鑄鐵(金屬工藝)

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(zhì)量分?jǐn)?shù)大于是碳質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)為了提高力學(xué)性能或物理、化學(xué)性能，還可有時(shí)為了提高力學(xué)性能或物理、化學(xué)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(jī)床的床身、床頭箱用于制造機(jī)床的床身、床頭箱, ,發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、機(jī)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(dòng)閥啟動(dòng)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(jiǎn)單六方晶格石墨的晶格類型為簡(jiǎn)單六方晶格 基面中的原子結(jié)合力較強(qiáng)基面中的原子結(jié)合力較強(qiáng) 兩基面之間的原子結(jié)合力弱兩基面之間的原子結(jié)合力弱石墨的基面容易滑動(dòng)，其強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性極低，常石墨的基面容易滑動(dòng)，其強(qiáng)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(tuán)絮狀團(tuán)絮狀球狀球

3、狀蠕蟲(chóng)狀蠕蟲(chóng)狀石墨呈片狀石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈球狀石墨呈蠕蟲(chóng)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(duì)基體產(chǎn)生墨，石墨對(duì)基體產(chǎn)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(xué)性能下降力學(xué)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(xué)性能越差。越不均勻，鑄鐵的力學(xué)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(duì)鑄鐵的力學(xué)性能影響三、石墨存在對(duì)鑄鐵的力學(xué)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(tuán)絮狀團(tuán)絮狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲(chóng)狀蠕蟲(chóng)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、鑄鐵中一、鑄鐵中碳原子析出并

5、形成石墨的過(guò)程碳原子析出并形成石墨的過(guò)程稱為稱為石墨化石墨化 石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過(guò)滲石墨既可以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。碳體分解來(lái)獲得。 石墨化若能充分或大部分進(jìn)行，則能獲得石墨化若能充分或大部分進(jìn)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。灰口鑄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(zhǎng)時(shí)間退火，由可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)烈促進(jìn)石

6、墨化的元素。鑄鐵中碳、硅的含量越碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。鑄鐵中碳、硅的含量越高，越容易進(jìn)行石墨化，得到灰口鑄鐵組織。高，越容易進(jìn)行石墨化，得到灰口鑄鐵組織。 硫是強(qiáng)烈阻止石墨化的元素。一般硫是強(qiáng)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(jìn)石墨化的元素。一般磷是微弱促進(jìn)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WcWc=2.5%=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(qiáng)度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)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、良

8、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(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心，以獲得細(xì)小均勻的石墨片和難熔質(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心，以獲得細(xì)小均勻的石墨片和細(xì)片珠光體。細(xì)片珠光體。 通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較高的強(qiáng)度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。高的強(qiáng)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(hào)、性能及

9、用途、灰鑄鐵的牌號(hào)、性能及用途 牌號(hào)用牌號(hào)用“HT+HT+數(shù)字?jǐn)?shù)字”表示。表示。HTHT是是“灰鐵灰鐵”兩字的漢語(yǔ)拼音兩字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（字首，數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（MPaMPa）。例：）。例：HT150HT150。 灰鑄鐵的性能特點(diǎn)是生產(chǎn)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)量占整個(gè)灰鑄鐵的性能特點(diǎn)是生產(chǎn)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)量占整個(gè)鑄鐵產(chǎn)量的鑄鐵產(chǎn)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(qiáng)度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性比鋼低很多。具有優(yōu)良的鑄造

10、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(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心，以獲得細(xì)小均勻的石墨片和難熔質(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心，以獲得細(xì)小均勻的石墨片和細(xì)片珠光體。細(xì)片珠光體。 通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。孕育鑄鐵有較高的強(qiáng)度，且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻。高的強(qiáng)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(hào)、用途、灰鑄鐵的牌號(hào)、用途 牌號(hào)用牌號(hào)用“HT+HT+數(shù)字?jǐn)?shù)字”表示。表示。HTHT是是“灰鐵灰鐵”兩字的漢語(yǔ)拼音兩字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（字首，數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（MPaMPa）。例：）。例：HT150HT150。 灰鑄鐵的應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)量占整個(gè)鑄鐵產(chǎn)量的灰鑄鐵的應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)量占整個(gè)鑄鐵產(chǎn)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(yīng)力、狀、數(shù)量、大小和分布。熱處理主要作用是消除應(yīng)力、改善

12、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(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 工藝為：加熱至工藝為：加熱至500500600600，保溫一段時(shí)間后，隨爐，保溫一段時(shí)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(yīng)淬火、接觸電阻加

13、熱淬火等。火焰淬火、感應(yīng)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(xué)成分一般為：球墨鑄鐵的化學(xué)成分一般為：WcWc=3=36 64 40 0，WsiWsi=2=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鑄

14、鐵四種。生產(chǎn)方法：在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接生產(chǎn)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(xué)性能比灰口鑄鐵高得多，強(qiáng)度與鋼接近，屈力學(xué)性能比灰口鑄鐵高得多，強(qiáng)度與鋼接近，屈強(qiáng)比達(dá)到強(qiáng)比達(dá)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(dòng)性稍差、白口傾向大等缺陷。但存在收縮率較大、流動(dòng)性稍差、

15、白口傾向大等缺陷。牌號(hào)用牌號(hào)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(yǔ)拼音字首兩字的漢語(yǔ)拼音字首; ; A A組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值（MPaMPa） B B組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率（組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率（% %）。）。例：例：QT600-3QT600-3。2、球墨鑄鐵的牌號(hào)、用途 廣泛用于制作受力復(fù)雜、性能要求較高的重要零件。機(jī)械性能機(jī)械性能牌號(hào)牌號(hào)基體基體 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa 5 5 % %a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB應(yīng)應(yīng) 用用 舉舉 例例QT400-17Q

16、T400-17鐵素體鐵素體4004002502501717600600179179 汽車、拖拉機(jī)床底盤(pán)零汽車、拖拉機(jī)床底盤(pán)零件；件；16-6416-64大氣壓閥門(mén)的大氣壓閥門(mén)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(jī)油泵齒輪機(jī)油泵齒輪QT600-2QT600-2球光體球光體6006004204202 222972297302302 柴油機(jī)、汽油機(jī)曲軸柴油機(jī)、汽油機(jī)曲軸；磨床、銑床、車床的主；磨床、銑床

17、、車床的主軸；空壓機(jī)、冷凍機(jī)缸體軸；空壓機(jī)、冷凍機(jī)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(shí)間長(zhǎng)些、加熱速熱處理比鋼的加熱溫度略高些、保溫時(shí)間長(zhǎng)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(yīng)力退火、低溫退火和高溫退火。目的是消除鑄分為去應(yīng)力退火、低溫退火和高溫退火。目的是消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，獲得鐵素體基體，提高塑性和韌性。造內(nèi)應(yīng)力，獲得鐵素體

18、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(xì)化組織，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性。光體的數(shù)量，細(xì)化組織，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性。3 3）調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理目的是得到回火索氏體基體，以獲得較高的綜合力學(xué)性能。目的是得到回火索氏體基體，以獲得較高的綜合力學(xué)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(qiáng)度和目的是得到下貝氏體基體，使其具有高硬度、高強(qiáng)度和較好的韌性。較好的韌性。4 4、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 機(jī)械性能 熱處理

19、工藝 顯微組織 b MPa 5 % ak kJ/m2 HB 調(diào)質(zhì): 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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)是先澆注成白口鑄鐵，然后再經(jīng)高溫經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火。長(zhǎng)時(shí)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WcWc=2.2=

20、2.22.82.8，WsiWsi=1.2=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(qiáng)度和韌性比灰鑄鐵提高很多。強(qiáng)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(hào)、用途、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、用途 牌號(hào)用牌號(hào)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(fù)雜、要求強(qiáng)度、韌性較高的薄壁零件，可以用于制作形狀復(fù)雜、要求強(qiáng)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(guò)在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑、再加孕育通過(guò)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(chǎn)制得的。劑而生產(chǎn)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：WcWc=3.5=3.53.93.9，WsiWsi=2.2=2.22.82.8，WM