第八章鑄鐵-機(jī)械工程材料學(xué)

第八章鑄鐵第一節(jié)概述第二節(jié)灰鑄鐵第三節(jié)球墨鑄鐵第四節(jié)可鍛鑄鐵第五節(jié)蠕墨鑄鐵第六節(jié)特殊性能鑄鐵亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵共析鋼共晶白口鐵一、鑄鐵成分、組織和性能特點(diǎn)成分：含有較高的C、Si等元素,P、S等雜質(zhì)也較多。組織：碳以石墨（G）的形式存在，組織為鋼的基體(F、P、F+P)上分布著不同形態(tài)的石墨。第一節(jié)概述鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金。性能:抗拉強(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、優(yōu)良的切削加工性。鑄造性能比鋼好。二、Fe-C雙重相圖及鑄鐵中石墨的形成（一）雙重鐵碳合金相圖圖中實(shí)線表示亞穩(wěn)定的Fe-Fe3C相圖圖中虛線表示穩(wěn)定的平衡Fe-G相圖二者主要區(qū)別

（二）鑄鐵中石墨化過(guò)程（石墨的形成過(guò)程）Ⅰ、1154℃時(shí)通過(guò)共晶反應(yīng)形成石墨

LC'→AE'+GⅡ、1154℃~738℃A→GⅡⅢ、738℃時(shí)共析反應(yīng)

AS'→FP'+G碳含量為2.5~4.0%的鑄鐵石墨化過(guò)程：鑄鐵結(jié)晶后可得到三種不同的組織：

F+G、P+G、F+P+G（三）影響石墨化的因素1.化學(xué)成分的影響C、Si促進(jìn)石墨化(通常WC2.5~4.0%,WSi1%~2.5%)；C%、Si%↑→石墨片多、粗大。另外，Al、Cu、Ni、Co等促進(jìn)石墨化。

S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻止石墨化。2.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，對(duì)石墨化有利。砂型鑄造條件下鑄鐵壁厚化學(xué)成分與鑄鐵組織關(guān)系三、鑄鐵的分類(lèi)1.白口鑄鐵：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ石墨化過(guò)程全部被抑制按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶，碳以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色。2.灰口鑄鐵：Ⅰ、Ⅱ石墨化過(guò)程充分進(jìn)行，碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色。3.麻口鑄鐵：Ⅰ石墨化過(guò)程部分進(jìn)行，碳以石墨和Fe3C兩種形式存在，斷口黑白相間構(gòu)成麻點(diǎn)。（一）按石墨化程度分1、灰口鑄鐵：G呈片狀2、可鍛鑄鐵：G呈團(tuán)絮狀3、球墨鑄鐵：G呈球狀4、蠕墨鑄鐵：G呈短小的蠕蟲(chóng)狀（二）按石墨形態(tài)分2134第二節(jié)灰口鑄鐵一、灰口鑄鐵的組織、性能和用途片狀石墨+金屬基體組成依第三階段石墨化進(jìn)行的程度不同，可分為：

鐵素體灰口鑄鐵鐵素體+珠光體灰口鑄鐵

珠光體灰口鑄鐵（一）灰口鑄鐵的組織鐵素體為基體的灰口鑄鐵G呈片狀暗灰色鐵素體基體白色鐵素體+珠光體為基體的灰口鑄鐵鐵素體珠光體G呈片狀珠光體為基體的灰口鑄鐵G呈片狀珠光體（二

）灰口鑄鐵的性能和用途優(yōu)良的鑄造性能優(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4力學(xué)性能（三）灰口鑄鐵的牌號(hào)HT100HT150HT200HT300用途：汽車(chē)、拖拉機(jī)的氣缸、氣缸套，機(jī)床床身及承受壓力、震動(dòng)的零件等。性能：二、灰鑄鐵的孕育處理孕育鑄鐵：為了細(xì)化灰鑄鐵組織，提高鑄鐵的力學(xué)性能，通常在碳、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變質(zhì)鑄鐵。孕育鑄鐵的金相組織：細(xì)密的珠光體基體上，均勻分布細(xì)小的石墨片。故其強(qiáng)度高于普通的灰鑄鐵。應(yīng)用：孕育鑄鐵用來(lái)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、齒輪等。大量人工晶核→結(jié)晶均勻→截面上組織均勻→性能均勻→斷面敏感性小三灰口鑄鐵的熱處理對(duì)灰口鑄鐵進(jìn)行處理只能改變其基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布。熱處理目的消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性和表面磨損性能。（一）消除內(nèi)應(yīng)力的退火（人工時(shí)效）

防止變形開(kāi)裂，保證尺寸穩(wěn)定（二）改善切削加工性的退火（高溫退火）消除白口組織，使局部Fe3C→G，降低硬度退火工藝：加熱到850~900℃

，保溫2~5h，隨爐冷至

250~400℃

，出爐空冷。退火工藝：加熱速度50~100℃，加熱溫度500~600℃

保溫2~8h，爐冷至150~200℃，空冷。（三）表面淬火表面淬火工藝：

感應(yīng)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淬火后表面組織：細(xì)小馬氏體＋片狀石墨，硬度:59~61HRC。應(yīng)用：重要的鑄鐵件，如機(jī)床導(dǎo)軌、內(nèi)燃機(jī)缸套等目的：提高表面硬度和耐磨性第三節(jié)可鍛鑄鐵

可段鑄鐵是由鑄態(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。（不可鍛造，可進(jìn)行微量的塑性變形）一、可鍛鑄鐵的組織、性能和用途組織：鐵素體基體可鍛鑄鐵珠光體基體可鍛鑄鐵

性能：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P183表7-2KTH300-06等KTZ450-06等用途：形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁鑄件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的輪殼、減速器殼體等。鐵素體為基體可鍛鑄鐵G呈團(tuán)絮狀暗灰色珠光體為基體可鍛鑄鐵G呈團(tuán)絮狀暗灰色珠光體二、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)首先：澆注成純白口鑄鐵其次：石墨化退火F+團(tuán)絮G900~980Fe3C→A+G770650A→F+G720P→F+GP+團(tuán)絮G溫度時(shí)間A→GⅡ第四節(jié)球墨鑄鐵

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。一、球墨鑄鐵的組織、性能和用途組織：F+G球、F+P+G球、P+G球三種性能：

1.

球鐵的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高于灰鐵、可鐵；

2.球鐵的屈強(qiáng)比比鋼高；

3.優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、低的缺口敏感性

4.對(duì)其進(jìn)行熱處理可改善其性能，以鐵代鋼用。用途：用于承受重載荷、受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如曲軸、連桿、軋輥、缸套、活塞、閥門(mén)等。F+G球F+P+G球P+G球二、球墨鑄鐵的生產(chǎn)加球化劑（稀土鎂合金）球化處理加孕育劑（硅鐵、硅鈣合金等）孕育處理目的：降低白口傾向，得到球狀石墨。牌號(hào)：QT400-18QT600-3QT700-2

1、高溫退火：當(dāng)鑄態(tài)組織為F+P+Fe3C+G時(shí)采用。

退火工藝：加熱到900~950℃，保溫2~5h后，隨爐緩冷至600℃出爐空冷。2、低溫退火：當(dāng)鑄態(tài)組織為F+P+G采用

退火工藝：

加熱到720~760℃，保溫2~8h后，隨爐緩冷至600℃出爐空冷三、球墨鑄鐵的熱處理（一）退火（為了獲得鐵素體基體球墨鑄鐵）熱處理特點(diǎn)：共析轉(zhuǎn)變溫度高，要在較高溫度實(shí)現(xiàn)奧氏體化；

C曲線右移，并形成兩個(gè)“鼻尖”，淬透性比鋼好；加熱溫度和保溫時(shí)間范圍寬，可調(diào)整熱處理后的基體組織及球鐵使用性能。導(dǎo)熱性差1、高溫正火（完全奧氏體化正火）

將工件加熱到880~920℃

，保溫3h左右，空冷，得到P+G組織2、低溫正火（不完全奧氏體化正火）

將工件加熱到840~860℃

，保溫一定時(shí)間，空冷，得到F+P+G組織正火后為消除鑄件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可增加一次去應(yīng)力退火（回火），加熱到500-600℃，保溫3~4h，空冷。（二）正火目的：得到珠光體基體，以提高球墨鑄鐵強(qiáng)度，硬度和耐磨性高溫正火工藝曲線低溫正火工藝曲線組織：F+P+G組織：細(xì)P+G球墨鑄鐵的正火工藝曲線（三）調(diào)質(zhì)處理目的：對(duì)要求綜合力學(xué)性能較高的零件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)工藝：加熱溫度850-900℃，油或水中淬火，回火溫度550-620℃，空冷。組織：回火索氏體加球狀石墨組織（四）等溫淬火目的：使形狀復(fù)雜、熱處理易變形、開(kāi)裂的零件，具有良好的綜合力學(xué)性能，如齒輪、軸承套等。等溫淬火工藝：加熱溫度840-900℃，保溫一定時(shí)間，250-300℃鹽浴爐中等溫30-90分鐘后空冷。組織：下貝氏體+球狀石墨下貝氏體+球狀石墨第五節(jié)蠕墨鑄鐵一、蠕墨鑄鐵中的石墨形態(tài)蠕鐵中的石墨為短小的蠕蟲(chóng)狀，形態(tài)彎曲，端部圓鈍，長(zhǎng)寬比一般為3-10的石墨稱(chēng)為蠕蟲(chóng)狀石墨，其石墨形態(tài)介于球狀石墨和片狀石墨之間。

蠕蟲(chóng)狀石墨二、蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)蠕墨鑄鐵對(duì)鐵液的化學(xué)成分要求與球墨鑄鐵相似，向鐵液中加入蠕化劑即可。常用蠕化劑有稀土硅鐵或鎂與鈦、鋁組成的復(fù)合蠕化劑。石墨蠕化效果常用蠕化率來(lái)表述，它指的是檢測(cè)視場(chǎng)中蠕蟲(chóng)狀石墨面積占全部石墨面積的百分?jǐn)?shù)，一般要求不低于50%。其中鎂和稀土元素為石墨球化元素，鈦、鋁等為反球化元素。為了消除鎂和稀土元素的白口化影響，通常要用75%硅鐵進(jìn)行孕育處理。三、蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能取決于石墨的蠕化率、形態(tài)、分布和基體組織?；w組織可分為：鐵素體、珠光體、鐵素體＋珠光體蠕鑄鐵的牌號(hào)和力學(xué)性能類(lèi)別牌號(hào)力學(xué)性能蠕化率(%)бb/MPaб0.2/MPaδ(%)HBS鐵素體蠕墨鑄鐵RuT2602601953.0121-197≥50鐵素體+珠光體蠕墨鑄鐵RuT3003002401.5140-217RuT3403402701.0170-249珠光體蠕墨鑄鐵RuT3803803000.75193-274RuT4204203350.75200-280第六節(jié)其他鑄鐵簡(jiǎn)介（一）高磷鑄鐵：普通灰鑄鐵+Wp0.5%~0.75%，

形成磷共晶（F+Fe3P，P+Fe3P，F(xiàn)+P+Fe3P）

（二）高鉻鑄鐵:

白口鑄鐵+Wcr14%~20%，以及少量

Mo、Ni、Cu等元素，使組織中出現(xiàn)大量(Cr、Fe)7C3碳化物除了灰鐵、可鐵和球鐵外，還有一些因加入合金元素而具有特殊物理和化學(xué)性能的鑄鐵。一、耐磨鑄鐵高磷含硼鑄鐵活塞,水平連續(xù)鑄造距表層10mm處組織磷共晶為白亮的Fe3P或碳化物基體上分布著粒狀的鐵素體或珠光體和條狀碳化物的三元磷共晶元素

CSiMnCrMoCuTiPB3.232.360.560.100.310.60.16