工程材料第八章鑄鐵

1、王金星王金星材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院郵箱：郵箱：電話：電話ngineering Materialshttp:/ 3C C）形式存在的鑄鐵。）形式存在的鑄鐵?；铱阼T鐵：灰口鑄鐵：碳主要以石墨（碳主要以石墨（G G）形式存在的鑄鐵。）形式存在的鑄鐵。麻口鑄鐵：麻口鑄鐵：介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間鑄鐵。介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間鑄鐵。本章介紹灰口鑄鐵本章介紹灰口鑄鐵。硬而脆，很少用做零件，作原料用（生鐵）硬而脆，很少用做零件，作原料用（生鐵）。猜想分類依據(jù)是猜想分類依據(jù)是？第八章鑄鐵第八章鑄鐵滲碳體滲碳體（FeFe3 3C C）石墨石墨（G G）or一、一、Fe

2、-CFe-C和和Fe-FeFe-Fe3 3C C雙重相圖雙重相圖ABCENGSPKQJH溫度（溫度（）wC（%）Fe6.69KFFDECPSL +G( +Fe3C) +G( +Fe3C)L+ + L+ G(L+Fe3C)FeFeFeFe3 3C C和和FeFeC C雙重相圖雙重相圖8.18.1鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化二、鑄鐵的石墨化過程二、鑄鐵的石墨化過程1 1、冷卻（結(jié)晶）時(shí)的石墨化過程、冷卻（結(jié)晶）時(shí)的石墨化過程 從液相中析出石墨從液相中析出石墨 L GL G L L + G + G （共晶反應(yīng)）（共晶反應(yīng)） 從奧氏體中析出石墨從奧氏體中析出石墨 G G 由共析反應(yīng)生成石墨由共析反應(yīng)生成石

3、墨 + G + G2 2、加熱時(shí)的石墨化過程、加熱時(shí)的石墨化過程 FeFe3 3C C 3Fe + C 3Fe + C 鑄鐵石墨化過程的兩個(gè)階段：鑄鐵石墨化過程的兩個(gè)階段： 第一階段石墨化：第一階段石墨化：發(fā)生在發(fā)生在P P S S K K 線以上的石墨化過程。線以上的石墨化過程。 第二階段石墨化：第二階段石墨化：發(fā)生在發(fā)生在P P S S K K 線以下的石墨化過程。線以下的石墨化過程。8.18.1鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化三、鑄鐵組織的形成條件三、鑄鐵組織的形成條件按兩個(gè)階段石墨化進(jìn)行的程度不同，鑄鐵具有不同的組織。按兩個(gè)階段石墨化進(jìn)行的程度不同，鑄鐵具有不同的組織。8.18.1鑄鐵的石墨化

4、鑄鐵的石墨化鑄鐵的組織與石墨化進(jìn)行程度之間的關(guān)系鑄鐵的組織與石墨化進(jìn)行程度之間的關(guān)系名稱名稱石墨化程度石墨化程度組織組織第一階段第一階段第二階段第二階段灰口鑄鐵灰口鑄鐵完全石墨化完全石墨化完全石墨化完全石墨化F FG G完全石墨化完全石墨化部分石墨化部分石墨化F FP PG G完全石墨化完全石墨化未石墨化未石墨化P PG G麻口鑄鐵麻口鑄鐵部分石墨化部分石墨化未石墨化未石墨化LdLd P PG G白口鑄鐵白口鑄鐵未石墨化未石墨化未石墨化未石墨化LdLd P PFeFe3 3C C灰口鑄鐵的類別：灰口鑄鐵的類別： 按石墨的形態(tài)，灰口鑄鐵分為四類：按石墨的形態(tài)，灰口鑄鐵分為四類：灰鑄鐵：灰鑄鐵：石

5、墨呈片狀石墨呈片狀灰口鑄鐵灰口鑄鐵蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn) 一般來說，白口鑄鐵、麻口鑄鐵使用不多，一般來說，白口鑄鐵、麻口鑄鐵使用不多，灰口鑄鐵灰口鑄鐵應(yīng)用較多一些。應(yīng)用較多一些。 石墨狀態(tài)主要受鑄鐵的石墨狀態(tài)主要受鑄鐵的化學(xué)成分化學(xué)成分及及工藝過程工藝過程影響，片狀、影響，片狀、球狀和蠕蟲狀在鑄造后即可形成，團(tuán)絮狀由白口鐵退火得來。球狀和蠕蟲狀在鑄造后即可形成，團(tuán)絮狀由白口鐵退火得來?；铱阼T鐵的組織：灰口鑄鐵的組織：組織特征：組織

6、特征：鋼基體上分布著不同形態(tài)的石墨。鋼基體上分布著不同形態(tài)的石墨。 F FG G鋼基體（鐵素體）和石墨鋼基體（鐵素體）和石墨 F FP PG G鋼基體（鐵素體珠光體）和石墨鋼基體（鐵素體珠光體）和石墨 P PG G鋼基體（珠光體）和石墨鋼基體（珠光體）和石墨灰口鑄鐵的性能：灰口鑄鐵的性能：主要取決于石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量。主要取決于石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量。灰鑄鐵（灰鑄鐵（G G片片）球墨鑄鐵（球墨鑄鐵（G G球）球）蠕墨鑄鐵（蠕墨鑄鐵（G G蠕蟲）蠕蟲）可鍛鑄鐵（可鍛鑄鐵（G G團(tuán)絮）團(tuán)絮）灰鑄鐵（灰鑄鐵（G G片片）球墨鑄鐵（球墨鑄鐵（G G球球）蠕墨鑄鐵（蠕墨鑄鐵（G G蠕蟲蠕蟲）可鍛鑄鐵

7、（可鍛鑄鐵（G G團(tuán)絮團(tuán)絮）四種灰口鐵對(duì)比四種灰口鐵對(duì)比P+FP+F基底基底一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵 最便宜，應(yīng)用最廣泛，最便宜，應(yīng)用最廣泛，80%80%以上。以上。1 1、灰鑄鐵的牌號(hào)、灰鑄鐵的牌號(hào)HTHT?！癏T”HT”表示表示“灰鐵灰鐵”，“”表示最低抗拉強(qiáng)度表示最低抗拉強(qiáng)度值。值。 例：例：HT 2 0 0 8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)“灰鐵灰鐵”的漢語拼音字頭的漢語拼音字頭表示該灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度值不小于表示該灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度值不小于200MPa200MPa2 2、灰鑄鐵的性能特點(diǎn)、灰鑄鐵的性能特點(diǎn) 力學(xué)性能低力學(xué)性能低 片狀石墨對(duì)鋼基體的分割作用大，尖端形

8、片狀石墨對(duì)鋼基體的分割作用大，尖端形成應(yīng)力集中。成應(yīng)力集中。 耐磨性和減振性好耐磨性和減振性好 石墨的存在，有利于潤滑和貯油、吸收振動(dòng)能量，減震石墨的存在，有利于潤滑和貯油、吸收振動(dòng)能量，減震性優(yōu)于碳鋼。性優(yōu)于碳鋼。 工藝性能好工藝性能好 熔點(diǎn)低，熔點(diǎn)低，液態(tài)流動(dòng)性好，易于澆注，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄液態(tài)流動(dòng)性好，易于澆注，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件；切削時(shí)易斷屑（切削性能優(yōu)于鋼）。件；切削時(shí)易斷屑（切削性能優(yōu)于鋼）。8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)4 4、應(yīng)用、應(yīng)用機(jī)床床身、底座、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等。機(jī)床床身、底座、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等。3 3、孕育處理、孕育處理 加孕育劑（變質(zhì)劑）：硅鐵合

9、金、硅鈣合加孕育劑（變質(zhì)劑）：硅鐵合金、硅鈣合金，結(jié)晶核心多，石墨片尺寸更小更均勻。金，結(jié)晶核心多，石墨片尺寸更小更均勻。二、球墨鑄鐵二、球墨鑄鐵 改變石墨形態(tài)來提高力學(xué)性能。澆鑄前加球化劑和孕育劑，經(jīng)過球化處理和孕育處理得到。 球化劑：鎂、稀土、稀土鎂。1 1、球墨鑄鐵的牌號(hào)、球墨鑄鐵的牌號(hào) QTQT?！癚T”QT”表示表示“球鐵球鐵”，“”表示最低抗拉表示最低抗拉強(qiáng)度值，強(qiáng)度值，“”表示最低延伸率。表示最低延伸率。 例：例：QT 5 0 005“球鐵球鐵”的漢語拼音字頭的漢語拼音字頭表示該球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度不低于表示該球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度不低于500MPa500MPa表示該球墨鑄鐵的延伸率不

10、低于表示該球墨鑄鐵的延伸率不低于5%5%8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)2 2、球墨鑄鐵的性能特點(diǎn)（與灰鑄鐵相比）、球墨鑄鐵的性能特點(diǎn)（與灰鑄鐵相比） 力學(xué)性能高力學(xué)性能高球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞極限高、塑性和韌性好。球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞極限高、塑性和韌性好。 球狀石墨對(duì)鋼基體的分割作用減低至最小，鋼基體的連續(xù)性好，應(yīng)球狀石墨對(duì)鋼基體的分割作用減低至最小，鋼基體的連續(xù)性好，應(yīng)力集中減弱。力集中減弱。 減振性差減振性差 減震性不如灰口鐵。減震性不如灰口鐵。 鑄造性差鑄造性差3 3、應(yīng)用、應(yīng)用 一定條件下可替代鑄鋼、鍛鋼，用以受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨一定條件

11、下可替代鑄鋼、鍛鋼，用以受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸閥門、汽車后橋殼等。的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸閥門、汽車后橋殼等。三、蠕墨鑄鐵三、蠕墨鑄鐵 鐵液經(jīng)變質(zhì)處理和鐵液經(jīng)變質(zhì)處理和和孕育處理得到。和孕育處理得到。 變質(zhì)元素（蠕化劑）：稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵鎂合金、稀變質(zhì)元素（蠕化劑）：稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵鎂合金、稀土鈣鐵合金等。土鈣鐵合金等。 1 1、蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、蠕墨鑄鐵的牌號(hào) RuTRuT?！癛uT”RuT”表示表示“蠕鐵蠕鐵”，“”表示最低抗拉強(qiáng)度表示最低抗拉強(qiáng)度值。值。2 2、球墨鑄鐵的性能特點(diǎn)、球墨鑄鐵的性能特點(diǎn) 力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間力學(xué)

12、性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間 強(qiáng)度和韌性高于灰鑄鐵，不如球墨鑄鐵；耐磨性較好；減振能力優(yōu)強(qiáng)度和韌性高于灰鑄鐵，不如球墨鑄鐵；耐磨性較好；減振能力優(yōu)于球墨鑄鐵。于球墨鑄鐵。蠕蟲狀石墨的頭部鈍而圓，對(duì)基體分割作用較灰鑄鐵有明顯降低。蠕蟲狀石墨的頭部鈍而圓，對(duì)基體分割作用較灰鑄鐵有明顯降低。8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn) 工藝性能介于球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間工藝性能介于球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間 鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵接近。鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵接近。 導(dǎo)熱性能接近灰鑄鐵導(dǎo)熱性能接近灰鑄鐵 高溫強(qiáng)度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰鑄鐵。高溫強(qiáng)度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰鑄鐵。

13、適于制造承受交變熱負(fù)荷的零件。適于制造承受交變熱負(fù)荷的零件。8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)四、可鍛鑄鐵四、可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的獲得：可鍛鑄鐵的獲得： 獲得白口鑄鐵；獲得白口鑄鐵；白口鑄鐵石墨化。白口鑄鐵石墨化?？慑戣T鐵在加熱時(shí)通過可鍛鑄鐵在加熱時(shí)通過FeFe3 3C C的石墨化而獲得。的石墨化而獲得。灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵在冷卻時(shí)通過析出石墨而獲得?；诣T鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵在冷卻時(shí)通過析出石墨而獲得。1 1、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、可鍛鑄鐵的牌號(hào) KTHKTH?！癒TH”KTH”表示表示“可鐵黑可鐵黑”，稱黑心可鍛鑄鐵，稱黑心可鍛鑄鐵，以鐵素體為基體。以鐵素體為基體

14、。 KTZKTZ?！癒TZ”KTZ”表示表示“可鐵珠可鐵珠”，稱珠光體可鍛鑄鐵，稱珠光體可鍛鑄鐵，以珠光體為基體。以珠光體為基體。2 2、可鍛鑄鐵的性能特點(diǎn)、可鍛鑄鐵的性能特點(diǎn) 性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，耐蝕性較好，但生產(chǎn)效率低。性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，耐蝕性較好，但生產(chǎn)效率低。8.28.2常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn)常用鑄鐵的牌號(hào)和性能特點(diǎn) 鑄鐵熱處理的目的：鑄鐵熱處理的目的： 改變鋼基體的組織，改善鑄鐵性能；改變鋼基體的組織，改善鑄鐵性能；消除鑄件應(yīng)力。消除鑄件應(yīng)力。 特別提示：特別提示： 熱處理只能改變鋼基體的組織，不能改變石墨的形態(tài)及分布熱處理只能改變鋼基體的組織，不能改變石墨的

15、形態(tài)及分布片狀或球狀的石墨不會(huì)因熱處理而變成其他的形狀。片狀或球狀的石墨不會(huì)因熱處理而變成其他的形狀。石墨的尺寸不會(huì)因熱處理而增大或減小。石墨的尺寸不會(huì)因熱處理而增大或減小。石墨的分布不會(huì)因熱處理而改變。石墨的分布不會(huì)因熱處理而改變。 灰鑄鐵不適合采用強(qiáng)化型（如淬火）熱處理灰鑄鐵不適合采用強(qiáng)化型（如淬火）熱處理 灰鑄鐵中石墨呈片狀，對(duì)基體的分割作用很大，即使進(jìn)行強(qiáng)化型灰鑄鐵中石墨呈片狀，對(duì)基體的分割作用很大，即使進(jìn)行強(qiáng)化型熱處理也難以獲得明顯的效果。熱處理也難以獲得明顯的效果。球墨鑄鐵適合采用與鋼相同的各種熱處理球墨鑄鐵適合采用與鋼相同的各種熱處理 球墨鑄鐵中石墨呈球狀，對(duì)基體的分割作用小，因

16、此通過熱處理球墨鑄鐵中石墨呈球狀，對(duì)基體的分割作用小，因此通過熱處理可顯著改善其力學(xué)性能?？娠@著改善其力學(xué)性能。8.38.3鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理一、時(shí)效處理一、時(shí)效處理目的：目的：釋放鑄件應(yīng)力。釋放鑄件應(yīng)力。工藝：工藝：人工時(shí)效：人工時(shí)效：將鑄件加熱到將鑄件加熱到500500560560 C C保溫后隨爐冷卻。保溫后隨爐冷卻。自然時(shí)效：自然時(shí)效：將鑄件放在室外將鑄件放在室外6 61818個(gè)月，使應(yīng)力自然釋放。個(gè)月，使應(yīng)力自然釋放。人工時(shí)效是目前生產(chǎn)中最常用的方法。人工時(shí)效是目前生產(chǎn)中最常用的方法。二、消除白口退火二、消除白口退火目的：目的：消除白口組織。消除白口組織。 鑄件表面或薄壁處在鑄

17、造過程中會(huì)因冷卻速度過快而出現(xiàn)白口組鑄件表面或薄壁處在鑄造過程中會(huì)因冷卻速度過快而出現(xiàn)白口組織，其硬度很高，給切削加工帶來困難，必須予以消除。織，其硬度很高，給切削加工帶來困難，必須予以消除。 工藝：工藝：加熱溫度：加熱溫度：880880900900 C C。 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間：1 12h2h。 冷卻方式：冷卻方式：保溫后緩慢冷卻至保溫后緩慢冷卻至400400500500 C C后出爐空冷。后出爐空冷。8.38.3鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理三、表面熱處理三、表面熱處理 目的：目的：提高鑄件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。提高鑄件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。 工藝：工藝：感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面

18、淬火 激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火 滲氮、滲金屬滲氮、滲金屬四、球墨鑄鐵的熱處理四、球墨鑄鐵的熱處理1 1、退火、退火 目的：目的：提高球墨鑄鐵件的韌性。提高球墨鑄鐵件的韌性。工藝：工藝：880880900900 C C加熱保溫后，爐冷至加熱保溫后，爐冷至600600 C C出爐空冷。出爐空冷。 適應(yīng)的鑄件：適應(yīng)的鑄件：含有白口組織的鑄件。含有白口組織的鑄件。 退火后的組織：退火后的組織：F FG G球球 700700760760 C C加熱保溫后，爐冷至加熱保溫后，爐冷至600600 C C出爐空冷。出爐空冷。 適應(yīng)的鑄件：適應(yīng)的鑄件：組織為組織為F FP PG G球球的鑄件。的鑄件。 退火后的組織：退火后的組織：F FG G球球8.38.3鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理2 2、正火、正火 目的：目的：將基體轉(zhuǎn)換為細(xì)珠光體組織，以提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。將基體轉(zhuǎn)換為細(xì)珠光體組織，以提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。工藝：工藝：850850900900 C C加熱保溫后出爐空冷。加熱保溫后出爐空冷。 適應(yīng)的鑄件：適應(yīng)的鑄件：組織為組織為F