工程材料6鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。第七章鑄鐵§7-1鑄鐵的成分和性能⑴力學(xué)性能低。由于石墨相當(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，強(qiáng)度、塑性、韌性較差，不易鍛造。⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。

⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動(dòng)能量。

⑷鑄造性能好。C含量接近共晶成分，流動(dòng)性好，鑄造性能好；⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。

⑹生產(chǎn)簡(jiǎn)便、成本低廉。例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都是由鑄鐵制造的。鑄鐵曲軸1、Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）雙重相圖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?！?-2鑄鐵的石墨化Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。存在兩個(gè)鐵碳相圖：

Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C2、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。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(shí)分解得到。臺(tái)車式石墨化退火爐石墨化分兩個(gè)階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。（包括結(jié)晶時(shí)一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解）在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。（包括冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解）石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。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）

石墨化進(jìn)行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化

完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G

灰口鑄鐵部分進(jìn)行F+P+G未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行未進(jìn)行Ld’+P+G

麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行Ld’白口鑄鐵3、影響石墨化的因素⑴化學(xué)成分的影響

Fe-C合金的五大元素：C,Si,P,Mn,SC是G的形成元素，C%

，

G化；原Si能抑制Fe3C的形成，促進(jìn)Fe3C分解

Si:

是強(qiáng)烈促進(jìn)G化的元素，Si%

,G化。

S:是阻礙G化的元素，S%

,G化

Mn：Mn<0.2~0.4%時(shí)，Mn+S

MnS

可起除S作用，G化；Mn>0.2~0.4%時(shí)，形成合金滲碳體(Fe,Mn)3C,G化。合金元素Cr、W、Mo、V

與C親合力強(qiáng)，阻礙石墨化合金元素Al、Cu、Ni、Co增加Fe自擴(kuò)散能力，促進(jìn)石墨化。P促進(jìn)石墨化不明顯，但提高鐵水流動(dòng)性，改善其鑄造性能。若其含量高時(shí)易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高（達(dá)0.3%以上）。鑄鐵中的磷共晶⑵冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。而快冷時(shí)由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，不利于石墨化。鑄件壁厚和碳硅含量對(duì)鑄鐵組織的影響

w(c+si)%V冷

，G化

，F(xiàn)e3C量

，G片細(xì)小、量少。

V冷

，G化停止，無石墨形成，C

Fe3C，即形成白口鑄鐵。G化是靠原子擴(kuò)散進(jìn)行的，需要溫度、時(shí)間§7-3鑄鐵的分類根據(jù)鑄鐵結(jié)晶過程中的石墨化程度，鑄鐵可分為：灰口鑄鐵、白口鑄鐵、麻口鑄鐵（工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵）根據(jù)石墨形態(tài)，灰口鑄鐵又可分為：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等?；诣T鐵

片狀石墨b.球墨鑄鐵球狀c.可鍛鑄鐵

團(tuán)絮狀d.蠕墨鑄鐵

蠕蟲狀鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法

鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例灰鑄鐵片狀FHT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號(hào)。

HT100F+PHT150PHT200可鍛鑄鐵

團(tuán)絮狀FKTH+兩組數(shù)字KTB+兩組數(shù)字KTZ+兩組數(shù)字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率值，%

灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。1、組織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，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。§7-4灰鑄鐵灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵珠光體基體+片狀石墨X500常對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。

經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。

孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣2、用途

制造承受壓力和震動(dòng)的零件，如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

又稱馬鐵，石墨呈團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1、組織：基體（F、P）＋團(tuán)絮狀G

鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2、性能：強(qiáng)度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實(shí)不可鍛§7-5可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

3、用途用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等可鍛鑄鐵管件鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法（續(xù)）鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例球墨鑄鐵球狀FQT+兩組數(shù)字

第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率值，%。

“QT”表示球墨鑄鐵代號(hào)QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨鑄鐵蠕蟲狀FRuT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值,MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號(hào)

RuT260F+PRuT300PRuT420石墨呈球形的灰口鑄鐵。1、組織：基體（F、F+P、P）+球狀G球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。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)行孕育處理。

常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。硅鐵硅鈣稀土鎂§7-6球墨鑄鐵球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵

鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球

2、性能與熱處理強(qiáng)度是碳鋼的70~90%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比(

0.2/

b)高,約為0.7~0.8,而鋼一般只有0.3~0.5。熱處理有退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。

（1）退火——獲得塑性好的鐵素體基體，改善切削性能和消除鑄造應(yīng)力。原始鑄態(tài)組織中存在自由滲碳體，采用高溫退火；原始鑄態(tài)組織中不存在自由滲碳體，采用低溫退火。（2）正火——增加基體中珠光體的數(shù)量，細(xì)化基體組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。

完全奧氏體化，采用高溫正火；不完全奧氏體化，采用低溫正火。

注：正火后要進(jìn)行去應(yīng)力退火。（正火后有較大內(nèi)應(yīng)力）（3）調(diào)質(zhì)——獲得較高的綜合力學(xué)性能。承受交變載荷工件（4）等溫淬火——很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。這種工藝適合于綜合力學(xué)性能要求高且外形又較為復(fù)雜、熱處理易變形與開裂的零件，如：齒輪、凸輪軸。貝氏體基球墨鑄鐵組織制品（軋輥與輥環(huán)）3、用途承受震動(dòng)、載荷大的零件，如曲軸、傳動(dòng)齒輪等。核燃料貯存運(yùn)輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的。常用蠕化劑有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+蠕蟲狀G

§7-7蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的顯微組織（鐵素體基體）

蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、