工程材料第8章 鑄鐵

1、第八章第八章 鑄鐵鑄鐵第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 鑄鐵是指碳含量大于鑄鐵是指碳含量大于2.11%的鐵碳合金，如同碳鋼一樣，也含有的鐵碳合金，如同碳鋼一樣，也含有Si、Mn、S、P 等元素。只不過它的等元素。只不過它的Si含量較高，以及含量較高，以及Mn、S、P的含量也比碳鋼多。的含量也比碳鋼多。鑄鐵的分類鑄鐵的分類根據鑄鐵中根據鑄鐵中碳存在形式碳存在形式的不同，鑄鐵可分為如下幾類：的不同，鑄鐵可分為如下幾類：1、白口鑄鐵：、白口鑄鐵：2、灰口鑄鐵：、灰口鑄鐵：3、麻口鑄鐵：、麻口鑄鐵：鑄鐵中碳主要以游離鑄鐵中碳主要以游離Fe3C形式存在，斷口亮白色。形式存在，斷口亮白色。碳全部或大部以自由態(tài)碳全部

2、或大部以自由態(tài)石墨石墨(G)形式存在，斷口暗灰色。形式存在，斷口暗灰色。碳部分以游離碳部分以游離Fe3C形式存在，部分以石墨形式存在，部分以石墨(G)形式存在，形式存在，斷口灰白相間，尤如麻點。斷口灰白相間，尤如麻點。根據灰口鑄鐵中根據灰口鑄鐵中石墨形狀石墨形狀的不同，灰口鑄鐵可分為如下幾類：的不同，灰口鑄鐵可分為如下幾類：1、普通灰口鑄鐵：、普通灰口鑄鐵：2、可鍛鑄鐵：、可鍛鑄鐵：3、球墨鑄鐵：、球墨鑄鐵：4、蠕墨鑄鐵：、蠕墨鑄鐵：G以片狀形式出現，斷口顏色暗灰色，代號以片狀形式出現，斷口顏色暗灰色，代號HT。G以團絮狀形式出現，斷口顏色黑絨狀，代號以團絮狀形式出現，斷口顏色黑絨狀，代號KT

3、。G大部分或全部呈球狀，斷口銀灰色，代號大部分或全部呈球狀，斷口銀灰色，代號QT。大部分大部分G為蠕蟲狀，斷口顏色黑絨狀，代號為蠕蟲狀，斷口顏色黑絨狀，代號RuT。二二 鑄鐵石墨化及影響因素鑄鐵石墨化及影響因素（1）化學成分的影響化學成分的影響碳碳和和硅硅是強烈促進石墨化的元素，是強烈促進石墨化的元素，C、Si G化化 但含量過高但含量過高，石墨數量過多且過于粗大，會降低性能。，石墨數量過多且過于粗大，會降低性能。 只有碳而沒有硅，只有碳而沒有硅， 則很難進行石墨化。則很難進行石墨化。 鑄鐵中碳含量為鑄鐵中碳含量為2.54%，硅含量為，硅含量為12%。硫硫是強烈阻止石墨化的元素，降低力學性能是

4、強烈阻止石墨化的元素，降低力學性能 鑄鐵中的硫含量通常小于鑄鐵中的硫含量通常小于0.15%。錳錳阻止石墨化，但能減弱硫的有害作用，故鑄鐵中錳的含量阻止石墨化，但能減弱硫的有害作用，故鑄鐵中錳的含量 要適當，通常在要適當，通常在0.51.4%。1 概念：鑄鐵組織中石墨的形成過程概念：鑄鐵組織中石墨的形成過程2 影響石墨化的因素影響石墨化的因素鋁、銅、鎳鋁、銅、鎳：促進石墨化：促進石墨化（2）冷卻速度的影響冷卻速度的影響 所以，要使鑄鐵獲得所需要的組織和性能，主要根據鑄件的壁所以，要使鑄鐵獲得所需要的組織和性能，主要根據鑄件的壁厚和造型材料，控制碳和硅的含量，適當的含錳量，限制硫和磷的含量。厚和造

5、型材料，控制碳和硅的含量，適當的含錳量，限制硫和磷的含量。冷卻速度減慢，石墨化程度增加。冷卻速度減慢，石墨化程度增加。磷磷對石墨化的影響不大，但它增加鑄鐵的硬度和冷脆性對石墨化的影響不大，但它增加鑄鐵的硬度和冷脆性0.3% ， 如要求耐磨性好含量應如要求耐磨性好含量應0.5%。鑄造時，造型材料、鑄造工藝、鑄件壁厚都會影響冷卻速度。鑄造時，造型材料、鑄造工藝、鑄件壁厚都會影響冷卻速度。 沖天爐化鐵，爐料與焦炭直接接觸，鑄鐵含碳量難以大幅度改變，沖天爐化鐵，爐料與焦炭直接接觸，鑄鐵含碳量難以大幅度改變，控制鑄鐵組織最有效的措施：改變硅的含量?？刂畦T鐵組織最有效的措施：改變硅的含量。第二節(jié)第二節(jié) 常

6、用鑄鐵常用鑄鐵一一 灰鑄鐵灰鑄鐵在灰鑄鐵中碳全部或大部分以片狀自由態(tài)形式（石墨）存在。在灰鑄鐵中碳全部或大部分以片狀自由態(tài)形式（石墨）存在。（一）灰鑄鐵的成分、組織、性能和用途（一）灰鑄鐵的成分、組織、性能和用途1、化學成分、化學成分C=2.73.6% Si=1.12.5% Mn=0.51.3 % S0.15% P0.3%2、組織和用途、組織和用途灰鑄鐵的組織是由金屬基體加片狀石墨所組成，即：灰鑄鐵的組織是由金屬基體加片狀石墨所組成，即：P+G（片狀）（片狀） P+F+G（片狀）（片狀） F+G（片狀）（片狀）3、灰鑄鐵的性能、灰鑄鐵的性能HT的性能由金屬基體和石墨所決定。的性能由金屬基體和石

7、墨所決定。石墨（石墨（G）的性質：）的性質： 晶格為簡單六方晶格，強度、塑性和韌性極低，晶格為簡單六方晶格，強度、塑性和韌性極低，b=20MPa 、=0、3HB灰鑄鐵的性能：灰鑄鐵的性能：抗拉強度低，塑性差，抗拉強度低，塑性差， b=100250MPa =0，但抗壓強度和鋼相近。，但抗壓強度和鋼相近。減摩性、減震性好減摩性、減震性好（石墨松軟吸收震動）（石墨松軟吸收震動）， 導熱性好，鑄造性及切削加工性好。導熱性好，鑄造性及切削加工性好。 珠光體灰鑄鐵：珠光體灰鑄鐵： 珠光體加鐵素體灰鑄鐵：珠光體加鐵素體灰鑄鐵： 鐵素體灰鑄鐵：鐵素體灰鑄鐵：在共析鋼的基體上分布著細小均勻的片狀石墨。在共析鋼的

8、基體上分布著細小均勻的片狀石墨。強度、硬度較高，用于制造重要鑄件，強度、硬度較高，用于制造重要鑄件，如氣缸體、活塞及機床床身。如氣缸體、活塞及機床床身。在亞共析鋼的基體上分布著較前者粗大的片狀石墨。在亞共析鋼的基體上分布著較前者粗大的片狀石墨。強度、硬度較差，但鑄造時易控制，切削性能好，用途廣。強度、硬度較差，但鑄造時易控制，切削性能好，用途廣。用于制造機座、支架、箱體、泵體、閥體等。用于制造機座、支架、箱體、泵體、閥體等。在鐵素體的基體上分布著粗大的片狀石墨。在鐵素體的基體上分布著粗大的片狀石墨。力學性能最差，一般不用來生產機器零件，力學性能最差，一般不用來生產機器零件，但它的鑄造性能好，故

9、用來生產沒有強度但它的鑄造性能好，故用來生產沒有強度要求的機件，如小手柄、蓋板、重錘等。要求的機件，如小手柄、蓋板、重錘等。（二）灰鑄鐵的熱處理（二）灰鑄鐵的熱處理1、消除內應力退火、消除內應力退火2、改善切削加工性的高溫退火、改善切削加工性的高溫退火3、表面淬火、表面淬火（三）灰鑄鐵的牌號（三）灰鑄鐵的牌號HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350牌號中的后兩種是牌號中的后兩種是孕育孕育鑄鐵。鑄鐵。所謂孕育，即在澆注前向鐵水中加入孕育劑（變質劑）進行處理。加入的所謂孕育，即在澆注前向鐵水中加入孕育劑（變質劑）進行處理。加入的孕育劑成為石墨結晶的核心，從而細化石墨，

10、提高鑄鐵的力學性能。孕育劑成為石墨結晶的核心，從而細化石墨，提高鑄鐵的力學性能。鑄鐵的孕育劑一般采用鑄鐵的孕育劑一般采用 Si-Fe（ 75%Si ）合金，加入量為鐵水質量的）合金，加入量為鐵水質量的0.4%。二二 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵1 可鍛鑄鐵的組織：可鍛鑄鐵的組織：金屬基體金屬基體+G (團絮狀）團絮狀） F+G (團絮狀）團絮狀） P+ G (團絮狀）團絮狀） 2 性能和應用性能和應用可鍛鑄鐵的力學性能高于灰鑄鐵，可鍛鑄鐵的力學性能高于灰鑄鐵，b= 300 700MPa = 212%。 耐腐蝕性能較強，鑄造性能較灰鑄鐵差。耐腐蝕性能較強，鑄造性能較灰鑄鐵差。可鍛鑄鐵可用于承受沖擊和震動的場

11、合，如汽車、拖拉機的前后橋殼等；可鍛鑄鐵可用于承受沖擊和震動的場合，如汽車、拖拉機的前后橋殼等； 各種閥體和水暖管件也廣泛使用可鍛鑄鐵。各種閥體和水暖管件也廣泛使用可鍛鑄鐵。3 可鍛鑄鐵的制取可鍛鑄鐵的制取生產白口鑄件；生產白口鑄件；高溫石墨化退火，高溫石墨化退火，Fe3C F+G(團絮狀團絮狀)4 可鍛鑄鐵牌號：可鍛鑄鐵牌號：黑心可鍛鑄鐵：黑心可鍛鑄鐵：KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 P體可鍛鑄鐵：體可鍛鑄鐵：KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02成分特點：成分特點：低碳低硅低碳低硅 C=2.42.8%

12、Si=1.02.0%KT生產周期長、工藝復雜、成本較高，部分被球磨鑄鐵取代生產周期長、工藝復雜、成本較高，部分被球磨鑄鐵取代三三 球墨鑄鐵球墨鑄鐵1 QT的組織和成分的組織和成分組織：金屬基體組織：金屬基體+G（球狀）（球狀） 金屬基體可以是：金屬基體可以是：F、P、P+F成分特點：成分特點：高碳高硅高碳高硅 C=3.6 3.8% Si=2.0 2.8%2 性能性能力學性能好：力學性能好：b接近于鋼，而接近于鋼，而0.2則高于則高于45鋼，熱處理后的鋼，熱處理后的=2025%鑄造性能較差：容易產生鑄造缺陷，如縮孔、皮下氣孔等。鑄造性能較差：容易產生鑄造缺陷，如縮孔、皮下氣孔等。3 牌號和用途牌

13、號和用途牌號：牌號：QT400-15 QT600-03 QT700-02 QT900-02球鐵用來生產一些受力復雜、強度要求高的機器零件球鐵用來生產一些受力復雜、強度要求高的機器零件 如曲軸、連桿等。如曲軸、連桿等。具有灰鑄鐵的優(yōu)點：切削加工性好、缺口敏感性低、具有灰鑄鐵的優(yōu)點：切削加工性好、缺口敏感性低、 耐磨性甚至高于表面淬火鋼耐磨性甚至高于表面淬火鋼 4 球鐵的熱處理球鐵的熱處理 QT可以象鋼一樣進行各種熱處理?？梢韵箐撘粯舆M行各種熱處理。（1）退火：得到退火：得到F基體組織和消除內應力基體組織和消除內應力 去應力退火去應力退火 低溫退火：鑄態(tài)基體低溫退火：鑄態(tài)基體：FP P 中中 Fe

14、3C GF F基體球狀石墨基體球狀石墨，以獲得較高塑性、韌性，以獲得較高塑性、韌性 高溫退火：鑄態(tài)基體高溫退火：鑄態(tài)基體：FP Fe3C P Fe3C GF F基體球狀石墨基體球狀石墨，以獲得較高塑性、韌性，改善切削加工性能。，以獲得較高塑性、韌性，改善切削加工性能。（2）正火：增加基體中）正火：增加基體中P數量，數量， 得到得到P基體或基體或PF基體，以提高強度和耐磨性?；w，以提高強度和耐磨性。 高溫正火：高溫正火： P基體球狀石墨基體球狀石墨 低溫正火低溫正火：（ P F ）基體球狀石墨；基體球狀石墨； 強度比高溫正火低、塑性和韌性較高強度比高溫正火低、塑性和韌性較高四四 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄

15、鐵蠕墨鑄鐵是一種新型鑄鐵，成分與球墨鑄鐵相似。蠕墨鑄鐵是一種新型鑄鐵，成分與球墨鑄鐵相似。在鐵水中加入蠕化劑：稀土鎂鈦合金、硅鈦、硅鈣。在鐵水中加入蠕化劑：稀土鎂鈦合金、硅鈦、硅鈣。石墨片短而厚石墨片短而厚、頭部較鈍、較圓頭部較鈍、較圓，形狀似蠕蟲形狀似蠕蟲。強度高于灰鑄鐵，接近于球鐵，塑性比球鐵低。強度高于灰鑄鐵，接近于球鐵，塑性比球鐵低。鑄造性能相當于灰鑄鐵。鑄造性能相當于灰鑄鐵。抗熱疲勞性和減震性較好。制造電動機外殼、機座等抗熱疲勞性和減震性較好。制造電動機外殼、機座等。牌號：牌號：RuT260 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420（3）調質處理：得到良好的綜合力學性能

16、，回火）調質處理：得到良好的綜合力學性能，回火S球狀石墨球狀石墨（4）等溫淬火：得到）等溫淬火：得到B下下基體組織，綜合力學性能好，基體組織，綜合力學性能好，B下下球狀石墨球狀石墨第三節(jié)第三節(jié) 合金鑄鐵合金鑄鐵一一 耐磨鑄鐵：減摩鑄鐵和抗磨鑄鐵耐磨鑄鐵：減摩鑄鐵和抗磨鑄鐵（1）減摩鑄鐵：有潤滑條件下使用，如機床導軌等。）減摩鑄鐵：有潤滑條件下使用，如機床導軌等。 組織：軟基體組織：軟基體 硬的組成相，如：硬的組成相，如：P 基體的灰鑄鐵基體的灰鑄鐵加入加入 Cu、Mo：強化基體，細化晶粒：強化基體，細化晶粒 V、Ti：形成高硬度：形成高硬度C、N化物化物 P：形成高硬度磷共晶體：形成高硬度磷共

17、晶體 B：形成高硬度硼化物：形成高硬度硼化物提提高高耐耐磨磨性性（2）抗磨鑄鐵：干摩擦或抗磨粒磨損條件下使用，要求高而均勻的硬度。）抗磨鑄鐵：干摩擦或抗磨粒磨損條件下使用，要求高而均勻的硬度。白口鑄鐵硬度高，但脆性大，不能抵抗沖擊白口鑄鐵硬度高，但脆性大，不能抵抗沖擊。加入少量加入少量Cr、Mo、Cu、V、B：形成合金滲碳體，提高抗磨性、：形成合金滲碳體，提高抗磨性、但對韌性改善較小。但對韌性改善較小。加入大量加入大量Cr：M基體團塊狀基體團塊狀Cr7C3，提高硬度，提高硬度、改善韌性改善韌性。二二 耐熱鑄鐵：在高溫下抗氧化、抗生長耐熱鑄鐵：在高溫下抗氧化、抗生長生長：高溫下發(fā)生的永久性體積脹

18、大。生長：高溫下發(fā)生的永久性體積脹大。原因原因：氧化性氣體沿石墨邊緣和縫隙滲入鑄鐵內部造成內部氧化。：氧化性氣體沿石墨邊緣和縫隙滲入鑄鐵內部造成內部氧化。 滲碳體在高溫下分解出石墨，使體積脹大。滲碳體在高溫下分解出石墨，使體積脹大。提高鑄鐵耐熱性途徑提高鑄鐵耐熱性途徑：加入加入Al、Si、Cr：在表面形成致密的氧化膜。：在表面形成致密的氧化膜。單相單相F基體基體QT：不存在滲碳體分解：不存在滲碳體分解；球狀石墨孤立分布，；球狀石墨孤立分布， 氧化性氣體不易滲入鑄鐵內部。氧化性氣體不易滲入鑄鐵內部。提高鑄鐵臨界點，使用溫度下不發(fā)生固態(tài)相變：減少由此造成的提高鑄鐵臨界點，使用溫度下不發(fā)生固態(tài)相變：減少由此造成的體積變化及產生的顯微裂紋。體積變化及產生的顯微裂紋。三三 耐飾鑄鐵耐飾鑄鐵 鑄鐵是多相合金：鑄鐵是多相合金：G、F、Fe3C：電極電位最低，使：電極電位最低，使F不斷腐蝕，不斷腐蝕， 有時腐蝕可沿晶界一直深入鑄件內部。有時腐蝕可沿晶界一直深入鑄件內部。提高基體電極電位提高基體電極電位，以減小各相間的電位差。，以減小各相間的電位差。 提高耐腐蝕性的措施提高耐腐蝕性的措施加入：加入：Si、Al、Cr、Ni、Cu等，使鑄鐵表面形成致密保護膜。等，使鑄鐵表面形成致密保護膜。使基體組織為單相使基體組織為單相A或單相或單相F應用最廣的高硅耐蝕鑄鐵：