機(jī)械工程材料 第八章鑄鐵

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 灰鑄鐵灰鑄鐵第三節(jié)第三節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵第四節(jié)第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵第五節(jié)第五節(jié) 其它鑄鐵簡(jiǎn)介其它鑄鐵簡(jiǎn)介第八章第八章 鑄鐵鑄鐵一、鑄鐵的特點(diǎn)一、鑄鐵的特點(diǎn)1、成分與組織特點(diǎn)、成分與組織特點(diǎn)成分：較高的成分：較高的C、Si等元素等元素組織：碳以石墨（組織：碳以石墨（G）的形式存在，組織為）的形式存在，組織為鋼的鋼的 基體基體上分布著不同形態(tài)的石墨。上分布著不同形態(tài)的石墨。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述鋼的基體有鋼的基體有F、P、F+P三種三種鑄鐵是碳含量大于鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。2、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn)抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性比碳鋼低?？估?/p>

2、強(qiáng)度、塑性、韌性比碳鋼低。良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性、 優(yōu)良的切削加工性。優(yōu)良的切削加工性。鑄造性能比鋼好。鑄造性能比鋼好。二、二、Fe-CFe-C雙重相圖及鑄鐵中石墨的形成雙重相圖及鑄鐵中石墨的形成（一）雙重鐵碳合金相圖（一）雙重鐵碳合金相圖Fe-Fe3C相圖相圖Fe-G相圖相圖L+GL+Fe3C（二）鑄鐵中石墨化過(guò)程（石墨的形成過(guò)程）（二）鑄鐵中石墨化過(guò)程（石墨的形成過(guò)程）、1154時(shí)通過(guò)共晶反應(yīng)形成石墨時(shí)通過(guò)共晶反應(yīng)形成石墨 LCAE+G、1154 738 A G、738 時(shí)共析反應(yīng)時(shí)共析反應(yīng) AS FP+G碳含量為碳含量為2.54.0%的

3、鑄鐵石墨化過(guò)程：的鑄鐵石墨化過(guò)程：鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系（以共晶鑄鐵為例）（以共晶鑄鐵為例） 石墨化進(jìn)行程度石墨化進(jìn)行程度 鑄鐵的顯微組織鑄鐵的顯微組織 鑄鐵類型鑄鐵類型 第一、二第一、二階段階段石墨化石墨化 第三階段第三階段石墨化石墨化 完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行 F+G 灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行 F+P+G未進(jìn)行未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Ld+P+G+Fe3C麻口鑄鐵麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Ld白口鑄鐵白口鑄鐵（三）影響石墨化的因素（三）影響石墨化的因素1. 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 C、Si促進(jìn)石墨化（

4、常用的鑄鐵促進(jìn)石墨化（常用的鑄鐵C:2.54.0%， Si:1%2.5%）C、Si 石墨片多、粗大石墨片多、粗大另外，另外，Al、Cu、Ni、Co等促進(jìn)石墨化。等促進(jìn)石墨化。S、Mn、Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。等碳化物形成元素阻止石墨化。2. 冷卻速度的影響冷卻速度的影響冷卻速度慢，過(guò)冷度越小，有利于原子的擴(kuò)散，冷卻速度慢，過(guò)冷度越小，有利于原子的擴(kuò)散，對(duì)石墨化有利。對(duì)石墨化有利。三、鑄鐵的分類三、鑄鐵的分類1、白口鑄鐵：、白口鑄鐵：碳以碳以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色形式存在，斷口呈銀白色。2、灰口鑄鐵：、灰口鑄鐵： 碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色。碳主要以石墨形式

5、存在，斷口呈灰暗色。3、麻口鑄鐵：、麻口鑄鐵： 碳以石墨和碳以石墨和Fe3C兩種形式存在，斷口黑白相間構(gòu)成兩種形式存在，斷口黑白相間構(gòu)成麻點(diǎn)。麻點(diǎn)。（一）按石墨化程度分（一）按石墨化程度分1、灰口鑄鐵：、灰口鑄鐵：G呈片狀呈片狀2、可鍛鑄鐵：、可鍛鑄鐵： G呈團(tuán)絮狀呈團(tuán)絮狀3、球墨鑄鐵：、球墨鑄鐵： G呈球狀呈球狀4、蠕墨鑄鐵：、蠕墨鑄鐵：G呈短小的蠕蟲狀呈短小的蠕蟲狀（二）按石墨形態(tài)分（二）按石墨形態(tài)分2134第二節(jié)第二節(jié) 灰鑄鐵灰鑄鐵一一 、灰鑄鐵的組織、性能和用途、灰鑄鐵的組織、性能和用途 片狀石墨片狀石墨 + 鋼基體鋼基體組成組成 依第三階段石墨化進(jìn)行的程度不同，可分為：依第三階段石墨

6、化進(jìn)行的程度不同，可分為： 鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵 鐵素體鐵素體 + 珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵 珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵（一）灰鑄鐵的組織（一）灰鑄鐵的組織（二）（二） 灰鑄鐵的牌號(hào)灰鑄鐵的牌號(hào)HT100 HT150 HT200 HT300片狀石墨片狀石墨F 基體基體片狀石墨片狀石墨FP片狀石墨片狀石墨P（三（三 ）灰鑄鐵的性能和用途）灰鑄鐵的性能和用途優(yōu)良的鑄造性能優(yōu)良的鑄造性能優(yōu)良的耐磨性和消振性優(yōu)良的耐磨性和消振性較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能 力學(xué)性能差力學(xué)性能差制造承受壓力和震動(dòng)的零件，如機(jī)床床身、各種箱制造承受壓力和震動(dòng)的零件，如機(jī)床床身

7、、各種箱體、殼體、泵體、缸體。體、殼體、泵體、缸體。二、灰鑄鐵的孕育處理二、灰鑄鐵的孕育處理孕育鑄鐵：孕育鑄鐵：在碳、硅含量較低的灰鑄鐵液中加入孕育劑進(jìn)行在碳、硅含量較低的灰鑄鐵液中加入孕育劑進(jìn)行孕育處理，經(jīng)過(guò)孕育處理的灰鑄鐵叫孕育鑄鐵或孕育處理，經(jīng)過(guò)孕育處理的灰鑄鐵叫孕育鑄鐵或變質(zhì)鑄鐵。變質(zhì)鑄鐵。組織組織：細(xì)密的珠光體基體上，均勻分布細(xì)小的石墨片。細(xì)密的珠光體基體上，均勻分布細(xì)小的石墨片。性能：性能：強(qiáng)度高于普通的灰鑄鐵，強(qiáng)度高于普通的灰鑄鐵，斷面敏感性小斷面敏感性小。應(yīng)用：應(yīng)用：制造力學(xué)性能要求高，截面尺寸變化較大制造力學(xué)性能要求高，截面尺寸變化較大的大型鑄件，如重型機(jī)床的機(jī)身、液壓件、齒

8、輪的大型鑄件，如重型機(jī)床的機(jī)身、液壓件、齒輪等。等。三、三、 灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的處理工藝僅有退火、表面淬火等灰鑄鐵的處理工藝僅有退火、表面淬火等（一）（一） 消除應(yīng)力的退火（人工時(shí)效）消除應(yīng)力的退火（人工時(shí)效） 防止變形開裂，保證尺寸穩(wěn)定防止變形開裂，保證尺寸穩(wěn)定 退火工藝：加熱速度退火工藝：加熱速度50100/h，加熱溫度，加熱溫度500600 ，保溫保溫28h，爐冷至，爐冷至150200 ，空冷。，空冷。（二）（二） 改善切削加工性的退火（高溫退火改善切削加工性的退火（高溫退火 ）降低硬度，防止產(chǎn)生白口組織降低硬度，防止產(chǎn)生白口組織退火工藝：加熱到退火工藝：加熱到8509

9、00 ，保溫，保溫25h，隨爐冷，隨爐冷至至250400 ，出爐空冷。，出爐空冷。（三）表面淬火（孕育鑄鐵）（三）表面淬火（孕育鑄鐵）提高表面硬度和耐磨性提高表面硬度和耐磨性 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 點(diǎn)接觸電加熱表面淬火點(diǎn)接觸電加熱表面淬火第三節(jié)第三節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由鑄態(tài)白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火得可鍛鑄鐵是由鑄態(tài)白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火得到的一種高強(qiáng)度鑄鐵。到的一種高強(qiáng)度鑄鐵。一一 、可鍛鑄鐵的組織、性能和用途、可鍛鑄鐵的組織、性能和用途1 、 鐵素體基體可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）鐵素體基體可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）2 、珠光體基體可

10、鍛鑄鐵、珠光體基體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵由于石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的割裂作用比片可鍛鑄鐵由于石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的割裂作用比片狀石墨小，所以可鍛鑄鐵的強(qiáng)度比灰鑄鐵高，還具有狀石墨小，所以可鍛鑄鐵的強(qiáng)度比灰鑄鐵高，還具有一定的塑性和較高的韌性。一定的塑性和較高的韌性?？慑戣T鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途可鍛鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途P223表表8-2KTH300-06 KTZ450-06團(tuán)絮狀石墨團(tuán)絮狀石墨F團(tuán)絮狀石墨團(tuán)絮狀石墨P二、二、 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)可鍛鑄鐵的生產(chǎn)首先：首先： 澆注成純白口鑄鐵澆注成純白口鑄鐵其次：其次： 石墨化退火石墨化退火F+團(tuán)絮團(tuán)絮G900980Fe3CA+G770650AF+G72

11、0PF+GP+團(tuán)絮團(tuán)絮G溫度溫度時(shí)間時(shí)間AG第四節(jié)第四節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，強(qiáng)度高，具有良好的球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，強(qiáng)度高，具有良好的塑性和韌性，鑄造性能好，成本低，生產(chǎn)方便。塑性和韌性，鑄造性能好，成本低，生產(chǎn)方便。一、球墨鑄鐵的生產(chǎn)一、球墨鑄鐵的生產(chǎn)加球化劑（稀土鎂合金）球化處理加球化劑（稀土鎂合金）球化處理加孕育劑（硅鐵、硅鈣合金等）孕育處理加孕育劑（硅鐵、硅鈣合金等）孕育處理二、球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能（二、球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能（P186P186表表7-37-3）QT400-18 QT600-3 QT700-2球墨鑄鐵可分為球墨鑄鐵可分為F+G、F+P+

12、G、P+G三種組織三種組織高于灰鐵和可鍛鑄鐵，接近于鋼（如彎曲疲高于灰鐵和可鍛鑄鐵，接近于鋼（如彎曲疲勞強(qiáng)度、耐磨性、抗拉強(qiáng)度等）。勞強(qiáng)度、耐磨性、抗拉強(qiáng)度等）。保留有灰鐵的優(yōu)點(diǎn)（優(yōu)良的鑄造性、切削加保留有灰鐵的優(yōu)點(diǎn)（優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、低的缺口敏感性）。工性、低的缺口敏感性）?？蛇M(jìn)行熱處理改善性能?？蛇M(jìn)行熱處理改善性能。力學(xué)性能：力學(xué)性能：球狀石墨球狀石墨F球狀石墨球狀石墨P 1、高溫退火、高溫退火 當(dāng)鑄態(tài)組織為當(dāng)鑄態(tài)組織為F+P+Fe3C+G時(shí)采用時(shí)采用高溫退火，工藝：加熱到高溫退火，工藝：加熱到900950 ，保溫，保溫25h后，隨爐緩冷至后，隨爐緩冷至600 出爐空冷出爐空冷2、

13、低溫退火、低溫退火 當(dāng)鑄態(tài)組織為當(dāng)鑄態(tài)組織為F+P+G時(shí)，采用低溫退時(shí)，采用低溫退火，工藝：加熱到火，工藝：加熱到720760 ，保溫，保溫28h后，隨爐后，隨爐緩冷至緩冷至600 出爐空冷出爐空冷三、球墨鑄鐵的熱處理三、球墨鑄鐵的熱處理（一）（一） 退火（為了獲得鐵素體基體球墨鑄鐵）退火（為了獲得鐵素體基體球墨鑄鐵）熱處理特點(diǎn)：熱處理特點(diǎn)：共析溫度提高，溫度范圍變大共析溫度提高，溫度范圍變大C曲線右移，淬透性增加曲線右移，淬透性增加導(dǎo)熱性差導(dǎo)熱性差1 、高溫正火（完全奧氏體化正火）、高溫正火（完全奧氏體化正火）將工件加熱到將工件加熱到880920 ，保溫，保溫3h左右，空冷，得到左右，空冷，

14、得到P+G 組織組織2 、低溫正火（不完全奧氏體化正火）、低溫正火（不完全奧氏體化正火）將工件加熱到將工件加熱到820860 ，保溫一定時(shí)間，空冷，得，保溫一定時(shí)間，空冷，得到到F+P+G組織組織正火后為消除鑄件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可增加一次正火后為消除鑄件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可增加一次去應(yīng)力退火（回火），加熱到去應(yīng)力退火（回火），加熱到500-600，保溫，保溫34h，空冷。，空冷。（二）（二） 正火正火 （得到珠光體基體，以提高球墨鑄（得到珠光體基體，以提高球墨鑄鐵強(qiáng)度、硬度和耐磨性）鐵強(qiáng)度、硬度和耐磨性）（三）（三） 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 對(duì)要求綜合力學(xué)性能較高的零件，如連桿、曲軸對(duì)要求綜合力學(xué)性能較高的零

15、件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。等，可采用調(diào)質(zhì)處理。加熱溫度加熱溫度850-900 ，油或水中淬火，回火溫度，油或水中淬火，回火溫度550-620 ，空冷，得到，空冷，得到回火索氏體加球狀石墨回火索氏體加球狀石墨組織組織（四）等溫淬火（四）等溫淬火齒輪，軸承套等。齒輪，軸承套等。加熱溫度加熱溫度840-900 ，保溫一定時(shí)間，保溫一定時(shí)間，250-300 鹽浴爐中等溫鹽浴爐中等溫30-90分鐘后空冷。得到分鐘后空冷。得到下貝氏體下貝氏體+球狀石墨球狀石墨第五節(jié)第五節(jié) 其它鑄鐵簡(jiǎn)介其它鑄鐵簡(jiǎn)介（一）（一） 高磷鑄鐵：高磷鑄鐵：普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵+Wp0.5%0.75% ， 形成磷共晶。形成磷共晶。 （二）（二） 高鉻鑄鐵高鉻鑄鐵: : 白口鑄鐵白口鑄鐵+ WCr14%20%，以，以 及少量及少量 Mo、Ni、Cu等元素，使組織中出等元素，使組織中出 現(xiàn)大量現(xiàn)大量(Cr、Fe)7C3碳化物碳化物一一 、耐磨鑄鐵、耐磨鑄鐵三、耐蝕鑄鐵三、耐蝕鑄鐵加入加入