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力學性能低。由于石墨相當于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導致應力集中，強度、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能量。

⑷鑄造性能好。C含量接近共晶成分，流動性好，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)簡便、成本低廉。例如，機床床身、內燃機的汽缸體、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之一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。存在兩個鐵碳相圖：

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晶過程中直接析出，也可以由滲碳體加熱時分解得到。臺車式石墨化退火爐石墨化分兩個階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。（包括結晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、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。（包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解）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系

（以共晶鑄鐵為例）

石墨化進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

完全進行完全進行F+G

灰口鑄鐵部分進行F+P+G未進行P+G部分進行未進行Ld’+P+G

麻口鑄鐵未進行未進行Ld’白口鑄鐵3、影響石墨化的因素⑴化學成分的影響

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Fe3C分解

Si:

是強烈促進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，Mn+S

MnS

可起除S作用，G化；Mn>0.2~0.4%時，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，阻礙石墨化合金元素Al、Cu、Ni、Co增加Fe自擴散能力，促進石墨化。P促進石墨化不明顯，但提高鐵水流動性，改善其鑄造性能。若其含量高時易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高（達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擴散，結晶將按Fe-G相圖進行，因而促進石墨化。而快冷時由于過冷度大，結晶將按Fe-Fe3C相圖進行，不利于石墨化。鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

w(c+si)%V冷

，G化

，F(xiàn)e3C量

，G片細小、量少。

V冷

，G化停止，無石墨形成，C

Fe3C，即形成白口鑄鐵。G化是靠原子擴散進行的，需要溫度、時間§7-3鑄鐵的分類根據(jù)鑄鐵結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

團絮狀d.蠕墨鑄鐵

蠕蟲狀鑄鐵的分類與牌號表示方法

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

HT100F+PHT150PHT200可鍛鑄鐵

團絮狀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；第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，%

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?！?-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常對灰鑄鐵進行孕育處理，以細化片狀石墨。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)變速箱體可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

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

鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2、性能：強度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實不可鍛§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雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等可鍛鑄鐵管件鑄鐵的分類與牌號表示方法（續(xù)）鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例球墨鑄鐵球狀FQT+兩組數(shù)字

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

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

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，并使石墨細小均勻，

在球化處理同時還進行孕育處理。

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。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，細化基體組織，提高強度和耐磨性。

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：正火后要進行去應力退火。（正火后有較大內應力）（3）調質——獲得較高的綜合力學性能。承受交變載荷工件（4）等溫淬火——很高的強度，良好的塑性和韌性。這種工藝適合于綜合力學性能要求高且外形又較為復雜、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、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸蠕墨鑄鐵是20世紀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。常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結構復雜、