金屬材料學(xué)課件7

7.1鑄鐵的特點(diǎn)和分類

第一頁第二頁，共95頁。一、鑄鐵的特點(diǎn)1成分特點(diǎn)鑄鐵與碳鋼相比較，有較高的碳和硅含量，還有較高的雜質(zhì)元素硫和磷。2組織特點(diǎn)鑄鐵中的碳主要有如下三種分布形式：溶于鐵晶格的間隙中，形成間隙固溶體，如鐵素體、奧氏體；與Fe生成化合物，如Fe3C碳化物；以游離的石墨形式析出。第二頁第三頁，共95頁。鑄鐵中的碳主要是以石墨的形態(tài)存在，組織是由金屬基體和石墨所組成的。鑄鐵的金屬基體有鐵素體、鐵素體＋珠光體、珠光體，經(jīng)熱處理后有馬氏體、貝氏體等組織，它們相當(dāng)于鋼的組織。鑄鐵中石墨的形態(tài)可分為四種：片狀石墨、球狀石墨、蠕蟲狀石墨、團(tuán)絮狀石墨。第三頁第四頁，共95頁。3、性能特點(diǎn)（1）機(jī)械性能低鑄鐵的機(jī)械性能主要取決于鑄鐵基體組織以及石墨的數(shù)量、形狀、大小及分布特點(diǎn)。石墨的機(jī)械性能很低，硬度僅為HB3～5，抗拉強(qiáng)度為20MPa，延伸率接近零。石墨減小鑄鐵件的有效承載截面積，同時(shí)石墨尖端易使鑄件在承載時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成脆性斷裂。因此，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低。（2）良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性、優(yōu)良的切削加工性和鑄造性能。

第四頁第五頁，共95頁。二、鑄鐵的分類根據(jù)鑄鐵中的碳在結(jié)晶過程中的析出狀態(tài)以及凝固后斷口顏色的不同，可分為三大類：白口鑄鐵：碳除少量溶于鐵素體外，其余全部以化合物狀態(tài)的滲碳體析出，凝固后斷口呈白亮的顏色；麻口鑄鐵：碳既以化合狀態(tài)的滲碳體析出，又以游離狀態(tài)的石墨析出，凝固后斷口夾雜著白亮的滲碳體和暗灰色的石墨；灰口鑄鐵：碳全部或大部分以游離狀態(tài)的石墨析出，凝固后斷口呈灰色。第五頁第六頁，共95頁?；铱阼T鐵按石墨的形狀又可分為：灰口鑄鐵－石墨為片狀；

球墨鑄鐵－石墨為球狀；

可鍛鑄鐵－石墨為團(tuán)絮狀；

蠕墨鑄鐵－石墨為蠕蟲狀。第六頁第七頁，共95頁。7.2鑄鐵的石墨化

第七頁第八頁，共95頁。一、Fe-Fe3C和Fe-C雙重狀態(tài)圖

Fe3C是一個(gè)介穩(wěn)定的相，石墨是穩(wěn)定相。反映鐵-碳合金結(jié)晶過程和組織轉(zhuǎn)變規(guī)律的狀態(tài)圖有兩種：即Fe-Fe3C狀態(tài)圖(亦稱為鐵－碳合金亞穩(wěn)定系狀態(tài)圖)和Fe-C狀態(tài)圖(亦稱為鐵－碳合金穩(wěn)定系狀態(tài)圖)，研究鑄鐵時(shí)，通常把兩者疊加在一起，得到鐵－碳合金雙重狀態(tài)圖。第八頁第九頁，共95頁。二、鑄鐵的石墨化過程

鑄鐵中石墨的形成過程稱為石墨化過程。1、熱力學(xué)條件按Fe-C系相圖進(jìn)行結(jié)晶，鑄鐵冷卻時(shí)的石墨化過程應(yīng)包括：從液體中析出一次石墨；由共晶反應(yīng)生成共晶石墨；由奧氏體中析出二次石墨；由共析反應(yīng)生成共析石墨。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時(shí)間加熱時(shí)，會發(fā)生分解產(chǎn)生石墨化，即Fe3C→3Fe+C第一階段石墨化：無論是冷卻時(shí)的石墨化過程或是加熱時(shí)的石墨化過程，凡是發(fā)生在P′S′K′線溫度以上的石墨化。第二階段石墨化：凡是發(fā)生在P′S′K′線溫度以下的石墨化。第九頁第十頁，共95頁。2、動力學(xué)條件

共晶成分鑄鐵的液相碳含量為4.3%，滲碳體的碳含量為6.67%，而石墨的碳含量接近于100％，液相與滲碳體的碳濃度差較小。從晶體結(jié)構(gòu)的相似程度來分析，滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)比石墨更相近于液相。因而，液相結(jié)晶時(shí)有利于滲碳體晶核的形成。石墨形核和長大時(shí)，不僅需要碳原子通過擴(kuò)散而集中，還要求鐵原子從石墨長大的前沿作相反方向擴(kuò)散，故石墨較難長大。而滲碳體的結(jié)晶長大過程，主要依賴于碳原子的擴(kuò)散，并不要求鐵原子作長距離的遷移，所以長大速度快?？梢?，從結(jié)晶的形核和長大過程的動力學(xué)條件來看都是有利于滲碳體的形成。當(dāng)結(jié)晶冷卻速度(過冷度)增大時(shí)，動力學(xué)條件的影響表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈。第十頁第十一頁，共95頁。三、影響鑄鐵石墨化的因素

1、化學(xué)成分的影響①碳和硅碳和硅都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。石墨來源于碳，隨著碳含量的提高，鐵水中的碳濃度和未溶解的石墨微粒增多，有利于石墨形核，從而促進(jìn)了石墨化。硅與鐵原子的結(jié)合力大于碳與鐵原子之間的結(jié)合力。硅溶于鐵水和鐵的固溶體中，由于削弱了鐵和碳原子之間的結(jié)合力，而促使石墨化。硅還降低鑄鐵共晶成分的碳濃度，鑄鐵中加入硅可代替一部分碳，硅促進(jìn)石墨化的作用約相當(dāng)于碳的三分之一。第十一頁第十二頁，共95頁。為了綜合考慮碳和硅的影響，常用碳當(dāng)量(CE)和共晶度(SC)表示。碳當(dāng)量是將硅含量折合成相當(dāng)?shù)奶剂颗c實(shí)際碳含量之和，即：CE=C%+1/3Si%共晶度是指鑄鐵的碳含量與其共晶點(diǎn)碳含量的比值。在Fe-C-Si狀態(tài)圖中，共晶度隨硅含量的變化而改變，即：Sc=C%/(4.3%-1/3Si%)當(dāng)Sc＝1時(shí)，鑄鐵為共晶組織；Sc<1時(shí)，鑄鐵為亞共晶組織；Sc>1時(shí)，鑄鐵為過共晶組織。鑄鐵的共晶度越接近于1，鑄造性能越好。第十二頁第十三頁，共95頁。②錳錳是一個(gè)阻礙石墨化的元素。錳能溶于鐵素體和滲碳體，起固定碳的作用，從而阻礙石墨化。Mn能與S結(jié)合生成MnS，消除硫的有害影響。③硫硫是一個(gè)阻礙石墨化的元素。S阻礙碳原子的擴(kuò)散，而且降低鐵水的流動性，增加鑄件缺陷，惡化鑄造性能。因此，硫是一個(gè)有害元素，其含量應(yīng)控制在0.15%以下。第十三頁第十四頁，共95頁。④磷磷是一個(gè)促進(jìn)石墨化不十分強(qiáng)烈的元素。通常灰口鑄鐵的含P量應(yīng)控制在0.2%以下。磷在奧氏體和鐵素體中的固溶度很小，且隨鑄鐵中碳含量的增加而減小。當(dāng)P含量大于0.2%后，就會出現(xiàn)化合物Fe3P，它常以二元磷共晶(α+Fe3P)或三元磷共晶(α+Fe3P+Fe3C)的形態(tài)存在。磷共晶的性質(zhì)硬而脆，在鑄鐵組織中呈孤立、細(xì)小、均勻分布時(shí)，可以提高鑄鐵件的耐磨性。反之，若以粗大連續(xù)網(wǎng)狀分布時(shí)，將降低鑄件的強(qiáng)度，增加鑄件的脆性。第十四頁第十五頁，共95頁。2、冷卻速度對鑄件石墨化的影響

一般來說，鑄件冷卻速度越緩慢，即過冷度較小時(shí)，越有利于按照Fe-C系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶和轉(zhuǎn)變，即越有利于石墨化過程的充分進(jìn)行。反之，鑄件冷卻速度快，就不利于石墨化的進(jìn)行。鑄件冷卻速度是一個(gè)綜合的因素，它與澆注溫度、造型材料、鑄造方法和鑄件壁厚都有關(guān)系。其中鑄件壁厚是影響鑄件冷卻速度的主要因素。第十五頁第十六頁，共95頁。7.3灰口鑄鐵第十六頁第十七頁，共95頁。一、灰鑄鐵的化學(xué)成分及顯微組織1、灰鑄鐵的化學(xué)成分

主要化學(xué)元素有C、Si、Mn、P、S等，其中C、Si、Mn是調(diào)節(jié)組織的元素，P是控制使用的元素，S是應(yīng)該限制的元素?；诣T鐵的化學(xué)成分范圍一般為：wC=2.7%~3.6%，wSi=1.0%~2.5%，wMn=0.5%~1.3%，wP≤0.3%，wS≤0.15%。第十七頁第十八頁，共95頁。2、灰鑄鐵的顯微組織

顯微組織由片狀石墨和金屬基體組成，石墨鑲嵌在金屬基體內(nèi)。金屬基體依照共析階段石墨化進(jìn)行的程度不同可分為鐵素體，鐵素體＋珠光體和珠光體三種。圖7-1石墨的晶體結(jié)構(gòu)

在同一層晶面上碳原子間距比較小(0.142nm),故石墨沿著層面的生長速度比較快；而層與層之間碳原子的距離比較大(0.340nm),原子間的作用力比較弱，因此沿著垂直于層面，即C軸方向，石墨的生長速度較慢，這就是石墨生長成片狀的內(nèi)在原因。

第十八頁第十九頁，共95頁。

從灰鑄鐵金相照片中看到的片狀石墨，實(shí)際上是一個(gè)立體的多枝石墨團(tuán)。由于石墨各分枝都長成翹曲的薄片，在金相磨片上所看到的僅是這種多枝石墨團(tuán)的某一截面，因此呈孤立的長短不等的片狀（或細(xì)條狀）石墨。圖7-2片狀石墨的立體模型

第十九頁第二十頁，共95頁。圖7-3灰口鑄鐵的顯微組織（a）鐵素體灰鑄鐵（b）鐵素體+珠光體灰鑄鐵（c）珠光體灰鑄鐵

第二十頁第二十一頁，共95頁。二、灰鑄鐵的牌號、性能和應(yīng)用1、灰鑄鐵的牌號

灰鑄鐵的牌號以“灰鐵”的漢語拼音字頭“HT”為標(biāo)志符號，后面三位數(shù)字表示直徑為30mm單鑄試棒測得的最低抗拉強(qiáng)度值（MPa）。表7-2為灰鑄鐵的牌號、基體組織、力學(xué)性能和用途舉例。第二十一頁第二十二頁，共95頁。第二十二頁第二十三頁，共95頁。2、灰鑄鐵的性能和應(yīng)用①抗拉強(qiáng)度灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比同樣基體的鋼要低得多。一般說來，石墨數(shù)量越多，石墨“共晶團(tuán)”越粗大，石墨片的長度越長，石墨的兩端越尖銳，則抗拉強(qiáng)度降低的數(shù)值越大。由于石墨的強(qiáng)度極低，在鑄鐵中相當(dāng)于裂縫或空洞，減少鑄鐵基體的有效承載面積，片狀石墨端部易引起應(yīng)力集中。隨著共晶度SC的增加，試棒直徑（相當(dāng)于壁厚）增加，鑄鐵的石墨數(shù)量和石墨化傾向加大，抗拉強(qiáng)度就隨之下降。第二十三頁第二十四頁，共95頁。②抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的2.5-4.0倍。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度顯著地大于抗拉強(qiáng)度，這是灰鑄鐵的一種特性。因此，灰鑄鐵廣泛地被用作機(jī)床底座、床身和支柱等耐壓零件。③硬度灰鑄鐵的硬度隨其成分和組織的變化而變化，一般在HB130～270范圍內(nèi)變化，隨著共晶度增加，鑄鐵的硬度降低。第二十四頁第二十五頁，共95頁。④沖擊韌性鑄鐵是一種脆性材料，沖擊韌性很差，對于缺口試樣，沖擊值為2～8J/cm2?；诣T鐵中碳、硅總量越低，石墨數(shù)量越少，石墨片愈細(xì)小，沖擊韌性值越高；反之，沖擊韌性值越低。⑤耐磨性鑄鐵的耐磨性比鋼好。這是因?yàn)殍T鐵件中有石墨的存在，也就是說鑄件工作表面的石墨易脫落而成為滑動面的潤滑劑，從而能起減磨作用。此外，石墨脫落后所形成的顯微孔洞能貯存潤滑油，而且顯微孔洞還是磨耗后所產(chǎn)生的微小磨粒的收容所。所以鑄鐵的耐磨性比鋼好。第二十五頁第二十六頁，共95頁。⑥減振性物體吸收振動能的能力稱為減振性?；诣T鐵的減振性比鋼約大6～10倍?？估瓘?qiáng)度越低，減振性越好。所以，灰鑄鐵適宜用作減振材料，用于機(jī)床床身有利于提高被加工零件的精度。⑦鑄造性能灰口鑄鐵具有熔點(diǎn)低(約為1200℃)、流動性好、鑄造收縮率小(一般從鐵水注入鑄型凝固冷卻至室溫其收縮率約為0.5-1％)、鑄件內(nèi)應(yīng)力小、易于鑄造成型等特點(diǎn)。第二十六頁第二十七頁，共95頁。⑧切削加工性能由于石墨使切削加工時(shí)易于形成斷削，故灰口鑄鐵的切削加工性能優(yōu)于鋼。第二十七頁第二十八頁，共95頁。3、基體組織對灰口鑄鐵機(jī)械性能的影響

鐵素體的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性高。而鐵素體基體灰口鑄鐵由于石墨片割裂金屬基體，致使強(qiáng)度、硬度、塑性和沖擊韌性均很低。珠光體具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，故珠光體基體灰口鑄鐵的強(qiáng)度、硬度和耐磨性均優(yōu)于鐵素體基體灰口鑄鐵，而塑性、韌性相差無幾，所以珠光體基體灰口鑄鐵獲得了廣泛的使用?；铱阼T鐵的金屬基體中珠光體數(shù)量越多，珠光體中Fe3C片層越細(xì)密，則抗拉強(qiáng)度值越高。在實(shí)際生產(chǎn)中，獲得百分之百珠光體基體組織的灰口鑄鐵是比較困難的，通?；铱阼T鐵的基體組織都是珠光體加鐵素體組織。第二十八頁第二十九頁，共95頁。三、鑄鐵的石墨細(xì)化強(qiáng)化—孕育處理孕育處理就是在鑄鐵澆注前向鐵液中加入一種物質(zhì)（孕育劑）促進(jìn)外來晶核的形成或激發(fā)自身晶核的產(chǎn)生，使晶核數(shù)目大量增加的一種處理工藝。經(jīng)孕育處理后的鑄鐵的組織為細(xì)珠光體基體加上細(xì)小均勻分布的片狀石墨，這種鑄鐵又稱為孕育鑄鐵。生產(chǎn)上常用的孕育劑為硅鐵（含75％的硅）和硅鈣合金，硅鐵的粒度一般為3～10mm。第二十九頁第三十頁，共95頁。孕育劑的加入方法最常用的是沖入法，即將孕育劑均勻撒入鐵槽的鐵液流中，沖入鐵液包，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟀窃纯蓾沧?。在孕育處理時(shí)，孕育劑或它們的氧化物（如、等）在鐵液中形成大量的高度彌散的難熔質(zhì)點(diǎn)，懸浮在鐵液中而成為大量的石墨結(jié)晶核心，從而使石墨細(xì)化并均勻分布。孕育鑄鐵的抗拉強(qiáng)度可達(dá)300～400MPa、硬度可達(dá)HB170～270。孕育鑄鐵主要用于動載荷較小，而靜載強(qiáng)度要求較高的重要零件，例如汽缸、曲軸、凸輪和機(jī)床鑄件等，尤其是斷面比較厚大的鑄件更為合適。第三十頁第三十一頁，共95頁。7.4球墨鑄鐵

第三十一頁第三十二頁，共95頁。一、球墨鑄鐵的化學(xué)成分及顯微組織1、球墨鑄鐵的化學(xué)成分與灰鑄鐵相比，其特點(diǎn)是碳和硅的含量高，錳含量較低，磷、硫含量低，并含有一定量的稀土與鎂。球墨鑄鐵的化學(xué)成分范圍一般為：wC=3.6%~4.0%，wSi=2.0%~2.8%，wMn=0.6%~0.8%，wP≤0.1%，wS≤0.04%，wRE殘≤0.03％～0.05%。第三十二頁第三十三頁，共95頁。2、球墨鑄鐵的顯微組織顯微組織由球狀石墨和鋼基體兩部分組成。根據(jù)化學(xué)成分和冷卻速度的不同，基體組織在鑄態(tài)下可以是鐵素體、鐵素體加珠光體、珠光體；如果將鑄件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或等溫淬火，則基體組織可轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w或下貝氏體組織。球墨鑄鐵的顯微組織如圖7-4。第三十三頁第三十四頁，共95頁。圖7-4球墨鑄鐵的顯微組織（a）鐵素體球墨鑄鐵（b）鐵素體+珠光體球墨鑄鐵（c）珠光體球墨鑄鐵第三十四頁第三十五頁，共95頁。在光學(xué)顯微鏡下所觀察到的石墨外觀接近于圓形。在掃描電子顯微鏡下，觀察到球狀石墨的立體形態(tài)呈現(xiàn)為一個(gè)多面體，并且在表面上存在著許多小的包狀物（圖7-5）。球形石墨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有輻射狀和年輪層狀的特征，即球墨中心有一個(gè)核心，從核心開始呈現(xiàn)輻射狀向四面發(fā)展。最終構(gòu)成由許多角錐體組成的多晶體。每一個(gè)角錐體皆由垂直于半徑方向、相互平行的石墨層面堆積而成。圖7-5SEM觀察的球狀石墨的形態(tài)第三十五頁第三十六頁，共95頁。二、球墨鑄鐵的牌號、性能和應(yīng)用1、球墨鑄鐵的牌號用“球鐵”二字的漢語拼音的第一個(gè)字母“QT”加兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字代表最低抗拉強(qiáng)度（單位為MPa）；第二組數(shù)字代表最低延伸率(%)，如QT400-18。表7-3為球墨鑄鐵的牌號、基體組織、性能和用途。

第三十六頁第三十七頁，共95頁。第三十七頁第三十八頁，共95頁。2、球墨鑄鐵的性能及用途

①抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度球墨鑄鐵與其它鑄鐵相比，不僅具有高的抗拉強(qiáng)度，而且其屈服強(qiáng)度也高。球墨鑄鐵的屈強(qiáng)比(σ0.2/σb)為0.7-0.8，遠(yuǎn)高于碳鋼的0.50左右。在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的許用應(yīng)力是根據(jù)材料的屈服強(qiáng)度來確定的，因此，對于承受靜負(fù)荷的零件，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，可以減輕機(jī)器的重量。第三十八頁第三十九頁，共95頁。②塑性與韌性球墨鑄鐵因組織中有石墨存在，且呈球狀，故其塑性與韌性雖低于鋼，但卻高于其它各類鑄鐵。用球墨鑄鐵制造發(fā)動機(jī)曲軸，當(dāng)其沖擊值ak達(dá)8～15J/cm2時(shí)已能獲得良好的使用性能。當(dāng)鐵素體球墨鑄鐵的延伸率達(dá)10～15％時(shí)，可用于零下30～375℃溫度范圍內(nèi)，代替25鑄鋼制造中壓閥門。球墨鑄鐵在一定范圍內(nèi)可以代替鑄鋼，制造塑性和韌性要求較高的鑄件。第三十九頁第四十頁，共95頁。③疲勞強(qiáng)度鑄鐵的疲勞強(qiáng)度在很大程度上取決于石墨的形狀。球狀的疲勞強(qiáng)度最高，團(tuán)絮狀的次之，片狀的最低，且隨石墨數(shù)量增多，鑄鐵的疲勞強(qiáng)度降低。④用途球墨鑄鐵以可以代替部分鍛鋼、鑄鋼、某些合金鋼及可鍛鑄鐵等，用來制造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性和耐磨性要求較高的零件；如具有高強(qiáng)度與高耐磨性的球墨鑄鐵常用來制造拖拉機(jī)或柴油機(jī)中的曲軸、連桿、凸輪軸、各種齒輪、機(jī)床的主軸、蝸桿、蝸輪、軋鋼機(jī)的軋輥、大齒輪及大型水壓機(jī)的工作鋼、缸套、活塞等；具有高韌性和一定塑性的鐵素體球墨鑄鐵常用來制造受壓閥門、機(jī)器底座、汽車的后橋殼等。

第四十頁第四十一頁，共95頁。三、球墨鑄鐵的球化處理與孕育處理

1、球化處理球墨鑄鐵生產(chǎn)中，鐵水在臨澆鑄前加入一定量的球化劑，以促使石墨結(jié)晶時(shí)生長為球狀的工藝操作稱為球化處理。國外廣泛應(yīng)用的球化劑是鎂系列球化劑，如純鎂、硅鐵－鎂、銅－鎂等，也有用稀土硅鈣和稀土元素鈰、鑭、釔等作球化劑。國內(nèi)最常用的球化劑有鎂、稀土－硅鐵合金和稀土－硅鐵－鎂合金三種。第四十一頁第四十二頁，共95頁。2、孕育處理球化處理只能在鐵水中有石墨核心產(chǎn)生時(shí)才能促使石墨生長成球狀。但是，通常所使用的球化劑都是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，球化處理后鐵水的白口傾向顯著增大，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（亦稱為石墨化處理），以促使石墨生核，生成球徑小、數(shù)量多、園整度好、分布均勻的球狀石墨，從而改善球墨鑄鐵的機(jī)械性能。孕育處理所使用的孕育劑必須是含有強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素的物質(zhì)，其中應(yīng)用最多的是含75％Si的硅鐵。第四十二頁第四十三頁，共95頁。7.5蠕墨鑄鐵

第四十三頁第四十四頁，共95頁。

一、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分及顯微組織

1、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分化學(xué)成分要求與球墨鑄鐵相似，即要求高碳、高硅、低硫、低磷，并含有一定量的稀土與鎂。蠕墨鑄鐵的成分范圍一般為：wC=3.5%~3.9%，wSi=2.1%~2.8%，wMn=0.6%~0.8%，wP≤0.1%，wS≤0.1%。在上述成分的鐵液中加入適量的蠕化劑進(jìn)行蠕化處理和孕育劑進(jìn)行孕育處理。第四十四頁第四十五頁，共95頁。2、蠕墨鑄鐵的顯微組織由鋼基體和蠕蟲狀石墨組成。蠕蟲狀石墨的長／寬比值一般為2～10，有分叉，側(cè)面高低不平，端部較鈍、較圓。通過對蠕蟲狀石墨的微觀結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其結(jié)晶位相和球狀石墨有較多的相似性，所以在大多數(shù)情況下，蠕蟲狀石墨總是與球狀石墨共存。第四十五頁第四十六頁，共95頁。圖7-6蠕墨鑄鐵的顯微組織

第四十六頁第四十七頁，共95頁。

二、蠕墨鑄鐵的牌號、性能和應(yīng)用

1、蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT”表示蠕墨鑄鐵，后面三位數(shù)字表示其最小抗拉強(qiáng)度值。如RuT420表示最小抗拉強(qiáng)度為420MPa的蠕墨鑄鐵。第四十七頁第四十八頁，共95頁。2、蠕墨鑄鐵的性能力學(xué)性能介于相同基體組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。其強(qiáng)度、韌性、疲勞極限、耐磨性及抗熱疲勞性能都比灰鑄鐵高，而且對斷面的敏感性也較小。但由于蠕蟲狀石墨大都是相互連接的，因此其塑性、韌性和強(qiáng)度都比球墨鑄鐵低。鑄造性能、減振性、導(dǎo)熱性及切削加工性等均優(yōu)于球墨鑄鐵，并與灰鑄鐵相近。因此蠕墨鑄鐵是一種具有良好綜合性能的鑄鐵。表7-4常用蠕墨鑄鐵的牌號、基體組織和力學(xué)性能第四十八頁第四十九頁，共95頁。表7-4常用蠕墨鑄鐵的牌號、基體組織和力學(xué)性能第四十九頁第五十頁，共95頁。3、蠕墨鑄鐵的用途由于蠕墨鑄鐵的綜合性能好，組織致密，所以它主要應(yīng)用在一些經(jīng)受熱循環(huán)載荷的鑄件（如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)缸蓋、排氣管、剎車件等）和組織致密零件（如一些液壓閥的閥體、各種耐壓泵的泵體等）以及一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜而設(shè)計(jì)又要求高強(qiáng)度的零件。表7-5常用蠕墨鑄鐵的性能特點(diǎn)與應(yīng)用舉例。第五十頁第五十一頁，共95頁。第五十一頁第五十二頁，共95頁。三、鑄鐵的石墨蠕化強(qiáng)化—變質(zhì)處理將普通灰鑄鐵的液體鐵水，在澆注前加入特定的變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，凝固后石墨的形態(tài)不再呈片狀，而是呈蠕蟲狀。蠕蟲狀石墨的長／寬比值遠(yuǎn)小于灰鑄鐵的長／寬比值，且端部變得圓鈍。向鐵水中加入的能使石墨改變形狀為蠕蟲狀的變質(zhì)元素稱為蠕化劑。蠕化劑一般同時(shí)包含球化元素和反球化元素。球化元素主要是鎂和稀土元素等，而反球化元素主要有S、O、Pb、Bi、Sn、As、Ti、Sb、Al等。第五十二頁第五十三頁，共95頁。7.6可鍛鑄鐵

第五十三頁第五十四頁，共95頁。

一、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分及顯微組織

1、可鍛鑄鐵的生產(chǎn)工藝由含碳、硅量不高的白口鑄鐵件經(jīng)長時(shí)間石墨化退火而制得的。可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程通常包含兩個(gè)步驟：第一步先澆鑄成白口鑄鐵，第二步再經(jīng)高溫長時(shí)間的石墨化退火使?jié)B碳體分解出團(tuán)絮狀石墨。第五十四頁第五十五頁，共95頁。2、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分較低的含碳量和含硅量。若含碳量和含硅量過高，由于它們都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，所以鑄鐵的鑄態(tài)組織中就有片狀石墨形成，并在隨后的石墨化退火過程中，從滲碳體分解出的石墨將會附著在片狀石墨上析出而得不到團(tuán)絮狀石墨；同時(shí)石墨數(shù)量也增多，使鑄鐵的力學(xué)性能下降。如果含碳量和含硅量太低，則不僅使石墨化退火困難，延長退火周期，而且還使熔煉困難和鑄造性能變差。錳可消除硫的有害影響，但錳又是促進(jìn)石墨化元素，含錳量過高也會延長退火周期?；瘜W(xué)成分范圍一般為：wC=2.2%~2.8%，wSi=1.0%~1.8%，wMn=0.4%~1.2%，wP≤0.2%，wS≤0.18%。第五十五頁第五十六頁，共95頁。3、可鍛鑄鐵的組織黑心可鍛鑄鐵：如果白口鑄鐵在退火過程中第一階段石墨化和第二階段石墨化都能充分進(jìn)行，則退火后得到鐵素體加團(tuán)絮狀石墨組織。其斷口顏色為：心部由于石墨析出而呈黑色，表面因退火時(shí)有些脫碳而呈白亮色。珠光體可鍛鑄鐵：如果退火過程中使第二階段石墨化不進(jìn)行，則退火后的組織為珠光體加團(tuán)絮狀石墨的組織。第五十六頁第五十七頁，共95頁。3、可鍛鑄鐵的組織白心可鍛鑄鐵：如果白口鑄鐵在長時(shí)間退火過程中主要發(fā)生氧化脫碳過程，故經(jīng)退火后在一定深度的表層得到鐵素體組織，而心部由于脫碳不完全則得到珠光體加團(tuán)絮狀石墨組織，甚至殘留少量未分解的游離滲碳體。其斷口顏色為表層呈黑絨色，而心部呈白色。第五十七頁第五十八頁，共95頁。第五十八頁第五十九頁，共95頁。二、可鍛鑄鐵的牌號、性能和應(yīng)用1、可鍛鑄鐵的牌號

用“可鐵”兩字漢語拼音的第一個(gè)大寫字母“KT”表示，其后面的H表示黑心可鍛鑄鐵；Z表示珠光體可鍛鑄鐵；B表示白心可鍛鑄鐵；符號后面的兩組數(shù)字分別表示其最小的抗拉強(qiáng)度和伸長率。如KTH300-06，

KTZ450-06，KTB350-04。

第五十九頁第六十頁，共95頁。2、可鍛鑄鐵的性能和應(yīng)用可鍛鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，并接近于同類基體的球墨鑄鐵，尤其是珠光體基體可鍛鑄鐵，強(qiáng)度可與鑄鋼比美。可鍛鑄鐵與球墨鑄鐵相比，還具有鐵水處理簡易、質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低等優(yōu)點(diǎn)。所以可鍛鑄鐵常用于制作一些截面較薄而形狀復(fù)雜、工作時(shí)受振動而強(qiáng)度、韌性要求較高的零件。珠光體可鍛鑄鐵的可切削加工性在鐵基合金中是最優(yōu)良的，可進(jìn)行高精度切削加工。珠光體可鍛鑄鐵還可以通過火焰加熱或感應(yīng)加熱進(jìn)行表面淬火。第六十頁第六十一頁，共95頁。黑心可鍛鑄鐵強(qiáng)度雖然不高，但具有良好的塑性和韌性，常用來制作汽車、拖拉機(jī)的后橋外殼、機(jī)床扳手、低壓閥門、管接頭、農(nóng)具等承受沖擊、振動和扭轉(zhuǎn)載荷的零件。白心可鍛鑄鐵表里組織不同、力學(xué)性能差，特別是韌性較低，故應(yīng)用較少。可鍛鑄鐵的牌號、性能、特性及應(yīng)用如表7－6和表7－7。第六十一頁第六十二頁，共95頁。第六十二頁第六十三頁，共95頁。第六十三頁第六十四頁，共95頁。三、可鍛鑄鐵的石墨化退火一般可鍛鑄鐵的退火周期長達(dá)60~80h。為了縮短退火周期和提高力學(xué)性能，最有效的辦法是孕育處理。常用的孕育劑元素是Si、B、Bi、Al等。孕育劑的加入一方面能強(qiáng)烈地阻止液體結(jié)晶時(shí)的石墨化過程，防止白口鑄件中出現(xiàn)片狀石墨，另一方面又能在退火過程中形成極大量的石墨化晶核，最終得到具有細(xì)小石墨團(tuán)的可鍛鑄鐵。圖7-12可鍛鑄鐵的石墨化退火工藝

第六十四頁第六十五頁，共95頁。7.7鑄鐵的合金化及特殊性能鑄鐵

第六十五頁第六十六頁，共95頁。鑄鐵合金化的目的：一是為了強(qiáng)化鑄鐵組織中金屬基體部分并輔之以熱處理以獲得高強(qiáng)度鑄鐵；另一個(gè)目的是賦予鑄鐵以特殊的性能，如耐熱性、耐磨性及耐蝕性等。鑄鐵的合金化既適于灰鑄鐵，也適于球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。下面僅介紹一些常用的特殊性能鑄鐵。第六十六頁第六十七頁，共95頁。一、耐熱合金鑄鐵1、鑄鐵的耐熱性鑄鐵的耐熱性主要是指鑄鐵在高溫下抗氧化和抗熱生長的能力。鑄鐵的熱生長是指普通鑄鐵加熱到450℃以上，隨著加熱溫度的提高和加熱時(shí)間的延長以及反復(fù)加熱次數(shù)的增多，除了在鑄鐵表面發(fā)生氧化外，鑄鐵在每次加熱冷卻后其體積都發(fā)生膨脹的現(xiàn)象。鑄鐵發(fā)生熱長大的結(jié)果使鑄鐵強(qiáng)度降低，組織變松發(fā)脆，從而引起微裂紋，導(dǎo)致鑄件失效。

第六十七頁第六十八頁，共95頁。鑄鐵產(chǎn)生熱生長的原因主要不是由于石墨化的緣故，而是鑄鐵的內(nèi)氧化引起的。內(nèi)氧化是指空氣中的氧氣通過石墨的邊界或微小裂紋滲入到鑄鐵內(nèi)部與鐵和石墨發(fā)生化學(xué)作用（氧與鐵作用生成不致密的氧化物，氧與石墨作用會產(chǎn)生氣體）。工作溫度越高，冷熱變化越大以及在有水汽的條件下工作等，都會加速鑄鐵的熱生長。嚴(yán)重時(shí)可脹大到10％左右。第六十八頁第六十九頁，共95頁。2、提高鑄鐵耐熱性的途徑

在鑄鐵中加入Si、Al、Cr等合金元素，可在鑄鐵表面形成一層致密的、牢固的、勻整的氧化膜，阻止氧化性氣氛進(jìn)一步滲入鑄鐵內(nèi)部發(fā)生內(nèi)氧化，從而抑制了鑄鐵的熱生長；提高鑄鐵基體金屬的連續(xù)性也可以提高鑄鐵的耐熱性。球墨鑄鐵與蠕墨鑄鐵的耐熱性比灰鑄鐵好。第六十九頁第七十頁，共95頁。3、常用耐熱鑄鐵

耐熱鑄鐵系列大致可分為鉻系、硅系、鋁系和硅鋁系等。鉻系耐熱鑄鐵的價(jià)格較高，鋁系耐熱鑄鐵的脆性大，溫度急劇變化時(shí)易裂，且熔煉困難，鑄造性能也較差。常用的幾種耐熱鑄鐵的牌號、化學(xué)成分、性能、使用條件及應(yīng)用舉例如表7-8、7-9所示。牌號中的RT代表耐熱鑄鐵代號，即“熱鐵”漢語拼音的第一個(gè)字母；RQT為耐熱球墨鑄鐵的代號，即“熱球鐵”漢語拼音的第一個(gè)字母；合金元素符號后面的數(shù)字表示該合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍。第七十頁第七十一頁，共95頁。第七十一頁第七十二頁，共95頁。第七十二頁第七十三頁，共95頁。二、耐磨合金鑄鐵耐磨鑄鐵根據(jù)工作條件的不同，可分為減摩鑄鐵和抗磨鑄鐵兩類。減摩鑄鐵是在有潤滑、受粘著磨損的條件下工作，例如機(jī)床導(dǎo)軌和拖板、發(fā)動機(jī)的缸套和活塞環(huán)、各種滑塊和軸承等，這類鑄鐵希望摩擦系數(shù)要小。抗磨鑄鐵是在無潤滑、受磨料磨損的條件下工作，例如軋錕、犁鏵、拋丸機(jī)葉片、球磨機(jī)磨球等，這類鑄鐵眼球摩擦系數(shù)要大。第七十三頁第七十四頁，共95頁。1、減摩鑄鐵減摩鑄鐵的組織一般為軟基體上分布有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。軟基體在磨損后形成的溝槽可保持油膜，有利于潤滑；同時(shí)堅(jiān)硬的強(qiáng)化相可承受摩擦。細(xì)層珠光體灰鑄鐵就能滿足這一要求，其中鐵素體為軟基體，滲碳體為堅(jiān)硬的強(qiáng)化相，同時(shí)石墨也起貯油和潤滑作用。進(jìn)一步提高減摩類鑄鐵的耐磨性的途徑主要是合金化和孕育處理，常用的合金元素為Cu、Mo、稀土、Mn、Si、P、Cr、Ti等，常用的孕育劑為硅鐵合金。目前生產(chǎn)中常用的合金減摩鑄鐵有：高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵、鉻鉬銅鑄鐵、鉻銅鑄鐵、鈧銅鑄鐵、銅鈧鈦鑄鐵、稀土鈧鈦鑄鐵等。第七十四頁第七十五頁，共95頁。2、抗磨鑄鐵通常金相組織應(yīng)為萊氏體、貝氏體或馬氏體。抗磨白口鑄鐵是在普通白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入適量的Cr、Mo、Cu、W、Ni、Mn等合金元素形成?？鼓グ卓阼T鐵的牌號用漢語拼音字母“KmTB”表示，后面為合金元素及其含量?？鼓グ卓阼T鐵在鑄態(tài)下的硬度都高于46HRC，淬火后硬度還可進(jìn)一步提高，適用于在磨料磨損條件下工作。含錳量為5.0%~9.5%、含硅量為3.3%~5.0%的中錳球墨鑄鐵，其鑄態(tài)組織為馬氏體、奧氏體、碳化物和球狀石墨，它除了具有良好的抗磨性能外，還具有較好的韌性與強(qiáng)度，適用于制造在沖擊載荷和磨損條件下工作的零件。第七十五頁第七十六頁，共95頁。第七十六頁第七十七頁，共95頁。第七十七頁第七十八頁，共95頁。第七十八頁第七十九頁，共95頁。三、耐蝕合金鑄鐵1、提高鑄鐵的耐蝕性的主要途徑加入合金元素以得到有利的組織和形成良好的保護(hù)膜。鑄鐵的基體組織最好是致密的、均勻的單相組織，中等大小而又不相互連貫的石墨對提高耐蝕性有利。至于石墨的形狀則以球狀或團(tuán)絮狀為好。提高鑄鐵的耐蝕性的合金化主要是加入Si、Al、Cr、Ni、Cu、Mo等合金元素。合金元素Cr、Mo、Cu、Ni、Si等的加入可以提高鑄鐵基體的電極電位；同時(shí)，Si、Al、Cr等的加入能使鑄鐵表面、形成一層致密完整而牢固的保護(hù)膜；此外，加入的合金元素還可改善鑄鐵組織中石墨的形狀、大小和分布，以減小原電池的數(shù)量和降低電動勢的大小而提高鑄鐵的耐蝕性。

第七十九頁第八十頁，共95頁。2、耐蝕鑄鐵的成分、力學(xué)性能和用途耐蝕鑄鐵的牌號用“蝕鐵”兩字漢語拼音的第一個(gè)字母“ST”表示，后面為合金元素及其含量。表7-13、表7-14為常用高硅耐蝕鑄鐵的成分、力學(xué)性能和用途。高硅耐蝕鑄鐵在含氟酸類（如硝酸、硫酸）中的耐蝕性能不亞于1Cr18Ni9鋼，而在堿性介質(zhì)和鹽酸、氫氟酸中，由于鑄鐵表面的Fe2SO4保護(hù)膜受到破壞而使耐蝕性能下降。第八十頁第八十一頁，共95頁。第八十一頁第八十二頁，共95頁。第八十二頁第八十三頁，共95頁。7.8鑄鐵的熱處理

第八十三頁第八十四頁，共95頁。鑄鐵熱處理的主要目的是通過改善鑄鐵的基體組織，從而提高鑄件的性能。鑄鐵的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。第八十四頁第八十五頁，共95頁。一、消除應(yīng)力退火由于鑄件壁厚不均勻，在冷卻及發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的過程中會產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力的存在將導(dǎo)致鑄件在機(jī)械加工后發(fā)生變形，從而不能保證加工精度。大型鑄件在機(jī)械加工以后，其內(nèi)部也易殘存應(yīng)力。所有這些鑄件都需要在粗加工后進(jìn)行消除應(yīng)力退火。鑄件的消除應(yīng)力退火通常是將鑄件以50～100℃/h的速度加熱到500～550℃，保溫2～8h，然后爐冷（灰鑄鐵）或空冷（球墨鑄鐵）。第八十五頁第八十六頁，共95頁。二、消除鑄鐵白口以改善切削加工性的退火鑄鐵在冷卻時(shí)，表層及一些薄截面處往往容易產(chǎn)生白口。白口組織硬而脆，不好切削，同時(shí)也容易剝落，因此必須采用退火（或正火）的方法消除這種白口組織。退火工藝一般為：將鑄件加熱到850～950℃，保溫2～5h，隨后爐冷到500～550℃，再出爐空冷。在高溫保溫期間，游離的滲碳體和共晶滲碳體分解為奧氏體和石墨，在隨后爐冷過程中，二次滲碳體和共析滲碳體也分解，發(fā)生石墨化過程。由于滲碳體的分解導(dǎo)致硬度下降，從而提高了可切削加工性能。第八十六頁第八十七頁，共95頁。三、球墨鑄鐵的正