機械制造基礎(chǔ)- 課件 第六章 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。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。

例如，機床床身、內(nèi)燃機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸鑄鐵與鋼的主要區(qū)別：（1）碳含量及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在；（2）硫、磷雜質(zhì)多。在鐵碳合金中，碳可能以三種形式出現(xiàn)：（1）固溶態(tài)，如鐵素體中的碳；（2）化合態(tài)，如滲碳體（Fe3C）；（3）游離態(tài)，石墨（以G表示）?；嬷械脑娱g距為0.142nm，結(jié)合力較強，兩基面間的面間距為0.340nm，結(jié)合力弱，故石墨的基面很容易滑動，其強度、硬度、塑性和韌性極低。石墨G（簡單六方晶格）鑄鐵中石墨的不同形態(tài)：a）片狀b）蠕蟲狀c）團絮狀d）球狀鑄鐵的分類：1、按碳存在的形式分類（1）白口鑄鐵：碳全部或大部分以滲碳體形式存在，斷裂時斷口呈銀白色，稱為白口鑄鐵。（2）灰鑄鐵：碳大部分或全部以游離的石墨形式存在，斷裂時斷口呈灰暗色。（3）麻口鑄鐵：碳既以滲碳體形式存在，又以游離形式存在。斷口上黑白相間構(gòu)成麻點。鑄鐵的分類：2、按石墨的形式分類（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、按化學成分分類（1）普通鑄鐵：常規(guī)元素鑄鐵（2）合金鑄鐵：特殊性能鑄鐵，向普通鑄鐵中加入一定量合金元素。工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。1、鑄鐵的組織特點鋼的基體+G（石墨）基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。F+GF+P+GP+G鑄鐵的特點：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。由于鑄鐵硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。2、鑄鐵的性能特點⑴力學性能低。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，易導致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵的石墨化一、鐵碳雙重相圖石墨化過程：鑄鐵中石墨的結(jié)晶過程。成分相同的鐵液在冷卻時：冷卻速度越緩慢，析出石墨的可能性越大，冷卻速度越快，析出滲碳體的可能性越大。Fe-Fe3C相圖和Fe-C（G）相圖合畫在一起，稱為鐵-碳雙重碳圖。存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C二、石墨化過程1、石墨使穩(wěn)定相，而Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）2、鑄鐵的石墨化過程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、鑄鐵的石墨化過程過共晶成分L→L+GI共晶轉(zhuǎn)變L4.26→A2.08+G共晶

(1154℃)一次或共晶滲碳體在高溫分解形成第一階段：中間階段：A→A+GII(1154～738℃)或者二次滲碳體分解析出石墨第二階段：共析轉(zhuǎn)變A0.68→F+G共析(738℃)或者共析滲碳體分解形成石墨石墨化進行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段中間階段第二階段完全進行完全進行完全進行F+G灰口鑄鐵完全進行完全進行部分進行F+P+G完全進行完全進行未進行P+G部分進行部分進行未進行Ld’+P+G麻口鑄鐵未進行未進行未進行Ld’白口鑄鐵鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系3、影響石墨化的因素⑴化學成分的影響

碳和硅是強烈促進石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素對石墨化有促進作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。磷雖然可促進石墨化,但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)。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(jié)晶將按Fe-G相圖進行，因而促進石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進行,不利于石墨化.工業(yè)鑄鐵的成分范圍與組織工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵Si/Mg/Ce一、灰鑄鐵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?；诣T鐵齒輪箱灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌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、熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強度只有碳鋼的30~50%，熱處理強化效果不大。灰鑄鐵常用的熱處理有：①消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時效)②消除白口組織退火③表面淬火灰鑄鐵件汽缸套活塞環(huán)去應(yīng)力退火—500-550℃，防止機加工或使用時變形、開裂。高溫退火——850-900℃,表面、薄壁等處白口

Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——

提高導軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。3、牌號鑄鐵名稱石墨形態(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+PHT150PHT2004、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)變速箱體二、球墨鑄鐵石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到.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。硅鐵硅鈣稀土鎂為避免白口，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。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。球墨鑄鐵可進行各種熱處理,如退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。球墨鑄鐵的熱處理特點是：①奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高；②淬透性比碳鋼高；③奧氏體中碳含量可控。制品(軋輥與輥環(huán))組織貝氏體基球墨鑄鐵3、牌號鑄鐵名稱石墨形態(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+PQT600-3PQT700-24、用途承受震動、載荷大的零件，如曲軸、連桿傳動齒輪等。鑄鐵曲軸連桿可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

三、可鍛鑄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

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火3、牌號KTH+數(shù)字—數(shù)字黑心可鍛鑄鐵KTZ+數(shù)字—數(shù)字珠光體可鍛鑄鐵前一組數(shù)表示最低抗拉強度后一組數(shù)表示最低斷后伸長率4、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?？慑戣T鐵管件四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是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.蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、

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

蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體蠕墨鑄鐵的強度、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?；诣T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牌號——

如RuT420

，表示

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