工程材料學(xué)(第7章-鑄鐵)

第七章鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11％（一般為2.5～4.0％）的鐵碳合金，還含較多數(shù)量的Si、Mn、S、P等元素。

工業(yè)上常用鑄鐵的成份范圍大致為：C(2.5～4.0)%、Si(1.0～3.0)%、Mn(0.5～1.4)%、P(0.01～0.5)%、S(0.02～0.20)%等，還可以加入一定量的合金元素以改善和提高鑄鐵的力學(xué)及物理化學(xué)性能。由于鑄鐵成本低廉，生產(chǎn)工藝簡單并具有優(yōu)良的鑄造性能和切削加工性能，有很高的耐磨減摩性和消震性以及低的缺口敏感性等，使其目前仍然是機(jī)械制造業(yè)中最重要的材料之一。共晶白口鑄鐵的室溫組織共晶白口鑄鐵（Wc=4.3%）室溫組織：低溫萊氏體（L’d→P+Fe3CⅡ+Fe3C）高溫組織：高溫萊氏體（Ld→

A+Fe3C）

性能：硬而脆

L'd亞共晶白口鑄鐵（2.11%<Wc<4.3%）組織：P+Fe3CⅡ+L’d（L’d→P+Fe3CⅡ+Fe3C）性能：硬而脆。

L’dAFe3CⅡP過共晶白口鑄鐵室溫組織

過共晶白口鑄鐵（4.3%<Wc<6.69%）組織：L’d+Fe3C?（L’d→P+Fe3CⅡ+Fe3C）性能：硬而脆。L’dFe3C?石墨G（簡單六方晶格）Fe3C（復(fù)雜斜方晶格）

根據(jù)C的存在形式灰口鑄鐵：片狀球墨鑄鐵：球狀可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀根據(jù)G形態(tài)白口鑄鐵：Fe3C麻口鑄鐵：Fe3C+G灰口鑄鐵:G鑄鐵分類白口鑄鐵

碳以Fe3C的形式存在于鑄鐵中，斷口呈銀白色，組織硬而脆，難以切削加工。很少直接用來制造機(jī)械零件，可利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件（如軋輥等）?；铱阼T鐵碳全部或大部分以游離狀態(tài)的石墨形式存在，斷口呈暗灰色，生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。名稱石墨化程度顯微組織灰口鑄鐵按Fe-G相圖結(jié)晶、轉(zhuǎn)變F

+G較高F+P+G中等P

+G麻口鑄鐵較低Le'+P+G白口鑄鐵按Fe-Fe3C相圖結(jié)晶、轉(zhuǎn)變Le'+P+Fe3C第一節(jié)鑄鐵中石墨的形態(tài)控制一、鑄鐵的石墨化過程

①鑄鐵在冷卻過程中即可以從液態(tài)中或奧氏體中直接析出Fe3C；Fe3C在一定條件下也可以分解出石墨，即Fe3C→3Fe+G（石墨）。②可以直接析出石墨。

鑄鐵組織中石墨的形成過程稱為石墨化過程?？煞譃閮蓚€(gè)階段：第一階段，從過共晶的鐵液中直接析出的初生（一次）石墨、在共晶轉(zhuǎn)變過程中形成的共晶石墨及奧氏體冷卻析出的二次石墨；第二階段，共析轉(zhuǎn)變過程中形成的共析石墨。

石墨化過程是一個(gè)原子擴(kuò)散過程。第一階段的石墨化溫度較高，原子容易擴(kuò)散，進(jìn)行得完全；第二階段石墨化溫度較低，擴(kuò)散困難，進(jìn)行不充分，只能部分進(jìn)行。冷卻速度增大，第二階段的石墨化便完全不能進(jìn)行。①第二階段石墨化進(jìn)行充分時(shí)：鐵素體+石墨；②第二階段石墨化部分進(jìn)行時(shí)：（鐵素體+珠光體）

基體+石墨；③第二階段石墨化不能進(jìn)行時(shí)：珠光體+石墨。當(dāng)冷速過快，兩個(gè)階段的石墨化均被抑制，會(huì)得到白口鑄鐵。若第一階段石墨化部分進(jìn)行，得到麻口鑄鐵。

冷卻速度的影響

在化學(xué)成分相同的情況下，緩慢冷卻有利于石墨化的充分進(jìn)行，易得到灰口鑄鐵；冷卻速度加快，不利于石墨化，甚至使石墨化來不及進(jìn)行，得到白口鑄鐵。

化學(xué)成分的影響

碳和硅對鑄鐵的石墨化有決定性作用。含碳量越多越易形成石墨晶核，而硅促進(jìn)石墨成核。綜合考慮碳和硅對鑄鐵的影響，將硅量折合成相當(dāng)?shù)奶剂?，把?shí)際的含碳量與折合成的碳量之和稱為碳當(dāng)量。根據(jù)碳當(dāng)量不同確定其組織。

二、影響鑄鐵石墨化的因素

片層狀石墨

依賴于石墨自身的晶體結(jié)構(gòu)，均勻形核的結(jié)果。

三、鑄鐵組織中石墨的常見形態(tài)

球狀石墨加入球化劑（如硅鐵粒等）等，屬于非均勻形核。

蠕蟲石墨通過結(jié)晶奧氏體殼上的溝槽形核長大。

第二節(jié)常見鑄鐵1、普通灰口鑄鐵

石墨以片狀存在，主要用于制造車輛氣缸、摩擦片，以及機(jī)床的床身、底座等。牌號——如HT100，表示

b≥100MPa（φ30mm）性能——與其它鑄鐵相比，力學(xué)性能差，其它性能好。組織——鋼基體（F、F

+P、P）+片狀G（2）鑄鐵的硬度和抗壓強(qiáng)度主要取決于基體組織，而與石墨無關(guān)，抗壓強(qiáng)度大大超過抗拉強(qiáng)度（2.5-4倍），在壓力負(fù)荷下石墨不起裂紋作用（3）對零件表面缺陷和缺口不敏感，缺口敏感度小工程材料第3章（4）良好的減震性和耐磨性（5）優(yōu)良的鑄造性能6）良好的切削加性7）可焊接性——差熱處理去應(yīng)力退火——500-550℃，防止機(jī)加工或使用時(shí)變形、開裂。高溫退火——850-900℃,表面、薄壁等處白口

Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——提高導(dǎo)軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。

應(yīng)用——機(jī)床床身、導(dǎo)軌，汽缸體。水泵葉輪

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪２、球墨鑄鐵——在鐵水澆注前加球化劑使

石墨球化牌號

——如QT700-2，表示

b≥700，

≥2％組織

——鋼基體（F、F+P、P、S回火、B下)+球狀G性能

——強(qiáng)度、塑韌性明顯優(yōu)于灰鑄鐵F+P基體

×500F基體

×100熱處理退火：去應(yīng)力退火，加熱500～600℃保溫；

低溫退火，加熱720～760℃，P→G+F；

高溫退火，900～950℃，P,Cm→G+F；正火：細(xì)化組織，增加P%，提高強(qiáng)度、耐磨性。

低溫正火，840～860℃→P+F+G，塑韌性較好。

高溫正火，880～920℃→P+G+少量F，強(qiáng)度較高。調(diào)質(zhì)

——

加熱850～900℃油淬,550～600℃回火→S回

+G等溫淬火——加熱840～900℃,300℃等溫→B下+G不完全A化正火完全A化正火應(yīng)用

替代部分鑄鋼、鍛鋼件，如曲軸、連桿、軋輥、汽車后橋等。

連桿管道接口

３、蠕墨鑄鐵

——

在鐵水澆注前加蠕化劑而得牌號

——如RuT420

，表示

b≥420

。組織

——鋼基體+蠕蟲狀G性能

——強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于灰鑄鐵。應(yīng)用

——高壓熱交換器、汽缸蓋、液壓閥等。進(jìn)氣管排氣管４、可鍛鑄鐵

白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火（900－960℃）而得牌號

——如KT300-6

，表示

b≥300，

≥6％

組織

——鋼基體+團(tuán)絮狀G性能

——強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于HT，低于QT。F+P基×500F基×500F基×100應(yīng)用

——

管接頭、低壓閥門等。５、合金鑄鐵耐磨鑄鐵

減摩鑄鐵——P灰鑄鐵（F為軟基體，Cm為硬質(zhì)