《工程材料學(xué)》課件：Chapter 9 Cast iron2

1Chapter9Castiron2ContentsCharacteristicandclassificationofCastironCrystallizationofcastironGraphitizationofCastironGreycastironApproachtoimproveperformanceofcastironMalleablecastironCastironwithspecialperformanceHeattreatmentofcastiron30Introduction鑄鐵—以Fe、C、Si為主要成分且在結(jié)晶過程中具有共晶轉(zhuǎn)變的多元鐵基合金。成分—C:2.5-4%;Si:1-3%;P:0.4-1.5%;

S:0.02-0.2%特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡單、成本低、良好的鑄造性能、加工性能、耐磨性和吸震性等。應(yīng)用：機(jī)械制造、冶金、礦山及交通等41CharacteristicandclassificationofCastiron一、鑄鐵的特點(diǎn)1、成分與組織：C:2.5-4%、Si:1-3%；雜質(zhì)元素Mn、P、S；合金元素Cr、Ni、Cu、Al等。組織結(jié)構(gòu)：金屬基體+石墨金屬基體：P、F、P+F（相當(dāng)于鋼的組織）石墨：C的存在形式在鋼的基體上分布著不同形狀的石墨。5一、鑄鐵的特點(diǎn)2、性能：取決于基體，決定于石墨(數(shù)量、形狀、大小和分布)石墨性能：機(jī)械性能低,硬度HB3-5、σb20、延伸率接近0.珠光體：σb：800-1000MPa；鐵素體：350-400MPa.石墨可視為‘空洞’,減少了鑄件有效承載面積且易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成脆性斷裂?！獜?qiáng)度、塑韌性低1CharacteristicandclassificationofCastiron6一、鑄鐵的特點(diǎn)2、性能：鋼和鑄鐵應(yīng)力應(yīng)變曲線鋼：有屈服階段，延伸率20-30%；鑄鐵：沒有屈服階段F+球狀石墨延伸率10-20%；F+片狀石墨延伸率1%以下；1CharacteristicandclassificationofCastiron7一、鑄鐵的特點(diǎn)2、性能：石墨存在：良好的鑄造性能、加工性能、耐磨性和吸震性、低缺口敏感性等；熔點(diǎn)低，1200℃左右，鐵水流動(dòng)性好，鑄造性能好（石墨結(jié)晶時(shí)體積膨脹、鑄造收縮率小。）通常采用鑄造方法使用——鑄鐵1CharacteristicandclassificationofCastiron8二、鑄鐵的分類根據(jù)碳存在形式分為：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵根據(jù)石墨形狀分為：灰口鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵1CharacteristicandclassificationofCastiron9二、鑄鐵的分類根據(jù)碳存在形式分為：（1）白口鑄鐵：碳主要以Fe3C形式存在(很少應(yīng)用)；斷口亮白色

性能：硬而脆，切削加工困難。（2）灰口鑄鐵：碳主要以片狀石墨形式存在(應(yīng)用廣泛)；斷口灰色性能：良好的鑄造和切削加工性能，價(jià)格低，制造方便。1CharacteristicandclassificationofCastiron10二、鑄鐵的分類根據(jù)碳存在形式分為：——（3）麻口鑄鐵：碳以滲碳體和石墨狀態(tài)存在。斷口有白亮的滲碳體和暗灰色的石墨很少用麻口鐵1CharacteristicandclassificationofCastiron11石墨形狀：六種球狀蟹狀團(tuán)絮狀不規(guī)則或開花狀蠕蟲狀片狀1CharacteristicandclassificationofCastiron12二、鑄鐵的分類根據(jù)石墨形狀分為：灰口鑄鐵：片狀石墨形式；球墨鑄鐵：球狀石墨形式；可鍛鑄鐵：不規(guī)則團(tuán)絮狀石墨形式；蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀石墨形式。1CharacteristicandclassificationofCastiron13二、鑄鐵的分類根據(jù)性能要求包括：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等合金化：加入合金元素，類似于鋼的合金化1CharacteristicandclassificationofCastiron142Crystallizationofcastiron鐵碳合金雙重相圖:冷卻速度慢時(shí)，以Fe-G相圖變化；冷卻速度快時(shí)，以Fe-Fe3C相圖變化.

152Crystallizationofcastiron亞共晶成分灰口鑄鐵結(jié)晶：GⅡG共晶G共析L共晶162Crystallizationofcastiron亞共晶成分灰口鑄鐵結(jié)晶：一次結(jié)晶：把初生A的析出和以后共晶轉(zhuǎn)變稱為—。（決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形狀和分布）二次結(jié)晶：把凝固后進(jìn)行的碳自A中的脫溶、共析轉(zhuǎn)變稱為—。（決定了鑄鐵的基體組織）能否熱處理改變性能？172Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：一次結(jié)晶：把初生A的析出和以后共晶轉(zhuǎn)變稱為—。1、初生A的結(jié)晶（生核和長大的過程）過冷度：Tb-Tc冷卻速度不同→晶核生長速度不同→樹枝晶或枝晶→填充枝晶間空隙→凝固成晶粒和晶界182Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：1、初生A的結(jié)晶(1)生核：與鐵水的過熱度、純潔度和過冷度有關(guān)過熱度越大，鐵水越純潔，成核困難，過冷度也越大；過冷度增大，生核率升高，晶粒細(xì)小。外來質(zhì)點(diǎn)可作為成核中心，也可細(xì)化晶粒。孕育鑄鐵是利用外來核心細(xì)化組織，使強(qiáng)度和耐磨性增加。192Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：1、初生A的結(jié)晶(2)長大：樹枝晶大小、形狀與鐵水的冷卻速度和化學(xué)成分。冷卻速度：越大，枝晶越小、越薄，數(shù)量多；化學(xué)成分：越接近共晶成分，從結(jié)晶開始至完畢凝固溫度范圍越小，樹枝晶不易發(fā)展。202Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：2、共晶轉(zhuǎn)變：決定石墨特性共晶石墨的析出、共晶A沿G片側(cè)面析出、Fe、C原子擴(kuò)散和共晶團(tuán)的形成。（1）共晶石墨的析出：在EF線上：共晶產(chǎn)物-A+G；G沿基面長速快，側(cè)面慢，形成片狀在EF線下：高碳相是滲碳體，得到共晶白口鑄鐵212Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：—（2）共晶A沿G片側(cè)面析出G片側(cè)面長速慢，共晶A易于從G側(cè)面析出。過冷度小時(shí)，A部分分布于G片上，G片與鐵水接觸；過冷度大時(shí)，G來不及長大，成薄片狀，被A包圍，產(chǎn)生新的G心，生成過冷G222Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：—（3）Fe、C原子擴(kuò)散和共晶團(tuán)的形成A析出后，鐵水中存在L/G、L/A界面，鐵碳濃度使其發(fā)生原子擴(kuò)散遷移，促進(jìn)A和G的成長。共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)了G尖端深入鐵水，取得碳原子，轉(zhuǎn)變速度快；A和G結(jié)合在一起，形成共晶團(tuán)，長大形成多面體。232Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：3、灰鑄鐵的一次結(jié)晶過程：亞共晶鑄鐵：先析出初生A，后是剩余鐵液的共晶結(jié)晶。(過共晶鑄鐵先析出初生G)先析出初生A，形成界面，界面C濃度上升，在枝晶縫隙產(chǎn)生G核心，開始共晶轉(zhuǎn)變；剩余鐵液中Fe過飽和析出共晶A和G，形成共晶團(tuán)。242Crystallizationofcastiron一、灰鑄鐵一次結(jié)晶：小結(jié)：可控制合金組織，決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形狀和分布。要細(xì)化組織，應(yīng)使鐵水有大的過冷度，在細(xì)化初生A的基礎(chǔ)上細(xì)化G；要改變G的形狀，應(yīng)改變共晶團(tuán)結(jié)構(gòu)或改變鐵碳原子擴(kuò)散條件。當(dāng)G完全在A包圍下成核長大時(shí)，G的形狀可能為球形。252Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：碳自A中的脫溶、共析轉(zhuǎn)變（決定了鑄鐵的基體組織）包含析出二次石墨，奧氏體共析轉(zhuǎn)變和滲碳體的分解等相變過程。262Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：1、A中碳的脫溶共晶轉(zhuǎn)變后，隨溫度繼續(xù)下降，奧氏體中含碳量將沿E’S’下降，A中C的溶解度↓，使奧氏體中的碳呈過飽和狀態(tài)，可從A中析出二次G或二次Fe3C272Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：1、A中碳的脫溶共晶組織為A+G：脫溶的碳會(huì)沉積在原有G上，使其長大；——二次G共晶組織為A+Fe3C：脫溶的碳通過原有Fe3C長大析出；——二次Fe3C282Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：1、A中碳的脫溶二次G或二次Fe3C依附于共晶高碳相上，不需要重新形核，不改變共晶高碳相的形貌。有時(shí)Fe3C會(huì)沿晶界呈網(wǎng)狀分布。在此階段，主要是碳原子在A中的擴(kuò)散292Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：2、共析轉(zhuǎn)變——決定鑄鐵最終基體組織。當(dāng)鑄鐵緩慢冷卻到P’S’線，并有一定過冷度時(shí)，即開始共析轉(zhuǎn)變：A→F+G或F+Fe3C過飽和的A析出共析G或Fe3C并轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。302Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：2、共析轉(zhuǎn)變——決定鑄鐵最終基體組織。(1)A→F+G過飽和的A析出共析G并轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。析出的G沉積在原有G上;F在晶界上形核.因?yàn)楣虘B(tài)重新形核困難;且原有G襯底適宜重新聚集G;晶界處缺陷較多,利于F晶核形成.312Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：2、共析轉(zhuǎn)變——決定鑄鐵最終基體組織。(2)A→F+Fe3C（P）當(dāng)鑄鐵的石墨化傾向小或冷卻速度快時(shí)，發(fā)生P轉(zhuǎn)變。首先在A晶界或A與G晶界上形核，后在A內(nèi)長大。322Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：2、共析轉(zhuǎn)變——決定鑄鐵最終基體組織。(2)A→F+Fe3C（P）發(fā)生P轉(zhuǎn)變時(shí)：

F和Fe3C消耗大量碳原子，易產(chǎn)生鐵的富集，利于F生長；在F周圍產(chǎn)生碳的富集，利于Fe3C生長。最終形成新的共析組織。332Crystallizationofcastiron二、灰鑄鐵二次結(jié)晶：2、共析轉(zhuǎn)變——決定鑄鐵最終基體組織。多數(shù)情況，共析轉(zhuǎn)變主要是P轉(zhuǎn)變，只有對高Si低Mn鑄鐵或出現(xiàn)球狀G或團(tuán)絮石墨時(shí)，才發(fā)生A向F+G的轉(zhuǎn)變。342Crystallizationofcastiron亞共晶成分灰口鑄鐵結(jié)晶：一次結(jié)晶：（決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形狀和分布）二次結(jié)晶：（決定了鑄鐵的基體組織）353GraphitizationofCastiron亞共晶灰口鑄鐵結(jié)晶過程：GⅡG共晶G共析L共晶363GraphitizationofCastiron一、鑄鐵的石墨化過程——石墨的形成過程，鑄鐵組織形成的基本過程。分為三個(gè)階段：Ⅰ、從液相中直接結(jié)晶出G和共晶反應(yīng)G共晶；由一次滲碳體和共晶滲碳體高溫退火分解形成G；Ⅱ、在1154℃~738℃，A→GⅡ；二次滲碳體分解形成G；Ⅲ、738℃時(shí)共析反應(yīng)AS‘→FP’+G共析；共析滲碳體退火分解形成G373GraphitizationofCastiron一、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵結(jié)晶后可得到不同的組織：

F+G、P+G、F+P+G、Ld高溫石墨化階段進(jìn)行完全：高、低溫石墨進(jìn)行徹底

F+G；低溫石墨化不徹底

F+P+G；低溫石墨化未進(jìn)行

P+G。383GraphitizationofCastiron一、鑄鐵的石墨化過程石墨化進(jìn)行程度顯微組織鑄鐵名稱特點(diǎn)第一階段第二階段完全石墨化完全石墨化F+G灰口鑄鐵Ⅰ、Ⅱ充分進(jìn)行，碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色。部分石墨化F+P+G未石墨化P+G部分石墨化未石墨化Ld+P+G麻口鑄鐵Ⅰ石墨化過程進(jìn)行，碳以G和Fe3C存在，斷口黑白相間成麻點(diǎn)。未石墨化未石墨化Ld白口鑄鐵Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ全部被抑制,按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶，碳以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色。39二、影響鑄鐵石墨化的因素因素：化學(xué)成分、結(jié)晶時(shí)的冷卻速度、鐵水的過熱及高溫靜置等1、化學(xué)成分的影響普通鑄鐵合金元素主要是C、Si、Mn、P、S等。其中C、Si是促進(jìn)石墨化元素；Mn、S為阻止石墨化元素。C、Si↑→石墨片多、粗大另外，Al、Cu、Ni、Co等促進(jìn)石墨化。Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素阻止石墨化。40二、影響鑄鐵石墨化的因素1、化學(xué)成分的影響C：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素。Si：促進(jìn)石墨化元素?？梢韵魅蹊F碳原子間的結(jié)合力，改變共晶點(diǎn)與共析點(diǎn)；Si%↑，共晶共析溫度↑，共晶與共析C%↓，有利于石墨的析出。把硅量折合成碳量，并把原碳量與硅折合的碳量之和稱為碳當(dāng)量，磷與硅，因此表示為：41二、影響鑄鐵石墨化的因素1、化學(xué)成分的影響S：

強(qiáng)烈阻止，阻礙C原子的擴(kuò)散，增強(qiáng)Fe、C原子的結(jié)合力。在固溶體中溶解度很小，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.02%，形成FeS或MnS。促使鐵水白口化當(dāng)錳量低時(shí)，硫以Fe-FeS共晶分布于奧氏體與共晶石墨間；Mn多時(shí)，形成點(diǎn)狀MnS，改善鑄鐵的加工性能。一般到0.15%以下。42二、影響鑄鐵石墨化的因素1、化學(xué)成分的影響Mn：

阻止，增強(qiáng)鐵原子與碳原子間的結(jié)合力?？刂圃?.4-1.0%；P：在鑄鐵中主要形成共晶Fe3P,硬又脆，孤立、細(xì)小、均勻分布時(shí)，提高鑄鐵耐磨性。以連續(xù)網(wǎng)狀分布時(shí)，則降低鑄鐵強(qiáng)度、增大脆性。使共晶點(diǎn)左移，降低熔點(diǎn)和共晶溫度，提高鐵水的流動(dòng)性，改善鑄造性能。一般鑄鐵中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%以下。43二、影響鑄鐵石墨化的因素2、冷卻速度的影響冷卻速度慢，有利于原子的擴(kuò)散，有利于按照Fe-G穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，充分石墨化；冷卻速度快，獲得白口鑄鐵尤其在共析階段，溫度相對比較低，如果冷卻速度增大，原子擴(kuò)散困難，石墨化進(jìn)行受阻。44二、影響鑄鐵石墨化的因素2、冷卻速度的影響影響因素：澆注溫度、鑄型材料的導(dǎo)熱性、鑄件壁厚等。措施：(1)提高澆注溫度，延緩鑄件冷卻速度，可以促進(jìn)第一、二階段的石墨化。使石墨粗化，也可增加共析轉(zhuǎn)變時(shí)向鐵素體轉(zhuǎn)化的能力（析出的石墨會(huì)沉積在原有的石墨上，而鐵素體則在晶界上形核）。45二、影響鑄鐵石墨化的因素2、冷卻速度的影響措施：(2)不同鑄型材料：導(dǎo)熱系數(shù)不同，冷卻速度不同(3)鑄件壁厚：越厚，冷卻速度越低，越易石墨化。46二、影響鑄鐵石墨化的因素3、鐵水的過熱及高溫靜置等提高鐵水過熱溫度，延長高溫靜置時(shí)間，會(huì)使鑄鐵中石墨基體組織細(xì)化，使鑄鐵強(qiáng)度提高。進(jìn)一步提高過熱度，鑄鐵成核能力下降，使石墨形態(tài)變差，甚至出現(xiàn)自由滲碳體，使強(qiáng)度下降。因此存在一個(gè)“臨界溫度”。臨界溫度的高低，主要取決于鐵水的化學(xué)成分及鑄件的冷卻速度。一般1500-1550℃47二、影響鑄鐵石墨化的因素小結(jié)：影響石墨化過程及組織最基本因素是化學(xué)成分的影響?；瘜W(xué)成分一定時(shí)，可通過改變鑄型的冷卻速度和澆注溫度控制組織。484Greycastiron是一種斷面呈灰色，碳以片狀石墨形式存在，應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。特點(diǎn)：良好的鑄造性能、切削性能、耐磨性能和吸震性；生產(chǎn)方便、成本低。占各類鑄鐵80%以上。49504Greycastiron一、灰鑄鐵的牌號、化學(xué)成分及顯微組織牌號：HT+數(shù)字→表示抗拉強(qiáng)度-直徑為30mm單鑄件試樣。如HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350.514Greycastiron一、灰鑄鐵的牌號、化學(xué)成分及顯微組織灰口鑄鐵組織由片狀石墨及金屬基體組成；金屬基體可以分為F、F+P、P；普通灰鑄鐵的基體組織以P為主，并含有少量F；高強(qiáng)度鑄鐵主要是P基體；F基體的主要是高硅鑄鐵。524Greycastiron二、灰鑄鐵的性能和用途優(yōu)良的鑄造性能、切削性能、耐磨性能、吸震性；較低的缺口敏感性。(1)鑄造性能熔點(diǎn)低、且化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，鐵水流動(dòng)性好；石墨結(jié)晶體積膨脹，使鑄件凝固時(shí)收縮量小，可簡化工藝，減少鑄件應(yīng)力，并可得到致密組織。534Greycastiron二、灰鑄鐵的性能和用途(2)耐磨性和消震性石墨具有潤滑作用，掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤滑油，使鑄件有好的耐磨性；鑄件中帶有硬度高的磷共晶，使耐磨性增加。可制備活塞環(huán)、氣缸套等受摩擦零件。544Greycastiron二、灰鑄鐵的性能和用途(2)耐磨性和消震性消震性：石墨可以阻止震動(dòng)的傳播，消震能力是鋼的10倍，用來制作承受震動(dòng)的機(jī)床底座。554Greycastiron二、灰鑄鐵的性能和用途(3)缺口敏感性和切削加工性缺口敏感性：石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口，對表面缺陷、缺口沒有敏感性；切削加工性：石墨可以起斷屑作用，并對刀具的潤滑起減磨作用。564Greycastiron二、灰鑄鐵的性能和用途(4)機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度、塑韌性及彈性模量都低于碳鋼；抗壓強(qiáng)度及硬度取決于基體組織?？箟簭?qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高3-4倍，適于做耐壓零件。用作機(jī)床床身和支柱。575Approachtoimproveperformanceofcastiron途徑：改變石墨數(shù)量、大小、分布和形狀；改變石墨的基礎(chǔ)上控制基體組織。合金化通過工藝控制，使石墨形狀改變成團(tuán)狀、球狀，使性能提高。如：蠕墨鑄鐵、可煅鑄鐵、球墨鑄鐵。585Approachtoimproveperformanceofcastiron一、鑄鐵石墨細(xì)化強(qiáng)化——孕育處理(變質(zhì)處理？？)孕育處理—通常在澆注前往鐵水中加入少量強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的物質(zhì)(孕育劑)進(jìn)行處理?？杉?xì)化灰鑄鐵的組織，提高鑄鐵的機(jī)械性能，并使其均勻一致。經(jīng)過孕育處理的灰鑄鐵稱孕育鑄鐵。

595.Approachtoimproveperformanceofcastiron一、鑄鐵石墨細(xì)化強(qiáng)化——孕育處理孕育劑有硅鐵、硅鈣、稀土合金等，最常用的是含有75%Si的鐵合金。孕育劑的加入量大致在0.2%～0.5%，應(yīng)視鑄件厚薄而定。60一、鑄鐵石墨細(xì)化強(qiáng)化——孕育處理孕育劑作用是促使石墨非自發(fā)形核（晶核是依附外來雜質(zhì)而生成的）；孕育鑄鐵的金相組織：在細(xì)密的珠光體或鐵素體基體上，均勻分布細(xì)小的石墨.性能特點(diǎn)：σb：300-400MPa，HB170-270，αk：3-8J／cm2、δ：0.5%，比普通灰鑄鐵高；斷面敏感性小，組織性能分布均勻。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron61一、鑄鐵石墨細(xì)化強(qiáng)化——孕育處理孕育鑄鐵的應(yīng)用：動(dòng)載荷較小，而靜載荷要求較高的零件，如氣缸、曲軸、凸輪和機(jī)床鑄件等。截面尺寸變化較大的大型鑄件。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron62二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理1.球墨鑄鐵的生產(chǎn)球鐵是用灰口成分的鐵水經(jīng)球化處理和孕育處理后而制得的。球化處理：在澆注前加入一定量的球化劑，促使石墨結(jié)晶時(shí)生長成為球狀的工藝。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron63二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理1.球墨鑄鐵的生產(chǎn)球化劑：包括鎂硅系合金、稀土鎂硅系合金(我國用的較多)、鈣系合金(日本用的較多)，鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。加入量與鐵水化學(xué)成分有關(guān)，一般用稀土鎂合金做球化劑時(shí)，加入量為0.8-1.5%

5.Approachtoimproveperformanceofcastiron64二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理1.球墨鑄鐵的生產(chǎn)球化處理時(shí)，要有石墨核心產(chǎn)生，才能促使石墨變?yōu)榍驙睢６ǔ５那蚧瘎┰貢?huì)阻礙石墨化的進(jìn)行，球化后鐵水白口傾向增大，難以產(chǎn)生石墨核心在球化處理的同時(shí)，必須進(jìn)行孕育處理（石墨化處理）、以獲得球徑小、數(shù)量多、圓整度好、分布均勻的球狀石墨，從而改善球鐵的力學(xué)性能。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron65二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理1.球墨鑄鐵的生產(chǎn)球化處理+孕育處理孕育處理的孕育劑必須是含有強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素的物質(zhì)。如含75%Si的硅鐵，加入量依原鐵液的化學(xué)成分、鑄件壁厚以及所要求的基體組織不同而異。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron66二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理2.球鐵的組織和性能特點(diǎn)組織：球狀石墨+金屬基體基體：F、P、F+P等；熱處理后可以是M、B等石墨：由于化學(xué)成分和鐵水處理不當(dāng)，石墨會(huì)成為團(tuán)狀、團(tuán)片狀、厚片狀及開花狀等形態(tài)5.Approachtoimproveperformanceofcastiron67二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理2.球鐵的組織和性能特點(diǎn)特點(diǎn)：球狀石墨可保證基體強(qiáng)度，基體強(qiáng)度利用率可達(dá)70%-90%；可通過熱處理獲得較好的機(jī)械性能。σb

：1500MPa，δ：18%。屈強(qiáng)比很高，αk:8-15J／cm2。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron68二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理3.球墨鑄鐵的牌號、化學(xué)成分和用途球鐵分為八個(gè)牌號，‘QT’是“球鐵”，其后二級數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度和最低延伸率。如QT400-10、QT600-2、QT800-2化學(xué)成分及牌號如表7.9、7.105.Approachtoimproveperformanceofcastiron69二、鑄鐵的石墨球化強(qiáng)化——球化處理3.球墨鑄鐵的牌號、化學(xué)成分和用途應(yīng)用：可代替碳素鋼，應(yīng)用于承受負(fù)荷較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的零件.珠光體基的球鐵：曲軸、連桿、凸輪等。大型水壓機(jī)的工作缸、缸套及活塞。鐵素體基的球鐵：受壓閥門、汽車后橋殼等。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron70小結(jié)：孕育處理—通常在澆注前往鐵水中加入少量強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的物質(zhì)(孕育劑)進(jìn)行處理。可細(xì)化灰鑄鐵的組織，提高鑄鐵的機(jī)械性能，并使其均勻一致。球化處理：在澆注前加入一定量的球化劑，促使石墨結(jié)晶時(shí)生長成為球狀的工藝。得到球狀石墨，對機(jī)體破壞性小，綜合力學(xué)性能好。5.Approachtoimproveperformanceofcastiron716Malleablecastiron可鍛鑄鐵(又稱為瑪鐵、瑪鋼)；由白口鑄鐵通過石墨化退火處理得到的高強(qiáng)鑄鐵。較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。與球鐵相比，質(zhì)量穩(wěn)定、鐵水易處理、易于流水線生產(chǎn)、成本低等。不規(guī)則團(tuán)絮狀石墨形式可鍛鑄鐵不可鍛！726Malleablecastiron一、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)兩個(gè)步驟：首先得到白口鑄件，再進(jìn)行可鍛化(石墨化)處理。第一步，先鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現(xiàn)，否則在隨后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到團(tuán)絮狀石墨；736Malleablecastiron一、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)第二步，進(jìn)行長時(shí)間的石墨化退火處理。

加熱到850℃～950℃，保溫2-5h，滲碳體→團(tuán)絮狀G；

以較快的速度（100℃/h）冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到P基可鍛鑄鐵。

保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，在冷至720℃～760℃后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，在650℃～700℃出爐冷卻至室溫，可以得到F基可鍛鑄鐵。746Malleablecastiron一、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)1、化學(xué)成分、組織特點(diǎn)組織：白口，C、Si低；存在片狀G時(shí)得不到團(tuán)絮狀G；成分—C:2.4-2.7%;Si:1.4-1.8%;Mn:0.5-0.7%;P<0.8%;S<0.25%;Cr<0.06%,少量孕育劑Al和Bi。756Malleablecastiron一、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)2、石墨化退火工藝分為石墨化可鍛鑄鐵和脫碳可煅鑄鐵。石墨化可鍛鑄鐵（黑心可鍛鐵）：滲碳體長時(shí)間退火發(fā)生分解，形成團(tuán)絮狀G。Ⅰ、Ⅱ石墨化充分進(jìn)行，退火后組織F+團(tuán)絮G（F可煅鑄鐵)；—斷口心部黑絨色，表面亮白色?！谛目慑戣T鐵Ⅰ石墨化充分進(jìn)行、Ⅱ不能進(jìn)行，組織P+團(tuán)絮G（P可煅鑄鐵)；—斷口呈白色。———黑心可鍛鑄鐵766Malleablecastiron一、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)2、石墨化退火工藝脫碳可煅鑄鐵（白心可鍛鐵）：白口鑄鐵長時(shí)間退火過程發(fā)生氧化脫碳；退火后組織：表層F，心部P+團(tuán)絮G斷口：顏色表層黑絨色，心部白色金相組織：小斷面尺寸：F。大斷面尺寸：表面—F；中間—P＋F＋退火碳；心部—P＋退火碳776Malleablecastiron二、可鍛鑄鐵的牌號、性能及用途牌號：KT+Z、H、B+兩組數(shù)字Z-珠光體可鍛鑄鐵；B-白心可鍛鑄鐵；H-黑心可鍛鑄鐵數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和最低延伸率。如KTH300-06、KTH350-10、KTZ450-06、KTZ550-04、KTB350-04、…….786Malleablecastiron二、可鍛鑄鐵的牌號、性能及用途性能：

石墨呈團(tuán)絮狀分布，對金屬基休的割裂破壞較小，較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，力學(xué)性能比灰鑄鐵高接近于球墨鑄鐵。F可鍛鑄鐵：一定的強(qiáng)度和較高塑韌性；應(yīng)用承受沖擊和振動(dòng)的場合；P可鍛鑄鐵：強(qiáng)度大、硬度高耐磨性好；應(yīng)用曲軸、連桿、凸輪軸等797Castironwithspecialperformance根據(jù)性能要求包括：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等加入合金元素或適當(dāng)熱處理807Castironwithspecialperformance一、耐磨鑄鐵

磨損通常存在兩種不同的形式：潤滑磨損，在潤滑條件下工作，如滑塊、軸承以及機(jī)床導(dǎo)軌等工件的磨損。減磨鑄鐵干式磨損，在干摩擦條件下工作，如軋輥、球磨機(jī)磨球以及噴丸機(jī)葉片等工件的磨損；抗磨鑄鐵817Castironwithspecialperformance一、耐磨鑄鐵減摩鑄鐵：合金化和孕育處理合金元素：Cu、Mo、Mn（細(xì)化石墨）、P和稀土等；高磷鑄鐵應(yīng)用最多孕育處理：細(xì)化組織，硬度強(qiáng)度增加。

孕育劑：硅鐵；827Castironwithspecialperformance一、耐磨鑄鐵抗磨鑄鐵：要求其高硬度、組織均勻。合金元素：Cr、V、Ti、Ni等(合金滲碳體、碳化物)組織可為M、B、或Ld等。837Castironwithspecialperformance二、耐熱鑄鐵——在高溫條件下，具有一定抗氧化和抗生長性能，并能承受一定載荷的鑄鐵。氧化：高溫下受氧化氣氛的侵蝕，鑄件表面發(fā)生化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象；表面形成氧化皮，減少鑄件有效面積，因而降低了鑄件的承載能力；生長：鑄鐵在較高溫度下反復(fù)加熱和冷卻時(shí)發(fā)生體積長大的現(xiàn)象。零件尺寸增大，并使機(jī)械性能降低。847Castironwithspecialperformance二、耐熱鑄鐵氧化和生長現(xiàn)象：Fe3C→3Fe+C體積膨脹和氧化性氣體滲入，內(nèi)部氧化、膨脹。使零件變形、翹曲，產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂。包括硅系、鋁系、鉻系及Al-Si系。表7.14857Castironwithspecialperformance二、耐熱鑄鐵提高鑄鐵耐熱性途徑：合金化：在鑄鐵中加入Si、Al、Cr等合金元素，表面形成致密的氧化膜，保護(hù)內(nèi)層；提高鑄鐵基體的連續(xù)性：片狀G易使氧化氣氛滲入鑄鐵內(nèi)部，內(nèi)部氧化；球狀或團(tuán)狀石墨呈孤立分布，基體連續(xù)性增加，氧化性氣體不能深入內(nèi)部。因此，球鐵、蠕墨鑄鐵耐熱性好于灰鐵（僅在400℃下工作）867Castironwithspecialperformance三、耐蝕鑄鐵鑄鐵耐蝕性很差電極電位：G>滲碳體>鐵素體，形成微電池，陽極F被消耗，直到鑄鐵內(nèi)部。措施：加入合金元素得到有利的組織和形成好的保護(hù)膜。基體組織：單相基體+孤立分布的球狀石墨，盡量降低含C量877Castironwithspecialperformance三、耐蝕鑄鐵合金元素作用：改變電極電位，加入Cr、Mo、Cu、Ni、Si等元素提高鑄鐵基體電極電位；改變鑄鐵基體組織和石墨形狀、大小和分布，減少原電池?cái)?shù)量；加入較多的Al、Si、Cr等合金元素，在表面形成致密的氧化膜。887Castironwithspecialperformance三、耐蝕鑄鐵我國耐蝕鑄鐵以Si為主要元素，有時(shí)也加Al、Cu、Mo、Cr等高Si耐蝕鑄鐵、高鉻耐蝕鑄鐵、鋁耐蝕鑄鐵和抗堿球墨鑄鐵等。898Heattreatmentofcastiron改變基體組織：化學(xué)成分及熱處理鑄鐵熱處理：一般不能改善原始組織中石墨形態(tài)和分布?；铱阼T鐵：片狀石墨會(huì)引起應(yīng)力集中，適當(dāng)熱處理。退火、正火。效果不顯著。球墨鑄鐵：退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火、感應(yīng)加熱淬火和表面化學(xué)熱處理等908Heattreatmentofcastiron一、鑄鐵的金相學(xué)特點(diǎn)制定熱處理工藝，要分析其金相學(xué)特點(diǎn)和相變規(guī)律（1）共析和共晶溫度在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)；控制熱處理的溫度及保溫時(shí)間，就可控制奧氏體中碳的濃度，再依照不同的冷卻速度，就可獲得不同的組織及性能。

918Heattreatmentofcastiron一、鑄鐵的金相學(xué)特點(diǎn)制定熱處理工藝，要分析其金相學(xué)特點(diǎn)和相變規(guī)律（1）共析和共晶溫度在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)；（2）石墨在熱處理中相變；加熱時(shí)，碳原子從G向基體擴(kuò)散；冷卻時(shí)，碳原子從基體中析出向G沉積。采用合適的熱處理溫度和時(shí)間，可以控制A中碳濃度，冷卻后得到不同基體組織928Heattreatmentofcastiron一、鑄鐵的金相學(xué)特點(diǎn)（3）Si提高石墨共析溫度；