工程材料學(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及物理化學性能。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械零件，可利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件（如軋輥等）。灰口鑄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，價格低廉，應用廣泛。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€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。

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

基體+石墨；③第二階段石墨化不能進行時：珠光體+石墨。當冷速過快，兩個階段的石墨化均被抑制，會得到白口鑄鐵。若第一階段石墨化部分進行，得到麻口鑄鐵。

冷卻速度的影響

在化學成分相同的情況下，緩慢冷卻有利于石墨化的充分進行，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行，得到白口鑄鐵。

化學成分的影響

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?shù)奶剂浚褜嶋H的含碳量與折合成的碳量之和稱為碳當量。根據(jù)碳當量不同確定其組織。

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度主要取決于基體組織，而與石墨無關(guān)，抗壓強度大大超過抗拉強度（2.5-4倍），在壓力負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——差熱處理去應力退火——500-550℃，防止機加工或使用時變形、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——提高導軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。

應用——機床床身、導軌，汽缸體。水泵葉輪

發(fā)動機飛輪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：細化組織，增加P%，提高強度、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

——強度、塑韌性優(yōu)于灰鑄鐵。應用

——高壓熱交換器、汽缸蓋、液壓閥等。進氣管排氣管４、可鍛鑄鐵

白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火（900－960℃）而得牌號

——如KT300-6

，表示

b≥300，

≥6％

組織

——鋼基體+團絮狀G性能

——強度、塑韌性優(yōu)于HT，低于QT。F+P基×500F基×500F基×100應用

——

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)