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(jù)鑄鐵中根據(jù)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(jù)灰口鑄鐵中根據(jù)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(xiàn)，斷口顏色暗灰色，代號以片狀形式出現(xiàn)，斷口顏色暗灰色，代號HT。G以團(tuán)絮狀形式出現(xiàn)，斷口顏色黑絨狀，代號以團(tuán)絮狀形式出現(xiàn)，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(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響碳碳和和硅硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，C、Si G化化 但含量過高但含量過高，石墨數(shù)量過多且過于粗大，會降低性能。，石墨數(shù)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(jìn)行石墨化。則很難進(jìn)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(qiáng)烈阻止石墨化的元素，降低力學(xué)性能是

4、強(qiáng)烈阻止石墨化的元素，降低力學(xué)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(dāng)，通常在要適當(dāng)，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(jìn)石墨化：促進(jìn)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(jù)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(jù)鑄件的壁厚和造型材料，控制碳和硅的含量，適當(dāng)?shù)暮i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(dāng)?shù)暮i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(yīng)如要求耐磨性好含量應(yīng)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。控制鑄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(xué)成分、化學(xué)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(zhì)：）的性質(zhì)： 晶格為簡單六方晶格，強(qiáng)度、塑性和韌性極低，晶格為簡單六方晶格，強(qiáng)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(qiáng)度低，塑性差，抗拉強(qiáng)度低，塑性差， b=100250MPa =0，但抗壓強(qiáng)度和鋼相近。，但抗壓強(qiáng)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(dǎo)熱性好，鑄造性及切削加工性好。導(dǎo)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(xì)小均勻的片狀石墨。在共析鋼的

8、基體上分布著細(xì)小均勻的片狀石墨。強(qiáng)度、硬度較高，用于制造重要鑄件，強(qiáng)度、硬度較高，用于制造重要鑄件，如氣缸體、活塞及機(jī)床床身。如氣缸體、活塞及機(jī)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(qiáng)度、硬度較差，但鑄造時易控制，切削性能好，用途廣。強(qiáng)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(jī)座、支架、箱體、泵體、閥體等。用于制造機(jī)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(xué)性能最差，一般不用來生產(chǎn)機(jī)器零件，力學(xué)性能最差，一般不用來生產(chǎn)機(jī)器零件，但它的鑄造性能好，故

9、用來生產(chǎn)沒有強(qiáng)度但它的鑄造性能好，故用來生產(chǎn)沒有強(qiáng)度要求的機(jī)件，如小手柄、蓋板、重錘等。要求的機(jī)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(nèi)應(yīng)力退火、消除內(nèi)應(yīng)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(zhì)劑）進(jìn)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(zhì)劑）進(jìn)行處理。加入的孕育劑成為石墨結(jié)晶的核心，從而細(xì)化石墨，

10、提高鑄鐵的力學(xué)性能。孕育劑成為石墨結(jié)晶的核心，從而細(xì)化石墨，提高鑄鐵的力學(xué)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(zhì)量的）合金，加入量為鐵水質(zhì)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(tuán)絮狀）團(tuán)絮狀） F+G (團(tuán)絮狀）團(tuán)絮狀） P+ G (團(tuán)絮狀）團(tuán)絮狀） 2 性能和應(yīng)用性能和應(yīng)用可鍛鑄鐵的力學(xué)性能高于灰鑄鐵，可鍛鑄鐵的力學(xué)性能高于灰鑄鐵，b= 300 700MPa = 212%。 耐腐蝕性能較強(qiáng)，鑄造性能較灰鑄鐵差。耐腐蝕性能較強(qiáng)，鑄造性能較灰鑄鐵差?？慑戣T鐵可用于承受沖擊和震動的場

11、合，如汽車、拖拉機(jī)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(jī)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(chǎn)白口鑄件；生產(chǎn)白口鑄件；高溫石墨化退火，高溫石墨化退火，F(xiàn)e3C F+G(團(tuán)絮狀團(tuán)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(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜、成本較高，部分被球磨鑄鐵取代生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)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(xué)性能好：力學(xué)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(chǎn)生鑄造缺陷，如縮孔、皮下氣孔等。鑄造性能較差：容易產(chǎn)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(chǎn)一些受力復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的機(jī)器零件球鐵用來生產(chǎn)一些受力復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的機(jī)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(jìn)行各種熱處理。可以象鋼一樣進(jìn)行各種熱處理。（1）退火：得到退火：得到F基體組織和消除內(nèi)應(yīng)力基體組織和消除內(nèi)應(yīng)力 去應(yīng)力退火去應(yīng)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 F

14、e3C 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(shù)量，數(shù)量， 得到得到P基體或基體或PF基體，以提高強(qiáng)度和耐磨性?；w，以提高強(qiáng)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(qiáng)度比高溫正火低、塑性和韌性較高強(qiáng)度比高溫正火低、塑性和韌性較高四四 蠕墨鑄鐵

15、蠕墨鑄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(qiáng)度高于灰鑄鐵，接近于球鐵，塑性比球鐵低。強(qiáng)度高于灰鑄鐵，接近于球鐵，塑性比球鐵低。鑄造性能相當(dāng)于灰鑄鐵。鑄造性能相當(dāng)于灰鑄鐵?？篃崞谛院蜏p震性較好。制造電動機(jī)外殼、機(jī)座等抗熱疲勞性和減震性較好。制造電動機(jī)外殼、機(jī)座等。牌號：牌號：RuT260 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420（3）調(diào)質(zhì)處理：得到良好的綜合力

16、學(xué)性能，回火）調(diào)質(zhì)處理：得到良好的綜合力學(xué)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(xué)性能好，基體組織，綜合力學(xué)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(jī)床導(dǎo)軌等。）減摩鑄鐵：有潤滑條件下使用，如機(jī)床導(dǎo)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(qiáng)化基體，細(xì)化晶粒：強(qiáng)化基體，細(xì)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

17、度磷共晶體 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(tuán)塊狀基體團(tuán)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

18、體積脹大。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(nèi)部造成內(nèi)部氧化。：氧化性氣體沿石墨邊緣和縫隙滲入鑄鐵內(nèi)部造成內(nèi)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(nèi)部。氧化性氣體不易滲入鑄鐵內(nèi)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(chǎn)生的顯微裂紋。體積變化及產(chǎn)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(nèi)部。有時腐蝕可沿晶界一直深入鑄件內(nèi)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(hù)膜。等，使鑄鐵表面形成致密保護(hù)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(yīng)用最廣的高硅耐蝕鑄