工程材料-第八章-鑄鋼與鑄鐵12-19

1第八章鑄鐵碳鋼合金鋼鑄鋼與鑄鐵有色金屬及其合金黑色金屬2第一節(jié)鑄鐵概述灰口鑄鐵與白口鑄鐵的區(qū)別：成分不同—白口鑄鐵是Fe-C合金，灰口鑄鐵是以Fe-C-Si-Mn為主要元素的多元合金組織不同—在灰口鑄鐵中，碳主要以晶態(tài)G存在，組織中不存在Le性能不同—不存在高脆性的Le，脆性小，多種工程應用3人們通常所說的鑄鐵，指的就是灰口鑄鐵

在機床制造中，鑄鐵件用量60~90%41、碳的三種存在形式：①溶于α-Fe或γ-Fe中形成F或A；②形成滲碳體(Fe3C)；③游離態(tài)石墨(G)。石墨強度、硬度和塑性都很差。石墨為穩(wěn)定相。

滲碳體為亞穩(wěn)相，F(xiàn)e3C→3Fe+C

一、鑄鐵成分（C＞2.11%；2.5-4%）二、鑄鐵的的石墨化過程和特點石墨的晶體結構——簡單六方晶格Si(1-3%）,Mn(0.5–1.4%）,P(0.01–0.5%）,S(0.02–0.2%）;Gr,Ni,Mo,Cu–合金鑄鐵（提高機械性能、耐磨、耐腐蝕、耐熱）5亞穩(wěn)定平衡的Fe-Fe3C相圖和穩(wěn)定平衡的Fe-G相圖，6鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化

石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得。2、鑄鐵的石墨化過程第一階段：≥1154℃

一次石墨：過共晶鑄鐵液體結晶

共晶石墨：L4.25A2.08+G(共晶)第二階段：1154℃～738℃

二次石墨：A→G第三階段:738℃

共析石墨：

A0.68→Fp’+G(共析)1154℃7①溫度和冷卻速度緩慢冷卻，或在高溫下長時間保溫，均有利于石墨化。影響石墨化的主要因素：②合金元素促進石墨化的元素(C、Si、A1、Cu、Ni、Co等）阻礙石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn等)兩大類。S強烈促進白口化，控制＜0.15%生產中，調整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。

83、鑄鐵的組織特征和分類名稱石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段灰口鑄鐵充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行不進行F+GF+P+GP+G麻口鑄鐵部分進行部分進行不進行Le’+P+G白口鑄鐵不進行不進行不進行Le’+P+Fe3C表3-20鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得到的組織鑄鐵組織：石墨和基體（F、P、F+P）9根據(jù)石墨形態(tài)：普通灰口鑄鐵

片狀；可鍛鑄鐵

團絮狀；球墨鑄鐵

球狀；蠕墨鑄鐵

蠕蟲狀。球狀石墨各種鑄鐵的石墨形態(tài)（未腐蝕）片狀石墨団絮狀石墨蠕蟲狀石墨10由于石墨的存在，使鑄鐵具備下列特殊性能：①優(yōu)良的切削加工性；脆性切屑②鑄造性能好；石墨膨脹③減磨性及耐磨性很高；石墨有好潤滑作用,并能存油④優(yōu)異的消振性；石墨削減振動的傳遞⑤低的缺口敏感性。大量石墨的割裂作用4、鑄鐵的性能特點石墨相當于鋼基體上的裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應力集中。石墨對基體的嚴重割裂致灰口鑄鐵的抗拉強度和塑性都很低。壓縮強度不受影響11第二節(jié)灰口鑄鐵（80%）（1）牌號“HT”—“灰鐵”，數(shù)字—最低抗拉強度。

HT100、HT200、HT300（表3-22）性能：強度較低，韌性較差應用：承壓件，如床身，機架，箱體，缸體，殼體等Ｆ、Ｐ和Ｆ+Ｐ三種基體12圖3-14灰口鑄鐵的顯微組織F+G片F(xiàn)+P+G片P+G片石墨片的三維形貌13（2）影響灰鑄鐵組織和性能的因素②冷卻速度:鑄件壁厚越薄，冷速越快，越易形成白口鐵①化學成分:控制化學成分是控制鑄鐵組織和性能的基本方法主要C（2.5~4.0%）、Si（1.0~2.0%）促進石墨化。Mn（0.5～1.4%）：阻止石墨化，促進P基體的形成。生成MnS;P：促進石墨化，↓強度(0.12%)，↑耐磨性(0.3%);S(0.15%):有害，強烈促進白口化。不同C+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織灰口鑄鐵的機械性能主要取決于石墨的形態(tài)、含量和分布14（3）孕育鑄鐵經(jīng)孕育處理（變質處理）后的灰鑄鐵叫孕育鑄鐵。

孕育的目的：獲得細小均勻的石墨片，細化基體組織，提高強度和硬度常用的孕育劑:硅鐵和硅鈣合金、碳類孕育處理前孕育處理后15b．消除鑄件白口、降低硬度的退火（高溫退火）在共析溫度以上進行，使?jié)B碳體分解成石墨；c．表面淬火高頻、火焰、激光，50HRC~55HRC（4）灰鑄鐵的熱處理及應用a．去應力退火（人工時效）

500℃～550℃，防止變形和開裂

熱處理只改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高灰鑄鐵整體機械性能作用不大，消除鑄件內應力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性。船用柴油機汽缸體(HT-300)16第三節(jié)、球墨鑄鐵

石墨呈球狀，綜合機械性能接近鋼且鑄造性好，成本低廉；（1）球墨鑄鐵的成分和球化處理成分要求比較嚴格：

3.6~3.9%C，2.2~2.8%Si，0.6~0.8%Mn,＜0.07%S，＜0.1%P球化處理必須伴隨著孕育處理球化劑（稀土鎂），石墨球化孕育劑（硅鐵和硅鈣），石墨球細小、均勻分布17圖3-16球墨鑄鐵的顯微組織例：QT420-10、QT600-2、QT800-2“QT”，球鐵，最低抗拉強度和延伸率。（2）球墨鑄鐵的牌號、組織和性能18性能特點：強度是碳鋼的70~90%。球墨鑄鐵的突出特點是屈強比(

0.2/

b)高,約為0.7~0.8,而鋼一般只有0.3~0.5，疲勞強度較好牌號基體機械性能bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HBQT400-17F40025017600179QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505－147-241QT600-2P6004202－229-302QT700-2P7004902－229-302QT800-2P8005602－241-321QT1200-1下B1200840130038HRC代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸、軋輥等。19鑄鐵曲軸(3)球墨鑄鐵的熱處理退火：Ｆ，高溫退火或低溫退火正火：Ｐ，并細化組織，提高強度和耐磨性調質：回火Ｓ，好的綜合性能等溫淬火：下Ｂ，高強度及良好的塑韌性球墨鑄鐵管道接口與鋼大致相同核燃料貯存運輸容器(QT350-22)20

第四節(jié)、蠕墨鑄鐵牌號RuT300、RuT420RuT，蠕鐵+最低抗拉強度組織：蠕蟲狀，短片較鈍蠕墨鑄鐵20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型高強鑄鐵材料。強度接近于球墨鑄鐵，一定的韌性、較高的耐磨性；和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性。蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的.蠕墨鑄鐵中的石墨21蠕墨鑄鐵的強度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結構復雜、強度要求高的鑄件。如高壓熱交換器、汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥等22由白口鑄鐵通過退火處理得到的石墨→團絮狀較高的強度、塑性和沖擊韌性，不可鍛，部分代替碳鋼第五節(jié)、可鍛鑄鐵牌號KT350-10，Ｆ可鍛鑄鐵；KTZ600-3，Ｐ可鍛鑄鐵

23可鍛鑄鐵的生產和熱處理：第一步，鑄造純白口鑄鐵第二步，長時間石墨化退火處理G完全由滲碳體分解得到24可鍛鑄鐵常用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的薄壁零件，如輪轂，減速器殼、汽車拖拉機的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。可鍛鑄鐵管件25灰口鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵石墨形態(tài)片狀團絮狀球狀基體組織F，F(xiàn)＋P，PF，PF，F(xiàn)＋P，P，B下牌號及含義HT×××KT（Z）×××-××QT×××-××工藝鐵水經(jīng)緩冷，G化去應力退火表面淬火先澆注成白口，后石墨化退火鐵水+球化+孕育熱處理與鋼同性能特點強度較低，韌性較差韌性較好，但不可鍛造強度高，韌性好，可與鋼媲美應用承壓件，如床身，機架，箱體，缸體，殼體等制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的薄壁零件，如：車輪外殼，管接頭、活塞環(huán)可用球鐵代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸等26第六節(jié)合金鑄鐵耐磨鑄鐵

在生產中常采用激冷的辦法來獲得激冷鑄鐵。即用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。常將鑄鐵的磷的質量分數(shù)提高，生成磷共晶，硬度高，有利于耐磨。還可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，改善組織，提高基體強度和韌性。如高鉻耐磨鑄鐵、奧－貝球墨鑄鐵等。

耐熱鑄鐵在高溫下工作的鑄鐵（爐底板、換熱器、坩堝、爐內運輸鏈條等），加入Al、Si、Cr等元素，主要形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化。耐蝕鑄鐵主要用于化工部件（閥門、管道、泵、容器等）。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保護膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。27第七節(jié)鑄鋼1.碳素鑄鋼的化學成分及機械性能從機械性能看：W(c)↑→屈服強度和抗拉強度↑

W(c)>0.45%時，屈服強度增加很少，但塑性和韌性下降從鑄造性能看：W(c)↑→降低鋼的熔化溫度，增加鋼水的流動性，鋼中氣體、夾雜也能減少。28ZG25、ZG35、ZG45鑄鋼W(C)=0.35%牌號：ZG+平均碳質量分數(shù)29牌號：ZG+σs-σb302.鑄鋼的組織特征和熱處理鑄造冷卻：粗大的奧氏體晶?！菏象w組織。熱處理：退火或正火。熱處理后的組織：顆粒比較細小的P+F魏氏體組織特點：鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內，使鋼的塑性和韌性下降，不能直接使用。1.有一灰口鑄鐵鑄件，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)石墨化不完全，尚有滲碳體存在試分析其原因，并提出使這一鑄件完全石墨化的方法？

答：原因：高溫下沒長時間保溫，

鑄造時冷卻過快，有阻礙石墨化的元素，雜質元素硫成分比較多。方法：在高溫下長時間保溫、緩慢冷卻、加入促進石墨化的元素。鑄鋼和鑄鐵部分的習題

2.試述石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響。

答：片狀石墨對基體有割裂作用，引起應力集中，抗拉強度和塑性都低。細片狀石墨：減輕對基體有割裂作用，提高強度。

球狀石墨：應力集中較低，具有很高的強度，又有良好的塑性和韌性。

蠕蟲狀石墨：強度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性和耐磨性。

團絮狀石墨：應力集中較低，具有較高的強度、塑性和沖擊韌性。3.試比較各類鑄鐵之間的性能的優(yōu)劣順序，與鋼相比有什么優(yōu)缺點？

答：

灰口鑄鐵是價格便宜，是應用最廣泛的鑄鐵材料各項性能一般。球墨鑄鐵的石墨成球狀具有很高的強度，又有良好的塑性和韌性，其綜合性能接近于鋼。蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料，它的強度接近于球墨鑄鐵，并有一定的韌性和較好的耐磨性同時又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性?？慑戣T鐵有較高的強度塑性和沖擊韌性。合金鑄鐵除一般的機械性能外，常常還具有良好的耐磨性，耐蝕性和耐熱性等。

抗拉強度