體相同的灰鑄鐵而低于球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵在鑄造性能、減震性、耐熱性能等方面比球墨鑄鐵好；切削加工性與球墨鑄鐵相似，比灰鑄鐵稍差。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵的牌號及用途蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT”符號及其后面數(shù)字表示?！癛uT”是蠕鐵兩字漢語拼音的第一個字母，其后數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。如RuT300表示蠕墨鑄鐵，最低抗拉強(qiáng)度為300MPa。4

18、蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)過程是：首先澆注成白口鑄鐵件，然后經(jīng)可鍛化退火（可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的化學(xué)成分 為了保證鑄件在一般冷卻條件下獲得白口組織，又要在退火時容易使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，要求嚴(yán)格控制鐵水的化學(xué)成分。與灰鑄鐵相比，可鍛鑄鐵中碳、硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低一些?？慑戣T鐵的化學(xué)成分是: wC =2.2%2.8%，wSi =1.0%1.8%，wMn =0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的組織 可鍛鑄鐵的組

19、織有二種類型：鐵素體(F)+團(tuán)絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團(tuán)絮狀石墨(G)。將白口鑄鐵件加熱到910960，經(jīng)長時間保溫，使組織中的滲碳體分解為奧氏體和石墨(團(tuán)絮狀)，然后緩慢降溫，奧氏體將在已形成的團(tuán)絮狀石墨上不斷析出石墨。當(dāng)冷卻至共析轉(zhuǎn)變溫度范圍(720770)時，緩慢冷卻，得到以鐵素體為基體的黑心可鍛鑄鐵(稱為鐵素體可鍛鑄鐵)。如果在通過共析轉(zhuǎn)變溫度時的冷卻速度較快，則得到以珠光體為基體的可鍛鑄鐵(稱為珠光體可鍛鑄鐵)。 4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛化退火工藝曲線黑心可鍛鑄鐵顯微組織4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的性能: 由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學(xué)性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進(jìn)行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。4 蠕墨鑄鐵與可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的牌號及用途其牌號“KT”“可鍛鑄鐵”、“KTH”黑心可鍛鑄鐵?！癒TB”白心可鍛鑄鐵，“KTZ”珠光體可鍛鑄鐵。它們后面的數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度（Mpa）和最低延伸率。如：KTH350-10表示最小抗拉強(qiáng)度為350Mpa，最低延伸率為10的黑心可鍛鑄鐵。KTB380-12 bmin