機械工程材料：第八章 鑄鐵

1、Mechanical Engineering Materials機械工程材料第八章 鑄鐵授課的主線Properties性能Structure結(jié)構(gòu)Classification分類Steels鋼鐵Cast iron鑄鐵Nonferrous有色金屬Ceramics陶瓷Polymer高分子Composite復(fù)合材料Crystal structure晶體結(jié)構(gòu)Phase structure相結(jié)構(gòu)Microstructure微觀組織Materials processing材料加工Solidification凝固Plastic deformation塑性變形Heat treatment熱處理3第八章 鑄鐵第一

2、節(jié) 概述第二節(jié) 普通灰鑄鐵第五節(jié) 蠕墨鑄鐵第四節(jié) 球墨鑄鐵第三節(jié) 可鍛鑄鐵第六節(jié) 特殊性能鑄鐵機械工程材料第八章 鑄 鐵鑄鐵：WC2.11%的Fe-C合金，并含有硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。 優(yōu)點： 1、生產(chǎn)設(shè)備和熔煉工藝簡單； 2、價格低廉； 3、鑄造性能好； 4、良好的切削加工性能； 5、減摩性和抗震性好。缺點：力學(xué)性能較低、脆性大目的：了解鑄鐵的性能特點，學(xué)會如何 合理利用鑄鐵材料。機床第一節(jié) 概述應(yīng)用：可用于制造各種機器零件，如機床的床身、床頭箱；發(fā)動機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸等。鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸1、按碳的存在形式分 (1) 白口鑄鐵：碳全部或大部分以滲碳體形式存在 (2) 灰

3、 鑄 鐵：碳大部分或全部以游離的石墨形式存在 (3) 麻口鑄鐵：碳以滲碳體形式存在，又以游離形式存在2、按石墨的形態(tài)分類 (1) 普通灰鑄鐵：石墨呈片狀 (2) 可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀 (3) 球墨鑄鐵：石墨呈球狀 (4) 蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀3、按化學(xué)成分分類 (1) 普通鑄鐵：即僅含有常規(guī)元素的鑄鐵 (2) 合金鑄鐵：在普通鑄鐵中加入一定量合金元素的鑄鐵 一、鑄鐵的分類第一節(jié) 概述二、鑄鐵的石墨化石墨化過程：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程 石墨晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概述石墨是碳的單質(zhì)之一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。1、鐵-碳雙重相圖第一節(jié) 概述 Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

4、Fe3C3Fe+C（石墨） 鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外, 主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵 存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和 Fe-G雙重相圖 析出Fe3C比析出石墨碳較為容易。 穩(wěn)定相石墨的析出規(guī)律與Fe3C析出規(guī)律一致。Fe-Fe3C相圖和Fe-C（G）相圖合畫在一起，稱鐵-碳雙重相圖。第一節(jié) 概述 鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。2、石墨化過程第一階段：液態(tài)階段石墨化( 一次石墨，共晶石墨)第二階段：固態(tài)階段石墨化( 二次石墨，共析石墨)第一節(jié) 概述(1) 化學(xué)成分 C和Si：強烈促進石

5、墨化 碳當(dāng)量(CE)：把含Si量折算成相當(dāng)?shù)暮剂浚⑴c實際含碳量相加。 (2) 冷卻速度的影響 冷卻速度，石墨化 ，灰鑄鐵 CE%=C%+(1/3)Si% Mn：阻止石墨化的元素。形成MnS，適量Mn。 S：強烈阻礙石墨化。S%0.15%。 P：微弱促進石墨化。 P%，脆性 ，控制使用。3、鑄鐵石墨化的影響因素第一節(jié) 概述鑄鐵石墨化的影響因素不同C+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述組織特點： 鋼的基體+G（石墨）第一階段 石墨的形態(tài)：片狀、球狀、團絮狀、蠕蟲狀三、鑄鐵的顯微組織片狀球狀蠕蟲狀石墨化程度冷卻速度第二階段 基體組織 鐵素體、珠光體鐵素體、珠光體F

6、+ G 第一、二階段石墨化均充分進行；F+P+G 第一階段石墨化完全進行， 第二階段石墨化部分進行；P + G 第一階段石墨化完全進行， 第二階段石墨化完全不進行。第一節(jié) 概述F+GF+P+GP+G特點：抗拉強度、塑性和韌性都很低。 石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破 壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。第一節(jié) 概述四、鑄鐵的性能2、基體組織的影響 普通灰鑄鐵：基體組織影響不顯著 球墨鑄鐵：熱處理鐵素體、珠光體、下貝氏體、回火馬氏體、回火索氏體等。強度、塑性和斷裂韌性1石墨的影響 數(shù)量、大小、形狀和分布鑄鐵性能 形狀影響，球狀強度 改善石墨形狀是提高鑄鐵性能的一條重要途徑 F+GP+G第二節(jié)

7、普通灰鑄鐵一、組織 片狀石墨+金屬基體（鐵素體、珠光體和鐵素體+珠光體)第二節(jié) 普通灰鑄鐵二、性能特點 由于灰鑄鐵上述優(yōu)良性能，而且價格低廉，易于獲得，故成為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一。 G的強度與塑性幾乎為零，且片狀G易導(dǎo)致應(yīng)力集中。 灰鑄鐵的抗拉強度與塑性都很低，且G的量愈大， G片 的尺寸越大、越尖，分布愈不均勻，灰鑄鐵的抗拉強 度與塑性則越低。 優(yōu)良性能： 1、良好的減摩性 2、極好的減震性能 3、良好的切削加工性能 4、低的缺口敏感性用途：制造承受壓力和震動的零件,如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身(HT-250)變速箱體第

8、二節(jié) 普通灰鑄鐵三、牌號及用途第二節(jié) 普通灰鑄鐵“HT”3位數(shù)字 表示最低抗拉強度 HT100 HT350 ， 強度，珠光體含量。 HT100 (F+G片) HT200 (P+G片) 機床床身 HT350 (P+G細片）孕育（變質(zhì)）處理： 孕育（變質(zhì)）鑄鐵。 四、熱處理第二節(jié) 普通灰鑄鐵1、時效退火（去應(yīng)力退火）自然時效、人工時效 目的：消除鑄件內(nèi)應(yīng)力2、石墨化退火 850900，保溫25h，隨爐慢冷到 400500后空冷 目的：滲碳體分解，消除白口， 改善鑄件加工性能3、表面熱處理 目的：表面獲得極細馬氏體(或隱晶馬氏體)+片狀石墨機床導(dǎo)軌：電接觸表面加熱自冷淬火法熱處理只改變基體組織，不改

9、變石墨形態(tài)。第三節(jié) 可鍛鑄鐵組織：按基體組織不同：分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的石墨呈團絮狀分布 對基體的割裂程度 ，但不能鍛造。 第三節(jié) 可鍛鑄鐵一、牌號及用途牌號：“KT”“H”或“Z”+兩組數(shù)字(抗拉強度、延伸率) “KT”表示“可鐵”， “H”表示“黑心”(即鐵素體基體)， “Z”表示基體為珠光體。如：KTH350-10 (F+G團） 汽車后橋殼、低壓閥、管接頭等。 KTZ650-02 (P+G團）柴油機曲軸、連桿、活塞等。 低壓閥后橋殼曲軸1、先澆注成白口鑄鐵2、進行石墨化退火 團絮狀提高效率途徑：(1) 低溫時效(2) 孕育處理二、生產(chǎn)過程缺點：周

10、期 生產(chǎn)率 成本第三節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的石墨化退火工藝第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵管道接口特點：G呈球狀，對基體的割裂程度， 強度、塑性、韌性，同時具有灰鑄鐵的優(yōu)點： 良好的鑄造性、耐磨性、消震性、可切削加工性及 低的缺口敏感性。一、組織 金屬基體+球狀石墨組成。 基體組織：P、P+F、F 合金化和熱處理：M、T、S 等 等溫淬火B(yǎng)下球墨鑄鐵, 具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。 F球墨鑄鐵塑性最好。 P球墨鑄鐵應(yīng)用最廣泛的高強度鑄鐵。組織：金屬基體+球狀石墨常用基體組織：珠光體、珠光體鐵素體、鐵素體第四節(jié) 球墨鑄鐵第四節(jié) 球墨鑄鐵二、牌號、用途牌號：“QT”(球鐵) + 數(shù)字(最低b) - 數(shù)字(最低伸

11、長率)。如: QT450-10 (F+G球) 退火 ，汽車后橋殼、輪轂等 QT600-2 (P+G球) 正火，柴油機曲軸、連桿、凸輪軸 QT1200-1 ( B下、T回或M 回+ G球 ) 加入Cu、Mo，高強度球墨鑄鐵 等溫淬火或淬火+中溫回火或淬火+低溫回火 汽車拖拉機傳動齒輪、柴油機凸輪軸、曲軸等 凸輪軸連桿第四節(jié) 球墨鑄鐵 三、生產(chǎn)過程 灰鑄鐵熔化球化處理孕育處理澆注1、成分的選擇 C、Si含量高，Mn、P、S含量低，含有稀土和鎂。 2、球化處理 球 化 劑：能使石墨結(jié)晶成球狀的物質(zhì)：純鎂、稀土鎂 合金 球化處理：將球化劑加入鐵液的過程3、孕育處理 球化處理后的鐵液必須進行孕育處理 鎂

12、及稀土元素都強烈地阻止石墨化 孕育劑：硅鐵（75%Si-Fe）硅鐵稀土鎂第四節(jié) 球墨鑄鐵1、高溫退火和低溫退火獲得F基體 含有Fe3C時高溫退火 僅含P低溫退火2、正火獲得P基體，抗拉強度3、調(diào)質(zhì)處理獲得S回基體4、等溫淬火 獲得B下，HB，ak ，變形少四、熱處理 材料：QT600-2 工藝路線：鑄正火去應(yīng)力退火 機加工軸頸：高頻淬火+低溫回火磨 各部熱處理組織及作用： 1）正火：P細+G球 消除鑄造缺陷和應(yīng)力； 獲P細+G球，滿足整體性能。 2）去應(yīng)力退火：消除正火應(yīng)力。 3）軸頸：高頻淬火+低溫回火： 表： M回+ G球； 心：P細+G球 ，達到“表硬心韌”，滿足使用要求。 應(yīng)用：內(nèi)燃機

13、曲軸第四節(jié) 球墨鑄鐵第五節(jié) 蠕墨鑄鐵一、牌號、組織及應(yīng)用 牌號：RuT(蠕鐵)+數(shù)字(最低抗拉強度) ：RuT420蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。 組織：基體（F、F+P、P）+ 蠕蟲狀石墨介于片狀和球狀第五節(jié) 蠕墨鑄鐵圖8-8 蠕墨鑄鐵的顯微組織性能：介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間應(yīng)用：蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。第五節(jié) 蠕墨鑄鐵排氣管進氣管第五節(jié) 蠕墨鑄鐵二、生產(chǎn)成分：與球墨鑄鐵近似生產(chǎn)：蠕化劑爐前處理，然后進行孕育處理蠕化劑：稀土鎂鈦合金、稀土鎂、硅鐵等 三

14、、熱處理正火：獲得 P 退火：獲得F ，或消除游離Fe3C。第六節(jié) 特殊性能鑄鐵在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上加入某些合金元素，可使鑄鐵合金化具有某些特殊性能，從而獲得的一類具有特殊性能的合金鑄鐵。種類：耐磨鑄鐵耐熱鑄鐵耐蝕鑄鐵第六節(jié) 特殊性能鑄鐵1、減磨鑄鐵：組織：軟基體(細片狀P)強化相(耐磨硬質(zhì)) 合金化：普通灰鑄鐵適量Cu、Mo、Mn等合金元素2、抗磨鑄鐵：組織：基體高硬度白口鑄鐵 具體途徑：1、合金化：Cr、Mo、Co、V、B等元素 2、激冷鑄鐵：表層獲得一定深度的白口層 3、含高Mn鑄鐵：適于沖擊載荷磨損條件彎管襯板一、耐磨鑄鐵第六節(jié) 特殊性能鑄鐵耐熱性：高溫下抗“氧化”和“生長”的能力 氧化高溫下與周圍氣氛接觸使表層發(fā)生化學(xué)腐蝕 生長反復(fù)加熱和冷卻時產(chǎn)生的不可逆體積長大合金化：普通鑄鐵Cr、 Al、S