機(jī)械工程材料成型

第七章金屬材料及熱處理鑄鐵第七章鑄鐵指C%>2.11%并含有Si、Mn、P、S等元素的鐵碳合金鑄鐵的定義性能特點(diǎn)強(qiáng)度低，塑性、韌性差良好的鑄造性、切削加工性及減震性生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉應(yīng)用范圍應(yīng)用廣泛，如：機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等焦炭鐵礦石石灰石高爐煉鐵煉鋼生鐵煉鋼鑄鋼錠鑄造生鐵鑄造軋制各種型材鍛件鍛造鑄鋼冷沖壓熱處理切削加工機(jī)械產(chǎn)品鍛造冶煉廠機(jī)械廠鋼鐵生產(chǎn)加工過程概略圖第七章鑄鐵常用鑄鐵概述鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的特點(diǎn)及分類灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第一節(jié)概述一、鑄鐵的石墨化過程1.Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖碳在鑄鐵中的存在形式游離態(tài)的石墨G滲碳體Fe3C強(qiáng)度、硬度、塑性幾乎為零亞穩(wěn)定相，一定條件下發(fā)生分解3Fe+CFe3C游離態(tài)的碳當(dāng)鐵碳合金中的C以滲碳體的形式存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)具有萊氏體組織的白口鑄鐵；當(dāng)鐵碳合金中的C全部或大部分以石墨的形式存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)在鋼的基體組織中分布著不同形狀石墨的鑄鐵，統(tǒng)稱為灰鑄鐵2.鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程在結(jié)晶過程中直接析出，也由滲碳體加熱時(shí)分解鑄鐵冷卻時(shí)的石墨化過程從液體中析出一次石墨由共晶反應(yīng)而生成的共晶石墨由共析反應(yīng)生成的共析石墨鑄鐵加熱時(shí)的石墨化過程介穩(wěn)定的滲碳體，當(dāng)在比較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生分解產(chǎn)生石墨化石墨化過程在P′S′K′線以上發(fā)生的石墨化在P′S′K′線以下發(fā)生的石墨化第一階段石墨化第二階段石墨化一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解溫度高，原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化過程能充分進(jìn)行溫度較低，原子擴(kuò)散條件差，石墨化過程往往不能充分進(jìn)行，甚至完全不能進(jìn)行鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系如果石墨化過程受到了不同程度的影響，鑄鐵的組織必將發(fā)生變化3.影響石墨化的因素化學(xué)成分的影響C、Si是促進(jìn)石墨化的元素C、Si含量過低力學(xué)性能和鑄造性能變差出現(xiàn)白口組織C、Si含量過高石墨數(shù)量多且粗大基體內(nèi)鐵素體量增多降低鑄件性能因此C、Si含量一般控制在：2.5%-4.0%C；1.0%-3.0%Si冷卻速度的影響冷卻速度越慢過冷度越小越有利于按照Fe-G相圖進(jìn)行結(jié)晶和轉(zhuǎn)變?cè)接欣谑^程充分進(jìn)行二、鑄鐵的特點(diǎn)及分類1.鑄鐵的組織特點(diǎn)石墨基體鑄鐵的組織鐵素體珠光體鐵素體+珠光體實(shí)質(zhì)是鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨2.鑄鐵的性能特點(diǎn)力學(xué)性能低耐磨性好消振性能好鑄造性能好切削性能好石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性石墨有潤(rùn)滑作用，脫落后的空間可以儲(chǔ)油石墨可以吸收能量鑄鐵中硅含量高且成分接近于共晶成分石墨的存在使車屑容易脆斷，不粘刀3.鑄鐵的分類及牌號(hào)表示方法石墨的形態(tài)片狀團(tuán)絮狀球狀蠕蟲狀鑄鐵名稱灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第二節(jié)常用鑄鐵一、灰鑄鐵灰鑄鐵指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵特點(diǎn)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛1．牌號(hào)HT××××××—最低抗拉強(qiáng)度值灰鑄鐵代號(hào)HT100、HT150、HT200、……、HT3502．組織鋼的基體+片狀石墨P+G片F(xiàn)+G片F(xiàn)+P+G片3．熱處理孕育鑄鐵為提高灰鑄鐵的性能，對(duì)其進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金目的改變基體組織，而不能改變石墨的形狀和分布常用熱處理去應(yīng)力退火消除鑄件在鑄造冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂用于形狀復(fù)雜的鑄件：機(jī)床的床身、柴油機(jī)汽缸消除白口組織退火降低由于冷卻速度過快引起的鑄件表層產(chǎn)生的白口組織的硬度表面淬火提高硬度和耐磨性用于機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁4．應(yīng)用灰鑄鐵主要用于承受壓力和振動(dòng)的零部件，如機(jī)床的床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等二、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的，其石墨呈團(tuán)絮狀1．牌號(hào)KTH

×××-×××××—最低抗拉強(qiáng)度值可鍛鑄鐵代號(hào)××—最低延伸率KTB

×××-××KTZ

×××-××

KTHKTBKTZ分別表示黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)2．組織鋼的基體+團(tuán)絮狀石墨P+G團(tuán)絮狀F+G團(tuán)絮狀黑心可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵斷口為黑色3．性能強(qiáng)度、塑性和韌性均比灰鑄鐵高，但不能鍛造4．應(yīng)用用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。三、球墨鑄鐵球墨鑄鐵指石墨呈球形的灰鑄鐵，由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化后得到1．牌號(hào)×××—最低抗拉強(qiáng)度值球墨鑄鐵代號(hào)××—最低延伸率QT×××-××QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、QT700-02、QT800-02、QT1200-012．組織鋼的基體+球狀石墨P+G球狀F+G球狀F+G球狀鋼的基體+球狀石墨球化劑加入到鐵水中能使石墨形成球形的物質(zhì)，如：鎂、稀土和稀土鎂3．性能塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高4．應(yīng)用在汽車、機(jī)車、機(jī)床、礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、機(jī)械工具、管道等方面得到廣泛應(yīng)用四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵經(jīng)過蠕化處理和孕育處理后而獲得的一種新型鑄鐵1．牌號(hào)×××—最低抗拉強(qiáng)度值蠕墨鑄鐵代號(hào)RuT×××RuT260、RuT300、RuT4202．組織鋼的基體+蠕蟲狀石墨通常在鐵液中加入稀土合金進(jìn)行蠕化處理，然后加入少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，使鑄鐵中的石墨介于片狀和球狀之間的過渡形態(tài)3．性能強(qiáng)度、塑性和韌性優(yōu)于灰鑄鐵，力學(xué)性能介于灰鑄鐵與可鍛鑄鐵之間4．應(yīng)用常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件，如：柴油機(jī)汽缸、氣缸蓋以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件，如液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等鑄鐵的熱處理1.鑄鐵熱處理的主要目的通過改善鑄鐵的基體組織來(lái)提高鑄件的性能熱處理一般不能改善原始組織中石墨的形態(tài)和分布狀況2.鑄鐵熱處理的原理鑄鐵熱處理的原理、工藝與鋼基本相同3.熱處理特點(diǎn)1.共析轉(zhuǎn)變溫度升高2.C曲線右移，淬透性提高含硅量高提高了淬透性中小鑄鐵件可在油中淬火3.奧氏體中的含碳量可用加熱溫度和保溫時(shí)間來(lái)調(diào)整4.由于石墨的導(dǎo)熱性差，故鑄鐵加熱過程應(yīng)緩慢進(jìn)行由于鑄鐵中有較多的石墨，當(dāng)奧氏體化溫度升高時(shí)，石墨不斷溶入奧氏體中便獲得不同含碳量的奧氏體，因而可得到不同含碳量的馬氏體習(xí)題講解作業(yè)1利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時(shí)，在共析轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物的相對(duì)重量以及室溫時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重量。作業(yè)一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時(shí)，在共析轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物的相對(duì)重量以及室溫時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重量。共析轉(zhuǎn)變前的組織：A+FeCⅡ共析轉(zhuǎn)變前的組織所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeCⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%共析轉(zhuǎn)變后的組織：P+FeCⅡP%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeCⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%室溫時(shí)的組織：P+FeCⅡ1.2%A0.77%FeCⅡ6.69%作業(yè)一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時(shí)，在共析轉(zhuǎn)變前后各種相的相對(duì)重量以及室溫時(shí)各種相的相對(duì)重量。共析轉(zhuǎn)變前的相：A+FeC共析轉(zhuǎn)變前的相所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeC%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%共析轉(zhuǎn)變后的相：F+FeCF%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）×100%=82.3%FeC%=（1.2-0.0218）/（6.69-0.0218）×100%=17.7%1.2%A0.77%FeC6.69%1.2%F0.0218%FeC6.69%作業(yè)一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時(shí)，在共析轉(zhuǎn)變前后各種相的相對(duì)重量以及室溫時(shí)各種相的相對(duì)重量。室溫時(shí)的相：F+FeC1.2%F0.0008%FeC6.69%F%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0008）×100%=82%FeC%=（1.2-0.0008）/（6.69-0.0008）×100%=18%123456789101112660℃1.過冷A+P2.P3.P4.P5.P6.過冷A+S7.S8.S9.過冷A10.過冷A+T11.過冷A+T12.T+M+A’作業(yè)二1234567891011121314151617181920660℃280℃13.過冷A14.M+A’15.過冷A+B下16.B下+M+A’17.B下18.B下19.M+A’20.M回下列說法是否正確，為什么？作業(yè)二（1）馬氏體是硬而脆的相；（2）過冷奧氏體的冷卻速度大于Vk時(shí)，則冷速越大，得到的馬氏體的硬度越高；（3）鋼中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高；（4）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶粒總比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)；（5）同種鋼材在同樣的條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。作業(yè)二將兩種T12鋼小試樣分別加熱到