鑄鐵教學(xué)課件

1、第六章第六章 鑄鑄 鐵鐵 1.1.概述概述 鑄鐵是指由鐵、碳、硅組成的合金系的總稱(chēng)。其含碳鑄鐵是指由鐵、碳、硅組成的合金系的總稱(chēng)。其含碳量超過(guò)了在共晶溫度時(shí)奧氏體的飽和含碳量。鑄鐵與鋼的量超過(guò)了在共晶溫度時(shí)奧氏體的飽和含碳量。鑄鐵與鋼的主要區(qū)別在于鑄鐵比碳鋼含碳和硅更高，且硫、磷等雜質(zhì)主要區(qū)別在于鑄鐵比碳鋼含碳和硅更高，且硫、磷等雜質(zhì)含量也較高。常用鑄鐵含量也較高。常用鑄鐵具有良好的鑄造性能、耐磨性、減具有良好的鑄造性能、耐磨性、減震性、切削加工性等，且制造容易、價(jià)格便宜。震性、切削加工性等，且制造容易、價(jià)格便宜。 2.2.鑄鐵的分類(lèi)鑄鐵的分類(lèi) 鑄鐵中的碳除少量可熔于鐵素體外鑄鐵中的碳除少量可

2、熔于鐵素體外, ,其余部分因結(jié)晶條其余部分因結(jié)晶條件不同，可以形成件不同，可以形成滲碳體滲碳體或。或。 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式，鑄鐵可分為三類(lèi)根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式，鑄鐵可分為三類(lèi) ： 2 2）白口鑄鐵）白口鑄鐵 碳主要以滲碳體存在，斷口呈白亮色，碳主要以滲碳體存在，斷口呈白亮色，其性能硬而脆，切削加工困難，很少直接使用。但可以用其性能硬而脆，切削加工困難，很少直接使用。但可以用作表面要求高耐磨性的零件，如氣門(mén)挺桿、球磨機(jī)磨球、作表面要求高耐磨性的零件，如氣門(mén)挺桿、球磨機(jī)磨球、軋輥等。軋輥等。 3 3）麻口鑄鐵）麻口鑄鐵 碳一部分以石墨存在，另一部分以滲碳一部分以石墨存在，另一部分以滲碳體

3、存在，斷口呈黑白相間，這類(lèi)鑄鐵脆性較大，所以很碳體存在，斷口呈黑白相間，這類(lèi)鑄鐵脆性較大，所以很少使用。少使用。 1 1）灰口鑄鐵）灰口鑄鐵 碳全部或大部分以石墨存在于鑄鐵中，碳全部或大部分以石墨存在于鑄鐵中，斷口呈灰黑色。是工業(yè)上最常用的鑄鐵，按石墨存在的形斷口呈灰黑色。是工業(yè)上最常用的鑄鐵，按石墨存在的形式又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。如圖式又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。如圖6-16-1所示。所示。 3. 3.石墨在鑄鐵中的作用石墨在鑄鐵中的作用 鑄鐵性能和使用價(jià)值與碳的存在形式有著密切聯(lián)系。常鑄鐵性能和使用價(jià)值與碳的存在形式有著密切聯(lián)系。常用鑄鐵中碳主要以石墨

4、的形式存在，用符號(hào)用鑄鐵中碳主要以石墨的形式存在，用符號(hào)“g”g”表示表示, ,其強(qiáng)其強(qiáng)度（度（b b=20mpa=20mpa）、硬度（）、硬度（3 35hbs5hbs）、）、塑性（塑性（00）、）、韌性韌性都很低，石墨具有不明顯的金屬特性（如導(dǎo)電性）。都很低，石墨具有不明顯的金屬特性（如導(dǎo)電性）。 常用鑄鐵的性能與其組織具有密切關(guān)系，其組織可以常用鑄鐵的性能與其組織具有密切關(guān)系，其組織可以看成是由鋼的基體與不同形狀、數(shù)量、大小及分布的石墨看成是由鋼的基體與不同形狀、數(shù)量、大小及分布的石墨組成，鑄鐵中石墨的存在使力學(xué)性能下降，一般鑄鐵的抗組成，鑄鐵中石墨的存在使力學(xué)性能下降，一般鑄鐵的抗拉強(qiáng)度

5、、硬度、屈服點(diǎn)、塑性、韌性比鋼低（但抗壓強(qiáng)度拉強(qiáng)度、硬度、屈服點(diǎn)、塑性、韌性比鋼低（但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)），與鋼相當(dāng)），不能鍛造不能鍛造。石墨的含量越多，越粗大，分布。石墨的含量越多，越粗大，分布越不均勻，石墨的邊緣部位越尖銳，鑄鐵力學(xué)性能越差。越不均勻，石墨的邊緣部位越尖銳，鑄鐵力學(xué)性能越差。但是它的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如良但是它的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如良好的鑄造性能、切削加工性能、良好的減振性和減磨性等好的鑄造性能、切削加工性能、良好的減振性和減磨性等以及缺口敏感性。以及缺口敏感性。4.4.鑄鐵的石墨化及影響因素鑄鐵的石墨化及影響因素 1 1）石墨化過(guò)程）

6、石墨化過(guò)程 鑄鐵中石墨的形成過(guò)程鑄鐵中石墨的形成過(guò)程, ,稱(chēng)為稱(chēng)為石墨化石墨化。鑄鐵結(jié)晶過(guò)程中，。鑄鐵結(jié)晶過(guò)程中，石墨化若能充分進(jìn)行或大部分進(jìn)行，則能獲得灰口鑄，反石墨化若能充分進(jìn)行或大部分進(jìn)行，則能獲得灰口鑄，反之將會(huì)得到白口鑄鐵。之將會(huì)得到白口鑄鐵。 鐵碳合金結(jié)晶時(shí)，碳更易形成滲碳體，但在具有足夠鐵碳合金結(jié)晶時(shí)，碳更易形成滲碳體，但在具有足夠擴(kuò)散時(shí)間的條件下，碳也會(huì)以石墨析出。石墨還可以通過(guò)擴(kuò)散時(shí)間的條件下，碳也會(huì)以石墨析出。石墨還可以通過(guò)滲碳體在高溫下分解獲得。滲碳體在高溫下分解獲得。 石墨化過(guò)程分三階段：高溫石墨化，從液相中析出石墨化過(guò)程分三階段：高溫石墨化，從液相中析出石墨（石墨（g

7、+ g共晶共晶）；）； 中溫石墨化，指共晶和共析溫度之中溫石墨化，指共晶和共析溫度之間，從奧氏體中析出的二次石墨間，從奧氏體中析出的二次石墨（ g ）；低溫石墨化，）；低溫石墨化，是指共析轉(zhuǎn)變及以后析出的石墨是指共析轉(zhuǎn)變及以后析出的石墨（g共析共析）。）。 石墨化過(guò)程是原子的擴(kuò)散過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，上述石墨化過(guò)程是原子的擴(kuò)散過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，上述三個(gè)階段不一定都充分進(jìn)行，其中三個(gè)階段不一定都充分進(jìn)行，其中 階段溫度較高，碳階段溫度較高，碳原子的擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化容易進(jìn)行。按這三個(gè)階段石墨原子的擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化容易進(jìn)行。按這三個(gè)階段石墨化程度不同灰口鑄鐵的化程度不同灰口鑄鐵的基體組織基體組織

8、會(huì)不同，如有會(huì)不同，如有f、f+p、p 除上述三個(gè)階段石墨化外，生產(chǎn)中將白口鑄鐵在高溫下除上述三個(gè)階段石墨化外，生產(chǎn)中將白口鑄鐵在高溫下退火，也能使?jié)B碳體分解獲得石墨。這也是生產(chǎn)可鍛鑄鐵的退火，也能使?jié)B碳體分解獲得石墨。這也是生產(chǎn)可鍛鑄鐵的方法。方法。 2）影響石墨化的因素）影響石墨化的因素 化學(xué)成分化學(xué)成分 碳和硅是碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，而硫、石墨化的元素，而硫、錳是錳是阻礙阻礙石墨化的元素。磷是微弱促進(jìn)石墨化的元素，但石墨化的元素。磷是微弱促進(jìn)石墨化的元素，但會(huì)使鑄鐵脆性增大，要嚴(yán)格控制磷的含量。會(huì)使鑄鐵脆性增大，要嚴(yán)格控制磷的含量。 冷卻速度冷卻速度 緩慢冷卻時(shí)碳原子擴(kuò)散

9、充分，易形成穩(wěn)定緩慢冷卻時(shí)碳原子擴(kuò)散充分，易形成穩(wěn)定的石墨，即有利于石墨化。鑄造生產(chǎn)中凡影響冷卻速度的的石墨，即有利于石墨化。鑄造生產(chǎn)中凡影響冷卻速度的因素均對(duì)石墨化有影響。如鑄件壁越厚，鑄型材料的導(dǎo)熱因素均對(duì)石墨化有影響。如鑄件壁越厚，鑄型材料的導(dǎo)熱性越差，越有利于石墨化。性越差，越有利于石墨化。 5.灰鑄鐵灰鑄鐵 1 1）化學(xué)成分、組織和性能化學(xué)成分、組織和性能 灰鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，灰鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能優(yōu)良，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。約占鑄鑄造性能優(yōu)良，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。約占鑄鐵總量的鐵總量的80%80%以上。以上。 化學(xué)成分一般為化學(xué)成分一般為 c c= =（

10、2.72.73.63.6）% %；si si =(1.0=(1.02.52.5 ) ) % %；mn mn =(0.5=(0.51.3)%1.3)%； p p 0.3%0.3%；s 0.15%s 0.15%。 組織特征組織特征是是片狀片狀石墨分布于鋼的基體上。有以下三種：石墨分布于鋼的基體上。有以下三種：f+g片片 ； p+f+ g片片； p+ g片片 ； 灰鑄鐵的灰鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于石墨的形狀、大小及分力學(xué)性能主要取決于石墨的形狀、大小及分布狀態(tài)，同時(shí)也與基體組織有關(guān)布狀態(tài)，同時(shí)也與基體組織有關(guān)。由于石墨的力學(xué)性能幾。由于石墨的力學(xué)性能幾乎等于零，所以灰鑄鐵的力學(xué)性能明顯低于鋼，也低于

11、其乎等于零，所以灰鑄鐵的力學(xué)性能明顯低于鋼，也低于其它鑄鐵件。又因其性能與基體組織有關(guān)，具有珠光體基體它鑄鐵件。又因其性能與基體組織有關(guān)，具有珠光體基體的灰鑄鐵強(qiáng)度較高。因其的灰鑄鐵強(qiáng)度較高。因其抗壓強(qiáng)度較高抗壓強(qiáng)度較高，約為抗拉強(qiáng)度的，約為抗拉強(qiáng)度的34倍，所以灰鑄鐵適宜制造承受簡(jiǎn)單壓力的構(gòu)件，如倍，所以灰鑄鐵適宜制造承受簡(jiǎn)單壓力的構(gòu)件，如機(jī)床機(jī)床床身、底座、支柱等。床身、底座、支柱等。 2）灰鑄鐵的）灰鑄鐵的孕育孕育處理處理 在鑄鐵液中在鑄鐵液中加入加入少量的少量的孕育劑孕育劑（即加入含質(zhì)量（即加入含質(zhì)量4%的硅的硅鐵或硅鈣合金）以形成大量的晶核，獲得極為細(xì)小的片狀石鐵或硅鈣合金）以形成大

12、量的晶核，獲得極為細(xì)小的片狀石墨和珠光體基體。經(jīng)過(guò)這樣墨和珠光體基體。經(jīng)過(guò)這樣處理后處理后的鑄鐵稱(chēng)為的鑄鐵稱(chēng)為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。3）灰鑄鐵的牌號(hào)）灰鑄鐵的牌號(hào) 如：如： ht200“灰鐵灰鐵”字漢語(yǔ)字漢語(yǔ)拼音首字母拼音首字母bmin=200mpa其性能和用途，詳見(jiàn)教材其性能和用途，詳見(jiàn)教材p91表表6-1 4）灰鑄鐵的熱處理）灰鑄鐵的熱處理 只能改變基體組織，不能改變石墨的形狀、數(shù)量、只能改變基體組織，不能改變石墨的形狀、數(shù)量、大小和分布。主要作用是消除應(yīng)力、改善切削加工性、大小和分布。主要作用是消除應(yīng)力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等，分別有去應(yīng)力退火、消除提高表面的硬度和耐磨性等

13、，分別有去應(yīng)力退火、消除白口、降低硬度退火，表面淬火。白口、降低硬度退火，表面淬火。 6.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是指鑄鐵液經(jīng)過(guò)球墨鑄鐵是指鑄鐵液經(jīng)過(guò)球化處理球化處理，使石墨全部或，使石墨全部或大部分呈大部分呈球狀球狀分布的鑄鐵。分布的鑄鐵。 球化處理方法是在澆注前的鑄鐵液中加入一定量的球化處理方法是在澆注前的鑄鐵液中加入一定量的球化劑和孕育劑球化劑和孕育劑 ，以改變石墨的結(jié)晶條件，促使石墨形，以改變石墨的結(jié)晶條件，促使石墨形成球狀。成球狀。 1）化學(xué)成分、組織和性能化學(xué)成分、組織和性能 為保證獲得數(shù)量較多、形為保證獲得數(shù)量較多、形狀圓整、分布均勻的球狀石墨，球墨鑄鐵中碳和硅的含狀圓整、分布

14、均勻的球狀石墨，球墨鑄鐵中碳和硅的含量一般高于灰鑄鐵，量一般高于灰鑄鐵， 其中其中c c= =（3.6 3.6 3.9 ）% %； si si =(2.0=(2.03.13.1 ) ) % %； mn mn =(0.6=(0.60.3)%0.3)%；p p 0.1%0.1%；s 0.07%s 0.07%。 組織特征組織特征是鋼的基體分布著球狀石墨，鑄態(tài)下基體是是鋼的基體分布著球狀石墨，鑄態(tài)下基體是由鐵素體和珠光體組成的。通過(guò)熱處理可獲得以下不同由鐵素體和珠光體組成的。通過(guò)熱處理可獲得以下不同組織：組織： f+g球球 ； f + p + g球球； p+ g球球； b下下+ g球球。 球墨鑄鐵的球

15、墨鑄鐵的力學(xué)性能力學(xué)性能比灰鑄鐵高得多，珠光體、貝比灰鑄鐵高得多，珠光體、貝氏體球墨鑄鐵的力學(xué)性能可與鋼媲美，特別是強(qiáng)度與鋼氏體球墨鑄鐵的力學(xué)性能可與鋼媲美，特別是強(qiáng)度與鋼接近，屈強(qiáng)比達(dá)到接近，屈強(qiáng)比達(dá)到0.70.8，比碳鋼高；塑性和韌性比灰，比碳鋼高；塑性和韌性比灰鑄鐵好，但比鋼差。鑄鐵好，但比鋼差。 常用球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見(jiàn)常用球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見(jiàn)p93表表 6-2。 球墨鑄鐵仍具有良好的鑄造性能、減振性、減摩球墨鑄鐵仍具有良好的鑄造性能、減振性、減摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但與灰鑄鐵相性、低的缺口敏感性、切削加工性等，但與灰鑄鐵相比存在收縮率大、流動(dòng)性稍

16、差、白口傾向大等缺陷。比存在收縮率大、流動(dòng)性稍差、白口傾向大等缺陷。2）球墨鑄鐵的牌號(hào)）球墨鑄鐵的牌號(hào) 如如qt600-3“球鐵球鐵”字漢字漢語(yǔ)拼音首字母語(yǔ)拼音首字母bmin=600mpa min=3%3）球墨鑄鐵的熱處理）球墨鑄鐵的熱處理 退火退火 目的是為了獲得鐵素體基體，提高塑性和韌性。目的是為了獲得鐵素體基體，提高塑性和韌性。根據(jù)鑄造組織不同，采用的退火方法有：去應(yīng)力退火、根據(jù)鑄造組織不同，采用的退火方法有：去應(yīng)力退火、低溫退火、高溫退火。低溫退火、高溫退火。 正火正火 目的是為了增加基體組織中的珠光體的數(shù)量，細(xì)目的是為了增加基體組織中的珠光體的數(shù)量，細(xì)化組織，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨

17、性。正火后常采化組織，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性。正火后常采用消除應(yīng)力的回火。用消除應(yīng)力的回火。 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 目的是為了得到回火索氏體基體，以獲得較高的目的是為了得到回火索氏體基體，以獲得較高的綜合力學(xué)性能。綜合力學(xué)性能。低溫正火（不完全奧氏體化正火）低溫正火（不完全奧氏體化正火）高溫正火（完全奧氏體化正火）高溫正火（完全奧氏體化正火） 等溫淬火等溫淬火 目的是為了得到下貝氏體基體，使其具有高硬度、目的是為了得到下貝氏體基體，使其具有高硬度、高強(qiáng)度和較好的韌性。高強(qiáng)度和較好的韌性。 7. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 1）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)）可鍛鑄鐵的生產(chǎn) 一般是先澆注成白口鑄鐵，一般是先澆注成白口鑄鐵

18、，然后通過(guò)高溫石墨化退火使?jié)B碳體分解得到然后通過(guò)高溫石墨化退火使?jié)B碳體分解得到團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀石墨。石墨。根據(jù)退火工藝不同可得鐵素體基體可鍛鑄鐵和珠光體基根據(jù)退火工藝不同可得鐵素體基體可鍛鑄鐵和珠光體基體可鍛鑄鐵。體可鍛鑄鐵。 2 2）可鍛鑄鐵的）可鍛鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能化學(xué)成分、組織和性能 為保證澆為保證澆注后獲得全部白口組織可鍛鑄鐵的含碳和硅量一般較低注后獲得全部白口組織可鍛鑄鐵的含碳和硅量一般較低c c= =（2.22.22.82.8）% %； si si =(1.0=(1.01.81.8 ) ) % %；mn mn =(0.4=(0.41.2)%1.2)%； p p 0.2%0.2%

19、； s 0.18% s 0.18%。 根據(jù)石墨化退火工藝不同，可分鐵素體基體和珠光根據(jù)石墨化退火工藝不同，可分鐵素體基體和珠光基體的可鍛鑄鐵，鐵素體基體可鍛鑄鐵具有較好的塑性基體的可鍛鑄鐵，鐵素體基體可鍛鑄鐵具有較好的塑性和韌性；而珠光體基體可鍛鑄鐵具有較高的強(qiáng)度。但由和韌性；而珠光體基體可鍛鑄鐵具有較高的強(qiáng)度。但由于石墨化退火工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，所以其應(yīng)用受到于石墨化退火工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，所以其應(yīng)用受到限制。限制。 3 3）可鍛鑄鐵的牌號(hào)可鍛鑄鐵的牌號(hào)及及應(yīng)用應(yīng)用 如：如：“kth”kth”表示鐵素體可鍛鑄鐵；表示鐵素體可鍛鑄鐵；“ktz”ktz”表示珠光表示珠光體可鍛鑄鐵；體可鍛鑄鐵

20、； “ “ktz5504”ktz5504”“珠珠” 光體光體 “可可”鍛鑄鍛鑄“鐵鐵”字漢語(yǔ)拼字漢語(yǔ)拼音首字母音首字母bmin=550mpamin=4% 適用于制造薄壁、形狀復(fù)雜且要求有一定韌性的小型適用于制造薄壁、形狀復(fù)雜且要求有一定韌性的小型鑄件。如水管接頭、汽車(chē)后橋殼、輪轂、減速器殼、散熱鑄件。如水管接頭、汽車(chē)后橋殼、輪轂、減速器殼、散熱器進(jìn)水管等。器進(jìn)水管等。其力學(xué)性能及用途，見(jiàn)其力學(xué)性能及用途，見(jiàn)p95表表 6-3。 蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能 介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。而鑄造性能、減振性、導(dǎo)熱性?xún)?yōu)于球墨鑄鐵，切削加工而鑄造性能、減振性、導(dǎo)熱性?xún)?yōu)于球墨鑄鐵，切削加工性比灰鑄鐵差?；窘M織有鐵素體、鐵素體性比灰鑄鐵差?；窘M織有鐵素體、鐵素體-珠光體和珠珠光體和珠光體三種。光體三種。 石墨呈