碳素鋼及鑄鐵課件

1、第3章 碳素鋼及鑄鐵3.1 碳素鋼概述3. 2 碳素結(jié)構(gòu)鋼3. 3 碳素工具鋼3. 4 鑄造碳鋼3. 5 鑄鐵概述3. 6 灰鑄鐵下一頁(yè)返回第3章 碳素鋼及鑄鐵3 .7 球墨鑄鐵3. 8 可鍛鑄鐵3. 9 其他鑄鐵上一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述 含碳量小于2. 11%的鐵碳合金稱為碳素鋼，簡(jiǎn)稱碳鋼，屬于非合金鋼，關(guān)于合金鋼詳見本書第5章。碳鋼容易冶煉，價(jià)格低廉，易于加工，性能上能滿足一般機(jī)械零件的使用要求，因此是工業(yè)中用量最大的金屬材料3.1.1 常存雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼性能的影響 實(shí)際使用的碳鋼并不是單純的鐵碳合金，其中還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)元素，這些元素的存在對(duì)鋼的性能有較大影響。1.錳

2、的影響 錳是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時(shí)添加的脫氧劑(錳鐵)之中帶入的，非合金鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為0. 25% 0. 80%錳的脫氧能力較好，能清除鋼中的Fe0，降低鋼的脆性，與硫化合成MnS，可以減輕硫的有害作用。錳還能溶于鐵素體形成置換固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述2.硅的影響 硅也是來(lái)自于生鐵和脫氧劑，在鋼中也是一種有益的元素，其含量一般在0. 4%以下硅和錳一樣能溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但使塑性和韌性降低。當(dāng)硅含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，對(duì)鋼的性能影響不顯著。3.硫的影響 硫

3、是由生鐵和煉鋼燃料帶入的雜質(zhì)元素，在鋼中是一種有害的元素。硫在鋼中不溶于鐵，而與鐵化合形成化合物FeS , FeS與Fe能形成低熔點(diǎn)共晶體，熔點(diǎn)僅為985，且分布在奧氏體的晶界上。當(dāng)鋼材在1 000一1 200進(jìn)行壓力加工時(shí)，共晶體已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性，為此，鋼中硫的含量必須嚴(yán)格控制。在鋼中增加錳的含量，使之與硫形成MnS(熔點(diǎn)1620 )，可消除硫的有害作用，避免熱脆現(xiàn)象上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.磷的影響 磷是由生鐵帶入鋼中的有害雜質(zhì)元素，磷在鋼中能全部溶入鐵素體，使鋼的強(qiáng)度、硬度有所提高，但卻使常溫下鋼的塑性、韌性急劇降低，使鋼變脆，這種情況在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，稱為

4、冷脆性 一般希望冷脆轉(zhuǎn)變溫度低于工件的工作溫度，以免發(fā)生冷脆。而磷在結(jié)晶過(guò)程中，由于容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使局部區(qū)域含磷量偏高，導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆。冷脆對(duì)在高寒地帶和其他低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重的危害性，此外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀組織。 通常情況下，磷是有害的雜質(zhì)，在鋼中要嚴(yán)格控制磷的含量。但含磷量較多時(shí)，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述3.1 碳素鋼概述3. 1. 2碳素鋼的分類1.按鋼中碳的含量分類 根據(jù)鋼中含碳量的不同，可分為: (1)低碳鋼wc0.25%，如08鋼、io鋼、is鋼、20鋼和2

5、s鋼等; (2)中碳鋼0.25%wc0. 6%，如6s鋼、70鋼、7s鋼、80鋼、8s鋼、T7鋼、T8鋼、T10鋼和T12鋼等.上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述2.按鋼的質(zhì)量分類 根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量的多少，可分為: (1)普通質(zhì)量碳素鋼鋼中硫、磷含量較高(ws0. 050% , wp,0. 035% ) ; (3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼中硫、磷含量很低(ws0. 015% , wp0. 025% ) . 此外，按冶煉時(shí)脫氧程度，可將鋼分為沸騰鋼(脫氧不完全)、鎮(zhèn)靜鋼(脫氧完全)和半鎮(zhèn)靜鋼(脫氧較完全)3類上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述3.按鋼的用途分類根據(jù)鋼的用途不同，可分為: (1)

6、碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件，這類鋼一般屬于低、中碳鋼。 (2)碳素工具鋼 主要用于制造各種刃具、量具和模具，這類鋼含碳量較高，一般屬于高碳鋼。 (3)碳素鑄鋼 主要用于制作形狀復(fù)雜，難以用鍛壓等方法成型的鑄鋼件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述3. 1. 3鋼鐵的牌號(hào)命名 在實(shí)際使用中，在給鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，往往把成分、質(zhì)量和用途幾種分類方法結(jié)合起來(lái)，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等各類鋼鐵的牌號(hào)表示方法見附錄4.3. 1. 4 鋼材的品種 為便于采購(gòu)、訂貨和管理，我國(guó)目前將鋼材按外形分為型材、板材、管材、金屬制品4個(gè)大類。1.型

7、材 包括鋼軌、型鋼(方鋼、螺紋鋼、棒鋼、工字鋼、扁鋼、六角鋼、槽鋼及角鋼等)、線材(直徑510 mm的圓鋼和盤條)等。常見的型材如圖3 -2所示上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 碳素鋼概述2.板材常見的板材實(shí)物如圖3一3所示。主要包括如下幾類:(1)薄鋼板厚度d4mm的鋼板，又可分為中板(厚度d = 4 20 mm)、厚板(厚度d = 20一60 mm)、特厚板(厚度d 60 mm)。 (3)鋼帶也稱為帶鋼，實(shí)際上是長(zhǎng)而窄并成卷供應(yīng)的薄鋼板 (4)電工硅鋼薄板也稱為硅鋼片或矽鋼片3.管材 管材包括無(wú)縫鋼管和焊接鋼管，無(wú)縫鋼管是用熱軋、熱軋一冷拔或擠壓等方法生產(chǎn)的管壁無(wú)接縫的鋼管，焊接鋼管是將鋼板或鋼帶卷

8、曲成型然后焊接制成的鋼管，如圖3 -4所示。4.金屬制品金屬制品包括鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線等上一頁(yè)返回3.2 碳素結(jié)構(gòu)鋼3. 2.1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼1.特性及應(yīng)用 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼含雜質(zhì)較多，價(jià)格低廉，用于對(duì)性能要求不高的地方，其含碳量多在0. 30%以下，含錳量不超過(guò)0. 80%，強(qiáng)度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好 除少數(shù)情況外，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般不作熱處理，而是直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機(jī)械零件和一般焊接件。下一頁(yè)返回3.2 碳素結(jié)構(gòu)鋼2.牌號(hào)表示 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代號(hào)(

9、Q）.屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)四個(gè)部分表示，還可以在末尾加上尾綴說(shuō)明質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法。說(shuō)明如下: (1)主體牌號(hào)“Q”是鋼材的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，緊跟后面的是屈服強(qiáng)度值，再其后分別是質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法。 (2)尾綴國(guó)標(biāo)中規(guī)定了A, B, C, D四種質(zhì)量等級(jí)，其中，A級(jí)質(zhì)量最差，D級(jí)質(zhì)量最好。表示脫氧方法時(shí)，沸騰鋼在鋼號(hào)后加“F，半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“b，特殊鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“TZ ，鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“Z，其中特殊鎮(zhèn)靜鋼和鎮(zhèn)靜鋼則可省略不加任何字母上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 碳素結(jié)構(gòu)鋼3.典型鋼號(hào) (1） Q19s, Q21s，通常軋制成薄板、鋼筋供應(yīng)市場(chǎng)。也可用于制

10、作鉚釘、螺釘、輕負(fù)荷的沖壓零件和焊接結(jié)構(gòu)件等; (2)Q23s ,Q2ss強(qiáng)度稍高，可制作螺栓、螺母、銷釘、吊鉤和不太重要的機(jī)械零件以及建筑結(jié)構(gòu)中的螺紋鋼、型鋼、鋼筋等;質(zhì)量較好的Q23sC, D級(jí)可作為重要焊接結(jié)構(gòu)用材; (3) Q275鋼可部分代替優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼2s , 30 , 3s鋼使用。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3一1上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 碳素結(jié)構(gòu)鋼3. 2. 2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1.特性及應(yīng)用 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有害雜質(zhì)S、P含量極少，出廠時(shí)既保證化學(xué)成分，又保證機(jī)械性能，這類鋼大多數(shù)用于制造機(jī)械零件，可以進(jìn)行熱處理以提高其機(jī)械性能2.牌號(hào)表示 用鋼中平均含碳量的萬(wàn)

11、分?jǐn)?shù)表示鋼號(hào)。例如，45鋼表示平均wc= 0. 45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;08鋼，表示平均含碳量為0. 08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)鋼中的含錳量不同，分為普通含錳量鋼(wMn 200 MPa ,ob 400 MPa的鑄鋼 工程用鑄鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及應(yīng)用舉例見表3 -4返回3.5 鑄鐵概述 鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2. 11 %，并比碳鋼含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。鑄鐵件生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，并且具有優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、耐磨性和減振性等。因此，鑄鐵件廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、礦山及交通運(yùn)輸?shù)炔块T。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各類機(jī)械中，鑄鐵件約占40%70%，在機(jī)床和重

12、型機(jī)械中，則達(dá)到60%90%3. 5.1鑄鐵的成分及性能特點(diǎn) 與碳鋼相比，鑄鐵的化學(xué)成分中除了含有較高C, si等元素外，而且含有較多的S, P等雜質(zhì)，在特殊性能鑄鐵中，還含有一些合金元素。各元素含量的不同，將直接影響鑄鐵的組織和性能.下一頁(yè)返回3.5 鑄鐵概述1.成分與組織特點(diǎn) 工業(yè)上常用鑄鐵的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般為:含碳2. 5%4. 0%、含硅1. 0%3. 0%、含錳0. 5%1. 4%、含磷0. 01%0. 5 %、含硫0. 02%0. 2%。為提高鑄鐵的力學(xué)性能或某些物理、化學(xué)性能，還可添加一定量的Cr , Ni , Cu , Mo等合金元素，以得到合金鑄鐵 鑄鐵中的碳主要是以石墨

13、形式存在的，鑄鐵的基體有珠光體、鐵素體、珠光體加鐵素體3種，它們都是鋼中的基體組織。因此，鑄鐵的組織特點(diǎn)，可看作是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5 鑄鐵概述2.性能特點(diǎn) 鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于鑄鐵的基體組織及石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布。石墨的硬度僅為35HBW，抗拉強(qiáng)度約為20 MPa，仲長(zhǎng)率接近于零，故分布于基體上的石墨可視為空洞或裂紋。由于石墨的存在，減少了鑄件的有效承載面積，且受力時(shí)石墨尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，大大降低了基體強(qiáng)度的利用率 因此，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性比碳鋼低。另外，由于石墨的存在，使鑄鐵具有了一些碳鋼所沒(méi)有的性能，如良好的耐磨性、消振性、低的缺

14、口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能。此外，鑄鐵的成分接近共晶成分，因此鑄鐵的熔點(diǎn)低，約為1 200左右，液態(tài)鑄鐵流動(dòng)性好。由于石墨結(jié)晶時(shí)體積膨脹，所以鑄造收縮率低，其鑄造性能優(yōu)于鋼。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5 鑄鐵概述3. 5. 2 鑄鐵的分類及應(yīng)用根據(jù)灰口鑄鐵中碳(石墨)存在的形態(tài)不同，可將鑄鐵分為以下幾種:1.白口鑄鐵 此類鑄鐵中的碳除少數(shù)溶于鐵素體外，其中的碳幾乎全部以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色，故稱為白口鑄鐵。此類鑄鐵組織中存在大量萊氏體，硬而脆，切削加工較困難。除少數(shù)用來(lái)制造不需加工的硬度高、耐磨零件外，主要用作煉鋼原料。2.灰鑄鐵 此類鑄鐵組織中的碳以片狀石墨形式存在，力學(xué)性能較差，但

15、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工業(yè)上應(yīng)用最廣上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5 鑄鐵概述3.可鍛鑄鐵 此類鑄鐵組織中的碳以團(tuán)絮狀石墨形式存在，力學(xué)性能好于灰鑄鐵，但生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，成本高，用來(lái)制造一些重要的小型鑄件。4.球墨鑄鐵 此類鑄鐵組織中的碳以球狀石墨形式存在，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡(jiǎn)單，且力學(xué)性能較好，故得到廣泛應(yīng)用。5.蠕墨鑄鐵 此類鑄鐵組織中的碳以短小的蠕蟲狀石墨形式存在，蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度和塑性介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。此外，其鑄造性、耐熱疲勞性比球墨鑄鐵好，因此可用來(lái)制造大型復(fù)雜的鑄件，以及在較大溫度梯度下工作的鑄件。上一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵3.6.1灰鑄鐵的成分、組織與性能特點(diǎn)灰鑄鐵的化學(xué)成分 灰鑄鐵

16、中的碳、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)限制的元素目前生產(chǎn)中，灰鑄鐵的化學(xué)成分范圍一般為:wc= 2. 7%3. 6% , wsi = 1. 0%2. 5 % ,wMn=0. 5%1. 3%，wp0. 3%，ws 0.5%。2.灰鑄鐵的組織灰鑄鐵的顯微組織特征是片狀石墨分布在各種基體組織上，片狀石墨實(shí)際上是一個(gè)立體下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵的多枝石墨團(tuán)。由于石墨各分枝都長(zhǎng)成翹曲的薄片，在金相磨片上所看到的僅是這種多枝石墨團(tuán)的某一截面，因此呈孤立的長(zhǎng)短不等的片狀(或細(xì)條狀)石墨，其立體形態(tài)如圖3一8所示。 由于第三階段石墨化程度(具體細(xì)節(jié)可參閱相關(guān)參考書)的不同，可以獲得3種不同

17、基體組織的灰鑄鐵 (1)鐵素體灰鑄鐵獲得的組織是鐵素體基體上分布著片狀石墨，如圖3一9 (a)所示 (2)珠光體灰鑄鐵獲得的組織是珠光體基體上分布著片狀石墨，如圖3一9 (b)所示 (3)珠光體+鐵素體灰鑄鐵獲得的組織是珠光體和鐵素體基體上分布著片狀石墨，如圖3 -9(c)所示上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵3.灰鑄鐵的性能特點(diǎn) 石墨的存在，會(huì)降低鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性，但也正是由于石墨的存在，使鑄鐵具有一系列其他的優(yōu)良性能。 (1)鑄造性能良好由于灰鑄鐵的碳含量接近共晶成分，故與鋼相比，不僅熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，而且鑄鐵在凝固過(guò)程中要析出比容較大的石墨，部分地補(bǔ)償了基體的收縮，從而減小了灰鑄鐵

18、的收縮率，所以灰鑄鐵能澆鑄形狀復(fù)雜與薄壁的鑄件。 (2)減摩性好減摩性是指減少對(duì)偶件被磨損的性能?；诣T鐵中石墨本身具有潤(rùn)滑作用，而且當(dāng)它從鑄鐵表面掉落后，所遺留下的孔隙具有吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的能力，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的減摩性。所以承受摩擦的機(jī)床導(dǎo)軌、汽缸體等零件可用灰鑄鐵制造。 (3)減振性強(qiáng)鑄鐵在受震動(dòng)時(shí)，石墨能阻止震動(dòng)的傳播，起緩沖作用，并將震動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，灰鑄鐵減振能力約比鋼大10倍，故常用作承受壓力和震動(dòng)的機(jī)床底座、機(jī)架、機(jī)床床身和箱體等零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵 (4)切削加工性良好由于石墨割裂了基體的連續(xù)性，使鑄鐵切削時(shí)容易斷屑和排屑，且石墨對(duì)刀具具有一

19、定潤(rùn)滑作用，可使刀具磨損減少 (5)缺口敏感性小鋼常因表面有缺口(如油孔、鍵槽、刀痕等)造成應(yīng)力集中，使力學(xué)性能顯著降低，故鋼的缺口敏感性大?；诣T鐵中石墨本身已使金屬基體形成了大量缺口，致使外加缺口的作用相對(duì)減弱，所以具有小的缺口敏感性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵3. 6. 2灰鑄鐵的牌號(hào)和應(yīng)用1.灰鑄鐵的牌號(hào) 灰鑄鐵的牌號(hào)以其力學(xué)性能來(lái)表示?；诣T鐵的牌號(hào)以“HT起首，其后以3位數(shù)字來(lái)表示，其中“HT表示灰鑄鐵，數(shù)字為其最低抗拉強(qiáng)度值。例如，HT200，表示以小30 mm單個(gè)鑄出的試棒測(cè)出的抗拉強(qiáng)度值大于200 MPa(但小于250 MPa )?；诣T鐵分為HT100 ,HT150、HT20

20、0、HT250、HT300、HT350等6個(gè)牌號(hào)2.灰鑄鐵的應(yīng)用 由于灰鑄鐵具有一系列的優(yōu)良h能，而且價(jià)廉、易于獲得，所以在目前工業(yè)生產(chǎn)中，灰鑄鐵仍然是應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一。不同壁厚的灰鑄鐵件抗拉強(qiáng)度和用途舉例見表3一5.上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵3. 6. 3灰鑄鐵的孕育處理為了提高灰鑄鐵的力學(xué)性能，生產(chǎn)上常進(jìn)行孕育處理。孕育處理是在澆注前往鐵液中加入少量孕育劑，改變鐵液的結(jié)晶條件，從而獲得細(xì)珠光體基體加細(xì)小均勻分布的片狀石墨組織的工藝過(guò)程。經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱為孕育鑄鐵(也稱變質(zhì)鑄鐵)。 生產(chǎn)中常先熔煉出含碳(2. 7%3.3%) ,硅(1%2%)均較低的鐵水，然后向出爐的鐵水中加

21、入孕育劑，經(jīng)過(guò)孕育處理后再澆注成型。常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0. 25%0. 6%。 孕育鑄鐵的石墨仍為片狀，塑性和韌性仍然很低，其本質(zhì)仍屬灰鑄鐵。孕育鑄鐵各部位截面上的組織與性能都均勻一致，力學(xué)性能上的一個(gè)顯著特點(diǎn)是斷面敏感性小。鑄鐵具有較高強(qiáng)度和硬度，可用來(lái)制造機(jī)械性能要求較高、截面尺寸變化較大的大型鑄件，如汽缸、曲軸、凸輪、機(jī)床床身等上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵3. 6. 4灰鑄鐵的熱處理1.去內(nèi)應(yīng)力退火 鑄件在鑄造冷卻過(guò)程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易導(dǎo)致鑄件變形和裂紋，為保證尺寸的穩(wěn)定，防止變形開裂，對(duì)一些大型復(fù)雜的鑄件，如機(jī)床床身、柴油機(jī)汽缸體等，往往需要進(jìn)行消除

22、內(nèi)應(yīng)力的退火處理(又稱人工時(shí)效)。 退火工藝規(guī)范一般為:上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.6 灰鑄鐵2.改善切削加工性退火 灰口鑄鐵的表層及一些薄截面處，由于冷卻速度較快，可能產(chǎn)生白口，并且硬度增加，造成切削加工困難，故需要進(jìn)行退火處理以降低硬度。其工藝規(guī)程依鑄件壁厚而定。一般情況下，厚壁鑄件加熱至850一9500C，保溫23h;薄壁鑄件加熱至8008500C，保溫25h。冷卻方法根據(jù)性能要求而定，如果主要是為了改善切削加工性，可采用爐冷或以300C 500C/h速度緩慢冷卻。若需要提高鑄件的耐磨性，應(yīng)采用空冷。3.表面淬火 表面淬火的目的是提高灰鑄鐵件的表面硬度和耐磨性。其方法除感應(yīng)加熱表面淬火外，鑄鐵還

23、可以采用接觸電阻加熱表面淬火。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7 球墨鑄鐵球墨鑄鐵的石墨呈球狀，球狀石墨使鑄鐵具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性。球墨鑄鐵的綜合機(jī)械性能接近于鋼，因其鑄造性能好，成本低廉，生產(chǎn)方便，所以在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。3. 7. 1 組織和性能 經(jīng)過(guò)球化處理的鑄鐵液，澆注后石墨結(jié)晶成為球狀，獲得球墨鑄鐵，從而提高鑄鐵的力學(xué)性能.1.組織球墨鑄鐵的顯微組織由球狀石墨和金屬基體兩部分組成，按基體組織的不同球墨鑄鐵分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體+珠光體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵。常見球墨鑄鐵的顯微組織如圖3一10所示.下一頁(yè)返回3.7 球墨鑄鐵2.性能 球墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性與韌性都大大優(yōu)于灰

24、鑄鐵，力學(xué)性能可與相應(yīng)組織的鑄鋼相媲美。缺點(diǎn)是凝固收縮較大，容易出現(xiàn)縮松與縮孔，熔鑄工藝要求高，鐵液成分要求嚴(yán)格3. 7. 2球墨鑄鐵的牌號(hào)及用途1.牌號(hào)表示 球墨鑄鐵的牌號(hào)是由“QT(“球鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首)后附最低抗拉強(qiáng)度ob值( MPa)和最低斷后仲長(zhǎng)率的百分?jǐn)?shù)表示。 例如牌號(hào)QT700 - 2表示最低抗拉強(qiáng)度為700 MPa ,最低斷后仲長(zhǎng)率8為2%的球墨鑄鐵。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7 球墨鑄鐵2.應(yīng)用場(chǎng)合 球墨鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，與鋼相近，可用其代替鑄鋼和鍛鋼制造各種載荷較大、受力較復(fù)雜和耐磨損的零件。如珠光體球墨鑄鐵常用于制造汽車、拖拉機(jī)或柴油機(jī)中的曲軸、連桿、凸輪軸、齒輪，

25、機(jī)床中的主軸、蝸桿、蝸輪等。而鐵素體球墨鑄鐵多用于制造受壓閥門、機(jī)器底座、汽車后橋殼等3.常見球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途常見球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見表3一6。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7 球墨鑄鐵3. 7. 3球墨鑄鐵的熱處理 鑄態(tài)下的球墨鑄鐵基體組織一般為鐵素體與珠光體，采用熱處理方法來(lái)改變球墨鑄鐵基體組織，可有效地提高其力學(xué)性能1.退火 球墨鑄鐵的退火分為去應(yīng)力退火、低溫退火和高溫退火。去應(yīng)力退火工藝與灰鑄鐵相同。低溫退火和高溫退火的目的是使組織中的滲碳體分解，獲得鐵素體球墨鑄鐵，提高塑性與韌性，改善切削加工性能。2.正火 球墨鑄鐵正火的目的是增加基體中珠光體的數(shù)量，或獲得全部珠光體

26、的基體，起細(xì)化晶粒，提高鑄件強(qiáng)度和耐磨性能的作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7 球墨鑄鐵3.調(diào)質(zhì)處理 將鑄件加熱到860 920 ，保溫24h后油中悴火，然后在5500C 600回火24h,得到回火索氏體加球狀石墨的組織，經(jīng)此處理后，可具有良好的綜合力學(xué)性能，用于受力復(fù)雜和綜合力學(xué)性能要求高的重要鑄件，如曲軸與連桿等4.等溫踤火 將鑄件加熱到850900，保溫后迅速放人250350的鹽浴中等溫60一90 min ,然后出爐空冷，獲得下貝氏體基體加球狀石墨(詳細(xì)參考相關(guān)資料)的組織，可使綜合力學(xué)性能良好，用于形狀復(fù)雜，熱處理易變形開裂，要求強(qiáng)度高、塑性和韌性好、截面尺寸不大的零件。上一頁(yè)返回3.8 可

27、鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是將白口鑄鐵通過(guò)石墨化或氧化脫碳退火處理，改變其金相組織或成分而獲得有較高韌性的鑄鐵，其石墨呈團(tuán)絮狀3.8.1可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程及成分 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程是:首先澆注成白口鑄鐵件，然后再經(jīng)可鍛化(石墨化)退火，使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，即可制成可鍛鑄鐵。 為保證在一般的冷卻條件下鑄件能獲得全部白口，可鍛鑄鐵中碳、硅含量較低?？慑戣T鐵的化學(xué)成分要求較嚴(yán)，一般為：wc= 2. 3%2. 8% , wsi = 1. 0%1. 6% , wMn=0. 3%0. 8 %，ws0. 2%，wp0. 1%。下一頁(yè)返回3.8 可鍛鑄鐵3. 8. 2 組織與性能 將白口鑄鐵加熱到900 980，

28、使鑄鐵組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體加滲碳體，在此溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫，滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，按隨后的冷卻方式不同，可獲得珠光體基體可鍛鑄鐵或鐵素體基體可鍛鑄鐵?？慑戣T鐵的顯微組織如圖3一11所示 可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀，大大減弱了對(duì)基體的割裂作用，與灰鑄鐵相比，具有較高的力學(xué)性能，尤其具有較高的塑性和韌性，因此稱為“可鍛”鑄鐵，但實(shí)際上可鍛鑄鐵并不能鍛造。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵質(zhì)量穩(wěn)定，鐵液處理簡(jiǎn)易，容易組織流水生產(chǎn)，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，在縮短可鍛鑄鐵退火周期取得很大進(jìn)展后，可鍛鑄鐵具有了廣闊的發(fā)展前途，在汽車、拖拉機(jī)中得到了應(yīng)用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8 可鍛鑄鐵3. 8. 3可鍛鑄鐵的牌號(hào)及用途1.牌號(hào)表示

29、方法 可鍛鑄鐵的牌號(hào)是由“KTH (“可鐵黑”三字漢語(yǔ)拼音字首)或“KTZ (“可鐵珠”三字漢語(yǔ)拼音字首)后附最低抗拉強(qiáng)度值(MPa)和最低斷后仲長(zhǎng)率的百分?jǐn)?shù)表示。例如牌號(hào)KTH350一10表示最低抗拉強(qiáng)度為350 MPa ,最低斷后仲長(zhǎng)率為10%的黑心可鍛鑄鐵，即鐵素體可鍛鑄鐵;KTZ650 - 02表示最低抗拉強(qiáng)度為650 MPa ,最低斷后仲長(zhǎng)率為2%的珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的牌號(hào)、性能及用途見表3一7.上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8 可鍛鑄鐵2.應(yīng)用 黑心可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，用于載荷不大、承受較高沖擊和振動(dòng)的零件。珠光體基體可鍛鑄鐵因具有高的強(qiáng)度、硬度，用于載荷較高、耐磨損

30、并有一定韌性要求的重要零件，如石油管道、煉油廠管道和商用及民用建筑的供氣和供水系統(tǒng)的管件(如圖3一12所示)。上一頁(yè)返回3.9 其他鑄鐵3. 9.1 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型材料，由熔融鐵液經(jīng)變質(zhì)和孕育處理并冷卻凝固后所獲得的一種鑄鐵。常采用的變質(zhì)元素(蠕化劑)有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等1.蠕墨鑄鐵的組織熔融鐵液經(jīng)蠕化處理后可得到具有蠕蟲狀石墨的鑄方法為澆注前向鐵液中鐵,加入蠕化劑，促使石墨呈蠕蟲狀.蠕墨鑄鐵的顯微組織如圖3一13所示。2.蠕墨鑄鐵的性能蠕蟲狀石墨的形態(tài)介于片狀與球狀之間，所以蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，在工藝性能方面，與灰

31、鑄鐵相近，而鑄造性能、減振性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于球墨鑄鐵。下一頁(yè)返回3.9 其他鑄鐵3.蠕墨鑄鐵的牌號(hào)及應(yīng)用 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見表3一8所示。牌號(hào)中“RuT”表示“蠕鐵”二字漢語(yǔ)拼音的大寫字頭， RuT”后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。 由于蠕墨鑄鐵的組織是介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間的中間狀態(tài)，所以蠕墨鑄鐵的性能也介于兩者之間，即強(qiáng)度和韌性高于灰口鑄鐵，但不如球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵的耐磨性較好，它適用于制造重型機(jī)床床身(如圖3一14所示)、機(jī)座、活塞環(huán)、液壓件等。蠕墨鑄鐵的導(dǎo)熱性比球墨鑄鐵要高得多，幾乎接近于灰口鑄鐵，它的高溫強(qiáng)度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰口鑄鐵，適用于制造承受交變熱負(fù)荷的零件，如鋼

32、錠模、結(jié)晶器、排氣管和氣缸蓋等。蠕墨鑄鐵的減震能力優(yōu)于球墨鑄鐵，鑄造性能接近于灰口鑄鐵，鑄造工藝簡(jiǎn)便，成品率高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.9 其他鑄鐵3. 9. 2合金鑄鐵(特殊性能鑄鐵) 工業(yè)上除了要求鑄鐵有一定的機(jī)械性能外，有時(shí)還要求它具有較高的耐磨性以及耐熱性、耐蝕性為此，在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上加入一定量的合金元素，制成特殊性能鑄鐵(合金鑄鐵)。它與特殊性能鋼相比，熔煉簡(jiǎn)便，成本較低。缺點(diǎn)是脆性較大，綜合機(jī)械性能不如鋼。1.耐磨鑄鐵 有些零件如機(jī)床的導(dǎo)軌、托板，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套，球磨機(jī)的襯板、磨球等，要求更高的耐磨性，一般鑄鐵滿足不了工作條件的要求，應(yīng)當(dāng)選用耐磨鑄鐵，耐磨鑄鐵根據(jù)組織可分為下面幾類。 (1)耐磨灰口鑄鐵在灰口鑄鐵中加入少量合金元素(如磷、釩、鉻、鑰、銻、稀土等)可以增加金屬基體中珠光體的數(shù)量，并且可使珠光體細(xì)化，同時(shí)也細(xì)化石墨。由于鑄鐵的強(qiáng)度和硬度升高，顯微組織得到改善，使得這種灰口鑄鐵具有良好的潤(rùn)滑性和抗咬合抗擦傷的能力。耐磨灰口鑄鐵廣泛用于制造機(jī)床導(dǎo)軌(如圖3一15所示)、氣缸套、活塞環(huán)、凸輪軸等零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.9 其他鑄鐵 (2)中錳球墨鑄鐵在稀土一鎂球鐵中加入5.0%9.5%的Mn，控制、wsi為3. 3%5. 0%，其組織為馬氏體+奧氏體+滲碳體+貝氏體+球狀石墨，具有較高的沖擊韌性和強(qiáng)度，適用于同時(shí)承受沖擊和磨損的工