鑄鐵及其熔煉-第二章

1、School of Materials Science and Engineering鑄鐵及其熔煉第二章第二章 灰鑄鐵灰鑄鐵王悔改王悔改 主講主講School of Materials Science and Engineering第一節(jié) 灰鑄鐵金相組織和力學(xué)性能特點(diǎn)一一. . 灰鑄鐵金相組織特點(diǎn)灰鑄鐵金相組織特點(diǎn) 灰鑄鐵組織是由金屬基體加片狀石墨組成的。石墨是灰鑄鐵中碳以游灰鑄鐵組織是由金屬基體加片狀石墨組成的。石墨是灰鑄鐵中碳以游離態(tài)存在的一種形式，石墨的分布形態(tài)及尺寸是決定灰鑄鐵性能的重要因離態(tài)存在的一種形式，石墨的分布形態(tài)及尺寸是決定灰鑄鐵性能的重要因素，而石墨形態(tài)和尺寸則主要是由石墨

2、的形成條件，即形核程度及長大條素，而石墨形態(tài)和尺寸則主要是由石墨的形成條件，即形核程度及長大條件所決定。件所決定。1. 1. 片狀石墨的分布類型及形成條件片狀石墨的分布類型及形成條件圖圖2-1 A型石墨型石墨 均勻分布無方向性的片狀石墨（均勻分布無方向性的片狀石墨（A A型）型） 冷卻速度較低的情況下形成的。存在于冷卻速度較低的情況下形成的。存在于石墨石墨- -奧氏體共晶團(tuán)內(nèi)，分布比較均勻。由于奧氏體共晶團(tuán)內(nèi)，分布比較均勻。由于冷速較低，結(jié)晶過程緩慢，故熱流的方向性冷速較低，結(jié)晶過程緩慢，故熱流的方向性對晶體的生長影響不明顯，石墨片的生長方對晶體的生長影響不明顯，石墨片的生長方向和個體尺寸不規(guī)

3、則。碳當(dāng)量高、生長慢、向和個體尺寸不規(guī)則。碳當(dāng)量高、生長慢、共晶過冷度低時，片體粗大。共晶過冷度低時，片體粗大。School of Materials Science and Engineering圖圖2-2 B型石墨型石墨 菊花狀石墨（菊花狀石墨（B型）型） 冷速較大時形成的。共晶開始階段，冷速較大時形成的。共晶開始階段，G分枝多而密，隨著共晶轉(zhuǎn)變中結(jié)晶潛熱的釋分枝多而密，隨著共晶轉(zhuǎn)變中結(jié)晶潛熱的釋放，外層放，外層G片沿?zé)崃鞣较蛏煺馆^長，隨著熱片沿?zé)崃鞣较蛏煺馆^長，隨著熱流方向性減弱，外圍流方向性減弱，外圍G生長進(jìn)一步減緩而呈生長進(jìn)一步減緩而呈蜷曲狀。對基體的削弱作用大于蜷曲狀。對基體的削弱

4、作用大于A型型G。圖圖2-3 C型石墨型石墨 塊片狀石墨（塊片狀石墨（C型）型） 過共晶鐵液在小的過冷度下形成的，過共晶鐵液在小的過冷度下形成的，常稱為初生石墨。液相中碳的來源充足，常稱為初生石墨。液相中碳的來源充足，而且石墨的形成不受其他固相阻礙，結(jié)晶而且石墨的形成不受其他固相阻礙，結(jié)晶條件較好，晶體能充分發(fā)育，形成枝晶形條件較好，晶體能充分發(fā)育，形成枝晶形態(tài)的分枝。石墨片體比較粗大，對基體有態(tài)的分枝。石墨片體比較粗大，對基體有嚴(yán)重的削弱作用。嚴(yán)重的削弱作用。School of Materials Science and Engineering圖2-4 D型石墨 枝晶點(diǎn)狀石墨（枝晶點(diǎn)狀石墨（

5、D型）型） 初生奧氏體結(jié)晶溫度范圍寬，液相處初生奧氏體結(jié)晶溫度范圍寬，液相處于較高的共晶過冷條件下，由充分發(fā)育的于較高的共晶過冷條件下，由充分發(fā)育的奧氏體枝晶間熔液進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變而析出的奧氏體枝晶間熔液進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變而析出的點(diǎn)狀或細(xì)片狀石墨。這是一種細(xì)小的過冷點(diǎn)狀或細(xì)片狀石墨。這是一種細(xì)小的過冷石墨，分枝頻繁，普遍發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、石墨，分枝頻繁，普遍發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、片體尺寸小，分散度高，沒有明顯的方向片體尺寸小，分散度高，沒有明顯的方向性。性。圖2-5 E型石墨 枝晶片狀石墨（枝晶片狀石墨（E型）型） 亞共晶鐵液在小的過冷度下形成的。亞共晶鐵液在小的過冷度下形成的。共晶之前析出初生奧氏體，殘留在奧

6、氏體共晶之前析出初生奧氏體，殘留在奧氏體枝晶間的鐵液在共晶轉(zhuǎn)變中沿奧氏體枝晶枝晶間的鐵液在共晶轉(zhuǎn)變中沿奧氏體枝晶方向析出而形成有方向性的石墨。由于冷方向析出而形成有方向性的石墨。由于冷速較低，因此速較低，因此G片比片比D型大。型大。School of Materials Science and Engineering圖圖2-6 F型石墨型石墨 星狀石墨（星狀石墨（F型）型） 過共晶鐵液在大的冷速下形成的。過共晶鐵液在大的冷速下形成的。星狀石墨中心的大塊狀星狀石墨中心的大塊狀G為初生為初生G，由，由于冷速較大，初生于冷速較大，初生G不能長大，而共晶不能長大，而共晶G則以初生則以初生G為依附沿輻射

7、方向生長。為依附沿輻射方向生長。2. 2. 基體組織基體組織 基體是由不同比例的珠光體和鐵素體組成。有些情況下，還存在一定基體是由不同比例的珠光體和鐵素體組成。有些情況下，還存在一定量的磷共晶、碳化物及硫化夾雜物等。量的磷共晶、碳化物及硫化夾雜物等。 磷共晶呈網(wǎng)狀、孤立島狀或魚骨狀，硬而脆，使鑄鐵的韌性降低，脆磷共晶呈網(wǎng)狀、孤立島狀或魚骨狀，硬而脆，使鑄鐵的韌性降低，脆性增加。性增加。 硫以硫以FeSFeS形式完全溶解在鐵液中，但凝固時形式完全溶解在鐵液中，但凝固時S S在固溶體或滲碳體中的溶在固溶體或滲碳體中的溶解度小，會形成獨(dú)立的硫化物，存在于共晶團(tuán)晶界上，使鑄鐵的強(qiáng)度低。解度小，會形成獨(dú)

8、立的硫化物，存在于共晶團(tuán)晶界上，使鑄鐵的強(qiáng)度低。School of Materials Science and Engineering二.力學(xué)性能特點(diǎn)1. 1. 強(qiáng)度性能強(qiáng)度性能 灰鑄鐵的強(qiáng)度性能由石墨形態(tài)、尺寸和基體中珠光體和鐵素體的比例灰鑄鐵的強(qiáng)度性能由石墨形態(tài)、尺寸和基體中珠光體和鐵素體的比例等因素所決定。等因素所決定。 石墨的作用石墨的作用 a. a. 縮減作用：石墨在鑄鐵中占有一定的體積，幾乎沒有強(qiáng)度，是金縮減作用：石墨在鑄鐵中占有一定的體積，幾乎沒有強(qiáng)度，是金屬基體的有效承載截面積減小。主要取決于石墨的大小、數(shù)量和分布，以屬基體的有效承載截面積減小。主要取決于石墨的大小、數(shù)量和分布

9、，以數(shù)量為主。數(shù)量越多，尺寸越大，縮減程度越大，鑄鐵的強(qiáng)度和塑韌性降數(shù)量為主。數(shù)量越多，尺寸越大，縮減程度越大，鑄鐵的強(qiáng)度和塑韌性降低越嚴(yán)重。低越嚴(yán)重。 b. b. 缺口作用：石墨的片端好像是存在于鑄鐵中的裂口，在承受負(fù)荷缺口作用：石墨的片端好像是存在于鑄鐵中的裂口，在承受負(fù)荷時造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋的早期產(chǎn)生并發(fā)展，出現(xiàn)脆性斷裂，使灰鐵的時造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋的早期產(chǎn)生并發(fā)展，出現(xiàn)脆性斷裂，使灰鐵的塑韌性幾乎表現(xiàn)不出來。主要取決于石墨的形狀和分布，尤以形狀為主，塑韌性幾乎表現(xiàn)不出來。主要取決于石墨的形狀和分布，尤以形狀為主，如為片狀石墨則主要取決于石墨片的尖銳程度，通?？梢杂檬谋砻娣e如

10、為片狀石墨則主要取決于石墨片的尖銳程度，通?？梢杂檬谋砻娣e與體積之比來說明。尖銳程度越大，造成應(yīng)力集中越嚴(yán)重，強(qiáng)度越低。因與體積之比來說明。尖銳程度越大，造成應(yīng)力集中越嚴(yán)重，強(qiáng)度越低。因此，可通過改變此，可通過改變G G的形態(tài)來提高鑄鐵的力學(xué)性能。的形態(tài)來提高鑄鐵的力學(xué)性能。School of Materials Science and Engineering 基體的作用基體的作用 鐵素體較軟，強(qiáng)度較低；珠光體有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑韌性較鐵鐵素體較軟，強(qiáng)度較低；珠光體有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑韌性較鐵素體低。因此，基體的強(qiáng)度隨著珠光體含量的增加和分散度的增大而增素體低。因此，基體的強(qiáng)度隨著

11、珠光體含量的增加和分散度的增大而增大。大。 共晶團(tuán)的作用共晶團(tuán)的作用細(xì)化共晶團(tuán)，可使鑄鐵的強(qiáng)度提高。細(xì)化共晶團(tuán)，可使鑄鐵的強(qiáng)度提高。2. 2. 硬度硬度 灰鑄鐵的硬度決定于基體，珠光體硬度較高。因此，隨著珠光體含量灰鑄鐵的硬度決定于基體，珠光體硬度較高。因此，隨著珠光體含量的增加和分散度的增大，鑄鐵的硬度增大。的增加和分散度的增大，鑄鐵的硬度增大。3. 3. 缺口敏感性缺口敏感性 石墨片的存在已在基體上形成大量的缺口，所以外來缺口（鑄件上的石墨片的存在已在基體上形成大量的缺口，所以外來缺口（鑄件上的孔洞、鍵槽、非金屬夾雜等）對灰鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響甚微，使鑄鐵的缺孔洞、鍵槽、非金屬夾雜等）對灰鑄

12、鐵的疲勞強(qiáng)度影響甚微，使鑄鐵的缺口敏感性降低，提高了零件工作的可靠性。隨著石墨細(xì)化或石墨形態(tài)的改口敏感性降低，提高了零件工作的可靠性。隨著石墨細(xì)化或石墨形態(tài)的改變，敏感性可能提高。變，敏感性可能提高。School of Materials Science and Engineering4. 4. 良好的減震性和減摩性良好的減震性和減摩性 石墨具有緩沖作用，能阻止振動能量的傳播；石墨是潤滑劑，脫落在石墨具有緩沖作用，能阻止振動能量的傳播；石墨是潤滑劑，脫落在摩擦面上，使灰鐵摩擦面上形成大量顯微凹坑，起到儲存潤滑油的作用，摩擦面上，使灰鐵摩擦面上形成大量顯微凹坑，起到儲存潤滑油的作用，使摩擦面上保

13、持油膜連續(xù)。使摩擦面上保持油膜連續(xù)。School of Materials Science and Engineering第二節(jié)第二節(jié) 影響鑄鐵鑄態(tài)組織的因素影響鑄鐵鑄態(tài)組織的因素一一. .冷卻速度的影響冷卻速度的影響 當(dāng)化學(xué)成分一定時，改變冷卻速度，可在很大的范圍內(nèi)改變鑄鐵的當(dāng)化學(xué)成分一定時，改變冷卻速度，可在很大的范圍內(nèi)改變鑄鐵的鑄態(tài)組織。鑄態(tài)組織。冷卻速度對鑄鐵結(jié)晶過程的影響主要在于對相變過程中原子冷卻速度對鑄鐵結(jié)晶過程的影響主要在于對相變過程中原子擴(kuò)散的影響。擴(kuò)散的影響。圖圖2-7 冷卻速度對鑄鐵凝固組織影響示意圖冷卻速度對鑄鐵凝固組織影響示意圖School of Materials

14、Science and Engineering共晶轉(zhuǎn)變：若冷速很小，則在該溫度下有較長的轉(zhuǎn)變時間，有條件共晶轉(zhuǎn)變：若冷速很小，則在該溫度下有較長的轉(zhuǎn)變時間，有條件進(jìn)行碳原子的充分?jǐn)U散，使轉(zhuǎn)變傾向于按石墨共晶方式進(jìn)行。因此，具進(jìn)行碳原子的充分?jǐn)U散，使轉(zhuǎn)變傾向于按石墨共晶方式進(jìn)行。因此，具有一定硅、碳含量的鐵液在共晶轉(zhuǎn)變中，可因冷速不同而生成白口或灰有一定硅、碳含量的鐵液在共晶轉(zhuǎn)變中，可因冷速不同而生成白口或灰口鑄鐵?？阼T鐵。共析轉(zhuǎn)變：在固態(tài)下進(jìn)行，碳原子的擴(kuò)散速率比共晶轉(zhuǎn)變中的擴(kuò)散共析轉(zhuǎn)變：在固態(tài)下進(jìn)行，碳原子的擴(kuò)散速率比共晶轉(zhuǎn)變中的擴(kuò)散速率要低得多，需要很低的冷速才能完成奧氏體向石墨的轉(zhuǎn)變。因

15、此，速率要低得多，需要很低的冷速才能完成奧氏體向石墨的轉(zhuǎn)變。因此，在實(shí)際鑄鐵組織中，白口基體為珠光體，灰口基體為不同比例的珠光體在實(shí)際鑄鐵組織中，白口基體為珠光體，灰口基體為不同比例的珠光體和鐵素體。和鐵素體。圖圖2-8 形成晶間碳化物示意圖形成晶間碳化物示意圖School of Materials Science and Engineering3. 3. 冷卻速度的影響因素冷卻速度的影響因素 鑄件壁厚越大，冷速越慢；鑄件壁厚越大，冷速越慢；圖圖2-9 鑄件壁厚對組織的影響鑄件壁厚對組織的影響School of Materials Science and Engineering 鑄件模數(shù)越大，

16、冷速越慢；鑄件模數(shù)越大，冷速越慢； 澆注溫度越高，冷速越慢。澆注溫度越高，冷速越慢。 鑄件模數(shù)鑄件模數(shù)M=V/AM=V/A，表示單位面積占有的體積量，體現(xiàn)鑄件的散熱能力。表示單位面積占有的體積量，體現(xiàn)鑄件的散熱能力。M M越大，散熱能力越差，冷卻速度越?。环粗?，冷卻速度越大。越大，散熱能力越差，冷卻速度越??；反之，冷卻速度越大。二二. .化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 主要化學(xué)元素主要化學(xué)元素C C、SiSi、MnMn、S S、P P對鑄鐵的鑄態(tài)組織都有一定的影響，對鑄鐵的鑄態(tài)組織都有一定的影響，其中對石墨的結(jié)晶過程起主要作用的是其中對石墨的結(jié)晶過程起主要作用的是C C、SiSi。C C、SiS

17、i 存在狀態(tài)存在狀態(tài) C C是形成石墨的元素，是形成石墨的元素，SiSi全溶于奧氏體或鐵素體中（即固溶于基體全溶于奧氏體或鐵素體中（即固溶于基體中）。中）。School of Materials Science and Engineering圖圖2-10 硅含量與鑄鐵組織的關(guān)系硅含量與鑄鐵組織的關(guān)系圖圖2-11 鑄鐵中硅含量與強(qiáng)度的關(guān)系鑄鐵中硅含量與強(qiáng)度的關(guān)系School of Materials Science and Engineering 對共晶溫度的影響對共晶溫度的影響 Si Si提高穩(wěn)定系的共晶溫度，降低亞穩(wěn)系的共晶溫度，因此擴(kuò)大兩個系提高穩(wěn)定系的共晶溫度，降低亞穩(wěn)系的共晶溫度，因此

18、擴(kuò)大兩個系統(tǒng)的共晶溫度間隔，使轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定系進(jìn)行。統(tǒng)的共晶溫度間隔，使轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定系進(jìn)行。 對石墨化的影響對石墨化的影響 a. a. 碳含量越高，形成石墨核心越容易，擴(kuò)散和聚集越容易，使轉(zhuǎn)變按碳含量越高，形成石墨核心越容易，擴(kuò)散和聚集越容易，使轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定系進(jìn)行。奧氏體和石墨共晶轉(zhuǎn)變后形成的組織中穩(wěn)定系進(jìn)行。奧氏體和石墨共晶轉(zhuǎn)變后形成的組織中G G較多，為共析轉(zhuǎn)變中較多，為共析轉(zhuǎn)變中G G的析出提供了更多的形核基底，促進(jìn)石墨化。的析出提供了更多的形核基底，促進(jìn)石墨化。 b. b. 硅促進(jìn)石墨化，同時能提高鐵液中硅促進(jìn)石墨化，同時能提高鐵液中C C的活度，促進(jìn)灰口組織的形成。的活度，促進(jìn)灰口組織的形成

19、。 對基體的影響對基體的影響 C C、SiSi增加使基體中鐵素體的含量增加，鑄鐵的強(qiáng)度性能降低。增加使基體中鐵素體的含量增加，鑄鐵的強(qiáng)度性能降低。 因此，工業(yè)上常用的灰鑄鐵中因此，工業(yè)上常用的灰鑄鐵中C C、SiSi含量控制如下：含量控制如下： WC=2.7-3.8%，WSi=1.4-2.1%， CE=3.2-4.3%，SC=0.75-1.0%。School of Materials Science and Engineering2. Mn2. Mn 可全溶于奧氏體中，降低共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度，較弱的阻礙石墨化?？扇苡趭W氏體中，降低共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度，較弱的阻礙石墨化。但在奧氏體分解（共析轉(zhuǎn)變

20、）過程中卻促使珠光體的形成，使珠光體含量但在奧氏體分解（共析轉(zhuǎn)變）過程中卻促使珠光體的形成，使珠光體含量增加，強(qiáng)化基體。增加，強(qiáng)化基體。 含含MnMn量的選擇應(yīng)使其在穩(wěn)定珠光體方面起有利作用，同時又達(dá)不到阻量的選擇應(yīng)使其在穩(wěn)定珠光體方面起有利作用，同時又達(dá)不到阻礙共晶石墨化的程度。礙共晶石墨化的程度。W WMnMn=0.5-1.2%=0.5-1.2%。3. S3. S 在奧氏體中的溶解度極低，能溶解在鐵液中形成在奧氏體中的溶解度極低，能溶解在鐵液中形成FeSFeS，與其他元，與其他元素化合成素化合成MnSMnS、MgSMgS等。等。 S S降低穩(wěn)定系的共晶溫度，阻止石墨的析出，使轉(zhuǎn)變按亞穩(wěn)系進(jìn)

21、降低穩(wěn)定系的共晶溫度，阻止石墨的析出，使轉(zhuǎn)變按亞穩(wěn)系進(jìn)行，同時使初生奧氏體和共晶奧氏體粗化。當(dāng)硫含量很高時，形成硫共行，同時使初生奧氏體和共晶奧氏體粗化。當(dāng)硫含量很高時，形成硫共晶，降低鑄鐵的性能，故晶，降低鑄鐵的性能，故應(yīng)限制鑄鐵中的含硫量。應(yīng)限制鑄鐵中的含硫量。W WS S=0.03-0.12%=0.03-0.12%。 S S對石墨形態(tài)影響：硫含量較高時石墨呈片狀，反之呈球狀或團(tuán)對石墨形態(tài)影響：硫含量較高時石墨呈片狀，反之呈球狀或團(tuán)狀。狀。School of Materials Science and Engineering4. P4. P 在奧氏體中溶解度極低，且有在奧氏體中溶解度極低，

22、且有嚴(yán)重的結(jié)晶偏析傾向嚴(yán)重的結(jié)晶偏析傾向，當(dāng)含量不高，當(dāng)含量不高（0.05%0.05%）時，形成磷共晶，使鑄鐵的脆性增加，但）時，形成磷共晶，使鑄鐵的脆性增加，但P P有促進(jìn)共晶石墨有促進(jìn)共晶石墨化的作用?；淖饔?。W WP P0.3%。5. 5. 其他合金元素其他合金元素圖圖2-12 合金元素對合金元素對Fe-G、Fe-Fe3C共晶共晶平衡溫度的影響平衡溫度的影響School of Materials Science and Engineering圖圖2-13 硅、鎳、鉻、硫?qū)簿囟鹊挠绊懝?、鎳、鉻、硫?qū)簿囟鹊挠绊慡chool of Materials Science and Engi

23、neering三三. .爐料的影響爐料的影響爐料的遺傳性爐料的遺傳性 當(dāng)由一種爐料換成另一種爐料時，雖然鐵液的基本成分并未改變，但當(dāng)由一種爐料換成另一種爐料時，雖然鐵液的基本成分并未改變，但鑄鐵的組織，包括石墨化程度、白口傾向及石墨形態(tài)和基體組成卻發(fā)生了鑄鐵的組織，包括石墨化程度、白口傾向及石墨形態(tài)和基體組成卻發(fā)生了變化，這種變化的原因來自爐料，稱為爐料的遺傳性。在鑄鐵生產(chǎn)中，爐變化，這種變化的原因來自爐料，稱為爐料的遺傳性。在鑄鐵生產(chǎn)中，爐料對鑄鐵組織的影響來自下述幾方面原因。料對鑄鐵組織的影響來自下述幾方面原因。 綜上，綜上，C和和Si是灰鑄鐵的基本成分；是灰鑄鐵的基本成分；Mn含量一般較

24、低，影響不大；含量一般較低，影響不大；P、S常被看作雜質(zhì)，應(yīng)加以限制。為改善鑄鐵的某些性能，可分別加入其他常被看作雜質(zhì)，應(yīng)加以限制。為改善鑄鐵的某些性能，可分別加入其他的一些合金元素。的一些合金元素。School of Materials Science and Engineering1. 1. 生鐵中石墨的遺傳性生鐵中石墨的遺傳性 某些生鐵中某些生鐵中SiSi、C C含量較高，組織中有粗大的初生石墨。重熔時，由含量較高，組織中有粗大的初生石墨。重熔時，由于石墨熔點(diǎn)較高，鐵液在爐中停留的時間較短，因此，粗大的石墨來不于石墨熔點(diǎn)較高，鐵液在爐中停留的時間較短，因此，粗大的石墨來不及及完全溶解在鐵

25、液中，而在鐵液凝固過程中，殘留的石墨作為石墨析出的晶完全溶解在鐵液中，而在鐵液凝固過程中，殘留的石墨作為石墨析出的晶芽而繼續(xù)長大，故有時在亞共晶鐵液中出現(xiàn)粗大的初生石墨，這是由于生芽而繼續(xù)長大，故有時在亞共晶鐵液中出現(xiàn)粗大的初生石墨，這是由于生鐵中石墨的遺傳性所致。鐵中石墨的遺傳性所致。2. 2. 鐵料中的微量合金元素鐵料中的微量合金元素 Pb Pb、SbSb、TiTi、BiBi等，會使鑄鐵的結(jié)晶過程產(chǎn)生明顯的過冷，或生成等，會使鑄鐵的結(jié)晶過程產(chǎn)生明顯的過冷，或生成不正常的形態(tài)，甚至促進(jìn)白口組織的形成。不正常的形態(tài)，甚至促進(jìn)白口組織的形成。四四. .鐵液過熱和高溫靜置的影響鐵液過熱和高溫靜置的

26、影響 鐵液過熱的溫度越高，高溫靜置的時間越長，鐵液中殘留的石墨溶解鐵液過熱的溫度越高，高溫靜置的時間越長，鐵液中殘留的石墨溶解而消失掉，使石墨細(xì)化，鑄鐵的強(qiáng)度增加。而消失掉，使石墨細(xì)化，鑄鐵的強(qiáng)度增加。 若進(jìn)一步提高鐵液的過熱溫度，鑄鐵的成核能力將降低，石墨的形態(tài)若進(jìn)一步提高鐵液的過熱溫度，鑄鐵的成核能力將降低，石墨的形態(tài)變差，甚至形成自由滲碳體，使鑄鐵的強(qiáng)度降低。變差，甚至形成自由滲碳體，使鑄鐵的強(qiáng)度降低。School of Materials Science and Engineering 因此，存在一個臨界的鐵液過熱溫度，這取決于化學(xué)成分及冷卻速度。因此，存在一個臨界的鐵液過熱溫度，這取

27、決于化學(xué)成分及冷卻速度。一般在一般在1500-15501500-1550。五五. .孕育的影響孕育的影響 孕育處理：鐵液澆注前，在一定條件下，向鐵液中加入一定量的孕育孕育處理：鐵液澆注前，在一定條件下，向鐵液中加入一定量的孕育劑以改變鐵液的凝固過程，改善鑄態(tài)組織，從而達(dá)到提高性能的目的的處劑以改變鐵液的凝固過程，改善鑄態(tài)組織，從而達(dá)到提高性能的目的的處理方法。理方法。1. 1. 加入孕育劑，在鐵液中形成大量非均質(zhì)石墨晶核，消除低共晶度鑄鐵加入孕育劑，在鐵液中形成大量非均質(zhì)石墨晶核，消除低共晶度鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變過程中的白口傾向，使其結(jié)晶成為具有良好石墨形態(tài)的灰口鑄在共晶轉(zhuǎn)變過程中的白口傾向，使其結(jié)

28、晶成為具有良好石墨形態(tài)的灰口鑄鐵。鐵。2. 2. 改善石墨的形態(tài)，使改善石墨的形態(tài)，使D D型石墨向型石墨向A A型石墨轉(zhuǎn)變，獲得細(xì)片狀珠光體基體，型石墨轉(zhuǎn)變，獲得細(xì)片狀珠光體基體，強(qiáng)度性能提高。強(qiáng)度性能提高。3. 3. 減小鑄件上由壁厚差產(chǎn)生的組織和性能上的差別，提高組織的均一性。減小鑄件上由壁厚差產(chǎn)生的組織和性能上的差別，提高組織的均一性。School of Materials Science and Engineering六六. .氣體的影響氣體的影響1. H1. H：使石墨變粗，穩(wěn)定滲碳體，阻礙石墨化。隨著：使石墨變粗，穩(wěn)定滲碳體，阻礙石墨化。隨著H H含量增加，鑄鐵的含量增加，鑄鐵的

29、力學(xué)性能和鑄造性能下降。力學(xué)性能和鑄造性能下降。2. N2. N：阻礙石墨化，穩(wěn)定滲碳體，促進(jìn)：阻礙石墨化，穩(wěn)定滲碳體，促進(jìn)D D型（枝晶點(diǎn)狀）石墨的形成，穩(wěn)型（枝晶點(diǎn)狀）石墨的形成，穩(wěn)定珠光體，提高鑄鐵的強(qiáng)度。定珠光體，提高鑄鐵的強(qiáng)度。3. O3. O：阻礙石墨化，增大白口傾向。隨著：阻礙石墨化，增大白口傾向。隨著O O含量的增加，鑄鐵斷面敏感性含量的增加，鑄鐵斷面敏感性提高，易形成氣孔，同時還增加孕育劑和變質(zhì)劑的消耗量。提高，易形成氣孔，同時還增加孕育劑和變質(zhì)劑的消耗量。School of Materials Science and Engineering第三節(jié)第三節(jié) 灰鑄鐵的鑄造性能灰鑄

30、鐵的鑄造性能一一. .流動性（鐵液的充型能力）流動性（鐵液的充型能力）1. 1. 流動性分析流動性分析 含有高碳、硅的鐵液具有低的黏度和表面張力，流動性好。含有高碳、硅的鐵液具有低的黏度和表面張力，流動性好。 亞共晶亞共晶HT的化學(xué)成分偏離共晶成分不遠(yuǎn)，結(jié)晶溫度范圍較小，初的化學(xué)成分偏離共晶成分不遠(yuǎn)，結(jié)晶溫度范圍較小，初生奧氏體枝晶不發(fā)達(dá)，因而鐵液能保持較長的流動時間，越接近共晶成生奧氏體枝晶不發(fā)達(dá)，因而鐵液能保持較長的流動時間，越接近共晶成分，液相線溫度越低，流動性就越好。分，液相線溫度越低，流動性就越好。2. 2. 流動性的影響因素流動性的影響因素 化學(xué)成分化學(xué)成分 a. C a. C、S

31、iSi影響共晶度。影響共晶度。 當(dāng)當(dāng)ScSc1（亞共晶），增加（亞共晶），增加C C、SiSi含量使共晶度增加，鐵液成分越靠含量使共晶度增加，鐵液成分越靠近共晶成分，流動性越好；若近共晶成分，流動性越好；若ScSc1 1（過共晶），由于有初生石墨析出，流（過共晶），由于有初生石墨析出，流動性較差，降低動性較差，降低C C、SiSi含量，使流動性提高。含量，使流動性提高。School of Materials Science and Engineering b. Mn b. Mn、S S對對ScSc影響不大。在鐵液中形成影響不大。在鐵液中形成MnSMnS，使鐵液內(nèi)摩擦增大，流，使鐵液內(nèi)摩擦增大，

32、流動性降低；形成動性降低；形成FeSFeS，對流動性影響不大。，對流動性影響不大。 c. P c. P：使：使ScSc增大，又能形成低熔點(diǎn)共晶體，降低鑄鐵液相線溫度，增大，又能形成低熔點(diǎn)共晶體，降低鑄鐵液相線溫度，流動性增加。流動性增加。 澆注溫度：溫度越高，流動性越好。澆注溫度：溫度越高，流動性越好。 鐵液質(zhì)量：凈化鐵液，去除氣體、雜質(zhì)，可提高流動性。鐵液質(zhì)量：凈化鐵液，去除氣體、雜質(zhì)，可提高流動性。二二. .縮孔縮松形成傾向縮孔縮松形成傾向 縮孔縮松是合金在液態(tài)下和凝固期間產(chǎn)生的收縮引起的，即縮孔縮松是合金在液態(tài)下和凝固期間產(chǎn)生的收縮引起的，即液液+ +凝凝。 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 液液是指從

33、澆注溫度到液相線溫度之間發(fā)生的收縮。澆注溫度越高，是指從澆注溫度到液相線溫度之間發(fā)生的收縮。澆注溫度越高，含碳量越高，液態(tài)收縮越大。含碳量越高，液態(tài)收縮越大。 凝凝是指凝固期間發(fā)生的收縮及由于析出石墨而產(chǎn)生的膨脹量的總和。是指凝固期間發(fā)生的收縮及由于析出石墨而產(chǎn)生的膨脹量的總和。凝凝=6.9%-0.9C-2G School of Materials Science and Engineering 可以看出，碳含量越高，析出的石墨越多，凝固收縮越小。在凝固期可以看出，碳含量越高，析出的石墨越多，凝固收縮越小。在凝固期間，每析出間，每析出1%1%的的G G，體積將增加，體積將增加2%2%，在很大程

34、度上抵消凝固期間的收縮量。，在很大程度上抵消凝固期間的收縮量。同時，若含碳量增加，析出的石墨將增加，同時，若含碳量增加，析出的石墨將增加，凝凝減少，甚至產(chǎn)生負(fù)值，即減少，甚至產(chǎn)生負(fù)值，即發(fā)生膨脹。發(fā)生膨脹。 因此，縮松縮孔的傾向主要和因此，縮松縮孔的傾向主要和液液+ +凝凝的大小有關(guān)。它們值越大，的大小有關(guān)。它們值越大，傾傾向也越大。因?yàn)楹辖鸬南蛞苍酱蟆Ｒ驗(yàn)楹辖鸬囊簯B(tài)收縮和凝固收縮液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，故常表現(xiàn)為合金體積的縮減，故常用用單位體積收縮量單位體積收縮量來表示。來表示。 對于對于C、Si含量較高的含量較高的HT件和件和C、Si含量較低的薄壁含量較低的薄壁HT件，都不

35、需要件，都不需要用冒口進(jìn)行補(bǔ)縮；而對于用冒口進(jìn)行補(bǔ)縮；而對于C、Si含量較低且壁厚的含量較低且壁厚的HT件，才設(shè)置冒口進(jìn)行件，才設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。此外，鑄型條件也是補(bǔ)縮。此外，鑄型條件也是HT收縮應(yīng)考慮的問題，相同條件下，濕砂型收縮應(yīng)考慮的問題，相同條件下，濕砂型的收縮一般都大于干砂型的收縮。的收縮一般都大于干砂型的收縮。2. 形成傾向形成傾向 鑄件中的縮孔包括集中縮孔和分散縮孔（縮松）。鑄件中的縮孔包括集中縮孔和分散縮孔（縮松）。HT的縮松形成傾的縮松形成傾向較小。向較小。 a. 對于過共晶成分的對于過共晶成分的HT，析出的石墨使得體積增加，收縮減小。，析出的石墨使得體積增加，收縮減小。 S

36、chool of Materials Science and Engineering b. 對于亞共晶成分的對于亞共晶成分的HT，在凝固中初生奧氏體枝晶構(gòu)成大量的枝晶，在凝固中初生奧氏體枝晶構(gòu)成大量的枝晶間空隙，處于枝晶間的共晶成分鐵液在發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變中，將因析出石墨而間空隙，處于枝晶間的共晶成分鐵液在發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變中，將因析出石墨而體積增大，其產(chǎn)生的體積膨脹力絕大多數(shù)直接作用在初生奧氏體枝晶或共體積增大，其產(chǎn)生的體積膨脹力絕大多數(shù)直接作用在初生奧氏體枝晶或共晶團(tuán)的液體上，并推動液體通過枝晶間的通道去補(bǔ)縮由于液態(tài)和固態(tài)收縮晶團(tuán)的液體上，并推動液體通過枝晶間的通道去補(bǔ)縮由于液態(tài)和固態(tài)收縮所形成的小孔

37、洞所形成的小孔洞，即具有，即具有“自補(bǔ)縮自補(bǔ)縮”作用。所以，作用。所以，HTHT件比較致密，即鑄造件比較致密，即鑄造性能好。性能好。合金種類合金種類含碳量含碳量（%）澆注溫度澆注溫度/液態(tài)收縮液態(tài)收縮（%）凝固收縮凝固收縮（%）固態(tài)收縮固態(tài)收縮（%）總體積總體積收縮（收縮（%）碳素鑄鋼碳素鑄鋼0.3516101.63.07.8612.46白口鑄鐵白口鑄鐵3.014002.44.25.4-6.312-12.9灰灰 鑄鑄 鐵鐵3.514003.50.13.3-4.26.9-7.8表表2-1 幾種鐵碳合金的體積收縮率幾種鐵碳合金的體積收縮率School of Materials Science an

38、d Engineering三三. .固態(tài)收縮（線收縮）固態(tài)收縮（線收縮） 在凝固后期，形成固相骨架之后，在凝固后期，形成固相骨架之后，隨著溫度的降低，先有一段收縮，然后隨著溫度的降低，先有一段收縮，然后在骨架中間的鐵液發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生在骨架中間的鐵液發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生體積膨脹，待全部凝固后，隨體積膨脹，待全部凝固后，隨著溫度的著溫度的進(jìn)一步降低又發(fā)生收縮，此后在共析轉(zhuǎn)進(jìn)一步降低又發(fā)生收縮，此后在共析轉(zhuǎn)變期間又發(fā)生體積增加，共析轉(zhuǎn)變完成變期間又發(fā)生體積增加，共析轉(zhuǎn)變完成后直到冷卻至常溫的過程中發(fā)生的收縮后直到冷卻至常溫的過程中發(fā)生的收縮即為固態(tài)收縮。即為固態(tài)收縮。 線收縮曲線分析線收縮曲線分析

39、1. 凝固后期，凝固后期，HT有收縮前的膨脹階段；有收縮前的膨脹階段；2. 凝固完畢后，三者均有珠光體前收縮階段；凝固完畢后，三者均有珠光體前收縮階段；共析轉(zhuǎn)變中，三者均有二次膨脹現(xiàn)象，但白口鑄鐵和碳鋼的膨脹量共析轉(zhuǎn)變中，三者均有二次膨脹現(xiàn)象，但白口鑄鐵和碳鋼的膨脹量 小，灰鐵的膨脹量較大。小，灰鐵的膨脹量較大。School of Materials Science and Engineering合金種類合金種類灰鑄鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵碳素鑄鋼碳素鑄鋼鋁合金鋁合金銅合金銅合金線收縮率線收縮率（%）0.8-1.0 1.2-2.0 0.8-1.3 1.38-2.0 0.8-1.

40、6 1.2-1.4 表表2-2 常用鑄造合金的線收縮率常用鑄造合金的線收縮率 合金的合金的固態(tài)收縮固態(tài)收縮不僅引起體積上的縮減，同時還使鑄件在尺寸上減不僅引起體積上的縮減，同時還使鑄件在尺寸上減小，因此常用小，因此常用單位長度上的收縮量單位長度上的收縮量來表示。來表示。 這是由于共析過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體或鐵素體，奧氏體是面心這是由于共析過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體或鐵素體，奧氏體是面心立方結(jié)構(gòu)，鐵素體和珠光體是體心立方結(jié)構(gòu)，面心立方的致密度要比體心立方結(jié)構(gòu)，鐵素體和珠光體是體心立方結(jié)構(gòu)，面心立方的致密度要比體心立方高，或者說面心立方密度大，體心立方密度小，所以共析轉(zhuǎn)變過程中立方高，或者說面

41、心立方密度大，體心立方密度小，所以共析轉(zhuǎn)變過程中體積要發(fā)生二次膨脹。體積要發(fā)生二次膨脹。 此外，灰鐵共析過程中生成鐵素體時，還伴隨著共析石墨的產(chǎn)生，因此外，灰鐵共析過程中生成鐵素體時，還伴隨著共析石墨的產(chǎn)生，因此，灰鐵的二次膨脹量較大。此，灰鐵的二次膨脹量較大。School of Materials Science and Engineering 熱應(yīng)力：熱應(yīng)力：=E=E* * 相變應(yīng)力相變應(yīng)力由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮不由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮不一致而引起。一致而引起。與線收縮系數(shù)有關(guān)，與線收縮系數(shù)有關(guān)，HTHT中有大量的石墨，因

42、此線收縮小于中有大量的石墨，因此線收縮小于白口鑄鐵和鑄鋼；同時灰鐵的彈性模量小于白口鑄鐵和鑄鋼（實(shí)驗(yàn)表白口鑄鐵和鑄鋼；同時灰鐵的彈性模量小于白口鑄鐵和鑄鋼（實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)材料中有夾雜、孔洞或人工缺口時，明，當(dāng)材料中有夾雜、孔洞或人工缺口時，E E降低，因?yàn)榻档停驗(yàn)镠THT中的中的G G像孔洞像孔洞一樣，因此，一樣，因此，E E較?。?，因此，熱應(yīng)力較小。較?。?，因此，熱應(yīng)力較小。 HT HT經(jīng)過共析轉(zhuǎn)變，新舊兩相在比容上相差不大，而且相變溫度處于經(jīng)過共析轉(zhuǎn)變，新舊兩相在比容上相差不大，而且相變溫度處于鑄鐵還有一定塑性的溫度范圍內(nèi)，因此相變應(yīng)力較小。鑄鐵還有一定塑性的溫度范圍內(nèi)，因此相變應(yīng)力較小。

43、 鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力（約發(fā)生在鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力（約發(fā)生在550 ）、相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力三者相）、相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力三者相互抵消或疊加的結(jié)果?；サ窒虔B加的結(jié)果。1. 1. 鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力四四. .鑄造應(yīng)力和冷裂傾向鑄造應(yīng)力和冷裂傾向School of Materials Science and Engineering 綜上，綜上，HTHT的鑄造應(yīng)力較小。的鑄造應(yīng)力較小。冷裂冷裂 冷裂的產(chǎn)生原因冷裂的產(chǎn)生原因 減小冷裂傾向的措施減小冷裂傾向的措施當(dāng)材料的鑄造應(yīng)力超過該材料的強(qiáng)度極限時，鑄件產(chǎn)生冷裂。當(dāng)材料的鑄造應(yīng)力超過該材料的強(qiáng)度極限時，鑄件產(chǎn)生冷裂。 鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、澆冒口等

44、外力的阻礙而產(chǎn)生鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，收縮受阻都會產(chǎn)生收的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉應(yīng)力?？s應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉應(yīng)力。形成原因一經(jīng)消除（如鑄件落砂或形成原因一經(jīng)消除（如鑄件落砂或去除澆口后）收縮應(yīng)力也隨之消失，因此收縮應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力。去除澆口后）收縮應(yīng)力也隨之消失，因此收縮應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力。但但在落砂前，如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用，使其瞬間應(yīng)力大于鑄在落砂前，如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用，使其瞬間應(yīng)力大于鑄件的抗拉強(qiáng)度時，鑄件會產(chǎn)生

45、熱裂紋。件的抗拉強(qiáng)度時，鑄件會產(chǎn)生熱裂紋。 收縮應(yīng)力收縮應(yīng)力School of Materials Science and Engineering a. 碳當(dāng)量：當(dāng)碳當(dāng)量增加時，能夠促進(jìn)石墨化，材料的鑄造應(yīng)力減碳當(dāng)量：當(dāng)碳當(dāng)量增加時，能夠促進(jìn)石墨化，材料的鑄造應(yīng)力減小，冷裂傾向減小。小，冷裂傾向減小。 b. 合金元素：合金元素：S、P含量降低，脆性降低，鑄件的冷裂傾向減小。含量降低，脆性降低，鑄件的冷裂傾向減小。 c. 冷卻條件：冷卻速度降低時，能夠促進(jìn)石墨化，使鑄造應(yīng)力減小，冷卻條件：冷卻速度降低時，能夠促進(jìn)石墨化，使鑄造應(yīng)力減小，從而使冷裂傾向減小。從而使冷裂傾向減小。 d. 落砂清理：對

46、于薄殼鑄件落砂清理：對于薄殼鑄件 ，采用單獨(dú)的清理方式。，采用單獨(dú)的清理方式。School of Materials Science and Engineering第四節(jié)第四節(jié) 灰鑄鐵件的生產(chǎn)灰鑄鐵件的生產(chǎn)一一. .灰鑄鐵灰鑄鐵的牌號的牌號1. 1. 強(qiáng)度分級強(qiáng)度分級 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 HT400 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 HT400等。等。分別對應(yīng)：分別對應(yīng)：b b100100，150150， 200200，250250，300300， 350350， 400MP400MP等。等。 高于高于H

47、T250HT250是通過孕育處理得到的灰鐵；同一牌號鑄鐵的生產(chǎn)必須是通過孕育處理得到的灰鐵；同一牌號鑄鐵的生產(chǎn)必須考慮壁厚，如表考慮壁厚，如表2-92-9。2 2. . 硬度分級硬度分級 H145 H175 H195 H215 H235 H145 H175 H195 H215 H235 等。等。分別對應(yīng)：分別對應(yīng)：HBSHBS170170，150150-220-220，170-220170-220，190-240190-240，210-260210-260等。等。HBSHBS值波動在值波動在25HBS25HBS范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。School of Materials Science and En

48、gineering二二. .冶金質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)冶金質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)1.1.成熟度及相對強(qiáng)度成熟度及相對強(qiáng)度 成熟度成熟度RG= b測測/（1000-800Sc）對于對于HTHT：0.5 0.5 RG RG 1 1.5.5。若。若RGRG1 1，表示孕育效果不好，未能發(fā)揮，表示孕育效果不好，未能發(fā)揮材質(zhì)的潛力，希望材質(zhì)的潛力，希望RGRG在在1.15-1.31.15-1.3之間。之間。 相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度RZ=b測測/（2.27HBS-227）*100% 要求要求60%60%RZ RZ 140%140%。2.2.硬化度及相對硬度硬化度及相對硬度 硬化度硬化度HG=HBS測測/（530-344Sc）S

49、chool of Materials Science and Engineering 相對硬度相對硬度RH=HBS測測/（100+0.44b測測）RHRH在在0.6-1.20.6-1.2之間，在之間，在0.8-1.00.8-1.0之間為佳。之間為佳。RHRH低表明低表明HTHT強(qiáng)度高，硬度強(qiáng)度高，硬度低，有良好的切削加工性。低，有良好的切削加工性。3.3.品質(zhì)系數(shù)品質(zhì)系數(shù)Qi=RG/HGQ Qi i在在0.7-1.50.7-1.5之間，其中在之間，其中在1-1.51-1.5之間為佳。之間為佳。三三. .提高灰鑄鐵性能的途徑提高灰鑄鐵性能的途徑1. 化學(xué)成分的合理選擇化學(xué)成分的合理選擇當(dāng)前國內(nèi)外

50、在當(dāng)前國內(nèi)外在HT化學(xué)成分方面的發(fā)展趨勢是高的碳當(dāng)量，即在達(dá)到化學(xué)成分方面的發(fā)展趨勢是高的碳當(dāng)量，即在達(dá)到高強(qiáng)度的前提下，采用盡量高的碳、硅含量。高強(qiáng)度的前提下，采用盡量高的碳、硅含量。高的高的CE能使薄壁件的白口能使薄壁件的白口傾向減小，減小鑄件的內(nèi)應(yīng)力，在同樣強(qiáng)度條件下，由低傾向減小，減小鑄件的內(nèi)應(yīng)力，在同樣強(qiáng)度條件下，由低CE轉(zhuǎn)變?yōu)楦咿D(zhuǎn)變?yōu)楦逤E，品質(zhì)系數(shù)提高。，品質(zhì)系數(shù)提高。為此，為此，要選擇合理的要選擇合理的Si/C值。值。School of Materials Science and Engineering通常要通常要提高提高Si/C值值，這對鑄鐵凝固過程特性、組織結(jié)構(gòu)及性能有重要

51、，這對鑄鐵凝固過程特性、組織結(jié)構(gòu)及性能有重要的影響。的影響。 組織中初生奧氏體增多，初生石墨減少，有強(qiáng)化基體的作用（同時組織中初生奧氏體增多，初生石墨減少，有強(qiáng)化基體的作用（同時Si又能強(qiáng)化鐵素體），使得鑄鐵的強(qiáng)度增加。又能強(qiáng)化鐵素體），使得鑄鐵的強(qiáng)度增加。 由于碳含量減少，因此石墨量降低，石墨的縮減和切割作用降低。由于碳含量減少，因此石墨量降低，石墨的縮減和切割作用降低。 減小白口傾向，提高組織的均一性。減小白口傾向，提高組織的均一性。 提高共析溫度，使珠光體稍有粗化，強(qiáng)度降低。提高共析溫度，使珠光體稍有粗化，強(qiáng)度降低。圖圖2-7 Si/C與與bb的關(guān)系的關(guān)系1 1-CE=3.6%-3.8%

52、 -CE=3.6%-3.8% 2 2-CE=3.8%-4.0% -CE=3.8%-4.0% 3 3-CE=4.0%-4.2%-CE=4.0%-4.2% 圖圖2-8 Si/C與白口傾向的關(guān)系與白口傾向的關(guān)系School of Materials Science and Engineering2. 2. 孕育處理孕育處理 目的目的 孕育劑的加入量和粒度孕育劑的加入量和粒度HT用孕育劑的主要成分是硅鐵（用孕育劑的主要成分是硅鐵（WSi=75%）；加入量依鑄件壁厚而定。）；加入量依鑄件壁厚而定。 對于厚壁件，加入量為鐵液重的對于厚壁件，加入量為鐵液重的0.2-0.4%；薄壁件，為；薄壁件，為0.3-0

53、.5%。粒度為粒度為1-3mm，以使其能為鐵液迅速溶解和吸收。，以使其能為鐵液迅速溶解和吸收。粉狀硅鐵在孕育過粉狀硅鐵在孕育過程中易氧化燒損，故避免使用。程中易氧化燒損，故避免使用。 孕育劑的作用機(jī)理孕育劑的作用機(jī)理形核形核作為孕育劑的硅鐵中常含有微量的作為孕育劑的硅鐵中常含有微量的Ca、Ce、Zr等元素，在有白口傾向等元素，在有白口傾向的亞共晶成分鐵液中溶解后，隨即形成以這些元素的硫化物或碳化物為核的亞共晶成分鐵液中溶解后，隨即形成以這些元素的硫化物或碳化物為核心和心和SiO2為外殼的晶核，它們與石墨原子的排列有一定的共格關(guān)系而使鐵為外殼的晶核，它們與石墨原子的排列有一定的共格關(guān)系而使鐵液中

54、的碳原子能依附在其表面上生長。液中的碳原子能依附在其表面上生長。School of Materials Science and Engineering由于硅鐵的溶解，在鐵液中形成大量的富硅微區(qū)，提高了鐵液中碳的由于硅鐵的溶解，在鐵液中形成大量的富硅微區(qū)，提高了鐵液中碳的活度，促進(jìn)碳原子從鐵液中析出，從而在共晶轉(zhuǎn)變過程中助于石墨晶體的活度，促進(jìn)碳原子從鐵液中析出，從而在共晶轉(zhuǎn)變過程中助于石墨晶體的生成，又由于大量的晶核在鐵液中均勻分布，故能形成多而細(xì)小的共晶團(tuán)生成，又由于大量的晶核在鐵液中均勻分布，故能形成多而細(xì)小的共晶團(tuán)及細(xì)片狀石墨。及細(xì)片狀石墨。 長大長大 孕育劑的選擇孕育劑的選擇 選擇原則

55、：保證孕育效果的前提下，保持一定的孕育時間選擇原則：保證孕育效果的前提下，保持一定的孕育時間(衰退期衰退期)。 純硅雖有一定的孕育作用，但衰退很快，其原因是在鐵液中形成的純硅雖有一定的孕育作用，但衰退很快，其原因是在鐵液中形成的SiO2晶核具有較小的體積，不能穩(wěn)定存在。純晶核具有較小的體積，不能穩(wěn)定存在。純SiFe的孕育作用小，而含的孕育作用小，而含有有Sr、Ce、Ba、Ca、Al、Ti、Zr的硅鐵孕育效果較好。的硅鐵孕育效果較好。 生產(chǎn)孕育鑄鐵的主要條件生產(chǎn)孕育鑄鐵的主要條件 a. 選擇合適的化學(xué)成分；選擇合適的化學(xué)成分； b. 鐵液要有一定的過熱溫度；鐵液要有一定的過熱溫度； c. 加入一

56、定量的孕育劑；加入一定量的孕育劑； d. 選擇適當(dāng)?shù)脑杏椒ǎ焊」柙杏?，硅鐵棒孕育法，澆口杯孕育選擇適當(dāng)?shù)脑杏椒ǎ焊」柙杏?，硅鐵棒孕育法，澆口杯孕育法，型內(nèi)孕育法等。法，型內(nèi)孕育法等。School of Materials Science and Engineering 孕育效果的評定孕育效果的評定 a. 白口傾向的評定：孕育前后三角試樣的白口寬度差別增加，則孕白口傾向的評定：孕育前后三角試樣的白口寬度差別增加，則孕育效果好。育效果好。b. 共晶團(tuán)數(shù)目：越多則孕育效果越好。共晶團(tuán)數(shù)目：越多則孕育效果越好。 c. 測定共晶過冷度：孕育后，成核能力增強(qiáng)，過冷度減??；若孕育測定共晶過冷度：孕育后，成核能力增強(qiáng)，過冷度減小；若孕育前后的過冷度比值增大，則孕育效果好。前后的過冷度比值增大，則孕育效果好。低合金化低合金化 向一定成分的向一定成分的HTHT中加入少量的合金元素（中加入少量的合金元素（3%），提高），提高HT的強(qiáng)度或的強(qiáng)度或硬度，使之滿足一些特定的使用條件。由于加入量很少，因此仍為硬度，使之滿足一