工程材料學(xué)鑄鐵課件

1、工程材料學(xué)鑄鐵1第六章第六章 鑄鐵鑄鐵 一一 鑄鐵及其分類鑄鐵及其分類 概念概念：鑄鐵是碳含量大于鑄鐵是碳含量大于2.112.11 的鐵碳合金，并且還含有較多量的的鐵碳合金，并且還含有較多量的硅硅錳錳硫硫 磷元素磷元素o 鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，并具有許多優(yōu)良的使用性能便宜，并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，所以應(yīng)用非常廣泛，和工藝性能，所以應(yīng)用非常廣泛，是工程上最常用的金屬材料之一。是工程上最常用的金屬材料之一。 o 用于制造各種機(jī)器零件，如機(jī)床的用于制造各種機(jī)器零件，如機(jī)床的床身、床頭箱；發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、床身、床頭箱；發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)

2、、曲軸、凸輪軸；軋缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸；軋機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等。機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等。 箱體 啟動(dòng)閥 工程材料學(xué)鑄鐵2o 在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在： 固溶在固溶在f f、a a中中 化合物態(tài)的滲碳體化合物態(tài)的滲碳體(fe3c)(fe3c)， 游離態(tài)石墨（游離態(tài)石墨（g g）分類：分類：根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式（根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式（g or cemg or cem）分為）分為 白口鑄鐵白口鑄鐵-碳主要以游離碳化物的形式析出，斷碳主要以游離碳化物的形式析出，斷口呈銀白色口呈銀白色 灰口鑄鐵灰口鑄鐵-碳大部分或全部以石墨的形式析出，碳大部

3、分或全部以石墨的形式析出，斷口呈暗灰色斷口呈暗灰色 麻口鑄鐵麻口鑄鐵-碳部分以游離碳化物形式析出，部分碳部分以游離碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間以石墨形式析出，斷口灰、白色相間 工程材料學(xué)鑄鐵3 二二 復(fù)線鐵碳相圖復(fù)線鐵碳相圖 在鐵碳相圖中，碳可以化合態(tài)的滲碳體的形式和游離態(tài)的石墨在鐵碳相圖中，碳可以化合態(tài)的滲碳體的形式和游離態(tài)的石墨(g)(g)的形式存在。滲碳體具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。石墨具有特殊的的形式存在。滲碳體具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。石墨具有特殊的簡(jiǎn)單六方晶格，其底面碳原子呈六方網(wǎng)絡(luò)排列，原子間為共價(jià)鍵簡(jiǎn)單六方晶格，其底面碳原子呈六方網(wǎng)絡(luò)排列，原子間為共價(jià)鍵結(jié)合，間距?。?/p>

4、結(jié)合，間距?。?.421.42）結(jié)合力很強(qiáng)；底面層之間為分子鍵，面）結(jié)合力很強(qiáng)；底面層之間為分子鍵，面間距離大（間距離大（3.043.04），結(jié)合力弱，所以石墨的強(qiáng)度和硬度不高，），結(jié)合力弱，所以石墨的強(qiáng)度和硬度不高，韌性很低。石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖韌性很低。石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖 工程材料學(xué)鑄鐵4o滲碳體為亞穩(wěn)定相，在一定條件下滲碳體為亞穩(wěn)定相，在一定條件下能分解為鐵和石墨能分解為鐵和石墨（fefe3 3c3fe+gc3fe+g）; ; o石墨為穩(wěn)定相。所以在不同情況下，石墨為穩(wěn)定相。所以在不同情況下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的fe-fe-fefe3 3c c相圖，以及穩(wěn)定

5、平衡的鐵石相圖，以及穩(wěn)定平衡的鐵石墨相圖。即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)墨相圖。即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)合相圖，見(jiàn)圖。其中，實(shí)線表示合相圖，見(jiàn)圖。其中，實(shí)線表示fe-fefe-fe3 3c c相圖，虛線表示鐵碳合金相圖，虛線表示鐵碳合金. .究竟按哪種相圖變化，決定于其加究竟按哪種相圖變化，決定于其加熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質(zhì)熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質(zhì)（亞穩(wěn)定平衡還是穩(wěn)定平衡）。虛（亞穩(wěn)定平衡還是穩(wěn)定平衡）。虛線相圖的分析方法，與前面討論過(guò)線相圖的分析方法，與前面討論過(guò)的實(shí)線相圖完全相同。的實(shí)線相圖完全相同。工程材料學(xué)鑄鐵5 三鑄鐵的石墨化過(guò)程三鑄鐵的石墨化過(guò)程 石墨化石墨化-鑄鐵中碳原子析出并

6、形成石墨的過(guò)程。鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過(guò)程。 石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，也可以通石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，也可以通過(guò)滲碳體分解來(lái)獲得?；铱阼T鐵和球墨鑄鐵中的石過(guò)滲碳體分解來(lái)獲得?；铱阼T鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由墨主要從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高溫退火，由滲碳體的高溫分解白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高溫退火，由滲碳體的高溫分解來(lái)獲得。來(lái)獲得。 工程材料學(xué)鑄鐵6 按照鐵石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過(guò)程按照鐵石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過(guò)程（石墨化）分為（石墨化）分為三個(gè)階段三個(gè)階段。l第一階段石墨化第一階段石墨化 鑄鐵液

7、體結(jié)晶出一次石墨（過(guò)共晶鑄鐵）和鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過(guò)共晶鑄鐵）和在在 1154(ecf1154(ecf線線) ) 通過(guò)共晶反應(yīng)形通過(guò)共晶反應(yīng)形成共晶石墨，其反應(yīng)式為：成共晶石墨，其反應(yīng)式為： lcalcae e+g+g（共晶）（共晶）l第二階段石墨化第二階段石墨化 在在1154 1154 738738溫度范圍內(nèi)奧氏體沿溫度范圍內(nèi)奧氏體沿eses線析出二次石墨。線析出二次石墨。l第三階段石墨化第三階段石墨化 在在738 738 （pskpsk）通過(guò)共析反應(yīng)析出）通過(guò)共析反應(yīng)析出石墨，其反應(yīng)方程式為：石墨，其反應(yīng)方程式為： asfp+g(asfp+g(共析共析) ) 含含3 3的亞共晶鑄鐵石

8、墨相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過(guò)的亞共晶鑄鐵石墨相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過(guò)程如圖所示程如圖所示工程材料學(xué)鑄鐵7 四影響石墨化的主要因素四影響石墨化的主要因素 ( (一一) )溫度及冷卻速度溫度及冷卻速度 鑄鐵的結(jié)晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分?jǐn)U散，通常按鑄鐵的結(jié)晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分?jǐn)U散，通常按鐵石墨相圖進(jìn)行。碳以石墨的形式析出。當(dāng)冷速較快時(shí)，由液體析出鐵石墨相圖進(jìn)行。碳以石墨的形式析出。當(dāng)冷速較快時(shí)，由液體析出的是滲碳體而不是石墨，因?yàn)闈B碳體的含碳量（的是滲碳體而不是石墨，因?yàn)闈B碳體的含碳量（6 66969）比石墨（）比石墨（100100）更接近于合金的含碳量（）更接近于合金的含碳量（2

9、 25 54 40 0），析出滲碳體所需的碳原），析出滲碳體所需的碳原子擴(kuò)散量較少。在低溫（共晶反應(yīng)溫度）條件下，碳原子擴(kuò)散能力較差，子擴(kuò)散量較少。在低溫（共晶反應(yīng)溫度）條件下，碳原子擴(kuò)散能力較差，鑄鐵的石墨化過(guò)程往往難以進(jìn)行。鑄鐵的石墨化過(guò)程往往難以進(jìn)行。 鑄鐵加熱時(shí)，到鑄鐵加熱時(shí)，到550550以上，共析滲碳體開(kāi)始分解為石墨和鐵素體。加以上，共析滲碳體開(kāi)始分解為石墨和鐵素體。加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，分解越強(qiáng)烈。在共析溫度以下，二次滲碳熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，分解越強(qiáng)烈。在共析溫度以下，二次滲碳體體共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石墨。共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石

10、墨。 因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，都因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，都有利于石墨化進(jìn)程。有利于石墨化進(jìn)程。工程材料學(xué)鑄鐵8 （二）合金元素合金元素 按對(duì)石墨化的作用，合金元素可分為兩大類：按對(duì)石墨化的作用，合金元素可分為兩大類： 促進(jìn)石墨化的元素促進(jìn)石墨化的元素-c-csisialalcucuninicoco等。等。 阻礙石墨化的元素阻礙石墨化的元素-crcrw wmomov vmn mn 等，以及雜質(zhì)元素等，以及雜質(zhì)元素s s。一般來(lái)說(shuō)，非碳化物形成元素阻礙石墨化。在促進(jìn)石墨化的元素一般來(lái)說(shuō)，非碳化物形成元素阻礙石墨化。在促進(jìn)石墨化的元

11、素中，中，c c和和sisi最強(qiáng)烈。生產(chǎn)中，調(diào)整碳最強(qiáng)烈。生產(chǎn)中，調(diào)整碳硅含量，是控制鑄鐵組織硅含量，是控制鑄鐵組織與性能的基本措施。碳不僅促進(jìn)石墨化，而且還影響石墨的數(shù)量與性能的基本措施。碳不僅促進(jìn)石墨化，而且還影響石墨的數(shù)量大小和分布。大小和分布。s s強(qiáng)烈促進(jìn)石墨的白口化，并使機(jī)械性能和鑄造強(qiáng)烈促進(jìn)石墨的白口化，并使機(jī)械性能和鑄造性能惡化，因此一般控制在性能惡化，因此一般控制在0 01515以下以下。 生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。 工程材料學(xué)鑄鐵9 ce ce來(lái)評(píng)價(jià)鑄鐵成份的石墨化能力：來(lái)評(píng)價(jià)鑄鐵成份的石

12、墨化能力： ce=wc+1/2w(si+p) 同時(shí)用共晶度同時(shí)用共晶度（表示鑄鐵的碳含量接近共晶表示鑄鐵的碳含量接近共晶點(diǎn)濃度的程度，點(diǎn)濃度的程度，sc=1sc=1共晶鑄鐵；共晶鑄鐵；sc1sc1sc 1過(guò)共晶鑄鐵。過(guò)共晶鑄鐵。sc ce-sc ce-石石墨化能力墨化能力)工程材料學(xué)鑄鐵10o 五.鑄鐵的組織特征和分類 石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同 鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織名稱名稱 石墨化程度石墨化程度 顯微組織顯微組織 第一階段第一階段 第二階段第二階段 第三階段第三階段 灰鑄鐵灰鑄鐵 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)

13、行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 f fg g f fp pg g p pg g 麻鑄鐵麻鑄鐵 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 lele+p+g+p+g 白口鑄鐵白口鑄鐵 不進(jìn)行不進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 lele+p+fe+p+fe3 3c c 工程材料學(xué)鑄鐵11o組織構(gòu)成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，組織構(gòu)成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，另一部分是基體?；w可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，另一部分是基體。基體可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，

14、相當(dāng)于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體相當(dāng)于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體上分布著石墨夾雜。上分布著石墨夾雜。 o石墨形態(tài)：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態(tài)是不同的石墨形態(tài)：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態(tài)是不同的 灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵中的石墨呈片狀；灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵中的石墨呈片狀； 可鍛鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀；可鍛鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀； 球墨鑄鐵中的石墨呈球狀；球墨鑄鐵中的石墨呈球狀； 蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲(chóng)狀。蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲(chóng)狀。 工程材料學(xué)鑄鐵12 六六. .鑄鐵的性能特點(diǎn)鑄鐵的性能特點(diǎn) 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性都很低，石墨對(duì)基體嚴(yán)重割裂。石墨強(qiáng)度、韌灰鑄鐵的

15、抗拉強(qiáng)度和塑性都很低，石墨對(duì)基體嚴(yán)重割裂。石墨強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)于裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。性極低，相當(dāng)于裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。 石墨越多，越大，對(duì)基體的割裂作用越嚴(yán)重，鑄鐵抗拉強(qiáng)度越低。石墨越多，越大，對(duì)基體的割裂作用越嚴(yán)重，鑄鐵抗拉強(qiáng)度越低。 變質(zhì)處理可細(xì)化石墨片，提高鑄鐵的強(qiáng)度，但塑性無(wú)明顯改善。變質(zhì)處理可細(xì)化石墨片，提高鑄鐵的強(qiáng)度，但塑性無(wú)明顯改善。 石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能：石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能： （1 1）石墨造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異。）石墨造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異。 （2 2）鑄鐵的

16、鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄）鑄鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。 （3 3）石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有很好的耐磨）石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。性能。 （4 4）石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。）石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。 （5 5）大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。）大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。 各種鑄鐵的機(jī)械性能各種鑄鐵的機(jī)械性能 工程材料學(xué)鑄鐵13第二節(jié)第二節(jié) 灰

17、口鑄鐵灰口鑄鐵 灰口鑄鐵是價(jià)格便宜灰口鑄鐵是價(jià)格便宜應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。在應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占8080以上。以上。 一一鑄鐵的牌號(hào)鑄鐵的牌號(hào) 我國(guó)灰口鑄鐵的牌號(hào)見(jiàn)表。我國(guó)灰口鑄鐵的牌號(hào)見(jiàn)表?！癶tht”表示表示“灰鐵灰鐵”，后面，后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度?；诣T鐵中的碳、硅質(zhì)量分的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度?；诣T鐵中的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在以下范圍：數(shù)一般控制在以下范圍：2.5%2.5%4.0%c; 1.0%4.0%c; 1.0%2.0%si2.0%si。 二、灰鑄鐵的組織二、灰鑄鐵的組織 灰口鑄鐵有鐵素體基體灰口鑄鐵有鐵素體基體珠

18、光體基體和鐵素體加珠光體珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種鑄鐵，其組織見(jiàn)圖基體三種鑄鐵，其組織見(jiàn)圖。工程材料學(xué)鑄鐵14 三三 灰口鑄鐵的性能灰口鑄鐵的性能 1 1、優(yōu)良的鑄造性能、優(yōu)良的鑄造性能 由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，所以鐵水流動(dòng)性好，可以鑄造由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，所以鐵水流動(dòng)性好，可以鑄造非常復(fù)雜的零件；另外由于石墨比容較大，使鑄件凝固時(shí)的收縮非常復(fù)雜的零件；另外由于石墨比容較大，使鑄件凝固時(shí)的收縮量減少可簡(jiǎn)化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力，并可得到致密的組織。量減少可簡(jiǎn)化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力，并可得到致密的組織。 2 2、優(yōu)良的耐磨性、優(yōu)良的耐磨性 石墨本身具有潤(rùn)滑作用，石墨掉落

19、后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，石墨本身具有潤(rùn)滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有良好的耐磨性；此外由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶：使鑄件有良好的耐磨性；此外由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶：又能使抗磨能力進(jìn)一步又能使抗磨能力進(jìn)一步 提高，這對(duì)于制備活塞環(huán)氣缸套等受摩擦提高，這對(duì)于制備活塞環(huán)氣缸套等受摩擦零件具有重要意義，零件具有重要意義， 3 3、消震性好、消震性好 石墨可以阻止震動(dòng)的傳播灰鑄鐵的消震能力是鋼的石墨可以阻止震動(dòng)的傳播灰鑄鐵的消震能力是鋼的1010倍，常用來(lái)倍，常用來(lái)制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座。制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座。工程材料學(xué)鑄鐵154、較低的缺口敏感姓和良好的切削加工

20、性能、較低的缺口敏感姓和良好的切削加工性能 灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口對(duì)表面的灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口對(duì)表面的缺陷、缺口等幾乎沒(méi)有敏感性因此，表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞缺陷、缺口等幾乎沒(méi)有敏感性因此，表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響較小，但其疲勞強(qiáng)度比鋼要低；強(qiáng)度影響較小，但其疲勞強(qiáng)度比鋼要低； 由于灰鑄鐵中的石墨由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用相對(duì)刀具的潤(rùn)滑起減摩作用、所以其切削加工性可以起斷屑作用相對(duì)刀具的潤(rùn)滑起減摩作用、所以其切削加工性是良好的是良好的5 5、灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鑄鋼、灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性及彈性模量都

21、低于碳素鑄鋼 灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織；灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織；灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高出度一般比抗拉強(qiáng)度高出3-43-4倍，這是灰鑄鐵的一種特性，因倍，這是灰鑄鐵的一種特性，因此與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合：這就此與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合：這就是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因，灰鑄鐵的硬度與是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因，灰鑄鐵的硬度與同樣基體的正火鋼相近同樣基體的正火鋼相近工程材料學(xué)鑄鐵16 四四. .影響灰鑄鐵組織和性能的因素影響灰鑄鐵組織和性能的因素 1. 1.成分對(duì)鑄鐵的

22、影響成分對(duì)鑄鐵的影響錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體中，增強(qiáng)鐵、碳原子錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體中，增強(qiáng)鐵、碳原子間的結(jié)合力，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，阻止共析轉(zhuǎn)變時(shí)的石墨化，促進(jìn)珠光體基體間的結(jié)合力，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，阻止共析轉(zhuǎn)變時(shí)的石墨化，促進(jìn)珠光體基體的形成。錳還能與硫生成的形成。錳還能與硫生成mnsmns，減少硫的有害作用。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為，減少硫的有害作用。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%0.5%1.4%1.4%。磷是促進(jìn)石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時(shí)，液相線降低，從而提磷是促進(jìn)石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時(shí)，液相線降低，從而提高了鐵水的流動(dòng)性。在鑄鐵中，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于高了鐵水

23、的流動(dòng)性。在鑄鐵中，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.3%0.3%時(shí)，常常形成二元或時(shí)，常常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強(qiáng)度，但提高其耐磨性。所以，三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強(qiáng)度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí)，要限制磷含量（一般在要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí)，要限制磷含量（一般在0.12%0.12%以下），而耐磨鑄鐵以下），而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量（可達(dá)則要求有一定的磷含量（可達(dá)0.3%0.3%以上）。以上）。 硫是有害元素，它強(qiáng)烈促進(jìn)白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機(jī)械性能硫是有害元素，它強(qiáng)烈促進(jìn)白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機(jī)械性能惡化。少量硫即可生成惡化。少量硫即可

24、生成fes(fes(或或mns)mns)。fesfes與鐵形成低熔點(diǎn)與鐵形成低熔點(diǎn)( (約約980 )980 )共晶共晶體，沿晶界分布。因此限定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在體，沿晶界分布。因此限定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%0.15%以下。以下。 工程材料學(xué)鑄鐵172.冷卻速度的影響冷卻速度的影響 o 在一定的鑄造工藝（如澆注溫度、鑄型溫度、造型材料種類等）在一定的鑄造工藝（如澆注溫度、鑄型溫度、造型材料種類等）條件下，鑄件的冷卻速度對(duì)石墨化程度影響很大。條件下，鑄件的冷卻速度對(duì)石墨化程度影響很大。 o 隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出現(xiàn)珠光體、珠光體隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出現(xiàn)珠光體、珠光體

25、加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織。加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織。 o 不同不同c+sic+si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織 工程材料學(xué)鑄鐵18五五孕育處理孕育處理孕育處理：孕育處理：就是變質(zhì)處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。常用的孕就是變質(zhì)處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。常用的孕育劑有兩種。一種為硅類合金，例如最常用的含育劑有兩種。一種為硅類合金，例如最常用的含7575硅的硅鐵合金硅的硅鐵合金含含60606565硅和硅和25253535鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前者高鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前者高1.51.53 3倍，但價(jià)格較

26、貴。另一類是碳類，例如石墨粉倍，但價(jià)格較貴。另一類是碳類，例如石墨粉電極粒等。電極粒等。孕育處理的目的是：孕育處理的目的是：1 1 使鐵水內(nèi)同時(shí)生成大量均勻的非自發(fā)形核，以獲得細(xì)小均勻的石墨片，使鐵水內(nèi)同時(shí)生成大量均勻的非自發(fā)形核，以獲得細(xì)小均勻的石墨片，并細(xì)化基體組織，提高鑄鐵的強(qiáng)度；并細(xì)化基體組織，提高鑄鐵的強(qiáng)度；2 2 避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織的均勻性。避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織的均勻性。應(yīng)用：應(yīng)用： 孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度，可用來(lái)制造機(jī)械性能要求較高的孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度，可用來(lái)制造機(jī)械性能要求較高的鑄件，如氣缸鑄件，如氣缸曲

27、軸曲軸凸輪凸輪機(jī)床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的機(jī)床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。鑄件。工程材料學(xué)鑄鐵19 六六灰口鑄鐵的熱處理灰口鑄鐵的熱處理 熱處理不能改變石墨的形狀和分布，對(duì)提高灰口鑄鐵機(jī)械性能作用熱處理不能改變石墨的形狀和分布，對(duì)提高灰口鑄鐵機(jī)械性能作用不大，因此生產(chǎn)中主要用來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能和提不大，因此生產(chǎn)中主要用來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。高表面耐磨性等。 1. 1.消除內(nèi)應(yīng)力退火（又稱人工時(shí)效）消除內(nèi)應(yīng)力退火（又稱人工時(shí)效） 一些形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的重要鑄件，如機(jī)床床身一些形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的重要鑄件，如機(jī)床床身柴

28、油機(jī)氣缸等，為了防變形和開(kāi)裂，需進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火。工柴油機(jī)氣缸等，為了防變形和開(kāi)裂，需進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火。工藝規(guī)定是：加熱溫度藝規(guī)定是：加熱溫度500500550550，加熱速度為，加熱速度為6060120/h120/h。溫。溫度不宜過(guò)高，以免發(fā)生共析滲碳體的球化和石墨化。保溫時(shí)間則度不宜過(guò)高，以免發(fā)生共析滲碳體的球化和石墨化。保溫時(shí)間則取決于加熱溫度和鑄件壁厚，一般是：壁厚取決于加熱溫度和鑄件壁厚，一般是：壁厚20mm20mm時(shí)，保溫時(shí)間時(shí)，保溫時(shí)間為為2h2h，壁厚每增加，壁厚每增加25mm25mm，保溫時(shí)間增長(zhǎng)，保溫時(shí)間增長(zhǎng)1h1h。冷卻速度為。冷卻速度為202050/h50/h，到，

29、到150150220220后出爐空冷。后出爐空冷。工程材料學(xué)鑄鐵20 2.2.消除鑄件白口消除鑄件白口降低硬度的退火降低硬度的退火 灰口鑄鐵件表面和薄壁處產(chǎn)生的白口組織難以切削加工，需要灰口鑄鐵件表面和薄壁處產(chǎn)生的白口組織難以切削加工，需要退火降低硬度。退火在共析溫度以上進(jìn)行，使?jié)B碳體分解成石墨，退火降低硬度。退火在共析溫度以上進(jìn)行，使?jié)B碳體分解成石墨，所以又稱高溫退火。工藝是：加熱到所以又稱高溫退火。工藝是：加熱到850850900900，保溫，保溫2 25h5h，然后隨爐冷卻，至然后隨爐冷卻，至250250400400后出爐空冷。退火鑄件的硬度可下后出爐空冷。退火鑄件的硬度可下降降hb20

30、hb204040。 3. 3.表面淬火表面淬火 有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐磨性，缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可進(jìn)行表面淬火處理，如高頻表面淬火可進(jìn)行表面淬火處理，如高頻表面淬火火焰表面淬火等。淬火火焰表面淬火等。淬火后表面硬度可達(dá)后表面硬度可達(dá)hrc50hrc50。工程材料學(xué)鑄鐵21第三節(jié)第三節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是本世紀(jì)球墨鑄鐵是本世紀(jì)5050年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度材料，其綜年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度材料，其綜合機(jī)械性能接近于鋼，因鑄造性能很好，成本很低，生產(chǎn)方便，合機(jī)械性能接近于鋼，因鑄造性能很好，成本很低，生產(chǎn)方便，在工業(yè)生產(chǎn)中得到

31、了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 一一球墨鑄鐵的成分和球化處理球墨鑄鐵的成分和球化處理 球墨鑄鐵的成分：球墨鑄鐵的成分： 要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：3.63.63.9%c,2.03.9%c,2.02.8%si,0.62.8%si,0.60.8%mn,0.07%s,0.1%p0.8%mn,0.07%s,0.1%p。與灰口鑄鐵相比，它的碳當(dāng)量較高，。與灰口鑄鐵相比，它的碳當(dāng)量較高，一般為過(guò)共晶成分，通常在一般為過(guò)共晶成分，通常在4.54.54.7%4.7%范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨球化。球化。工程材料學(xué)鑄鐵22 球墨鑄鐵的球化處理球墨鑄鐵的球

32、化處理： 必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑。國(guó)外使用球化劑主要是金定量的球化劑和孕育劑。國(guó)外使用球化劑主要是金屬鎂，實(shí)踐證明，鐵水中含屬鎂，實(shí)踐證明，鐵水中含0.040.040.080.08鎂時(shí)，石墨鎂時(shí)，石墨就能完全球化。我國(guó)普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是就能完全球化。我國(guó)普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是強(qiáng)烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球強(qiáng)烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球細(xì)小細(xì)小均勻分布均勻分布光園，一定要加入孕育劑。常用光園，一定要加入孕育劑。常用的孕育劑為的孕育劑為7575硅鐵和硅鈣合金等。硅鐵和硅鈣合金等。工

33、程材料學(xué)鑄鐵23 二、球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能二、球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能 1. 1.牌號(hào)牌號(hào) 我國(guó)球墨鑄鐵牌號(hào)用我國(guó)球墨鑄鐵牌號(hào)用“qtqt”標(biāo)明，其后兩組數(shù)字表標(biāo)明，其后兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度極限和延伸率，見(jiàn)表示最低抗拉強(qiáng)度極限和延伸率，見(jiàn)表 由表中數(shù)據(jù)可知，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)由表中數(shù)據(jù)可知，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。其突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。其突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比（0.20.2/b b）高，約為）高，約為0.70.70.80.8，而鋼一般只有，而鋼一般只有0.30.30.50.5。在一般的機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的許用應(yīng)力根據(jù)。在一般的機(jī)械設(shè)計(jì)中，材

34、料的許用應(yīng)力根據(jù)0.20.2確定，因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄確定，因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，重量更輕。鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，重量更輕。工程材料學(xué)鑄鐵24 2.2.組織組織 不同的基體的球墨鑄鐵見(jiàn)圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的不同的基體的球墨鑄鐵見(jiàn)圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比鐵素體基體的高抗拉強(qiáng)度比鐵素體基體的高5050以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的延伸率為珠光體基的延伸率為珠光體基的3 35 5倍。倍。 3. 3.性能性能 球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度。表中給出了球墨鑄鐵和球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度。表中給出了球墨鑄

35、鐵和4545鋼試驗(yàn)鋼試驗(yàn)的對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度?？梢?jiàn)帶孔和帶臺(tái)肩的試樣疲勞強(qiáng)度大致相的對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度?？梢?jiàn)帶孔和帶臺(tái)肩的試樣疲勞強(qiáng)度大致相同。試驗(yàn)還表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過(guò)同。試驗(yàn)還表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過(guò)4545鋼。在實(shí)鋼。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或是帶臺(tái)肩的，因此完際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或是帶臺(tái)肩的，因此完全可以用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、全可以用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸等凸輪軸等。工程材料學(xué)鑄鐵25三、球墨鑄鐵的熱處理三、球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)： 球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼

36、大致相同，球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致相同，但由于但由于 它含有較高的硅、碳、錳等，具有一些特點(diǎn)它含有較高的硅、碳、錳等，具有一些特點(diǎn)1.1.共析轉(zhuǎn)變溫度較高共析轉(zhuǎn)變溫度較高 其奧氏體的加熱溫國(guó)度高于碳鋼其奧氏體的加熱溫國(guó)度高于碳鋼2.c2.c曲線右移，并形成兩個(gè)曲線右移，并形成兩個(gè)“鼻尖鼻尖” 淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，并較淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，并較容易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體容易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體 工程材料學(xué)鑄鐵26 3.可利用淬火加熱溫度和保溫時(shí)間的控制來(lái)調(diào)整奧可利用淬火加熱溫度和保溫時(shí)間的控制來(lái)調(diào)整奧氏體中的碳含量氏體中的碳

37、含量: 高的加熱溫度和長(zhǎng)的保溫時(shí)間，使以石墨形式保存高的加熱溫度和長(zhǎng)的保溫時(shí)間，使以石墨形式保存在的碳較多地溶入奧氏體中，因而淬火后得到較粗在的碳較多地溶入奧氏體中，因而淬火后得到較粗大的馬氏體和數(shù)量較多的殘余奧氏體。對(duì)鑄件綜合大的馬氏體和數(shù)量較多的殘余奧氏體。對(duì)鑄件綜合性能要球較高時(shí)，應(yīng)在保證完全奧氏體化的條件下，性能要球較高時(shí)，應(yīng)在保證完全奧氏體化的條件下，盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織。氏體基體組織。工程材料學(xué)鑄鐵27熱處理工藝熱處理工藝 主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等。主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等。 1.

38、1.退火退火 退火目的：在于獲得鐵素體基體。球化劑增大鑄件的白口化傾向，當(dāng)鑄退火目的：在于獲得鐵素體基體。球化劑增大鑄件的白口化傾向，當(dāng)鑄件薄壁處現(xiàn)自由滲碳體和珠光體時(shí)，為了獲得塑性好的鐵素體基體，并件薄壁處現(xiàn)自由滲碳體和珠光體時(shí)，為了獲得塑性好的鐵素體基體，并改善切削性能，消除鑄造應(yīng)力，根據(jù)鑄鐵的鑄造組織，可采用兩種退火改善切削性能，消除鑄造應(yīng)力，根據(jù)鑄鐵的鑄造組織，可采用兩種退火工藝：工藝： a a高溫退火高溫退火-存在自由滲碳體時(shí)，進(jìn)行高溫退火：加熱到存在自由滲碳體時(shí)，進(jìn)行高溫退火：加熱到990990950950，保溫保溫2 25h5h。隨爐冷卻，至。隨爐冷卻，至600600左右出爐空冷

39、。左右出爐空冷。 b b低溫退火低溫退火-鑄態(tài)組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒(méi)有自由滲碳體時(shí)，鑄態(tài)組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒(méi)有自由滲碳體時(shí)，采用低溫退火：加熱采用低溫退火：加熱720720760760，保溫，保溫3 36h6h，隨爐冷卻至，隨爐冷卻至600600后出爐后出爐空冷?？绽?。工程材料學(xué)鑄鐵28 2.正火正火 正火的目的：在于得到珠光體基體（占基體正火的目的：在于得到珠光體基體（占基體7575以上），并細(xì)化以上），并細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。根據(jù)加熱溫度，分高溫正火（完全奧組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。根據(jù)加熱溫度，分高溫正火（完全奧氏體化正火）和低溫正火（不完全奧氏體化正火）兩種：氏體

40、化正火）和低溫正火（不完全奧氏體化正火）兩種： a a高溫正火高溫正火- - 加熱到加熱到880880920920，保溫，保溫3h,3h,然后空冷，為了提高然后空冷，為了提高基體中珠光體的含量，還常采用風(fēng)冷，噴霧冷等加快冷卻速度的基體中珠光體的含量，還常采用風(fēng)冷，噴霧冷等加快冷卻速度的方法（保證鑄鐵的強(qiáng)度方法（保證鑄鐵的強(qiáng)度) )。 b b低溫正火低溫正火- - 加熱到加熱到820820860860，保溫一定時(shí)間，使基體部分，保溫一定時(shí)間，使基體部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分保留為鐵素體，空冷后得到珠光體和少量破轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分保留為鐵素體，空冷后得到珠光體和少量破碎鐵素體的基體，提高鑄鐵的強(qiáng)度，保

41、證其較好的塑性。碎鐵素體的基體，提高鑄鐵的強(qiáng)度，保證其較好的塑性。工程材料學(xué)鑄鐵293.調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)o 要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。o 其工藝為：加熱到其工藝為：加熱到850 850 900 900 ，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)椋够w轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經(jīng)奧氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經(jīng)550 550 600 600 回火，空冷，獲得回火索氏體回火，空冷，獲得回火索氏體+ +球狀石墨?；厍驙钍；鼗鹚魇象w基體不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性比正火火索氏體基體不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性

42、比正火得到的珠光體基體好。得到的珠光體基體好。o 表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)行表面淬火及低溫回表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)行表面淬火及低溫回火。火。工程材料學(xué)鑄鐵30球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能熱處理工藝熱處理工藝 顯微組織顯微組織 機(jī)械性能機(jī)械性能 b mpa 5 % ak kj/m2 hb 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì): 980退火后退火后,900油淬油淬+ 580回火回火 回火索氏回火索氏體體+石墨石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火正火: 980退火后退火后, 900正火正火+ 580去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火 珠光體珠光體+5%鐵素體鐵素體 +石墨

43、石墨 700 2.5 100 317321 工程材料學(xué)鑄鐵314.4.等溫淬火等溫淬火o球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后可獲得高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性和球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后可獲得高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性和韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區(qū)（韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區(qū)（840 840 900 900 左左右），保溫后在右），保溫后在300 300 左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫，使基體在左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫，使基體在此溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w此溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w+ +球狀石墨。球狀石墨。 o等溫處理后，球墨鑄鐵的強(qiáng)度可達(dá)等溫處理后，球墨鑄鐵的強(qiáng)度可達(dá)1200 mpa1200 mpa145

44、0 mpa, 1450 mpa, 沖擊韌沖擊韌性為性為300300 kj/m2 kj/m2360 kj/m2, 360 kj/m2, 硬度為硬度為38 hrc38 hrc51 hrc51 hrc。等溫鹽。等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力復(fù)浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力復(fù)雜的齒輪、曲軸、凸輪軸等。雜的齒輪、曲軸、凸輪軸等。 工程材料學(xué)鑄鐵32第四節(jié)第四節(jié) 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 o蠕墨鑄鐵是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)蠕墨鑄鐵是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性，較高的耐磨性；同時(shí)又

45、有度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性，較高的耐磨性；同時(shí)又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性?；铱阼T鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。 o rut300rut300、rut420rut420蠕墨鑄鐵以蠕墨鑄鐵以“rutrut”表示，其后的數(shù)字表示最低表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。蠕墨鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見(jiàn)表抗拉強(qiáng)度。蠕墨鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見(jiàn)表 o蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，有一定蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性、較高的耐磨性；又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱的韌性、較高的耐磨性；又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。性。 工程材料學(xué)鑄鐵

46、33o 蠕墨鑄鐵的石墨具有蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，在光學(xué)的中間形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下為互不相連顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。石的片狀石墨類似。石墨片的長(zhǎng)厚比小，端墨片的長(zhǎng)厚比小，端部較鈍。部較鈍。 蠕墨鑄鐵 工程材料學(xué)鑄鐵34o 蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與球墨鑄鐵基成的，其方法與球墨鑄鐵基本相同。蠕化劑目前主要采本相同。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等?；蛳⊥伶V鈣合金等。 蠕墨鑄鐵已成

47、功地用于高蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機(jī)汽缸和缸蓋、汽缸套、燃機(jī)汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。鋼錠模、液壓閥等鑄件。 進(jìn)氣管 排氣管 工程材料學(xué)鑄鐵35第五節(jié)第五節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵o可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較好的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分取代碳鋼。按退火方法較好的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分取代碳鋼。按退火方法不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石黑不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石黑化退火來(lái)獲得；白心可鍛鑄

48、鐵利用氧化脫碳退火來(lái)獲得。后者已化退火來(lái)獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來(lái)獲得。后者已很少生產(chǎn)，我國(guó)主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵。很少生產(chǎn)，我國(guó)主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵。一一. .可鍛鑄鐵的牌號(hào)和用途可鍛鑄鐵的牌號(hào)和用途 1. 1. 顯微組織：可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見(jiàn)圖。顯微組織：可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見(jiàn)圖。工程材料學(xué)鑄鐵36 2 2 牌號(hào)：牌號(hào)： 可鍛鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見(jiàn)表；可鍛鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見(jiàn)表； 可鍛鑄鐵的化學(xué)成分見(jiàn)表可鍛鑄鐵的化學(xué)成分見(jiàn)表 kt350-10kt350-10、ktz600-3 ktz600-3 鐵素體可鍛鑄鐵以鐵素體可鍛鑄鐵以“ktkt”表示，珠光體可鍛

49、鑄鐵表示，珠光體可鍛鑄鐵以以“ktzktz”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和延伸率。表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和延伸率。 3 3 應(yīng)用：可鍛鑄鐵常用來(lái)制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件，應(yīng)用：可鍛鑄鐵常用來(lái)制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件，如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時(shí)，又存在產(chǎn)時(shí)，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時(shí)，又存在性能不能滿足要求的問(wèn)題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低，性能不能滿足要求的問(wèn)題。與球墨鑄鐵

50、相比，可鍛鑄鐵具有成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，鐵水處理簡(jiǎn)單，容易統(tǒng)一組織流水生產(chǎn)線等有點(diǎn)。尤其對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定，鐵水處理簡(jiǎn)單，容易統(tǒng)一組織流水生產(chǎn)線等有點(diǎn)。尤其對(duì)于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進(jìn)行高溫退火，這時(shí)采用于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進(jìn)行高溫退火，這時(shí)采用可鍛鑄鐵更為適宜?？慑戣T鐵更為適宜。工程材料學(xué)鑄鐵37二二. .可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)分兩個(gè)步驟可鍛鑄鐵的生產(chǎn)分兩個(gè)步驟：第一步第一步：現(xiàn)鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現(xiàn)，否則在現(xiàn)鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現(xiàn)，否則在隨后的退火中碳在已有的石墨上沉淀，得不到團(tuán)絮狀隨后的退火中碳在已有的石墨上沉淀

51、，得不到團(tuán)絮狀石墨；石墨；第二步：進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火處理。第二步：進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火處理。 將白口鑄鐵加熱到將白口鑄鐵加熱到900 900 960 960 ，長(zhǎng)時(shí)間保溫，長(zhǎng)時(shí)間保溫，使共晶滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，完成第一階段的石使共晶滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，完成第一階段的石墨化過(guò)程。隨后以較快的速度（墨化過(guò)程。隨后以較快的速度（100 /h100 /h）冷卻通過(guò)）冷卻通過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。 工程材料學(xué)鑄鐵38 若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，完成第二

52、階段石墨化，并在冷至完成第二階段石墨化，并在冷至720 720 760 760 后繼續(xù)保溫，后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在650 650 700 700 出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。 可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí)，為了縮短時(shí)間，并細(xì)化組織，可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí)，為了縮短時(shí)間，并細(xì)化組織，提高機(jī)械性能，可在鑄造時(shí)采取孕育處理。孕育劑能強(qiáng)烈阻提高機(jī)械性能，可在鑄造時(shí)采取孕育處理。孕育劑能強(qiáng)烈阻礙凝固時(shí)形成石墨和退火時(shí)促進(jìn)石墨化。采用礙凝固時(shí)形成石墨和退火時(shí)促進(jìn)石墨化

53、。采用0.001%0.001%硼、硼、0.006%0.006%鉍和鉍和0.008%0.008%鋁的孕育劑，可將退火時(shí)間由鋁的孕育劑，可將退火時(shí)間由7070多小時(shí)縮多小時(shí)縮短至短至3030小時(shí)。小時(shí)。工程材料學(xué)鑄鐵39第六節(jié)合金鑄鐵第六節(jié)合金鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。(1) (1) 耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵o在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，生產(chǎn)中采用激冷的耐磨

54、鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，生產(chǎn)中采用激冷的辦法來(lái)獲得激冷鑄鐵。辦法來(lái)獲得激冷鑄鐵。o用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。調(diào)整鐵水化學(xué)成分，用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。調(diào)整鐵水化學(xué)成分，高碳低硅，保證白口層的深度。心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強(qiáng)度。應(yīng)高碳低硅，保證白口層的深度。心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強(qiáng)度。應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。o改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.4%0.4%0.6%(0.6%(高磷鑄高磷鑄鐵），生成磷共晶（鐵），生成磷共晶（f+fe

55、3p, p+fe3pf+fe3p, p+fe3p或或f+p+fe3pf+p+fe3p），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。o加入加入crcr、momo、w w、cucu等合金元素，提高基體強(qiáng)度和韌性，鑄鐵的耐磨性能等等合金元素，提高基體強(qiáng)度和韌性，鑄鐵的耐磨性能等得到更大提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等新型合金鑄鐵。得到更大提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等新型合金鑄鐵。 襯板 彎管 工程材料學(xué)鑄鐵40(2) 耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵 o高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸高溫下工

56、作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。o加入加入alal、sisi、crcr等元素，鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧等元素，鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，不發(fā)生石墨化化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，不發(fā)生石墨化過(guò)程，改善鑄鐵的耐熱性。過(guò)程，改善鑄鐵的耐熱性。o 球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐熱性更好。故其耐熱性更好。o耐熱鑄鐵的化學(xué)成分和機(jī)械性能耐熱鑄鐵的化學(xué)成分和機(jī)械性能 工程材料學(xué)鑄鐵41(3)耐蝕鑄鐵耐蝕鑄鐵 o耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。 o普通鑄鐵的耐蝕性差，因?yàn)榻M織中的石墨和滲碳體促進(jìn)鐵普通鑄鐵的耐蝕性差，因?yàn)榻M織中的石墨和滲碳體促進(jìn)鐵素體腐蝕。加入素體腐蝕。加入sisi、crcr、alal、momo、cucu、nini等合金元素形成等合金元素形成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。能。 o常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、