機(jī)械工程材料第七章

1、第七章 鑄鐵 l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。 l鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡(jiǎn) 便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而是應(yīng)用 最廣泛的材料之一。 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、 曲軸等都可用鑄鐵制造. 鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸 內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)燃機(jī)汽缸 根據(jù)碳存在形式鑄鐵可分為三大類 白口鑄鐵碳除少量溶于鐵素體外，其余全部以化合態(tài)的 滲碳體析出，凝固后斷口呈白亮的顏色，故稱為白口鑄鐵； 麻口鑄鐵碳既以化合態(tài)的滲碳體析出，又以游離態(tài)的石墨 析出，凝固后斷口夾雜著白亮的滲碳體和暗灰色的石墨，故 稱為麻口鑄鐵； 灰口鑄鐵碳大部分以游離狀態(tài)的石墨析出，凝固

2、后斷口呈 暗灰色，故稱為灰口鑄鐵。 灰口鑄鐵按石墨的形狀和大小來(lái)分分為： 灰鑄鐵：石墨呈片狀。 普通灰鑄鐵石墨為片狀； 孕育鑄鐵石墨為細(xì)小片狀； 可鍛鑄鐵石墨為團(tuán)絮狀； 球墨鑄鐵石墨為球狀； 蠕墨鑄鐵石墨為蠕蟲狀。 一、鐵碳合金雙重相圖 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； 石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、 塑性、韌性幾乎為零。 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 F基體球墨鑄鐵基體球墨鑄鐵 第一節(jié) 鑄鐵的石墨化 Fe3C是亞穩(wěn)相，在一 定條件下將發(fā)生分解： Fe3C3Fe+C（石墨） 鐵液冷卻速度越慢， 越容易析出石墨。 存在兩個(gè)鐵碳相圖

3、： Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖 L+G L+Fe3C 二、鑄鐵的石墨化過(guò)程 1、石墨化方式 鑄鐵中的碳原子析出形成 石墨的過(guò)程稱為石墨化。 兩種方式： 在結(jié)晶過(guò)程中直接析出； 由滲碳體加熱時(shí)分解得到。 2、石墨化過(guò)程 緩慢結(jié)晶時(shí)，石墨化分三 個(gè)階段： 第一階段，液相至共晶結(jié) 晶階段。包括從過(guò)共晶成 分的液相中直接結(jié)晶出一 次石墨和共晶成分的液相 結(jié)晶出奧氏體和石墨； 中間階段； 共析階段 P 滲碳體高溫分解也可分 三個(gè)階段 石墨化程度不同，所得 到的鑄鐵類型和組織也 不同。 P 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

4、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Le+P+G麻口鑄鐵 未進(jìn)行未進(jìn)行Le白口鑄鐵 三、影響石墨化的因素 （一）化學(xué)成分的影響 1、碳和硅 l碳和硅強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。 碳、硅含量過(guò)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(guò)高,會(huì)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； 碳當(dāng)量： SiCCE 3 1 2、錳：錳是阻礙石墨化的元素。它能溶于鐵素體和滲碳體 中，起固碳的作用，從 而阻礙石墨化。當(dāng)鑄鐵中的錳含 量較低時(shí)，它主要阻礙共析階段石墨化，有利于形成珠光 體基體鑄鐵。錳還能與硫化合形成Mn

5、S，可以消除硫的有 害影響，所以是有益元素。普通灰口鑄鐵的錳含量一般在 0.51.4%范圍內(nèi)，過(guò)高時(shí)易產(chǎn)生游離滲碳體。 3、硫：硫是有害元素。阻礙石墨化并使鑄鐵變脆。生產(chǎn)上 對(duì)硫含量應(yīng)嚴(yán)格控制，一般控制在0.15以下。 4、磷：雖然可促進(jìn)石墨化,但其含量高時(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)；另外，磷提高流動(dòng)性。 （二）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。 快冷時(shí)由于過(guò)冷度大，結(jié)晶將按 Fe-Fe3C相圖進(jìn)行, 不利 于石墨化. WC + Wsi (%) 鑄件壁厚和碳硅含

6、量對(duì)鑄鐵組織的影鑄件壁厚和碳硅含量對(duì)鑄鐵組織的影 響響 第二節(jié) 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。 一、灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 （一）化學(xué)成分 l主要化學(xué)元素：C、Si、Mn、P、S等； lC、Si、Mn是調(diào)節(jié)組織的元素； lP是控制使用的元素，S是應(yīng)該限制的元素； l灰鑄鐵的化學(xué)成分范圍：wC=2.7%3.6%，wSi=1.0%2.5%， wMn=0.5%1.3%，wP0.3%，wS0.15%。 （二）灰鑄鐵的組織 由片狀石墨和金屬基體組成，石墨 鑲嵌在金屬基體內(nèi)。 片狀石墨，實(shí)際上是一個(gè)立體的多 枝石墨團(tuán)。由于石墨各分枝都長(zhǎng)成 翹曲的薄片

7、，在金相磨片上所看到 的僅是這種多枝石墨團(tuán)的某一截面， 因此呈孤立的長(zhǎng)短不等的片狀（或 細(xì)條狀）石墨。 金屬基體依照共析階段石墨化進(jìn)行的程度不同可分為鐵素 體，鐵素體珠光體和珠光體三種。 （三）灰鑄鐵的性能 1、力學(xué)性能 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，塑性、韌性和彈性模量比鋼低。 石墨數(shù)量越多，石墨“共晶團(tuán)”越粗大，石墨片的長(zhǎng)度越 長(zhǎng)，石墨的兩端越尖銳，則抗拉強(qiáng)度降低的數(shù)值越大。 抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的2.5-4.0倍。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度 顯著地大于抗拉強(qiáng)度， 灰鑄鐵的硬度隨其成分和組織的變化而變化，一般在 HB130270范圍內(nèi)變化，隨著共晶度增加，鑄

8、鐵的硬度降 低。 2、其它性能 鑄造性能：灰口鑄鐵具有熔點(diǎn)低(約為1200)、流動(dòng)性好、 鑄造收縮率小(一般從鐵水注入鑄型凝固冷卻至室溫其收 縮率約為0.5-1)、鑄件內(nèi)應(yīng)力小、易于鑄造成型等特點(diǎn)； 耐磨性：鑄鐵的耐磨性比鋼好。 減振性 ：物體吸收振動(dòng)能的能力稱為減振性?；诣T鐵的 減振性比鋼約大610倍； 切削加工性能：由于石墨使切削加工時(shí)易于形成斷削，故 灰口鑄鐵的切削加工性能優(yōu)于鋼。 缺口敏感性低。 二、灰鑄鐵的孕育處理 孕育處理的目的：細(xì)化、均勻片狀石墨。 方法：加入孕育劑 常用孕育劑：硅鐵和硅鈣合金。 經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。 孕育處理孕育處理 前前 孕育處理孕育處理 后后 硅

9、鐵硅鐵 硅鈣硅鈣 三、灰鑄鐵的牌號(hào)和應(yīng)用 牌號(hào)：以“灰鐵”的漢語(yǔ)拼音字頭“HT”為標(biāo)志符號(hào)，后 面三位數(shù)字表示直徑為30mm單鑄試棒測(cè)得的最低抗拉強(qiáng)度 值（MPa）。 應(yīng)用：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。 選擇：根據(jù)工況和鑄件壁厚。 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)汽缸體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身重型機(jī)床床身(HT-250) 變速箱體變速箱體 四、灰鑄鐵的熱處理 熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。 灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的3050%，熱處理強(qiáng)化效果不大。 灰鑄鐵常用的熱處理有： 消

10、除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時(shí)效) 500560，防止機(jī)加工、使用時(shí)變形或開裂。 消除白口組織退火 850900， 表面、薄壁等白口處Fe3C G, 硬度, 切削加工性 表面淬火 提高導(dǎo)軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。 球墨鑄鐵：石墨呈球形的灰口鑄鐵。與灰鑄鐵相似，也是由 液態(tài)石墨化而獲得的一種鑄鐵，在工藝上是通過(guò)澆注前往一 定成分的鐵水中加入定量的球化劑（如：稀土等）和孕育劑， 以促進(jìn)碳呈球狀石墨結(jié)晶析出。球狀石墨對(duì)金屬基體的損壞、 減少有效承載面積以及引起應(yīng)力集中作用均比片狀石墨的灰 鑄鐵小得多。因此，球墨鑄鐵中的基體組織的強(qiáng)度、塑性和 韌性可充分發(fā)揮作用，從而具有比灰鑄鐵高得多的強(qiáng)度、塑 性和韌

11、性，并保持有耐磨、減震、缺口不敏感等灰鑄鐵的特 性。 第三節(jié) 球墨鑄鐵 一、球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 （一）化學(xué)成分 l與灰鑄鐵相比，其特點(diǎn)是碳和硅的含量高； l錳含量較低，磷、硫含量低，并含有一定量的稀土與鎂。 l球墨鑄鐵的化學(xué)成分范圍一般為：wC=3.6%4.0%， wSi=2.0%3.2，wMn=0.6%0.9%，wP0.1%，wS0.04%， wRE殘0.030.05%。 （二）組織： l鑄態(tài)組織：基體（F、F+P、P）+ 球狀G； l如果將鑄件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或等溫淬火，則基體組織可轉(zhuǎn)變?yōu)榛?火索氏體或下貝氏體組織 鐵素體珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵 球

12、墨鑄鐵中石墨球 （三）球墨鑄鐵的性能 1、力學(xué)性能 基體利用率高70%90%； 其它鑄鐵相比，不僅具有高的抗拉強(qiáng)度，而且其 屈服強(qiáng)度也高；球墨鑄鐵的屈強(qiáng)比(0.2/b)為 0.70.8，遠(yuǎn)高于碳鋼的0.50左右； 塑性與韌性雖低于鋼，但卻高于其它各類鑄鐵； 力學(xué)性能與石墨形態(tài)、大小相關(guān)； 力學(xué)性能與基體相關(guān)，可熱處理強(qiáng)化。 2、其它性能 工藝性能較灰口鐵差； 減磨性、耐熱性、切削夾攻性好； 可熱處理強(qiáng)化。 二、球墨鑄鐵的牌號(hào)和應(yīng)用 牌號(hào)： 用“球鐵”二字的漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母 “QT”加兩組 數(shù)字表示，第一組數(shù)字代表最低抗拉強(qiáng)度（單位為MPa）； 第二組數(shù)字代表最低延伸率(%)， 如QT400

13、-18。 應(yīng)用： 球墨鑄鐵以可以代替部分鍛鋼、鑄鋼、某些合金鋼及可鍛 鑄鐵等，用來(lái)制造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性和耐磨性要 求較高的零件； 如具有高強(qiáng)度與高耐磨性的球墨鑄鐵常用來(lái)制造拖拉機(jī)或 柴油機(jī)中的曲軸、連桿、凸輪軸、各種齒輪、機(jī)床的主軸、 蝸桿、蝸輪、軋鋼機(jī)的軋輥、大齒輪及大型水壓機(jī)的工作 鋼、缸套、活塞等； 具有高韌性和一定塑性的鐵素體球墨鑄鐵常用來(lái)制造受壓 閥門、機(jī)器底座、汽車的后橋殼等。 制品(軋輥與輥環(huán)) 貝氏體基球墨鑄鐵貝氏體基球墨鑄鐵 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)輸核燃料貯存運(yùn)輸 容器容器(QT350-22) 鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸 三、球墨鑄鐵的熱

14、處理 （一）熱處理特點(diǎn) （1）加熱溫度較高，淬火冷卻速度較慢 （2）高溫時(shí)間要長(zhǎng) （3）加熱速度要緩慢 （4）通過(guò)控制加熱溫度和保溫時(shí)間，調(diào)整奧氏體中含碳量 （二）熱處理方法 包括退火、正火、等溫淬火、調(diào)質(zhì)等。 1、退火 （1）去應(yīng)力退火 將鑄件以50100/h的速度加熱到500550，保溫 28h，然后爐冷（灰鑄鐵）或空冷（球墨鑄鐵）。 （2）石墨化退火 高溫石墨化退火：消除自由滲碳體。將鑄件加熱到 900950，保溫24h，隨后爐冷到500550，再 出爐空冷。 低溫石墨化退火：得到鐵素體基體。 2、正火 目的：獲得珠光體基體組織，并可使晶粒細(xì)化，組織均勻， 以提高鑄件的力學(xué)性能。 （1）

15、高溫正火 （2）低溫正火 高溫正火和低溫正火后的組織 3、等溫淬火 目的：得到貝氏體。滿足高速、大馬力機(jī)器中受力復(fù) 雜件（如齒輪、曲軸、凸輪軸等）的要求，提高其綜 合力學(xué)性能。 球墨鑄鐵等溫淬火后可以獲得高強(qiáng)度，同時(shí)兼有較好 的塑性和韌性。 等溫淬火加熱溫度的選擇主要考慮使原始組織全部奧 氏體化，不殘留鐵素體，同時(shí)也避免奧氏體晶粒長(zhǎng)大。 故加熱溫度一般選擇在Ac1以上3050，等溫處理溫 度為250350，以保證獲得具有綜合性能的下貝氏 體組織。 球墨鑄鐵經(jīng)球墨鑄鐵經(jīng)880880加熱、加熱、270270等溫等溫1h1h空冷后的顯微組織空冷后的顯微組織 4、調(diào)質(zhì)處理 目的：得到回火索氏體基體組織

16、，提高球墨鑄鐵的力學(xué)性 能，挖掘球墨鑄鐵的內(nèi)在潛力； 工藝： 淬火：是將鑄件加熱到Ac1以上3050，使鑄鐵基體在高 溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榫坏膴W氏體，然后淬入油中，得到淬火馬氏 體組織。 回火：高溫回火的溫度為500600，回火后的組織為回 火索氏體和球狀石墨。這種組織具有良好的塑性、韌性和 強(qiáng)度相結(jié)合的綜合性能。 第四節(jié) 蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)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。 一、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分 化學(xué)成分要求與球墨鑄鐵相似，即要求高碳、高硅、低硫、 低磷，并含有一定量的稀土與鎂。 蠕墨鑄鐵的成分范圍一般為：wC=3.5%3.9%，wSi=2.

17、1% 2.8%，wMn=0.6%0.8%，wP0.1%，wS0.1%。 在上述成分的鐵液中加入適量的蠕化劑進(jìn)行蠕化處理和孕 育劑進(jìn)行孕育處理。 二、蠕墨鑄鐵的顯微組織和性能 組織： 基體+蠕蟲狀石墨組成，鑄態(tài)時(shí) 鐵素體量50%； 蠕蟲狀石墨的長(zhǎng)寬比值一般 為210，有分叉，側(cè)面高低不 平，端部較鈍、較圓。 可通過(guò)合金化和熱處理改變基 體。 蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨 蠕墨鑄鐵的顯微 組織 蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨 珠光體基體珠光體基體 鐵素體基體鐵素體基體 力學(xué)性能：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。 灰鑄鐵灰鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 蠕

18、墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 工藝性能：優(yōu)于球墨鑄鐵。 應(yīng)用：蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、強(qiáng)度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、 汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。 玻璃模具玻璃模具 制動(dòng)鼓制動(dòng)鼓 l蠕墨鑄鐵的牌號(hào) 用“RuT”表示蠕墨鑄鐵，后面三位數(shù)字表示其最小抗拉 強(qiáng)度值。如RuT420表示最小抗拉強(qiáng)度為420MPa的蠕墨鑄鐵。 可鍛鑄鐵又俗稱為馬鐵（瑪鋼）。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。 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程通常包含兩個(gè)步驟：

19、 第一步先澆鑄成白口鑄鐵; 第二步再經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火使?jié)B碳體分解出團(tuán)絮 狀石墨。 第五節(jié) 可鍛鑄鐵 一、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分及顯微組織 （一）化學(xué)成分 較低的含碳量和含硅量。 若含碳量和含硅量過(guò)高，由于它們都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元 素，所以鑄鐵的鑄態(tài)組織中就有片狀石墨形成，并在隨后 的石墨化退火過(guò)程中，從滲碳體分解出的石墨將會(huì)附著在 片狀石墨上析出而得不到團(tuán)絮狀石墨；同時(shí)石墨數(shù)量也增 多，使鑄鐵的力學(xué)性能下降。 如果含碳量和含硅量太低，則不僅使石墨化退火困難，延 長(zhǎng)退火周期，而且還使熔煉困難和鑄造性能變差。 錳可消除硫的有害影響，但錳又是阻隘石墨化元素，含錳 量過(guò)高也會(huì)延長(zhǎng)退火周期。 化學(xué)成

20、分范圍一般為：wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%， wMn=0.4%1.2%，wP0.2%，wS0.18%。 （二）可鍛鑄鐵的組織 按工藝分三類 黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵 白心可鍛鑄鐵 1、黑心可鍛鑄鐵： 如果白口鑄鐵在退火過(guò)程中第一階段石墨化和第二階段石 墨化都能充分進(jìn)行，則退火后得到鐵素體加團(tuán)絮狀石墨組 織； 其斷口顏色為：心部由于石墨析出而呈黑色，表面因退火 時(shí)有些脫碳而呈白亮色。 2、珠光體可鍛鑄鐵： 如果退火過(guò)程中使第二階段石墨化不進(jìn)行，則退火后的組 織為珠光體加團(tuán)絮狀石墨的組織。 3、白心可鍛鑄鐵： 如果白口鑄鐵在長(zhǎng)時(shí)間退火過(guò)程中主要發(fā)生氧化脫碳過(guò)程， 故經(jīng)退火后

21、在一定深度的表層得到鐵素體組織，而心部由 于脫碳不完全則得到珠光體加團(tuán)絮狀石墨組織，甚至殘留 少量未分解的游離滲碳體。 其斷口顏色為表層呈黑絨色，而心部呈白色。 可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的石墨化退可鍛鑄鐵的石墨化退火火 二、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、性能和應(yīng)用 1、可鍛鑄鐵的牌號(hào) l用“可鐵”兩字漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫字母“KT”表 示， 其后面的H表示黑心可鍛鑄鐵；Z表示珠光體可 鍛鑄鐵；B表示白心可鍛鑄鐵；符號(hào)后面的兩組數(shù)字 分別表示其最小的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。如KTH300-06 ， KTZ450-06。 2、可鍛鑄鐵的性能和應(yīng)用 可鍛鑄鐵的

22、力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，并接近于同類基體 的球墨鑄鐵，尤其是珠光體基體可鍛鑄鐵，強(qiáng)度可與 鑄鋼媲美。 可鍛鑄鐵與球墨鑄鐵相比，還具有鐵水處理簡(jiǎn)易、質(zhì)量穩(wěn) 定、廢品率低等優(yōu)點(diǎn)。所以可鍛鑄鐵常用于制作一些截面 較薄而形狀復(fù)雜、工作時(shí)受振動(dòng)而強(qiáng)度、韌性要求較高的 零件。 珠光體可鍛鑄鐵的可切削加工性在鐵基合金中是最優(yōu)良的， 可進(jìn)行高精度切削加工。 珠光體可鍛鑄鐵還可以通過(guò)火焰加熱或感應(yīng)加熱進(jìn)行表面 淬火。 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。 可鍛鑄鐵管件可鍛鑄鐵管件 第六節(jié) 合金鑄鐵 l鑄鐵合金化的目的： 一是為了強(qiáng)化鑄鐵組織中金屬

23、基體部分并輔之以熱處理以 獲得高強(qiáng)度鑄鐵； 另一個(gè)目的是賦予鑄鐵以特殊的性能，如耐熱性、耐磨性 及耐蝕性等。鑄鐵的合金化既適于灰鑄鐵，也適于球墨鑄 鐵和蠕墨鑄鐵。下面僅介紹一些常用的特殊性能鑄鐵。 一、耐磨合金鑄鐵 耐磨鑄鐵根據(jù)工作條件的不同，可分為減摩鑄鐵和抗磨鑄 鐵兩類。 減摩鑄鐵是在有潤(rùn)滑、受粘著磨損的條件下工作，例如機(jī) 床導(dǎo)軌和拖板、發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套和活塞環(huán)、各種滑塊和軸承 等，這類鑄鐵希望摩擦系數(shù)要小。 抗磨鑄鐵是在無(wú)潤(rùn)滑、受磨料磨損的條件下工作，例如軋 錕、犁鏵、拋丸機(jī)葉片、球磨機(jī)磨球等，這類鑄鐵眼球摩 擦系數(shù)要大。 （一）減摩鑄鐵 減摩鑄鐵的組織一般為軟基體上分布有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。軟

24、基體在磨損后形成的溝槽可保持油膜，有利于潤(rùn)滑；同時(shí) 堅(jiān)硬的強(qiáng)化相可承受摩擦。細(xì)層珠光體灰鑄鐵就能滿足這 一要求，其中鐵素體為軟基體，滲碳體為堅(jiān)硬的強(qiáng)化相， 同時(shí)石墨也起貯油和潤(rùn)滑作用。 進(jìn)一步提高減摩類鑄鐵的耐磨性的途徑主要是合金化和孕 育處理，常用的合金元素為Cu、Mo、稀土、Mn、Si、P、 Cr、Ti等，常用的孕育劑為硅鐵合金。 目前生產(chǎn)中常用的合金減摩鑄鐵有：高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄 鐵、鉻鉬銅鑄鐵、鉻銅鑄鐵、鈧銅鑄鐵、銅鈧鈦鑄鐵、稀 土鈧鈦鑄鐵等。 （二）抗磨鑄鐵 通常金相組織應(yīng)為萊氏體、貝氏體或馬氏體。 抗磨白口鑄鐵是在普通白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入適量的Cr、 Mo、Cu、W、Ni、Mn等合

25、金元素形成。 抗磨白口鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母“KmTB”表示，后面 為合金元素及其含量。 抗磨白口鑄鐵在鑄態(tài)下的硬度都高于46HRC，淬火后硬度 還可進(jìn)一步提高，適用于在磨料磨損條件下工作。 含錳量為5.0%9.5%、含硅量為3.3%5.0%的中錳球墨鑄 鐵，其鑄態(tài)組織為馬氏體、奧氏體、碳化物和球狀石墨， 它除了具有良好的抗磨性能外，還具有較好的韌性與強(qiáng)度， 適用于制造在沖擊載荷和磨損條件下工作的零件。 二、耐熱合金鑄鐵 （一）鑄鐵的耐熱性 鑄鐵的耐熱性 指鑄鐵在高溫下抗氧化和抗熱生長(zhǎng)的能力。 熱生長(zhǎng)是指普通鑄鐵加熱到450以上，隨著加熱溫度的 提高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)以及反復(fù)加熱次數(shù)的增多，除了在 鑄鐵表面發(fā)生氧化外，鑄鐵在每次加熱冷卻后其體積都發(fā) 生膨脹的現(xiàn)象。 鑄鐵發(fā)生熱長(zhǎng)大的結(jié)果使鑄鐵強(qiáng)度降低，組織變松發(fā)脆， 從而引起微裂紋，導(dǎo)致鑄件失效。 熱生長(zhǎng)的原因 鑄鐵產(chǎn)生熱生長(zhǎng)的原因主要不是由于石墨化的緣故，而是 鑄鐵的內(nèi)氧化引起的。 內(nèi)氧化是指空氣中的氧氣通過(guò)石墨的邊界或微小裂紋滲入 到鑄鐵內(nèi)部與鐵和石墨發(fā)生化學(xué)作用（氧與鐵作用生成不 致密的氧化物，氧與石墨作用會(huì)產(chǎn)生氣體）。 工