第9章 鑄鐵 - 副本

1、第第9 9章章 鑄鑄 鐵鐵 第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵的分類鑄鐵的分類 第三節(jié)第三節(jié) 灰鑄鐵灰鑄鐵 第四節(jié)第四節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 第五節(jié)第五節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 第六節(jié)第六節(jié) 合金鑄鐵合金鑄鐵 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼 過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵 工工 業(yè)業(yè) 純純 鐵鐵 共共 析析 鋼鋼 共共 晶晶 白白 口口 鐵鐵 鑄鐵的特點：鑄鐵的特點： 歷史上使用較早，最便宜的金屬材料之一；歷史上使用較早，最便宜的金屬材料之一； 接近共晶成分，熔點低，流動性好，接近共晶成分，熔點低，流動性好，鑄造性能極好鑄造性能極好； 鑄鐵的減震性耐磨性好

2、；對切削加工性有利；鑄鐵的減震性耐磨性好；對切削加工性有利； 成分：含碳量成分：含碳量2.11%4%2.11%4%的鐵碳合金，組織中有萊氏體。的鐵碳合金，組織中有萊氏體。 組織：碳主要以組織：碳主要以石墨（石墨（GG）的形式存在，塑性、韌性很差。的形式存在，塑性、韌性很差。 組織為組織為鋼的基體鋼的基體(F(F、P P、F+P)F+P)上分布著不同形態(tài)的石墨。上分布著不同形態(tài)的石墨。 與鋼的主要不同：含有較高的與鋼的主要不同：含有較高的C C、SiSi、MnMn；P P、S S等雜質(zhì)也較多。等雜質(zhì)也較多。 如：機床床如：機床床 身、內(nèi)燃機身、內(nèi)燃機 的汽缸體的汽缸體、缸缸 套、活塞環(huán)套、活塞環(huán)

3、 及軸瓦、曲及軸瓦、曲 軸等都可用軸等都可用 鑄鐵制造鑄鐵制造. 鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸 內(nèi)燃機汽缸內(nèi)燃機汽缸 1 1、如何獲得、如何獲得GG？ 2 2、為何液態(tài)鐵碳合金結(jié)晶下來生成、為何液態(tài)鐵碳合金結(jié)晶下來生成FeFe3 3C C，而不是，而不是G G？ 3 3、C C到底以到底以FeFe3 3C C還是還是GG存在，條件？存在，條件？ 第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 鑄鐵中碳原子形成石墨的過程。鑄鐵中碳原子形成石墨的過程。 1 1、雙重鐵碳合金相圖、雙重鐵碳合金相圖 1 1、圖中、圖中實線實線 表示亞穩(wěn)定的表示亞穩(wěn)定的 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖 2 2、圖中、圖中虛線虛線

4、 表示穩(wěn)定的平表示穩(wěn)定的平 衡衡Fe-GFe-G相圖相圖 二者主要區(qū)別二者主要區(qū)別 2 2、鑄鐵中石墨化過程、鑄鐵中石墨化過程 由滲碳體由滲碳體一定條件下一定條件下加熱時分解得到：加熱時分解得到：FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（GG） 階段階段 共晶溫度以上成石墨的過程共晶溫度以上成石墨的過程 L LC CA AE E+G +G 階段共析溫度或以下形成石墨的過程階段共析溫度或以下形成石墨的過程 A AS S F FP P+G +G G GI、G GII II、G GIII III、共晶 、共晶GG、共析、共析GG、 FeFe3 3C CI I 、FeFe3 3C CII II、 Fe

5、Fe3 3C CIII III、共晶 、共晶FeFe3 3C C 、共析、共析FeFe3 3C C 、 化學(xué)成分和冷卻速度的影響：化學(xué)成分和冷卻速度的影響： 問：問：為何生產(chǎn)中有些鑄鐵件的邊緣附近常常很硬，不容易加工？為何生產(chǎn)中有些鑄鐵件的邊緣附近常常很硬，不容易加工？ （2 2）冷卻速度）冷卻速度慢慢，有利于原子的擴散，對石墨化有利。，有利于原子的擴散，對石墨化有利。 第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵分類鑄鐵分類 （1 1）灰鑄鐵：）灰鑄鐵：石墨化過程充分進行，碳主要以石墨形式存在，斷石墨化過程充分進行，碳主要以石墨形式存在，斷 口呈灰暗色?？诔驶野瞪?。 一、按石墨化程度一、按石墨化程度 （2 2）白口鑄

6、鐵：）白口鑄鐵：、石墨化過程全部被抑制，按石墨化過程全部被抑制，按Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖進相圖進 行結(jié)晶，碳以行結(jié)晶，碳以FeFe3 3C C形式存在，斷口呈銀白色。形式存在，斷口呈銀白色。 （3 3）麻口鑄鐵：）麻口鑄鐵： 石墨化過程部分進行，碳以石墨和石墨化過程部分進行，碳以石墨和FeFe3 3C C兩兩 種形式存在，斷口黑白相間構(gòu)成麻點。種形式存在，斷口黑白相間構(gòu)成麻點。 Fe3C 按按第第II II階段階段石墨化程度不同，可以得到三種不同的組織，都稱之石墨化程度不同，可以得到三種不同的組織，都稱之 為灰鑄鐵：為灰鑄鐵： F+GF+G、P+G P+G 、F+P+GF+P+G

7、 L+G L+Fe3C 鐵素體為基體的灰鑄鐵鐵素體為基體的灰鑄鐵 GG呈片狀呈片狀 暗灰色暗灰色 鐵素體鐵素體 基體白色基體白色 珠光體為基體的灰鑄鐵珠光體為基體的灰鑄鐵 G呈片狀呈片狀 珠光體珠光體 鐵素體鐵素體 + + 珠光體為基體的灰鑄鐵珠光體為基體的灰鑄鐵 鐵素體鐵素體 珠光體珠光體 GG呈片狀呈片狀 1 1、灰鑄鐵：、灰鑄鐵：G G呈片狀呈片狀 2 2、可鍛鑄鐵：、可鍛鑄鐵： G G呈團絮狀呈團絮狀 3 3、球墨鑄鐵：、球墨鑄鐵： G G呈球狀呈球狀 二、按石墨形態(tài)分二、按石墨形態(tài)分 2 2 1 1 3 3 第三節(jié)第三節(jié) 普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵 一一 、灰鑄鐵的成分和組織、灰鑄鐵的成分

8、和組織 根據(jù)第根據(jù)第II II階段石墨化進行的程度不同，可分為：階段石墨化進行的程度不同，可分為： F F 灰鑄鐵灰鑄鐵 F F + P+ P 灰鑄鐵灰鑄鐵 P P 灰鑄鐵灰鑄鐵 1 1、組織：片狀石墨、組織：片狀石墨 + + 金屬基體組成金屬基體組成 碳當(dāng)量：碳當(dāng)量：CE%=C%+1/3Si%CE%=C%+1/3Si%，接近，接近共晶共晶 成分：成分：2.73.6%C，1.02.2%Si， 砂型鑄造條件下鑄鐵壁厚砂型鑄造條件下鑄鐵壁厚 化學(xué)成分與鑄鐵組織關(guān)系化學(xué)成分與鑄鐵組織關(guān)系 冷卻速度對石墨化過程的影響冷卻速度對石墨化過程的影響 鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵與鑄鋼的強度比較 （4）切削性能好

9、）切削性能好石墨起到斷屑的作用，不粘刀。石墨起到斷屑的作用，不粘刀。 （1）力學(xué)性能低）力學(xué)性能低 2 2、灰鑄鐵的性能、灰鑄鐵的性能 （3）鑄造性能好）鑄造性能好流動性好，成分接近于共晶，收縮率小。流動性好，成分接近于共晶，收縮率小。 G破壞了基體的連續(xù)性，抗破壞了基體的連續(xù)性，抗 拉強度和塑韌性比鋼差?？估瓘姸群退茼g性比鋼差?？?壓和硬度取決于基體，適合壓和硬度取決于基體，適合 做成受壓件，如：機床床身做成受壓件，如：機床床身 （2）耐磨性、消振性好）耐磨性、消振性好石墨本身有潤滑、吸收振動的作用。石墨本身有潤滑、吸收振動的作用。 3 3、灰鑄鐵的牌號、灰鑄鐵的牌號 HT100 HT150

10、 HT200 HT300HT100 HT150 HT200 HT300 用途：汽車、拖拉機的氣缸、氣缸套，機床床身及用途：汽車、拖拉機的氣缸、氣缸套，機床床身及 承受壓力、振動的零件等。承受壓力、振動的零件等。 “灰鐵灰鐵”+ +最低抗拉強度最低抗拉強度 灰鑄鐵的強度與鑄件厚度有關(guān)，有些標(biāo)注鑄件壁厚?；诣T鐵的強度與鑄件厚度有關(guān)，有些標(biāo)注鑄件壁厚。 二、灰鑄鐵的孕育處理二、灰鑄鐵的孕育處理 1 1、孕育鑄鐵：孕育鑄鐵：澆注前向鐵水加入少量澆注前向鐵水加入少量孕育劑孕育劑，形成細小分布的，形成細小分布的 石墨，減小石墨對組織的割裂的不利影響，這種稱為孕育鑄鐵。石墨，減小石墨對組織的割裂的不利影響，

11、這種稱為孕育鑄鐵。 2 2、應(yīng)用：孕育鑄鐵用來制造力學(xué)性能要求高，截面尺寸變化、應(yīng)用：孕育鑄鐵用來制造力學(xué)性能要求高，截面尺寸變化 較大的大型鑄件，如：機床的機身、凸輪、液壓件、齒輪等。較大的大型鑄件，如：機床的機身、凸輪、液壓件、齒輪等。 硅鐵硅鐵硅鈣硅鈣 如：如：HT100200 HT100200 增加到增加到 HT250350HT250350 用途用途: 大型船用柴油機汽缸體大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身重型機床床身(HT-250) 制造承受壓力和震動的大型零件，制造承受壓力和震動的大型零件，如：機床床身、各種箱體、如：機床床身、各種箱體、 殼體、泵體、缸體。殼體、泵體

12、、缸體。 三、灰鑄鐵的熱處理三、灰鑄鐵的熱處理 鑄鐵的性能主要鑄鐵的性能主要取決于石墨的形態(tài)和分布取決于石墨的形態(tài)和分布，熱處理只對基體有影響，熱處理只對基體有影響， 對提高力學(xué)性能效果不大。對提高力學(xué)性能效果不大。 1 1、去應(yīng)力退火：、去應(yīng)力退火： 消除冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力（時效）消除冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力（時效） 長時間放置消除內(nèi)應(yīng)力長時間放置消除內(nèi)應(yīng)力/ /或人工時效或人工時效 3 3、石墨化退火：、石墨化退火： 消除白口組織，使局部消除白口組織，使局部FeFe3 3CGCG，降低硬度，降低硬度 汽缸套汽缸套 2 2、表面淬火：、表面淬火： 提高表面硬度和耐磨性，提高表面硬度和耐磨性， 如：

13、機床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等如：機床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等 目的目的：消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性和表面磨損性能。：消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性和表面磨損性能。 第四節(jié)第四節(jié) 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 可鍛鑄鐵是由可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵白口鑄鐵經(jīng)長時間經(jīng)長時間石墨化退火石墨化退火得到的一種具有團得到的一種具有團 絮狀絮狀G G的鑄鐵。（的鑄鐵。（不可鍛造不可鍛造，可進行少量的塑性變形），可進行少量的塑性變形） 團絮狀團絮狀GG減輕了對金屬基體的割裂作用和應(yīng)力集中減輕了對金屬基體的割裂作用和應(yīng)力集中 又稱：馬鐵、瑪鋼；又稱：馬鐵、瑪鋼； 表示具有一定的塑性表示具有一定的塑性=2-12=2-12 ；韌性；韌

14、性a ak k30J/cm30J/cm2 2 可鍛鑄鐵管件可鍛鑄鐵管件 用于制造管類零件和農(nóng)機具等大批量的中小型或薄壁零件。用于制造管類零件和農(nóng)機具等大批量的中小型或薄壁零件。 首先：首先： 澆注成純白口鑄鐵（澆注成純白口鑄鐵（C C、SiSi含量較低）含量較低） F+F+團絮團絮G G 900980900980 FeFe3 3CA+GCA+G 770770 650650 AF+GAF+G P+P+團絮團絮GG 溫度溫度 時間時間 一一 、可鍛鑄鐵的組織與性能、可鍛鑄鐵的組織與性能 抑制抑制II II階段階段 I I和和II II階段都進行階段都進行 KTHKTH KTZKTZ 白口鑄鐵白口鑄

15、鐵 其次：其次： 石墨化退火石墨化退火 GGII II 鐵素體為基體可鍛鑄鐵鐵素體為基體可鍛鑄鐵 GG呈團絮狀呈團絮狀 暗灰色暗灰色 珠光體為基體可鍛鑄鐵珠光體為基體可鍛鑄鐵 GG呈團絮狀呈團絮狀 暗灰色暗灰色 珠光體珠光體 名為可鍛，實不可鍛！名為可鍛，實不可鍛！ 可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能和用途可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能和用途P179P179表表9-39-3 KTH300-06 KTH300-06 等等 KTZ450-06KTZ450-06等等 （F+F+團絮狀團絮狀G G）黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵；（；（P+P+團絮狀團絮狀G G）白心白心P P可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 2 2、可鍛鑄鐵比灰鑄鐵強度

16、高，還具有一定的塑性和較高的韌性。、可鍛鑄鐵比灰鑄鐵強度高，還具有一定的塑性和較高的韌性。 二、可鍛鑄鐵的分類二、可鍛鑄鐵的分類 （F+F+團絮狀團絮狀GG）：塑韌性較）：塑韌性較HTHT好，適合鑄造薄壁類零件好，適合鑄造薄壁類零件 （P+P+團絮狀團絮狀GG）：雖強硬度較高，但塑韌性差，應(yīng)用不多。）：雖強硬度較高，但塑韌性差，應(yīng)用不多。 1 1、“可鐵可鐵”+ +最低抗拉強度最低抗拉強度+ +伸長率伸長率 生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜，逐漸被生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜，逐漸被QTQT替代替代 一、球墨鑄鐵的成分一、球墨鑄鐵的成分 球化劑對石墨化不利，碳：球化劑對石墨化不利，碳：3.6%C3.6%C，2.2

17、2.7%Si2.22.7%Si 高碳高硅：有利于石墨化，并獲得共晶成分；高碳高硅：有利于石墨化，并獲得共晶成分； S S、P P含量嚴(yán)格控制：避免消耗過多的球化劑；含量嚴(yán)格控制：避免消耗過多的球化劑； 孕育劑：使孕育劑：使G G細小細小 第五節(jié)第五節(jié) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 鐵水中加入鐵水中加入球化劑球化劑使石墨球化，再加入少量使石墨球化，再加入少量孕育劑孕育劑促進石墨促進石墨 化，具有良好的力學(xué)性能，鑄造性能好，成本低，生產(chǎn)方便?；?，具有良好的力學(xué)性能，鑄造性能好，成本低，生產(chǎn)方便。 稀土鎂稀土鎂 二、球墨鑄鐵的組織和性能二、球墨鑄鐵的組織和性能 組織組織：F+GF+G球、球、F+P+GF+P+G

18、球、球、P+GP+G球三種球三種 性能：性能：石墨呈石墨呈球狀，球狀，極大減輕了對基體的割裂作用，極大減輕了對基體的割裂作用，力學(xué)性能遠高于力學(xué)性能遠高于 一般鑄鐵，接近鋼；同時具有一般鑄鐵，接近鋼；同時具有HTHT的優(yōu)點，工業(yè)應(yīng)用廣。的優(yōu)點，工業(yè)應(yīng)用廣。 “以鐵代鋼、以鑄代鍛以鐵代鋼、以鑄代鍛” 鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸 核燃料貯存運輸容核燃料貯存運輸容 器器(QT450-10) 用于承受重載荷、受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如曲用于承受重載荷、受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如曲 軸、連桿、軋輥、缸套、活塞、閥門等。軸、連桿、軋輥、缸套、活塞、閥門等。 F+GF+G球球 P+GP+G球球 F

19、+P+GF+P+G球球 3 3、球墨鑄鐵的牌號、球墨鑄鐵的牌號 牌號：牌號： QT600-03 QT700-02 QT600-03 QT700-02 “球鐵球鐵”+ +最低抗拉強度最低抗拉強度+ +伸長率伸長率 （1 1）低溫退火：）低溫退火：無滲碳體時使用無滲碳體時使用。 退火工藝：退火工藝： 加熱到加熱到720760 720760 ，保溫，保溫36h36h后，后， 隨爐緩冷至隨爐緩冷至600 600 出爐空冷出爐空冷 （2 2）高溫退火：）高溫退火：分解滲碳體和分解滲碳體和P P。 退火工藝：加熱到退火工藝：加熱到900950 900950 ，保溫，保溫25h25h后，隨后，隨 爐緩冷至爐

20、緩冷至600 600 出爐空冷。出爐空冷。 四、球墨鑄鐵的熱處理四、球墨鑄鐵的熱處理 1 1、退火、退火 熱處理特點：熱處理特點：石墨對基體影響最小，可以通過熱處理石墨對基體影響最小，可以通過熱處理改變改變 基體組織基體組織，提高力學(xué)性能。，提高力學(xué)性能。 目的：獲得目的：獲得F+GF+G，提高塑韌性，改善切削性，消除鑄造應(yīng)力，提高塑韌性，改善切削性，消除鑄造應(yīng)力， 高溫正火工藝曲線高溫正火工藝曲線低溫正火工藝曲線低溫正火工藝曲線 組織：組織：F+P+GF+P+G組織：細組織：細P+GP+G 球墨鑄鐵的正火工藝曲線球墨鑄鐵的正火工藝曲線 2 2、正火、正火 目的：得到目的：得到P+G/P+F+

21、GP+G/P+F+G，以提高強度，硬度和耐磨性，以提高強度，硬度和耐磨性 3 3、調(diào)質(zhì)處理、調(diào)質(zhì)處理 目的：對要求目的：對要求綜合力學(xué)性能綜合力學(xué)性能較高的零件，如連桿、曲軸等。較高的零件，如連桿、曲軸等。 4 4、等溫淬火、等溫淬火 組織：組織： 目的：使形狀復(fù)雜、熱處理易變形、開裂的零件，具有良好的目的：使形狀復(fù)雜、熱處理易變形、開裂的零件，具有良好的 綜合力學(xué)性能，如齒輪、軸承套等。綜合力學(xué)性能，如齒輪、軸承套等。 S S回回+ +球球G G 組織：組織：B B下 下+ +球 球G G 下貝氏體下貝氏體+ +球狀石墨球狀石墨 工工 業(yè)業(yè) 鑄鑄 鐵鐵 的的 成成 分分 范范 圍圍 與與 組

22、組 織織 鑄鐵的分類與牌號表示方法鑄鐵的分類與牌號表示方法 鑄鐵鑄鐵 名稱名稱 石墨石墨 形態(tài)形態(tài) 基體基體 組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 片片 狀狀 FHT + 一組數(shù)字一組數(shù)字 數(shù)字表示最低抗拉強度值，單位數(shù)字表示最低抗拉強度值，單位MPa。 “HT”表示灰鑄鐵代號。表示灰鑄鐵代號。 HT100 F+P HT150 P HT200 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 團團 絮絮 狀狀 F KTH + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字 KTZ + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字 KTH300-06 P KTZ450-06 KTHKTH、KTZKTZ分別為黑心、分別為黑心、 珠光體可鍛鑄鐵代號；珠光體可鍛鑄鐵代號； 第一組數(shù)字表示最低抗第一組數(shù)字表示最低抗 拉強度值，拉強度值，MPaMPa；第二；第二 組數(shù)字表示最低伸長率組數(shù)字表示最低伸長率 值，值，% % 鑄鐵的