工程材料學(xué)之鑄鐵概述

工程材料學(xué)南京航空航天大學(xué)梁文萍第八章鑄鐵§8.2灰鑄鐵§8.3可鍛鑄鐵§8.4球墨鑄鐵§8.5蠕墨鑄鐵§8.1概述學(xué)習(xí)要求和難點學(xué)習(xí)重點：鑄鐵的分類與編號

。鑄鐵的組織與性能特點

。影響石墨化的因素。400C1400C1200C1000C800C600C1600CFe1%C2%C3%C4%C5%C6%C6.70%CLgad鋼鑄鐵引言鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。

鑄鐵曲軸§8.1概述8.1.1鑄鐵的石墨化過程Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。石墨的其強度、塑性、韌性幾乎為零。1、滲碳體的分解§8.1概述臺車式石墨化退火爐

2、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。§8.1概述P’

石墨化分兩個階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結(jié)晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出；加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解。P’在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同?！?.1概述石墨化進(jìn)行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化

完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G

灰口鑄鐵部分進(jìn)行F+P+G未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行未進(jìn)行Le’+P+G麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行Le’白口鑄鐵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）

§8.1概述§8.1概概述SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響碳、硅含量量過高→石墨數(shù)量多多且粗大→基體內(nèi)鐵素素體量增多多→降低鑄件的的性能.3、影響石石墨化的因因素⑴化學(xué)成成分的影響響碳和硅是強烈促進(jìn)進(jìn)石墨化的的元素。碳、硅含量量過低→易出現(xiàn)白口口組織→力學(xué)性能和和鑄造性能能變差。鑄鐵中的磷共晶磷雖然可促促進(jìn)石墨化化,但其含含量高時易易在晶界上上形成硬而而脆的磷共晶，降低鑄鐵鐵的強度，，只有耐磨磨鑄鐵中磷磷含量偏高高(達(dá)0.3%以以上)。碳、硅量控控制范圍：：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、、Co等元元素對石墨墨化有促進(jìn)進(jìn)作用。S、Mn、、Cr、W、Mo、、V等元素素阻礙石墨墨化?！?.1概概述§8.1概概述WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于于過冷度大大，結(jié)晶將將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行行,不利利于石墨化化。⑵冷卻速速度的影響響冷卻緩慢，，有利于碳碳原子的充充分?jǐn)U散，，結(jié)晶將按按Fe-G相圖圖進(jìn)行，因因而促進(jìn)石石墨化?！?.1概概述7.1.2鑄鐵的的成分及性性能特點1.成分分特點：C、Si、、Mn含量量較高，雜雜質(zhì)元素S、P也較較多。wc:2.5%~4.0%,wSi:1.0%~3.0%,wMn:0.5%~1.4%。共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵Si/Mg/Ce工業(yè)鑄鐵的的成分范圍圍與組織鑄鐵與鑄鋼的強度比較耐磨性能好好。由于石墨本本身有潤滑滑作用。減振性性能好好。由于石石墨可可以吸吸收振振動能能量。。鑄造性性能好好。由于鑄鑄鐵硅硅含量量高,成成分接接近于于共晶晶.切削性性能好好。由于石石墨使使車屑屑容易易脆斷斷，不不粘刀刀。2、鑄鑄鐵的的性能能特點點力學(xué)性性能低低。由于石石墨相相當(dāng)于于鋼基基體中中的裂裂紋或或空洞洞，易易導(dǎo)致致應(yīng)力力集中中?！?.1概概述述§8.1概概述述鑄鐵特殊性能鑄鐵白口鑄鐵麻口鑄鐵灰口鑄鐵碳存在形態(tài)組織性能特點石墨形態(tài)普通灰口鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵F基體鑄鐵P基體鑄鐵F+P基體鑄鐵基體組織耐磨鑄鐵耐蝕鑄鐵耐熱鑄鐵8.1.3鑄鐵的分類鑄鐵鐵的的分分類類鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例灰鑄鐵片狀FHT

+

XXXHT--灰鑄鐵代號XXX--最低抗拉強度值，MPa。HT100F+PHT150PHT200可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀FKTH

+XXXKTH--黑心KTB--白心KTZ--珠光體XXX--最低抗拉強度，MPa；XX--最低伸長率,%

KTH300-06表F心PKTB+XXX+XXKTB350-04PKTZ+XX+XXKTZ450-06鑄鐵鐵的的分分類類與與牌牌號號表表示示方方法法鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例球墨鑄鐵球狀FQT+XXX+XX

QT--球墨鑄鐵代號；XXX--最低抗拉強度值，MPa；

XX--最低伸長率值，%。QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨鑄鐵蠕蟲狀FRuT+XXX

RuT--蠕墨鑄鐵代號；

XXX--最低抗拉強度值,MPa。RuT260F+PRuT300PRuT420鑄鐵鐵的的分分類類與與牌牌號號表表示示方方法法（（續(xù)續(xù)））灰鑄鐵齒輪箱灰鑄鑄鐵鐵是是指指石石墨墨呈呈片片狀狀分分布布的的灰灰口口鑄鑄鐵鐵。。其其產(chǎn)產(chǎn)量量約約占占鑄鑄鐵鐵總總產(chǎn)產(chǎn)量量的的80%以以上上。。1、、組組織織灰鑄鑄鐵鐵的的組組織織是是由由液液態(tài)態(tài)鐵鐵水水緩緩慢慢冷冷卻卻時時通通過過石石墨墨化化過過程程形形成成的的，，其其基基體體組組織織有有鐵素素體體、珠光光體體和鐵素素體體+珠光光體體三種種。?！?.2灰灰鑄鑄鐵鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌灰鑄鑄鐵鐵的的顯顯微微組組織織孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣灰鑄鑄鐵鐵的的孕育育處處理理—細(xì)細(xì)化化片片狀狀石石墨墨。。常用用的的孕孕育育劑劑有有硅鐵鐵和硅鈣鈣合金金。。經(jīng)孕孕育育處處理理的的灰灰鑄鑄鐵鐵稱稱為為孕育育鑄鑄鐵鐵?！?.2灰灰鑄鑄鐵鐵§8.2灰灰鑄鑄鐵鐵灰鑄鐵件汽缸套活塞環(huán)2、、熱熱處處理理熱處處理理只只改改變變基基體體組組織織，，不不改改變變石石墨墨形形態(tài)態(tài)。。灰鑄鑄鐵鐵強強度度只只有有碳碳鋼鋼的的30~50%，，熱熱處處理理強強化化效效果果不不大大。?；诣T鑄鐵鐵常常用用的的熱熱處處理理有有：：①消消除除內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力退退火火(又又稱稱人人工工時時效效)②消除除白口組組織退火火③表面面淬火大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身(HT-250)變速箱體3、用途途制造承受受壓力和和震動的的零件,如機床床床身、、各種箱箱體、殼殼體、泵泵體、缸缸體。§8.2灰鑄鑄鐵石墨呈團(tuán)團(tuán)絮狀的的灰口鑄鐵，是是由白口口鑄鐵經(jīng)石墨化化退火獲獲得的。。1、組織織：基體(F、P)＋團(tuán)絮絮狀G鐵素體基基體可鍛鍛鑄鐵又又稱黑心可鍛鍛鑄鐵。。2、性能能：強度為為碳鋼的的４0~７0%，接近近于鑄鋼鋼。名為可鍛鍛，實不不可鍛。。可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

§8.3可鍛鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵鐵的顯微微組織§8.3可鍛鍛鑄鐵可鍛鑄鐵管件3、用途途形狀復(fù)雜雜且承受受振動載載荷的薄壁小型型件，如汽車車、拖拉拉機的前前后輪殼殼、管接接頭、低低壓閥門門等?！?.3可鍛鍛鑄鐵硅鐵硅鈣稀土鎂為避免白白口，并并使石墨墨細(xì)小均均勻，在在球化處處理同時時還進(jìn)行行孕育處處理。常用孕育育劑為硅硅鐵和硅硅鈣合金金。石墨呈球球形的灰灰口鑄鐵鐵。由液液態(tài)鐵水水經(jīng)石墨墨化得到到.1、組織織：基體（F、F+P、P）+球球狀G球狀石墨墨是液態(tài)態(tài)鐵水經(jīng)經(jīng)球化處處理得到到的。球化劑為為鎂、稀稀土和稀稀土鎂。?！?.3球墨墨鑄鐵鐵素體加珠光體球墨鑄鐵

鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球

球墨鑄鐵鐵的顯微微組織2、性能能與熱處處理強度是碳碳鋼的70~90%。。球墨鑄鑄鐵的突突出特點點是屈強比(0.2/b)高,約為為0.7~0.8,而而鋼一一般只有有0.3~0.5。球墨鑄鐵鐵可進(jìn)行行各種熱熱處理,如退火火、正火火、淬火火加回火火、等溫溫淬火等等?！?.3球墨墨鑄鐵制品(軋輥與輥環(huán))組織貝氏體基球墨鑄鐵球墨鑄鐵鐵的熱處處理特點點：奧氏體化化溫度比比碳鋼高高，由于于硅含量量高;淬透性比比碳鋼高高;奧氏體中中碳含量量可控。?！?.3球墨墨鑄鐵核燃料貯存運輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸3、用途途承受震動動、載荷荷大的零零件，如如曲軸、、傳動齒齒輪等.§8.3球墨墨鑄鐵蠕墨鑄鐵中的石墨稀土硅鐵鐵合金、、稀土硅硅鐵鈣合合金等。。蠕墨鑄鐵鐵的組織織：基體（F、F+P、P）+蠕蠕蟲狀狀G蠕墨鑄鐵鐵是20世世紀(jì)60年代發(fā)發(fā)展起來來的一種種新型鑄鑄鐵.蠕墨鑄鐵