機械工程材料7第七章鑄鐵.ppt

1、1,第七章 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)用最廣泛的材料之一,2,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,3,第七章 鑄鐵,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 常用鑄鐵,4,一、鑄鐵的石墨化過程 1、Fe-Fe3C 和 Fe-G (石墨)雙重相圖 Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解： Fe3C3Fe+C（石墨,第一節(jié) 概述,5,石墨是碳的單質(zhì)之一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。 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

2、墨(G)兩種形式存在,6,存在兩個鐵碳相圖： Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖,7,2、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分解得到,臺車式石墨化退火爐,8,石墨化分兩個階段： 在PSK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,9,在PSK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,10,鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系（以共

3、晶鑄鐵為例,11,3、影響石墨化的因素 化學(xué)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(xué)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,12,碳、硅量控制范圍：2.54.0%C，1.03.0%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,鑄鐵中的磷共晶,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,13,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

4、進行，因而促進石墨化,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,14,二、鑄鐵的特點及分類,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,15,耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。 消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。 鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高, 成分接近于共晶. 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 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,鑄鐵與鑄鋼的強度比較,16,3、鑄鐵的分類與牌號表示方法,17,鑄鐵的分類

5、與牌號表示方法（續(xù),工業(yè)鑄鐵的成分范圍與組織,返 回,19,第二節(jié) 常用鑄鐵,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,灰鑄鐵齒輪箱,20,灰 鑄鐵 的顯 微組 織,21,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,22,2、熱處理 熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。 灰鑄鐵強度只有碳鋼的3050%，熱處理強化效果不大。 灰鑄鐵常用的熱處理有： 消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時效)

6、 消除白口組織退火 表面淬火,23,3、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,24,可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線,二、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00%，接近于鑄鋼。 名為可鍛，實不可鍛,25,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,26,3、用途 用于制造形狀復(fù)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,27,三、 球墨鑄鐵 石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)

7、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,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,28,球墨鑄鐵的顯微組織,29,2、性能與熱處理 強度是碳鋼的7090%。球墨鑄鐵的突出特點是屈強比(0.2 /b)高, 約為0.70.8, 而鋼一般只有0.30.5,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,30,球墨鑄鐵的熱處理特點是： 奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高; 淬透性比碳鋼高; 奧氏體中碳含量可控,31,3、用途 承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等,32,四、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,33,蠕墨鑄鐵的顯微組織,蠕