工程材料學(xué) 鑄鐵

工程材料學(xué)鑄鐵第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：

●固溶在F、A中

●化合物態(tài)的滲碳體(Fe3C)，

●游離態(tài)石墨（G）分類：根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式（GorCem）分為白口鑄鐵---碳主要以游離碳化物的形式析出，斷口呈銀白色灰口鑄鐵---碳大部分或全部以石墨的形式析出，斷口呈暗灰色麻口鑄鐵---碳部分以游離碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

二復(fù)線鐵碳相圖

在鐵碳相圖中，碳可以化合態(tài)的滲碳體的形式和游離態(tài)的石墨(G)的形式存在。滲碳體具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。石墨具有特殊的簡單六方晶格，其底面碳原子呈六方網(wǎng)絡(luò)排列，原子間為共價鍵結(jié)合，間距小（1.42?）結(jié)合力很強；底面層之間為分子鍵，面間距離大（3.04?），結(jié)合力弱，所以石墨的強度和硬度不高，韌性很低。石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖

第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳體為亞穩(wěn)定相，在一定條件下能分解為鐵和石墨（Fe3C→3Fe+G）;石墨為穩(wěn)定相。所以在不同情況下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的Fe-Fe3C相圖，以及穩(wěn)定平衡的鐵－石墨相圖。即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)合相圖，見圖。其中，實線表示Fe-Fe3C相圖，虛線表示鐵碳合金.究竟按哪種相圖變化，決定于其加熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質(zhì)（亞穩(wěn)定平衡還是穩(wěn)定平衡）。虛線相圖的分析方法，與前面討論過的實線相圖完全相同。第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

三．鑄鐵的石墨化過程石墨化--鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程。石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得。灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長時間高溫退火，由滲碳體的高溫分解來獲得。

第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

按照鐵－石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過程（石墨化）分為三個階段。第一階段石墨化鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄鐵）和在1154℃(E′C′F′線)通過共晶反應(yīng)形成共晶石墨，其反應(yīng)式為：Lc′→AE′+G（共晶）第二階段石墨化在1154℃－738℃溫度范圍內(nèi)奧氏體沿E′S′線析出二次石墨。第三階段石墨化在738℃（P′S′K′）通過共析反應(yīng)析出石墨，其反應(yīng)方程式為：As′→Fp′+G(共析)含3％的亞共晶鑄鐵－石墨相圖進行轉(zhuǎn)變的過程如圖所示第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

四．影響石墨化的主要因素(一)溫度及冷卻速度

鑄鐵的結(jié)晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分?jǐn)U散，通常按鐵－石墨相圖進行。碳以石墨的形式析出。當(dāng)冷速較快時，由液體析出的是滲碳體而不是石墨，因為滲碳體的含碳量（6﹒69％）比石墨（100％）更接近于合金的含碳量（2﹒5－4﹒0％），析出滲碳體所需的碳原子擴散量較少。在低溫（共晶反應(yīng)溫度）條件下，碳原子擴散能力較差，鑄鐵的石墨化過程往往難以進行。鑄鐵加熱時，到550℃以上，共析滲碳體開始分解為石墨和鐵素體。加熱溫度越高，保溫時間越長，分解越強烈。在共析溫度以下，二次滲碳體﹑共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石墨。因此，在實際生產(chǎn)中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長時間保溫，都有利于石墨化進程。第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）合金元素按對石墨化的作用，合金元素可分為兩大類：

促進石墨化的元素---C﹑Si﹑Al﹑Cu﹑Ni﹑Co等。阻礙石墨化的元素---Cr﹑W﹑Mo﹑V﹑Mn等，以及雜質(zhì)元素S。一般來說，非碳化物形成元素阻礙石墨化。在促進石墨化的元素中，C和Si最強烈。生產(chǎn)中，調(diào)整碳﹑硅含量，是控制鑄鐵組織與性能的基本措施。碳不僅促進石墨化，而且還影響石墨的數(shù)量﹑大小和分布。S強烈促進石墨的白口化，并使機械性能和鑄造性能惡化，因此一般控制在0﹒15℅以下。

生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。

第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月CE來評價鑄鐵成份的石墨化能力：CE=Wc+1/2W(Si+P)同時用共晶度（表示鑄鐵的碳含量接近共晶點濃度的程度，Sc=1共晶鑄鐵；Sc<1亞共晶鑄鐵，Sc>1過共晶鑄鐵。Sc↑CE↑---石墨化能力↑)第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月五.鑄鐵的組織特征和分類石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織名稱石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段灰鑄鐵充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行不進行F＋GF＋P＋GP＋G麻鑄鐵部分進行部分進行不進行Le’+P+G

白口鑄鐵不進行不進行不進行Le’+P+Fe3C第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月組織構(gòu)成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，另一部分是基體?；w可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，相當(dāng)于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體上分布著石墨夾雜。石墨形態(tài)：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態(tài)是不同的

●灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵中的石墨呈片狀；

●可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀；

●球墨鑄鐵中的石墨呈球狀；

●蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。

第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

六.鑄鐵的性能特點

灰鑄鐵的抗拉強度和塑性都很低，石墨對基體嚴(yán)重割裂。石墨強度、韌性極低，相當(dāng)于裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。

石墨越多，越大，對基體的割裂作用越嚴(yán)重，鑄鐵抗拉強度越低。

變質(zhì)處理可細化石墨片，提高鑄鐵的強度，但塑性無明顯改善。

石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能：

（1）石墨造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異。

（2）鑄鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。

（3）石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。

（4）石墨對振動的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。

（5）大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對缺口不敏感。

各種鑄鐵的機械性能

第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)灰口鑄鐵

灰口鑄鐵是價格便宜﹑應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80％以上。一﹑鑄鐵的牌號我國灰口鑄鐵的牌號見表?！癏T”表示“灰鐵”，后面的數(shù)字表示最低抗拉強度?；诣T鐵中的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在以下范圍：2.5%～4.0%C;1.0%～2.0%Si。二、灰鑄鐵的組織灰口鑄鐵有鐵素體基體﹑珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種鑄鐵，其組織見圖。第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三灰口鑄鐵的性能

1、優(yōu)良的鑄造性能

由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點，所以鐵水流動性好，可以鑄造非常復(fù)雜的零件；另外．由于石墨比容較大，使鑄件凝固時的收縮量減少．可簡化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力，并可得到致密的組織。

2、優(yōu)良的耐磨性石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性；此外．由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶：又能使抗磨能力進一步提高，這對于制備活塞環(huán)．氣缸套等受摩擦零件具有重要意義，3、消震性好石墨可以阻止震動的傳播．灰鑄鐵的消震能力是鋼的10倍，常用來制作承受振動的機床底座。第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、較低的缺口敏感姓和良好的切削加工性能

灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口．對表面的缺陷、缺口等幾乎沒有敏感性．因此，表面的缺陷對鑄鐵的疲勞強度影響較小，但其疲勞強度比鋼要低；由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用相對刀具的潤滑起減摩作用、所以其切削加工性是良好的5、灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鑄鋼灰鑄鐵的抗壓強度和硬度主要取決于基體組織；灰鑄鐵的抗壓強度一般比抗拉強度高出3-4倍，這是灰鑄鐵的一種特性，因此．與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合：這就是廣泛用作機床床身和支柱受耐壓零件的原因，灰鑄鐵的硬度與同樣基體的正火鋼相近第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四.影響灰鑄鐵組織和性能的因素1.成分對鑄鐵的影響

●錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體中，增強鐵、碳原子間的結(jié)合力，擴大奧氏體區(qū)，阻止共析轉(zhuǎn)變時的石墨化，促進珠光體基體的形成。錳還能與硫生成MnS，減少硫的有害作用。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%～1.4%。

●磷是促進石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時，液相線降低，從而提高了鐵水的流動性。在鑄鐵中，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.3%時，常常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄鐵有較高強度時，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量（可達0.3%以上）。

●硫是有害元素，它強烈促進白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機械性能惡化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS與鐵形成低熔點(約980℃)共晶體，沿晶界分布。因此限定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%以下。

第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.冷卻速度的影響

在一定的鑄造工藝（如澆注溫度、鑄型溫度、造型材料種類等）條件下，鑄件的冷卻速度對石墨化程度影響很大。

隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出現(xiàn)珠光體、珠光體加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織。不同C+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織

第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

五﹑孕育處理孕育處理：就是變質(zhì)處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。常用的孕育劑有兩種。一種為硅類合金，例如最常用的含75％硅的硅鐵合金﹑含60－65％硅和25－35％鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前者高1.5－3倍，但價格較貴。另一類是碳類，例如石墨粉﹑電極粒等。孕育處理的目的是：1使鐵水內(nèi)同時生成大量均勻的非自發(fā)形核，以獲得細小均勻的石墨片，并細化基體組織，提高鑄鐵的強度；2避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織的均勻性。應(yīng)用：孕育鑄鐵具有較高的強度和硬度，可用來制造機械性能要求較高的鑄件，如氣缸﹑曲軸﹑凸輪﹑機床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月六﹑灰口鑄鐵的熱處理熱處理不能改變石墨的形狀和分布，對提高灰口鑄鐵機械性能作用不大，因此生產(chǎn)中主要用來消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。1.消除內(nèi)應(yīng)力退火（又稱人工時效）一些形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的重要鑄件，如機床床身﹑柴油機氣缸等，為了防變形和開裂，需進行消除內(nèi)應(yīng)力退火。工藝規(guī)定是：加熱溫度500－550℃，加熱速度為60－120℃/h。溫度不宜過高，以免發(fā)生共析滲碳體的球化和石墨化。保溫時間則取決于加熱溫度和鑄件壁厚，一般是：壁厚≤20mm時，保溫時間為2h，壁厚每增加25mm，保溫時間增長1h。冷卻速度為20－50℃/h，到150－220℃后出爐空冷。第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.消除鑄件白口﹑降低硬度的退火灰口鑄鐵件表面和薄壁處產(chǎn)生的白口組織難以切削加工，需要退火降低硬度。退火在共析溫度以上進行，使?jié)B碳體分解成石墨，所以又稱高溫退火。工藝是：加熱到850－900℃，保溫2－5h，然后隨爐冷卻，至250－400℃后出爐空冷。退火鑄件的硬度可下降HB20－40。3.表面淬火有些鑄件如機床導(dǎo)軌﹑缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可進行表面淬火處理，如高頻表面淬火﹑火焰表面淬火等。淬火后表面硬度可達HRC50。第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是本世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種高強度材料，其綜合機械性能接近于鋼，因鑄造性能很好，成本很低，生產(chǎn)方便，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。一﹑球墨鑄鐵的成分和球化處理

球墨鑄鐵的成分：要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：3.6－3.9%C,2.0－2.8%Si,0.6－0.8%Mn,<0.07%S,<0.1%P。與灰口鑄鐵相比，它的碳當(dāng)量較高，一般為過共晶成分，通常在4.5－4.7%范圍內(nèi)變動，以利于石墨球化。第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

球墨鑄鐵的球化處理：

必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑。國外使用球化劑主要是金屬鎂，實踐證明，鐵水中含0.04－0.08鎂時，石墨就能完全球化。我國普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是強烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球細小﹑均勻分布﹑光園，一定要加入孕育劑。常用的孕育劑為75％硅鐵和硅鈣合金等。第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、球墨鑄鐵的牌號、組織和性能1.牌號

我國球墨鑄鐵牌號用“QT”標(biāo)明，其后兩組數(shù)字表示最低抗拉強度極限和延伸率，見表由表中數(shù)據(jù)可知，球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。其突出特點是屈強比（б0.2/бb）高，約為0.7－0.8，而鋼一般只有0.3－0.5。在一般的機械設(shè)計中，材料的許用應(yīng)力根據(jù)б0.2確定，因此對于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，重量更輕。第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.組織

不同的基體的球墨鑄鐵見圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的抗拉強度比鐵素體基體的高50％以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的延伸率為珠光體基的3－5倍。3.性能球墨鑄鐵具有較好的疲勞強度。表中給出了球墨鑄鐵和45鋼試驗的對稱彎曲疲勞強度?？梢妿Э缀蛶_肩的試樣疲勞強度大致相同。試驗還表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強度甚至超過45鋼。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動載的零件是帶孔或是帶臺肩的，因此完全可以用球墨鑄鐵來代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸等。第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點：

球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致相同，但由于它含有較高的硅、碳、錳等，具有一些特點1.共析轉(zhuǎn)變溫度較高其奧氏體的加熱溫國度高于碳鋼2.C曲線右移，并形成兩個“鼻尖”淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，并較容易實現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.可利用淬火加熱溫度和保溫時間的控制來調(diào)整奧氏體中的碳含量:

高的加熱溫度和長的保溫時間，使以石墨形式保存在的碳較多地溶入奧氏體中，因而淬火后得到較粗大的馬氏體和數(shù)量較多的殘余奧氏體。對鑄件綜合性能要球較高時，應(yīng)在保證完全奧氏體化的條件下，盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織。第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月熱處理工藝

主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等。1.退火退火目的：在于獲得鐵素體基體。球化劑增大鑄件的白口化傾向，當(dāng)鑄件薄壁處現(xiàn)自由滲碳體和珠光體時，為了獲得塑性好的鐵素體基體，并改善切削性能，消除鑄造應(yīng)力，根據(jù)鑄鐵的鑄造組織，可采用兩種退火工藝：

a高溫退火-----存在自由滲碳體時，進行高溫退火：加熱到990－950℃，保溫2－5h。隨爐冷卻，至600℃左右出爐空冷。

b低溫退火-----鑄態(tài)組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒有自由滲碳體時，采用低溫退火：加熱720－760℃，保溫3－6h，隨爐冷卻至600℃后出爐空冷。第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.正火正火的目的：在于得到珠光體基體（占基體75％以上），并細化組織，提高強度和耐磨性。根據(jù)加熱溫度，分高溫正火（完全奧氏體化正火）和低溫正火（不完全奧氏體化正火）兩種：

a高溫正火----加熱到880－920℃，保溫3h,然后空冷，為了提高基體中珠光體的含量，還常采用風(fēng)冷，噴霧冷等加快冷卻速度的方法（保證鑄鐵的強度)。

b低溫正火----加熱到820－860℃，保溫一定時間，使基體部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分保留為鐵素體，空冷后得到珠光體和少量破碎鐵素體的基體，提高鑄鐵的強度，保證其較好的塑性。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.調(diào)質(zhì)要求綜合機械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。

其工藝為：加熱到850℃～900℃，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經(jīng)550℃～600℃回火，空冷，獲得回火索氏體+球狀石墨。回火索氏體基體不僅強度高，而且塑性、韌性比正火得到的珠光體基體好。表面要求耐磨的零件可以再進行表面淬火及低溫回火。第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能熱處理工藝

顯微組織機械性能σb

MPa5

%ak

kJ/m2

HB調(diào)質(zhì):

980℃退火后,900℃油淬+580℃回火

回火索氏體+石墨

800～1000

1.7～2.7

260～320

240～340正火:

980℃退火后,

900℃正火+580℃去應(yīng)力退火

珠光體+5%鐵素體+石墨

700

2.5

100

317～321第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.等溫淬火

球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后可獲得高的強度，同時具有良好的塑性和韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區(qū)（840℃～900℃左右），保溫后在300℃左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫，使基體在此溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w+球狀石墨。等溫處理后，球墨鑄鐵的強度可達1200MPa～1450MPa,沖擊韌性為300

kJ/m2～360kJ/m2,硬度為38HRC～51HRC。等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力復(fù)雜的齒輪、曲軸、凸輪軸等。

第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是近幾十年來發(fā)展起來的一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性，較高的耐磨性；同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

RuT300、RuT420——蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強度。蠕墨鑄鐵的牌號和機械性能見表

蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。強度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性、較高的耐磨性；又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。石墨片的長厚比小，端部較鈍。

蠕墨鑄鐵第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與球墨鑄鐵基本相同。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。

蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。進氣管排氣管第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。它有較好的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分取代碳鋼。按退火方法不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石黑化退火來獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來獲得。后者已很少生產(chǎn)，我國主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵。一.可鍛鑄鐵的牌號和用途1.顯微組織：可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見圖。第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2牌號：可鍛鑄鐵的牌號和機械性能見表；可鍛鑄鐵的化學(xué)成分見表

KT350-10、KTZ600-3鐵素體可鍛鑄鐵以“KT”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強度和延伸率。

3應(yīng)用：可鍛鑄鐵常用來制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動載荷的零件，如汽車拖拉機的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時，又存在性能不能滿足要求的問題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，鐵水處理簡單，容易統(tǒng)一組織流水生產(chǎn)線等有點。尤其對于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進行高溫退火，這時采用可鍛鑄鐵更為適宜。第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二.可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)分兩個步驟：第一步：現(xiàn)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，得不到團絮狀石墨；第二步：進行長時間的石墨化退火處理。將白口鑄鐵加熱到900℃～960℃，長時間保溫，使共晶滲碳體分解為團絮狀石墨，完成第一階段的石墨化過程。隨后以較快的速度（100℃/h）冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。

第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，完成第二階段石墨化，并在冷至720℃～760℃后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在650℃～700℃出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。

可鍛化退火時間要幾十小時，為了縮短時間，并細化組織，提高機械性能，可在鑄造時采取孕育處理。孕育劑能強烈阻礙凝固時形成石墨和退火時促進石墨化。采用0.001%硼、0.006%鉍和0.008%鋁的孕育劑，可將退火時間由70多小時縮短至30小時。第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)合金鑄鐵

在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。

(1)耐磨鑄鐵在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，生產(chǎn)中采用激冷的辦法來獲得激冷鑄鐵。用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。調(diào)整鐵水化學(xué)成分，高碳低硅，保證白口層的深度。心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強度。應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.4%～0.6%(高磷鑄鐵），生成磷共晶（F+Fe3P,P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，提高基體強度和韌性，鑄鐵的耐磨性能等得到更大提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧－貝球墨鑄鐵等新型合金鑄鐵。襯板彎管第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)耐熱鑄鐵

高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。加入Al、Si、Cr等元素，鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，不發(fā)生石墨化過程，改善鑄鐵的耐熱性。

球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐熱性更好。耐熱鑄鐵的化學(xué)成分和機械性能第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)耐蝕鑄鐵

耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。普通鑄鐵的耐蝕性差，因為組織中的石墨和滲碳體促進鐵素體腐蝕。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保護膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)及思考題名詞：石墨化、白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵根據(jù)Fe-G相圖，分析灰口鑄鐵、麻口鑄鐵、白口鑄鐵是如何獲得的？其獲得的顯微組織分別是什么？影響石墨化的主要因素是什么？如何影響？為什么在同一灰鑄鐵中，往往表層和薄壁部位易產(chǎn)生白口組織，用什么方法予以消除？鑄鐵的抗拉強度和硬度主要取決于什么？第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月返回石墨的晶體結(jié)構(gòu)第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵碳合金復(fù)線相圖

返回第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月各種鑄鐵的機械性能材料種類

組織

抗拉強度

σb

/MPa屈服強度

σ0.2

/MPa抗彎強度

σbb

/MPa延伸率

δ

/%沖擊韌性

ak

/kJ·m-2

硬度

/HB鐵素體

灰鑄鐵

F+G片

100～150

260～330

<0.510～110

143～229

珠光體

灰鑄鐵

P＋G片

200～250

400～470

<0.510～110

170～240

孕育鑄鐵

P＋G細片

300～400

540～680

<0.510～110

207～296

鐵素體

可鍛鑄鐵

F＋G團

300～370

190～280

6～12

150～290

120～163

珠光體

可鍛鑄鐵

P＋G團

450～700

280～560

2～5

50～200

152～270

鐵素體

球墨鑄鐵

F+G球

400～500

250～350

5～20

>200147～241

珠光體

球墨鑄鐵

P+G球

600～800

420～560

>2>150229～321

白口鑄鐵

P＋Fe3C+Le’230～480

375～530

鐵素體

蠕墨鑄鐵

F+G蟲

＞286

＞204

>3

>120珠光體

蠕墨鑄鐵

P＋G蟲

＞393

＞286

>1

>18045鋼

F＋P

610360

15800<229Fanhui第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月灰鑄鐵的牌號、組織及應(yīng)用

分類

牌號

顯微組織

應(yīng)用舉例

基體石墨

HT100F＋P(少)粗片

普通

灰口

HT150

F＋P

較粗片

端蓋、汽輪泵體、軸承座、閥殼、管子及管路附件、手輪；一般機床底座、床身及其它復(fù)雜零件、滑座、工作臺等

鑄鐵

HT200

P

中等片

汽缸、齒輪、底架、機件、飛輪、齒條、襯筒；一般機床床身及中等壓力液壓筒、液壓泵和閥的殼體等

HT250

細珠光體

較細片

閥殼、油缸、汽缸、聯(lián)軸器、機體、齒輪、齒輪箱外殼、飛輪、襯筒、凸輪、軸承座等

孕育

HT300

鑄鐵

HT350索氏體或屈氏體

細小片齒輪、凸輪、車床卡盤、剪床、壓力機的機身；導(dǎo)板、自動車床及其它重載荷機床的床身；高壓液壓筒、液壓泵和滑閥的體殼等

HT400

返回第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月F+G片F(xiàn)+P+G片P+G片灰口鑄鐵的顯微組織

返回第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

球墨鑄鐵的牌號和機械性能

機械性能

牌號基體bMPa0.2MPa5%HB應(yīng)用舉例QT400-18鐵素體40025018130～180汽車、拖拉機床底盤零件；16-64大氣壓閥門的閥體、閥蓋QT400-15鐵素體40025015130～180QT450-10鐵素體45031010160～210QT500-7鐵素體+珠光體5003207

170～230機油泵齒輪QT600-3珠光體+鐵素體6003703190～270柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套QT700-2珠光體7004202225～305QT800-2珠光體8004802245～335QT900-2下貝氏體9006002

280～360汽車、拖拉機傳動齒輪返回第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月球墨鑄鐵的顯微組織返回第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月球墨鑄鐵和45鋼的疲勞強度

材料對稱彎曲疲勞強度/MPa

光滑試樣光滑帶孔試樣帶臺肩試樣帶孔、帶臺肩試樣珠光體球墨鑄鐵255100%20580%17568%15561%

45號鋼305100%22574%19564%15551%返回第52頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

蠕墨鑄鐵的牌號和機械性能

牌號抗拉強度bMPa屈服強度0.2MPa延伸率%

硬度值范圍蠕化率

VG%

組織

不小于HB不小于

RuT4204203350.75200~280

珠光體+石墨RuT3803803000.75193~274

珠光體+石墨RuT3403402701.0170~24950珠光體+鐵素體+石墨RuT3003002401.5140~217鐵素體+珠光體+石墨RuT2602601953121