第七章 鑄鐵.

1、第七章第七章 鑄鑄 鐵鐵 一、何為鑄鐵？一、何為鑄鐵？鑄鐵鑄鐵是碳質量分數(shù)大于是碳質量分數(shù)大于2.11%2.11%、并常含有較多的并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。 有時為了提高力學性能或物理、化學性能，還可有時為了提高力學性能或物理、化學性能，還可加入一定量的合金元素，得到加入一定量的合金元素，得到合金鑄鐵合金鑄鐵。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述用于制造機床的床身、床頭箱用于制造機床的床身、床頭箱, ,發(fā)動機的汽缸體、機發(fā)動機的汽缸體、機器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。 箱體箱體啟動閥啟動閥二、鑄鐵中碳的

2、存在形式二、鑄鐵中碳的存在形式鑄鐵中的碳除極少量固溶于鐵素體之外，以兩種形式存在：鑄鐵中的碳除極少量固溶于鐵素體之外，以兩種形式存在： 碳化物狀態(tài)碳化物狀態(tài)FeFe3 3C C及合金鑄鐵中的其他碳化物及合金鑄鐵中的其他碳化物 游離狀態(tài)游離狀態(tài)石墨（石墨（G G）石墨的晶格類型為簡單六方晶格石墨的晶格類型為簡單六方晶格 基面中的原子結合力較強基面中的原子結合力較強 兩基面之間的原子結合力弱兩基面之間的原子結合力弱石墨的基面容易滑動，其強度、硬度、塑性和韌性極低，常石墨的基面容易滑動，其強度、硬度、塑性和韌性極低，常呈片狀形態(tài)存在呈片狀形態(tài)存在鑄鐵中石墨形態(tài)鑄鐵中石墨形態(tài)片狀片狀團絮狀團絮狀球狀球

3、狀蠕蟲狀蠕蟲狀石墨呈片狀石墨呈團絮狀石墨呈球狀石墨呈蠕蟲狀鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨，石墨對基體產生墨，石墨對基體產生割裂割裂作用。作用。因此，石墨的存在使鑄鐵的因此，石墨的存在使鑄鐵的力學性能下降力學性能下降，其性能比，其性能比鋼低，不能鍛造，且石墨的數(shù)量越多，越粗大，分布鋼低，不能鍛造，且石墨的數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的力學性能越差。越不均勻，鑄鐵的力學性能越差。但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能優(yōu)良性能，如鑄造性能、減振性和減摩性等。如鑄造性能、減振性和減摩性等。三、

4、石墨存在對鑄鐵的力學性能影響三、石墨存在對鑄鐵的力學性能影響四、鑄鐵的分類四、鑄鐵的分類根據(jù)碳在鑄鐵中存在形根據(jù)碳在鑄鐵中存在形不同，可分為：不同，可分為：1 1、白口鑄鐵、白口鑄鐵2 2、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵3 3、麻口鑄鐵、麻口鑄鐵 根據(jù)根據(jù)石墨（石墨（G G）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：普通灰鑄鐵：石墨呈普通灰鑄鐵：石墨呈片狀片狀可鍛鑄鐵：石墨呈可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀團絮狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀蠕蟲狀球墨鑄鐵：石墨呈球墨鑄鐵：石墨呈球狀球狀五、灰口鑄鐵的種類五、灰口鑄鐵的種類第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化鑄鐵鑄鐵一、鑄鐵中碳原子析出并形成石墨

5、的過程稱為一、鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化石墨化 石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得。碳體分解來獲得。 石墨化若能充分或大部分進行，則能獲得石墨化若能充分或大部分進行，則能獲得灰口鑄鐵灰口鑄鐵，反，反之將得到之將得到白口鑄鐵白口鑄鐵?；铱阼T鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要是從液體中析出；灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要是從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長時間退火，由可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長時間退火，由滲碳體分解而得到。滲碳體分解而得到。 冷卻速度冷卻速度： 合金元素：合金元素： 碳和硅是強烈促進

6、石墨化的元素。鑄鐵中碳、硅的含量越碳和硅是強烈促進石墨化的元素。鑄鐵中碳、硅的含量越高，越容易進行石墨化，得到灰口鑄鐵組織。高，越容易進行石墨化，得到灰口鑄鐵組織。 硫是強烈阻止石墨化的元素。一般硫是強烈阻止石墨化的元素。一般WsWs0.150.15。 錳是阻止石墨化的元素。一般錳是阻止石墨化的元素。一般WMnWMn0.60.61.31.3。 磷是微弱促進石墨化的元素。一般磷是微弱促進石墨化的元素。一般WPWP0.30.3。冷卻速度冷卻速度：1、灰鑄鐵的成分、組織與性能 成份：成份：一般為一般為Wc=2.5%Wc=2.5%4.0%,Wsi=1.0%4.0%,Wsi=1.0%3.0%,WMn=0

7、.5%3.0%,WMn=0.5%1.4%,Ws0.15%,Wp0.30%1.4%,Ws0.15%,Wp0.30%。組織：組織：看成是碳鋼的基體加片狀石墨，分為三類：鐵素看成是碳鋼的基體加片狀石墨，分為三類：鐵素體基體、鐵素體體基體、鐵素體- -珠光體基體、珠光體基體灰鑄鐵。珠光體基體、珠光體基體灰鑄鐵。第三節(jié)第三節(jié) 一般工程用鑄鐵一般工程用鑄鐵一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵性能：性能：取決于基體組織和石墨的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。取決于基體組織和石墨的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。 灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良的鑄造性能、優(yōu)良的切削加工性能、

8、良好的減振性、減摩性的鑄造性能、優(yōu)良的切削加工性能、良好的減振性、減摩性和低的缺口敏感性。和低的缺口敏感性。2 2、灰鑄鐵的孕育處理、灰鑄鐵的孕育處理 在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑，使大量高度彌散的在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑，使大量高度彌散的難熔質點成為石墨的結晶核心，以獲得細小均勻的石墨片和難熔質點成為石墨的結晶核心，以獲得細小均勻的石墨片和細片珠光體。細片珠光體。 通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較高的強度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。高的強度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。3 3、灰鑄鐵的牌號、性能

9、及用途、灰鑄鐵的牌號、性能及用途 牌號用牌號用“HT+HT+數(shù)字數(shù)字”表示。表示。HTHT是是“灰鐵灰鐵”兩字的漢語拼音兩字的漢語拼音字首，數(shù)字表示最低的抗拉強度值（字首，數(shù)字表示最低的抗拉強度值（MPaMPa）。例：）。例：HT150HT150。 灰鑄鐵的性能特點是生產簡單、應用廣泛，其產量占整個灰鑄鐵的性能特點是生產簡單、應用廣泛，其產量占整個鑄鐵產量的鑄鐵產量的80%80%以上。以上。性能：性能：取決于基體組織和石墨的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。取決于基體組織和石墨的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。 灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良的鑄

10、造性能、優(yōu)良的切削加工性能、良好的減振性、減摩性的鑄造性能、優(yōu)良的切削加工性能、良好的減振性、減摩性和低的缺口敏感性。和低的缺口敏感性。2 2、灰鑄鐵的孕育處理、灰鑄鐵的孕育處理 在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑，使大量高度彌散的在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑，使大量高度彌散的難熔質點成為石墨的結晶核心，以獲得細小均勻的石墨片和難熔質點成為石墨的結晶核心，以獲得細小均勻的石墨片和細片珠光體。細片珠光體。 通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較高的強度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。高的強度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻

11、。3 3、灰鑄鐵的牌號、用途、灰鑄鐵的牌號、用途 牌號用牌號用“HT+HT+數(shù)字數(shù)字”表示。表示。HTHT是是“灰鐵灰鐵”兩字的漢語拼音兩字的漢語拼音字首，數(shù)字表示最低的抗拉強度值（字首，數(shù)字表示最低的抗拉強度值（MPaMPa）。例：）。例：HT150HT150。 灰鑄鐵的應用廣泛，其產量占整個鑄鐵產量的灰鑄鐵的應用廣泛，其產量占整個鑄鐵產量的80%80%以上。以上。4 4、灰鑄鐵的熱處理、灰鑄鐵的熱處理 灰鑄鐵熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形灰鑄鐵熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形狀、數(shù)量、大小和分布。熱處理主要作用是消除應力、狀、數(shù)量、大小和分布。熱處理主要作用是消除應力、改

12、善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。1 1）去應力退火）去應力退火 工藝為：加熱至工藝為：加熱至500500600600，保溫一段時間后，隨爐，保溫一段時間后，隨爐冷至冷至200200以下出爐空冷。以下出爐空冷。2 2）消除白口、降低硬度退火）消除白口、降低硬度退火 加熱到加熱到850850900900，保溫，保溫2 25h5h，然后隨爐冷卻至，然后隨爐冷卻至250250400400出爐空冷。出爐空冷。3 3）表面淬火）表面淬火 主要作用是提高鑄件的表面硬度和耐磨性。常用的有主要作用是提高鑄件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感應淬火、接觸電阻

13、加熱淬火等?；鹧娲慊?、感應淬火、接觸電阻加熱淬火等。二、球墨鑄鐵 1 1、球墨鑄鐵的成分、組織與性能、球墨鑄鐵的成分、組織與性能 成份：成份：球墨鑄鐵的化學成分一般為：球墨鑄鐵的化學成分一般為：Wc=3Wc=36 64 40 0，Wsi=2Wsi=20 02 28 8，WMnWMn0.60.60 08 8，Ws0Ws00404，WpWp0 01 1，WMgWMg0.030.030.050.05，WREWRE0 003030.050.05。組織：組織：分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體珠光體球墨鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵和貝氏體球墨鑄鐵四種。珠光體球墨鑄鐵和貝氏體球墨

14、鑄鐵四種。生產方法：在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接生產方法：在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨獲得球狀石墨, ,得到球墨鑄鐵得到球墨鑄鐵. .性能：性能：力學性能比灰口鑄鐵高得多，強度與鋼接近，屈力學性能比灰口鑄鐵高得多，強度與鋼接近，屈強比達到強比達到0.70.70.80.8，比碳鋼高；塑性和韌性比灰鑄鐵好，比碳鋼高；塑性和韌性比灰鑄鐵好，仍比鋼差。具有良好的鑄造性能、減震性、減摩性、低仍比鋼差。具有良好的鑄造性能、減震性、減摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收縮率較大、流動性稍差、白口傾向大等缺陷。但存在收縮率較大、流動性稍差

15、、白口傾向大等缺陷。牌號用牌號用“QT+AQT+A組數(shù)字組數(shù)字-B-B組數(shù)字組數(shù)字”表示。表示。 QT QT是是“球鐵球鐵”兩字的漢語拼音字首兩字的漢語拼音字首; ; A A組數(shù)字表示最低的抗拉強度值（組數(shù)字表示最低的抗拉強度值（MPaMPa） B B組數(shù)字表示最低伸長率（組數(shù)字表示最低伸長率（% %）。）。例：例：QT600-3QT600-3。2、球墨鑄鐵的牌號、用途 廣泛用于制作受力復雜、性能要求較高的重要零件。機械性能機械性能牌號牌號基體基體 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa 5 5 % %a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB應應 用用 舉舉 例例QT400-17

16、QT400-17鐵素體鐵素體4004002502501717600600179179 汽車、拖拉機床底盤零汽車、拖拉機床底盤零件；件；16-6416-64大氣壓閥門的大氣壓閥門的閥體、閥蓋閥體、閥蓋QT420-10QT420-10鐵素體鐵素體4204202702701010300300207207QT500-5QT500-5鐵素體鐵素體+ +球光體球光體5005003503505 5147147241241 機油泵齒輪機油泵齒輪QT600-2QT600-2球光體球光體6006004204202 222972297302302 柴油機、汽油機曲軸柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主；磨床、銑

17、床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套、缸套QT700-2QT700-2球光體球光體7007004904902 222972297302302QT800-2QT800-2球光體球光體8008005605602 2241724173213213、球墨鑄鐵的熱處理 熱處理比鋼的加熱溫度略高些、保溫時間長些、加熱速熱處理比鋼的加熱溫度略高些、保溫時間長些、加熱速度和冷卻速度要慢些。度和冷卻速度要慢些。 1 1）退火）退火 分為去應力退火、低溫退火和高溫退火。目的是消除鑄分為去應力退火、低溫退火和高溫退火。目的是消除鑄造內應力，獲得鐵素體基體，提高塑性和韌性。造內應力，獲得鐵素

18、體基體，提高塑性和韌性。2 2）正火）正火 分為高溫正火和低溫正火。目的是增加基體組織中的珠分為高溫正火和低溫正火。目的是增加基體組織中的珠光體的數(shù)量，細化組織，提高球墨鑄鐵的強度和耐磨性。光體的數(shù)量，細化組織，提高球墨鑄鐵的強度和耐磨性。3 3）調質處理調質處理目的是得到回火索氏體基體，以獲得較高的綜合力學性能。目的是得到回火索氏體基體，以獲得較高的綜合力學性能。4 4）等溫淬火）等溫淬火 目的是得到下貝氏體基體，使其具有高硬度、高強度和目的是得到下貝氏體基體，使其具有高硬度、高強度和較好的韌性。較好的韌性。4 4、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能 機械性能 熱

19、處理工藝 顯微組織 b MPa 5 % ak kJ/m2 HB 調質: 980退火后,900油淬+ 580回火 回火索氏體+石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火: 980退火后, 900正火+ 580去應力退火 珠光體+5%鐵素體 +石墨 700 2.5 100 317321 三、可鍛鑄鐵三、可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的生產是先澆注成白口鑄鐵，然后再經(jīng)高溫經(jīng)可鍛鑄鐵的生產是先澆注成白口鑄鐵，然后再經(jīng)高溫經(jīng)長時間石墨化退火。長時間石墨化退火。1 1、可鍛鑄鐵的成分、組織與性能、可鍛鑄鐵的成分、組織與性能成份：較低的碳、硅含量，一般成份：較低的碳、硅含量，一般Wc=2.2W

20、c=2.22.82.8，Wsi=1.2Wsi=1.21.81.8，WMnWMn0.40.40 08 8，WpWp0 01 1，WsWs0.20.2。 組織：組織：分為鐵素體可鍛鑄鐵（又稱黑心可鍛鑄鐵）、珠光體分為鐵素體可鍛鑄鐵（又稱黑心可鍛鑄鐵）、珠光體可鍛鑄鐵兩種?？慑戣T鐵兩種。性能：性能：強度和韌性比灰鑄鐵提高很多。強度和韌性比灰鑄鐵提高很多。 可鍛鑄鐵并不可鍛可鍛鑄鐵并不可鍛。 2 2、可鍛鑄鐵的牌號、用途、可鍛鑄鐵的牌號、用途 牌號用牌號用“KT+KT+表示類別的字母表示類別的字母+A+A組數(shù)字組數(shù)字-B-B組數(shù)字組數(shù)字”表示。表示類別的字母有表示。表示類別的字母有H H、B B、Z Z。 例：例：KTH370-12KTH370-12。 用于制作形狀復雜、要求強度、韌性較高的薄壁零件，可以用于制作形狀復雜、要求強度、韌性較高的薄壁零件，可以部分代替碳鋼。部分代替碳鋼。四、蠕墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵 通過在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑、再加孕育通過在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑、再加孕育劑而生產制得的。劑而生產制得的。1 1、蠕墨鑄鐵的成分、組織與性能、蠕墨鑄鐵的成分、組織與性能成份：成份：Wc=3.5Wc=3.53.93.9，Wsi=2.2Wsi=2.22.82.8，WM