第七章鑄鐵

1、第五章第五章 鑄鐵鑄鐵Cast Iron第七章 鑄鐵重點：重點：鑄鐵牌號、含義鑄鐵牌號、含義各種鑄鐵的性能特點及用途各種鑄鐵的性能特點及用途一、鑄鐵的成分、組織和性能特點一、鑄鐵的成分、組織和性能特點1 1、鑄鐵的成分特點、鑄鐵的成分特點理論上理論上含含C：2.11% 6.69% 的鐵碳合金都屬于鑄鐵的鐵碳合金都屬于鑄鐵.工業(yè)上工業(yè)上常用鑄鐵的常用鑄鐵的含碳量含碳量一一 般在：般在：2.50%4.00%.第一節(jié)第一節(jié) 概論概論a、含碳量、含碳量b、含硅量、含硅量鑄鐵是以鑄鐵是以鐵鐵-碳碳-硅硅為主的為主的多元鐵基合金多元鐵基合金： Si：1.003.00%c、其它元素、其它元素含有較多的硫、磷

2、雜質：含有較多的硫、磷雜質： P：0.010.50%，S：0.020.20%為了提高鑄鐵的性能，添加少量為了提高鑄鐵的性能，添加少量 Cr、Ni、Cu、Al、Mo、 V等等2、鑄鐵的組織特點、鑄鐵的組織特點鑄鐵的組織是由鑄鐵的組織是由基體基體和和石墨石墨組成。組成。鑄鐵的基體鑄鐵的基體鋼中的基體組織鋼中的基體組織鐵素體鐵素體珠光體珠光體鐵素體鐵素體+ +珠光體珠光體 石墨決定了鑄鐵與鋼不同的性能石墨決定了鑄鐵與鋼不同的性能（石墨：簡單六方晶格，兩底面間距較大，結合力弱，（石墨：簡單六方晶格，兩底面間距較大，結合力弱，易形成片狀碎片強度，易形成片狀碎片強度，塑性極低接近于零塑性極低接近于零）。）

3、。l鑄鐵組織與鋼相比，最大的不同就是含有鑄鐵組織與鋼相比，最大的不同就是含有石墨石墨（G） ;在鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。在鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。鑄鐵的組織特點鑄鐵的組織特點: l石墨的結晶特點石墨的結晶特點0.340nm0.142nm容易形成片狀石墨容易形成片狀石墨石墨的晶體結構石墨的晶體結構力學性能力學性能Fe3C 硬而脆硬而脆, 硬度硬度800HB，能輕易劃破玻璃，能輕易劃破玻璃， 塑性幾乎為零。塑性幾乎為零。G 抗拉強度約為抗拉強度約為20MPa 、 伸長率和韌性幾乎為零，伸長率和韌性幾乎為零， 硬度僅為硬度僅為3HB。鑄鐵的力學性能主要取決于基體組織及鑄鐵的力學性能主

4、要取決于基體組織及石墨的數量、石墨的數量、形狀、大小和分布形狀、大小和分布。 分布于基體上的分布于基體上的石墨石墨可視為可視為空洞空洞或或裂紋裂紋. . 切削性能好。切削性能好。 力學性能低。力學性能低。3、鑄鐵的性能特點、鑄鐵的性能特點 G G 分布于基體中分布于基體中 空洞、裂紋空洞、裂紋 有效承載面積降低有效承載面積降低 、受力時石墨尖端處產生應力集中受力時石墨尖端處產生應力集中 力學性比碳鋼力學性比碳鋼石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油。石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油。 石墨可以吸收振動能量，對振動的傳遞起削石墨可以吸收振動能量，對振動的傳遞起削弱作用。弱作用。鑄鐵的成分接近共

5、晶成分，因此鑄鐵的熔點鑄鐵的成分接近共晶成分，因此鑄鐵的熔點低（約為低（約為1200左右），液態(tài)流動性好左右），液態(tài)流動性好石墨強度、硬度、塑性低。石墨強度、硬度、塑性低。 耐磨性能好。耐磨性能好。 消振性能好。消振性能好。 鑄造性能好。鑄造性能好。二、鑄鐵中的石墨化過程二、鑄鐵中的石墨化過程 石墨組織的形成，稱為鑄鐵的石墨化過程。石墨組織的形成，稱為鑄鐵的石墨化過程。l 鐵碳合金中，鐵碳合金中，C C的存在方式有兩種：的存在方式有兩種： Fe3C 和和 G（graphite） Fe3C是一種亞穩(wěn)定相，是一種亞穩(wěn)定相，G是是一種穩(wěn)定的相一種穩(wěn)定的相。 Fe3C 3 Fe +C（高溫）（高溫）

6、l 由于條件的不同由于條件的不同 ，鐵碳合金存在兩種相圖，鐵碳合金存在兩種相圖 ：Fe -Fe3C 亞穩(wěn)系狀態(tài)圖亞穩(wěn)系狀態(tài)圖 ，Fe - G 穩(wěn)定系狀態(tài)圖穩(wěn)定系狀態(tài)圖鐵碳雙重相圖鐵碳雙重相圖為了便于比較，習慣上把兩個相圖畫在一起。此種合二為一為了便于比較，習慣上把兩個相圖畫在一起。此種合二為一的相圖稱鐵碳雙重相圖的相圖稱鐵碳雙重相圖0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLE L+ + + L+ + Fe3C + Fe3CL+Fe3CI0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLEL+ 第一階

7、段石第一階段石墨化墨化第 二第 二階 段階 段石 墨石 墨化化第三階段石第三階段石墨化墨化l第一階段第一階段(液態(tài)階段液態(tài)階段) ：過共晶鑄鐵過共晶鑄鐵 L G共晶、亞共晶鑄鐵共晶、亞共晶鑄鐵：LC AE+Gl第二階段：第二階段： A Gl第三階段：第三階段： AS FP+G鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化過程過程7381154738共晶石墨共晶石墨一次石墨一次石墨二次石墨二次石墨1154共析石墨共析石墨石墨化后得到的組織石墨化后得到的組織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充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進

8、行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行部分進行不進行不進行F+GF+P+GP+G灰口鑄鐵灰口鑄鐵白口鑄鐵白口鑄鐵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 第三階段第三階段不進行不進行不進行不進行不進行不進行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3C共晶合金的石墨化過程麻口鑄鐵麻口鑄鐵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部分進行部分進行部分進行部分進行不進行不進行P+Ld+G+Fe3C各類鑄鐵經不同程度石墨化后得到的組織各類鑄鐵經不同程度石墨化后得到的組織鑄鐵類型鑄鐵類型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

9、段第二階段第二階段第三階段第三階段灰口鑄鐵灰口鑄鐵充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行部分進行不進行不進行F+GF+P+GP+G麻口鑄鐵麻口鑄鐵部分進行部分進行部分進行部分進行不進行不進行Ld+P+G+Fe3C亞共晶白口亞共晶白口共晶白口共晶白口過共晶白口過共晶白口不進行不進行不進行不進行不進行不進行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3CFe -C合金結晶過程中為什么一般形成合金結晶過程中為什么一般形成Fe -Fe3C而不是而不是Fe - G ？u 從熱力學上，從熱力學上，G比比Fe3C要穩(wěn)定；要穩(wěn)定；u 從動力

10、學上，滲碳體的成分與鐵液更接近，從動力學上，滲碳體的成分與鐵液更接近， Fe的排列與的排列與A也有相似之處。也有相似之處。因而，因而，A中析出滲碳體較易形核，而中析出滲碳體較易形核，而G的晶體的晶體結構與結構與A相差較大，不易從相差較大，不易從A中形核和長大。中形核和長大。鐵碳合金中，鐵碳合金中，C以何種形式存在取決于化學成以何種形式存在取決于化學成分和冷卻速度。分和冷卻速度。l成分成分促進石墨化元素（促進石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等）等）阻礙石墨化元素（阻礙石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）等）l工藝工藝(1) 冷卻速度：冷卻速度：快速冷卻快速冷卻按按 Fe-Fe

11、3C相圖轉變相圖轉變 緩慢冷卻緩慢冷卻按按 FeG 相圖轉變，相圖轉變， 石墨化充分石墨化充分(2) 溫度：高溫長時間保溫有利于石墨化溫度：高溫長時間保溫有利于石墨化影響石墨化的主要因素：影響石墨化的主要因素：三、鑄鐵的分類三、鑄鐵的分類灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：片狀片狀球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：球狀球狀可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：團絮狀團絮狀蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀蠕蟲狀根據根據C的存在形式的存在形式白口鑄鐵：白口鑄鐵：Fe3C麻口鑄鐵：麻口鑄鐵：Fe3C+G灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：G鑄鐵鑄鐵 灰口鑄鐵：灰口鑄鐵： （根據（根據G形態(tài)）形態(tài)）第二節(jié)第二節(jié) 灰口鑄鐵灰口鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。產量約

12、占鑄灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。產量約占鑄鐵總產量的鐵總產量的80%以上。以上。1 1、組織、組織l鐵素體鐵素體(F) 基體基體 + 片狀石墨片狀石墨(G)；l鐵素體鐵素體(F)和珠光體和珠光體(P)基體基體+ 片狀石墨片狀石墨(G)；l珠光體珠光體(P)基體基體+片狀石墨片狀石墨(G)。 根據石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：根據石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：灰鑄鐵的顯微組織對比灰鑄鐵的顯微組織對比F+GP+GF+P+G 石墨片粗大，力學性能低，石墨片粗大，力學性能低， 鑄件組織對冷卻速度很敏感。鑄件組織對冷卻速度很敏感。l普通灰口鑄鐵的主要缺點普通灰口鑄鐵的主要

13、缺點 同一鑄件同一鑄件薄截面薄截面上可能出現上可能出現白口白口或或麻口組織麻口組織，而厚而厚截面上截面上則可能出現大量的則可能出現大量的石墨片或過量的石墨片或過量的F，結果力學性能不均勻。結果力學性能不均勻。為了細化灰鑄鐵的組織，提高灰鑄鐵的力學為了細化灰鑄鐵的組織，提高灰鑄鐵的力學性能，生產上采用性能，生產上采用孕育處理孕育處理或或稱變質處理稱變質處理l孕育處理孕育處理孕育處理孕育處理就是在尚未澆鑄的過熱（就是在尚未澆鑄的過熱（1400以上以上)鐵鐵水中加入少量的孕育劑，攪拌后進行澆鑄，使石墨水中加入少量的孕育劑，攪拌后進行澆鑄，使石墨片顯著細化，而得到片顯著細化，而得到孕育鑄鐵（變質鑄鐵）

14、孕育鑄鐵（變質鑄鐵）是在是在細密的珠光體基體細密的珠光體基體上分布著上分布著均勻細小的石墨片均勻細小的石墨片，常用的變質劑：常用的變質劑：硅鐵合金、硅鈣合金硅鐵合金、硅鈣合金l孕育鑄鐵的金相組織孕育鑄鐵的金相組織其強度高于普通灰鑄鐵，鑄件整個截面上的組織和其強度高于普通灰鑄鐵，鑄件整個截面上的組織和性能比較均勻一致，因而斷面敏感性小性能比較均勻一致，因而斷面敏感性小 灰鑄鐵常用的熱處理有：灰鑄鐵常用的熱處理有： 消除內應力退火消除內應力退火(又稱人工時效又稱人工時效) 消除白口組織退火消除白口組織退火 表面淬火表面淬火 2、熱處理、熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。熱處理只改變基體組

15、織，不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強度只有碳鋼的灰鑄鐵強度只有碳鋼的3050%，熱處理強化效果不大。，熱處理強化效果不大。v工業(yè)上最常用的是工業(yè)上最常用的是PF灰口鐵，因其綜合力灰口鐵，因其綜合力學性能好。學性能好。v按照按照GB/T9439-1988規(guī)定，灰鑄鐵的牌號用規(guī)定，灰鑄鐵的牌號用 HT3、牌號、牌號HT 最低抗拉強度最低抗拉強度MPa灰口鐵灰口鐵如：如： HT150灰口鑄鐵灰口鑄鐵最低抗拉強度為最低抗拉強度為150MPa 制造制造承受壓力和震動的零件承受壓力和震動的零件, ,如如機床床身、各種箱體、殼體、機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體大型船用柴油機汽缸

16、體(HT-300)重型機床床身重型機床床身(HT-250)變速箱體變速箱體4、用途、用途灰口鑄鐵的牌號、力學性能和用途灰口鑄鐵的牌號、力學性能和用途類別類別牌號牌號鑄件鑄件壁厚壁厚/mm力力 學學 性性 能能用用 途途 舉舉 例例b/MPabb/MPabc/MPaHBS鐵素體鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵HT100所有所有尺寸尺寸100260500140低負荷不重要零件，低負荷不重要零件，如防護罩、手輪、重如防護罩、手輪、重錘等錘等鐵素體鐵素體+珠珠光體光體灰鑄鐵灰鑄鐵HT15015-30150330650150-200 中等負荷零件，如機中等負荷零件，如機座、變速箱體、皮帶座、變速箱體、皮帶輪、軸承座、

17、支架等輪、軸承座、支架等珠光體珠光體灰鑄鐵灰鑄鐵HT20015-30200400750170-220 較大負荷重要零件，較大負荷重要零件，如齒輪、支座、汽缸、如齒輪、支座、汽缸、飛輪、床身、軸承座飛輪、床身、軸承座等等HT25015-302504701000190-240孕育（變孕育（變質）質）灰鑄鐵灰鑄鐵HT30015-303005401100187-225 高負荷、耐磨和高氣高負荷、耐磨和高氣密性重要零件，如齒密性重要零件，如齒輪、凸輪、活塞環(huán)、輪、凸輪、活塞環(huán)、機床床身等機床床身等HT35015-303506101200197-269HT40020-30400680-207-2691、組

18、織：、組織： 基體基體(F、P)團絮狀團絮狀G；鐵素體鐵素體(F)+團絮狀團絮狀 (G)石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵。石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵。 可鍛鑄鐵是先將鐵水澆鑄成白口鑄鐵，然后經石墨可鍛鑄鐵是先將鐵水澆鑄成白口鑄鐵，然后經石墨化退火，使?jié)B碳體發(fā)生分解形成化退火，使?jié)B碳體發(fā)生分解形成團絮狀石墨團絮狀石墨的一種的一種韌性鑄鐵。韌性鑄鐵。 可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 因石墨呈團絮狀，對基體的切割作用小，故可鍛因石墨呈團絮狀，對基體的切割作用小，故可鍛鑄鐵鑄鐵具有高的強度、塑性和抗沖擊能力具有高的強度、塑性和抗沖擊能力。 白心可鍛鑄鐵白

19、心可鍛鑄鐵生產工藝復雜，退火周期長，性能生產工藝復雜，退火周期長，性能與黑心可鍛鑄鐵相近，與黑心可鍛鑄鐵相近，故應用少故應用少。 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的生產周期長，工藝復雜，成本高，已的生產周期長，工藝復雜，成本高，已逐漸逐漸被球墨鑄鐵代替被球墨鑄鐵代替。2、性能：、性能： 強度：強度：為碳鋼的為碳鋼的4070%，接近于鑄鋼，接近于鑄鋼。 延伸率可達：延伸率可達： = 12%，名為可鍛，實不可鍛名為可鍛，實不可鍛3、編號、編號GB/T9440 - 1988 KTH 350 10 最低伸長率最低伸長率 % %最低抗拉強度，最低抗拉強度，MPa黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵KTZ 550 04 最低伸長率最

20、低伸長率 % %最低抗拉強度，最低抗拉強度，MPaP可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵用于制造形狀復雜且承受振用于制造形狀復雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如動載荷的薄壁小型件，如汽車、汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門低壓閥門等。等?？慑戣T鐵管件可鍛鑄鐵管件4、用途、用途類類 別別牌號牌號應用舉例應用舉例黑心可黑心可鍛鑄鐵鍛鑄鐵KTH300-06KTH330-08KTH35010KTH37012汽車、拖拉機的后橋外殼、轉向汽車、拖拉機的后橋外殼、轉向機構、彈簧鋼板支座等，機床上機構、彈簧鋼板支座等，機床上用的扳手，低壓閥門，管接頭，用的扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣板和農具等鐵道

21、扣板和農具等珠光體珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵KTZ550-04KTZ700-02曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂，活塞環(huán)等臂，活塞環(huán)等第四節(jié)第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵在尚未澆鑄的一定成分的鐵水中加入一定量的在尚未澆鑄的一定成分的鐵水中加入一定量的球化劑（球化劑（如如Mg、Ce、RE 等等）進行球化處理，并加）進行球化處理，并加入少量的孕育劑（入少量的孕育劑（Si-Fe、 Si-Ca合金）合金）以促進石墨以促進石墨化，在澆鑄后得到具有球狀石墨的鑄鐵?；跐茶T后得到具有球狀石墨的鑄鐵。石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經石墨化得到石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經石墨化得到. . 措施：措施：球化劑孕育劑球化劑孕育劑1、組織、組織根據基體的不同球墨鑄鐵為：根據基體的不同球墨鑄鐵為：lF+球狀石墨球狀石墨lF+P+球狀石墨球狀石墨lP+球狀石墨球狀石墨由于石墨呈球狀，對基體的割裂作用小，應力集中小由于石墨呈球狀，對基體的割裂作用小，應力集中小2、性能、性能球墨鑄鐵既具有灰鑄鐵球墨鑄鐵既具有灰鑄鐵良好鑄造性、耐