第八章 鑄鐵

1、u第一節(jié) 鑄鐵的石墨化u第二節(jié) 灰鑄鐵u第三節(jié) 球墨鑄鐵u第四節(jié) 蠕墨鑄鐵u第五節(jié) 可鍛鑄鐵u第六節(jié) 合金鑄鐵根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為三類： 1.白口鑄鐵 2.灰口鑄鐵 3.麻口鑄鐵根據(jù)灰口鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，又可分為： （1）灰鑄鐵 （2）球墨鑄鐵 （3）蠕墨鑄鐵 （4）可鍛鑄鐵一、一、鐵鐵碳合金雙重相圖碳合金雙重相圖圖8-1 石墨的晶體結(jié)構(gòu) 碳在鑄鐵中存在的形式有滲碳體（Fe3C）和游離狀態(tài)的石墨（G）兩種。滲碳體若加熱到高溫 ，又可分解為鐵素體與石墨，即Fe3C3Fe+C(G)。第一節(jié) 鑄鐵的石墨化 描述鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程的相圖應(yīng)有兩個(gè)，即Fe-Fe3C相圖和Fe-C(G

2、)相圖。為了便于比較和應(yīng)用，習(xí)慣上把這兩個(gè)相圖合畫(huà)一起，稱為鐵碳合金雙重相圖，如圖8-2所示。圖8-2 鐵碳合金雙重相圖二二、石墨化過(guò)程、石墨化過(guò)程（二）石墨化過(guò)程鑄鐵的石墨化過(guò)程可分為如下三個(gè)階段： 第一階段（液態(tài)階段）： 一次滲碳體和共晶滲碳體在高溫下分解出石墨； 中間階段（共晶-共析階段）： 二次滲碳體分解而析出石墨； 第二階段（共析階段）： 共析滲碳體分解而析出石墨。（一）石墨化方式 1.按照Fe-C(G)相圖，由液態(tài)和固態(tài)中直接析出石墨。 2.按照Fe-Fe3C相圖結(jié)晶出滲碳體，隨后滲碳體在一定條件下分解出石墨。三三、影響、影響石墨化的石墨化的因素因素(一)化學(xué)成分的影響 1碳和硅

3、強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素； 2錳 阻止石墨化的元素； 3硫 強(qiáng)烈阻止石墨化的元素； 4磷 微弱促進(jìn)石墨化的元素。 為了綜合考慮碳和硅的影響，通常把含硅量折合成相當(dāng)?shù)暮剂?，并把這個(gè)碳的總量稱為碳當(dāng)量CE，即（二）冷卻速度的影響 冷卻速度對(duì)石墨化程度的影響，用碳鐵合金雙重相圖解釋如下：由于Fe-C(G)相圖較Fe-Fe3C相圖更為穩(wěn)定，因此成分相同的鐵液在冷卻時(shí)，冷卻速度越緩慢，即過(guò)冷度較小時(shí)，越有利于按Fe-C(G)相圖結(jié)晶，析出穩(wěn)定相石墨的可能性就越大；反之，冷卻速度越快，即過(guò)冷度增大時(shí)，越有利于按Fe-Fe3C相圖結(jié)晶，析出介穩(wěn)定相滲碳體的可能性就越大。第二節(jié) 灰鑄鐵（二）灰鑄鐵的組織 灰鑄鐵的

4、顯微組織特征是片狀石墨（實(shí)際是立體的多枝石墨團(tuán)）分布在各種基體組織上。多枝石墨團(tuán)的立體形態(tài)，如圖8-3所示。一、一、灰鑄鐵灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能的化學(xué)成分、組織和性能（一）灰鑄鐵的化學(xué)成分 鑄鐵中碳、硅、錳是調(diào)節(jié)組織的元素，磷是控制使用的元素，硫是應(yīng)限制的元素。圖8-3 掃描電子顯微鏡下的片狀石墨形態(tài)由于第二階段石墨化程度的不同，可以獲得三種不同基體組織的灰鑄鐵： 1鐵素體灰鑄鐵，如圖8-4a所示。 2珠光體+鐵素體灰鑄鐵， 如圖8-4b所示。 3珠光體灰鑄鐵 ，如圖8-4c所示。圖8-4 灰鑄鐵的顯微組織（200 x）a）鐵素體灰鑄鐵 b）珠光體+鐵素體灰鑄鐵 c）珠光體灰鑄鐵 （三）

5、灰鑄鐵的性能1.力學(xué)性能 灰鑄鐵組織相當(dāng)于鋼為基體加片狀石墨?；诣T鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性和彈性模量遠(yuǎn)比相應(yīng)基體的鋼低，如圖8-6所示。圖8-6 灰鑄鐵與低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較二、灰鑄鐵的二、灰鑄鐵的孕育處理孕育處理2.其它性能 石墨的存在，使鑄鐵具有一系列其它優(yōu)良性能：鑄造性能良好、減磨性好、減振性強(qiáng)、切削加工性能良好、缺口敏感性較低。 孕育處理：澆注前往鐵液中加入少量孕育劑，改變鐵液的結(jié)晶條件，獲得細(xì)珠光體基體加上細(xì)小均勻分布的片狀石墨的組織。圖8-7 300mm300mm鑄鐵件截面上的硬度分布1孕育鑄鐵 2普通灰鑄鐵三、灰鑄鐵的牌號(hào)和應(yīng)用三、灰鑄鐵的牌號(hào)和應(yīng)用 灰鑄鐵的牌號(hào)、組織、性

6、能和用途舉例見(jiàn)書(shū)中表格?！癏T”表示“灰鐵”， 后面三位數(shù)字表示直徑30mm單鑄試棒的最小抗拉強(qiáng)度值（MPa）。1.去應(yīng)力退火消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸；2.除鑄件白口、改善切削加工性的退火消除鑄件的白口組織；3.表面淬火提高鑄件表面的硬度及耐磨性。四、灰鑄鐵的熱處理四、灰鑄鐵的熱處理圖8-8 接觸電阻加熱表面淬火示意圖一、一、球墨鑄鐵球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能的化學(xué)成分、組織和性能（二）球墨鑄鐵的組織第三節(jié) 球墨鑄鐵（一）球墨鑄鐵的化學(xué)成分 與灰鑄鐵相比，含碳與含硅量高，含錳量較低，含硫與含磷量低，并含有一定量的稀土與鎂。圖8-9 掃描電子顯微鏡下的球狀石墨形態(tài)（950 x）圖8-10

7、球墨鑄鐵的顯微組織a)鐵素體球墨鑄鐵(250 x) b)珠光體+鐵素體球墨鑄鐵(250 x) c)珠光體球墨鑄鐵(200 x) d)貝氏體球墨鑄鐵(500 x) 生產(chǎn)中常見(jiàn)的有鐵素體球墨鑄鐵、珠光體+鐵素體球墨鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵和貝氏體球墨鑄鐵，其顯微組織如圖8-10所示。（三）球墨鑄鐵的性能1.力學(xué)性能 球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性高于其他鑄鐵；沖擊疲勞抗力高于中碳鋼；塑性和韌性卻低于鋼。2.其他性能 球墨鑄鐵有球狀石墨存在，具有鑄造性能、減磨性、切削加工性等；但易產(chǎn)生白口現(xiàn)象，鑄件也容易產(chǎn)生縮松等缺陷。二、球墨鑄鐵的牌號(hào)和用途二、球墨鑄鐵的牌號(hào)和用途 球墨鑄鐵的牌號(hào)、基本組織和性能見(jiàn)書(shū)

8、中表8-3。牌號(hào)中的“QT”代表“球鐵”，后面兩組數(shù)字分別表示其最小的抗拉強(qiáng)度值（MPa）和伸長(zhǎng)率值（%）。三、球墨鑄鐵的三、球墨鑄鐵的熱處理熱處理（一）熱處理特點(diǎn)熱處理工藝與鋼相比，存在以下一些特點(diǎn)： 1.加熱溫度較高，淬火冷卻速度可較慢。 2.高溫下的保溫時(shí)間要比鋼長(zhǎng)些。 3.加熱速度要緩慢。 4.當(dāng)基體組織完全奧氏體化后，通過(guò)控制加熱溫度和保溫時(shí)間，可調(diào)整奧氏體中的含碳量，以改變球墨鑄鐵熱處理后的組織和性能。（二）熱處理方法 去應(yīng)力退火 退火 高溫石墨化退火 石墨化退火 低溫石墨化退火 高溫正火 正火 低溫正火 等溫淬火 調(diào)質(zhì)處理球墨鑄鐵常用的熱處理方法如下：圖8-11 球墨鑄鐵高溫石墨

9、化退火工藝曲線圖8-12 球墨鑄鐵低溫石墨化退火工藝曲線圖8-14 球墨鑄鐵低溫正火工藝曲線圖8-13 球墨鑄鐵高溫正火工藝曲線圖8-15 珠光體+分散鐵素體球墨鑄鐵的顯微組織（100 x）第四節(jié) 蠕墨鑄鐵一、一、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分 與球墨鑄鐵相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土與鎂。二二、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的組織與性能的組織與性能 蠕墨鑄鐵中石墨形似片狀，但石墨片短而厚，端部較鈍、較圓，如圖8-17所示。 蠕墨鑄鐵集體組織在鑄態(tài)時(shí)，鐵素體量約為50%或更高，通過(guò)加入Cu、Ni、Sn等珠光體穩(wěn)定元素，可使鑄態(tài)珠光體量提高至70%左右，若再進(jìn)行正火處理，珠光體量

10、可達(dá)90%95% 。 性能：強(qiáng)度、韌性、疲勞極限、耐磨性及抗熱疲勞性能都比灰鑄鐵要塑性、韌性和強(qiáng)度都比球墨鑄鐵低。此外，其鑄造性能、減振性、導(dǎo)熱性以及可加工性都優(yōu)于球墨鑄鐵，并接近于灰鑄鐵。 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)表示方法與灰鑄鐵相似：“RuT”表示蠕墨鑄鐵，后面三為數(shù)字表示其最小抗拉強(qiáng)度值（MPa）。圖8-17 蠕蟲(chóng)狀石墨的顯微組織（100 x）圖8-18 可鍛鑄鐵的可鍛化退火工藝曲線鐵素體可鍛鑄鐵退火工藝珠光體可鍛鑄鐵退火工藝第五節(jié) 可鍛鑄鐵一、一、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織（二）可鍛鑄鐵的組織 黑心可鍛鑄鐵的組織為鐵素體和團(tuán)絮狀石墨，其顯微組織如圖8-19a。 珠光體可鍛鑄

11、鐵的組織為珠光體和團(tuán)絮狀石墨，其顯微組織如圖8-19b。（一）化學(xué)成分 生產(chǎn)中，碳量C=2.2%2.8%，含硅量Si=1.0%1.8%，錳含量Mn=0.4%1.2%,含硫與含磷量盡可能降低。圖8-19可鍛鑄鐵的顯微組織a）鐵素體可鍛鑄鐵（200 x） b）珠光體可鍛鑄鐵（100 x）二、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、二、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、性能性能及用途及用途 牌號(hào)：“KT”表示“可鐵”，H表示黑心可鍛鑄鐵；Z表示珠光體可鍛鑄鐵（白心可鍛鑄鐵用B表示）。后面的兩組數(shù)字分別表示最小的抗拉強(qiáng)度（MPa）和伸長(zhǎng)率（%）。 力學(xué)性能：優(yōu)于灰鑄鐵，并接近于同類基體的球墨鑄鐵，與球墨鑄鐵相比，具有鐵水處理簡(jiǎn)易、質(zhì)量穩(wěn)定、廢

12、品率低等優(yōu)點(diǎn)。 用途：常用可鍛鑄鐵制作一些截面較薄而形狀較復(fù)雜，工作時(shí)受振動(dòng)而強(qiáng)度、韌性要求較高的零件。第六節(jié) 合金鑄鐵一、一、耐磨耐磨鑄鐵鑄鐵二二、耐熱耐熱鑄鐵鑄鐵（一）鑄鐵的耐熱性 鑄鐵的耐熱性主要指它在高溫下抗氧化和抗熱生長(zhǎng)的能力。 熱生長(zhǎng)現(xiàn)象指鑄鐵的體積產(chǎn)生不可逆的脹大。圖8-20 磷共晶的顯微組織（400 x） 高磷鑄鐵 減磨鑄鐵 磷銅鈦鑄鐵 鉻鉬銅鑄鐵 抗磨鑄鐵鑄鐵產(chǎn)生熱生長(zhǎng)現(xiàn)象的主要原因是： 1.空氣中氧滲入鑄鐵內(nèi)部，生成密度小而體積大的氧化物； 2.滲碳體在高溫下發(fā)生分解，析出密度小而體積大的石墨； 3.工作溫度超過(guò)相變溫度，引起鑄鐵基體組織變化而引起體積的變化。（二）提高鑄鐵耐熱性的途徑防止鑄鐵的