機(jī)械工程材料成型

1、第七章第七章金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理鑄 鐵第七章第七章 鑄鑄 鐵鐵指指C%2.11%C%2.11%并含有并含有SiSi、MnMn、P P、S S等元素的鐵碳合金等元素的鐵碳合金鑄鐵的定義鑄鐵的定義性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)強(qiáng)度低，塑性、韌性差強(qiáng)度低，塑性、韌性差良好的鑄造性、切削加工性及減震性良好的鑄造性、切削加工性及減震性生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍應(yīng)用廣泛，如：機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸應(yīng)用廣泛，如：機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等焦焦炭炭鐵鐵礦礦石石石灰石石灰石高高 爐爐 煉煉 鐵鐵煉煉 鋼鋼 生生 鐵鐵煉煉 鋼

2、鋼鑄鑄 鋼鋼 錠錠鑄造生鐵鑄造生鐵鑄造鑄造軋制軋制各種型材各種型材鍛件鍛件鍛造鍛造鑄鋼鑄鋼冷沖壓冷沖壓熱處理熱處理切削切削加工加工機(jī)機(jī) 械械 產(chǎn)產(chǎn) 品品鍛造鍛造冶煉廠冶煉廠機(jī)械廠機(jī)械廠鋼鐵生產(chǎn)加工過(guò)程概略圖鋼鐵生產(chǎn)加工過(guò)程概略圖第七章第七章 鑄鑄 鐵鐵 常用鑄鐵常用鑄鐵 概述概述鑄鐵的石墨化過(guò)程鑄鐵的石墨化過(guò)程鑄鐵的特點(diǎn)及分類(lèi)鑄鐵的特點(diǎn)及分類(lèi)灰鑄鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、鑄鐵的石墨化過(guò)程一、鑄鐵的石墨化過(guò)程1.Fe-Fe1.Fe-Fe3 3C C 和和 Fe-G Fe-G 雙重相圖雙重相圖碳在鑄鐵中碳在鑄鐵中的存在形式的存在形式游離態(tài)的

3、石墨游離態(tài)的石墨G G滲碳體滲碳體FeFe3 3C C強(qiáng)度、硬度、塑強(qiáng)度、硬度、塑性幾乎為零性幾乎為零亞穩(wěn)定相，一定條亞穩(wěn)定相，一定條件下發(fā)生分解件下發(fā)生分解3Fe+C3Fe+CFeFe3 3C C游離態(tài)游離態(tài)的碳的碳 當(dāng)鐵碳合金中的當(dāng)鐵碳合金中的C C以以滲碳體的形式存在時(shí)，滲碳體的形式存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)具有萊氏體就會(huì)出現(xiàn)具有萊氏體組織的白口鑄鐵；當(dāng)組織的白口鑄鐵；當(dāng)鐵碳合金中的鐵碳合金中的C C全部或全部或大部分以石墨的形式大部分以石墨的形式存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)在存在時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)在鋼的基體組織中分布鋼的基體組織中分布著不同形狀石墨的鑄著不同形狀石墨的鑄鐵，統(tǒng)稱(chēng)為灰鑄鐵鐵，統(tǒng)稱(chēng)為灰鑄鐵2.2.鑄鐵

4、的石墨化過(guò)程鑄鐵的石墨化過(guò)程鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過(guò)程鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過(guò)程在結(jié)晶過(guò)程中直在結(jié)晶過(guò)程中直接析出，也由滲接析出，也由滲碳體加熱時(shí)分解碳體加熱時(shí)分解鑄鐵冷卻鑄鐵冷卻時(shí)的石墨時(shí)的石墨化過(guò)程化過(guò)程從液體中析出一次石墨從液體中析出一次石墨由共晶反應(yīng)而生成的共晶石墨由共晶反應(yīng)而生成的共晶石墨由共析反應(yīng)生成的共析石墨由共析反應(yīng)生成的共析石墨鑄鐵加熱鑄鐵加熱時(shí)的石墨時(shí)的石墨化過(guò)程化過(guò)程介穩(wěn)定的滲碳體，當(dāng)在比較高的溫度下長(zhǎng)介穩(wěn)定的滲碳體，當(dāng)在比較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生分解產(chǎn)生石墨化時(shí)間加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生分解產(chǎn)生石墨化石墨化過(guò)程石墨化過(guò)程在在P PS S

5、K K線以上發(fā)生的石墨化線以上發(fā)生的石墨化在在P PS SK K線以下發(fā)生的石墨化線以下發(fā)生的石墨化第一階段石墨化第一階段石墨化第二階段石墨化第二階段石墨化 一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解 冷卻時(shí)共析石墨的析出和冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解加熱時(shí)共析滲碳體的分解溫度高，原子擴(kuò)溫度高，原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨散能力強(qiáng)，石墨化過(guò)程能充分進(jìn)化過(guò)程能充分進(jìn)行行溫度較低，原子擴(kuò)散溫度較低，原子擴(kuò)散條件差，石墨化過(guò)程條件差，石墨化過(guò)程往往不能充分進(jìn)行，往往不能充

6、分進(jìn)行，甚至完全不能進(jìn)行甚至完全不能進(jìn)行鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系 如果石墨化過(guò)程受到了不同程度的影響，鑄鐵的組如果石墨化過(guò)程受到了不同程度的影響，鑄鐵的組織必將發(fā)生變化織必將發(fā)生變化3.3.影響石墨化的因素影響石墨化的因素 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響C C、SiSi是促進(jìn)石墨化的元素是促進(jìn)石墨化的元素 C C、SiSi含量過(guò)低含量過(guò)低力學(xué)性能和鑄力學(xué)性能和鑄造性能變差造性能變差出現(xiàn)白口組織出現(xiàn)白口組織C C、SiSi含量過(guò)高含量過(guò)高石墨數(shù)量石墨數(shù)量多且粗大多且粗大基體內(nèi)鐵素基體內(nèi)鐵素體量增多體量增多降低鑄降低鑄件性能件性能因此因此C C、SiSi含

7、量一般控制在：含量一般控制在：2.5%-4.0%C2.5%-4.0%C； 1.0%-3.0%Si1.0%-3.0%Si 冷卻速度的影響冷卻速度的影響冷卻速度越慢冷卻速度越慢過(guò)冷度越小過(guò)冷度越小越有利于按照越有利于按照Fe-GFe-G相相圖進(jìn)行結(jié)晶和轉(zhuǎn)變圖進(jìn)行結(jié)晶和轉(zhuǎn)變?cè)接欣谑^(guò)程充分進(jìn)行越有利于石墨化過(guò)程充分進(jìn)行二、鑄鐵的特點(diǎn)及分類(lèi)二、鑄鐵的特點(diǎn)及分類(lèi)1.1.鑄鐵的組織特點(diǎn)鑄鐵的組織特點(diǎn)石墨石墨基體基體鑄鐵的組織鑄鐵的組織鐵素體鐵素體珠光體珠光體鐵素體鐵素體 + + 珠光體珠光體實(shí)質(zhì)是鋼的基實(shí)質(zhì)是鋼的基體上分布著不體上分布著不同形態(tài)的石墨同形態(tài)的石墨2.2.鑄鐵的性能特點(diǎn)鑄鐵的性能特點(diǎn)

8、力學(xué)性能低力學(xué)性能低 耐磨性好耐磨性好 消振性能好消振性能好 鑄造性能好鑄造性能好 切削性能好切削性能好石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性壞了基體的連續(xù)性石墨有潤(rùn)滑作用，脫落后的空間可以?xún)?chǔ)油石墨有潤(rùn)滑作用，脫落后的空間可以?xún)?chǔ)油石墨可以吸收能量石墨可以吸收能量鑄鐵中硅含量高且成分接近于共晶成分鑄鐵中硅含量高且成分接近于共晶成分石墨的存在使車(chē)屑容易脆斷，不粘刀石墨的存在使車(chē)屑容易脆斷，不粘刀3.3.鑄鐵的分類(lèi)及牌號(hào)表示方法鑄鐵的分類(lèi)及牌號(hào)表示方法石墨的形態(tài)石墨的形態(tài)片片 狀狀團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀球球 狀狀蠕蟲(chóng)狀蠕蟲(chóng)狀鑄鐵名稱(chēng)鑄鐵名稱(chēng)灰鑄鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛

9、鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄鐵常用鑄鐵一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵特特 點(diǎn)點(diǎn)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛1 1牌號(hào)牌號(hào)HT HT 最低抗拉強(qiáng)度值最低抗拉強(qiáng)度值灰鑄鐵代號(hào)灰鑄鐵代號(hào)HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200、HT350HT3502 2組織組織鋼的基體鋼的基體+ +片狀石墨片狀石墨P+GP+G片片F(xiàn)+GF+G片片F(xiàn)+P+GF+P+G片片3 3熱處理熱處理孕育鑄鐵孕育鑄鐵為提高灰鑄鐵的性能，對(duì)其進(jìn)行孕育處理，為提高灰鑄鐵的性能，對(duì)其進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨以細(xì)化片狀石

10、墨常用的孕育劑有常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金硅鐵和硅鈣合金目目 的的改變基體組織，而不能改變石墨的形狀和分布改變基體組織，而不能改變石墨的形狀和分布常常用用熱熱處處理理去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火消除鑄件在鑄造冷卻過(guò)程中產(chǎn)生消除鑄件在鑄造冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開(kāi)裂的內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開(kāi)裂用于形狀復(fù)雜的鑄件：機(jī)床的床用于形狀復(fù)雜的鑄件：機(jī)床的床身、柴油機(jī)汽缸身、柴油機(jī)汽缸消除白口消除白口組織退火組織退火降低由于冷卻速度過(guò)快引起的鑄件表降低由于冷卻速度過(guò)快引起的鑄件表層產(chǎn)生的白口組織的硬度層產(chǎn)生的白口組織的硬度表面淬火表面淬火提高硬度提高硬度和耐磨性和耐磨性用于機(jī)床導(dǎo)軌、用于機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁

11、缸體內(nèi)壁4 4應(yīng)應(yīng) 用用 灰鑄鐵主要用于承受壓力和振動(dòng)的零部件，如機(jī)床灰鑄鐵主要用于承受壓力和振動(dòng)的零部件，如機(jī)床的床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等的床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等二、可鍛鑄鐵二、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的，其由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的，其石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀1 1牌號(hào)牌號(hào)KTH KTH - -最低抗拉強(qiáng)度值最低抗拉強(qiáng)度值可鍛鑄鐵代號(hào)可鍛鑄鐵代號(hào)最低最低延伸率延伸率KTB KTB - -KTZ KTZ - - KTH KTB KTZ KTH KTB KTZ分別表示黑心、白心、珠光體可分別表示黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)鍛鑄鐵代號(hào)2 2組組

12、 織織鋼的基體鋼的基體+ +團(tuán)絮狀石墨團(tuán)絮狀石墨P+GP+G團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀F+GF+G團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵斷口為黑色斷口為黑色3 3性性 能能 強(qiáng)度、塑性和韌性均比灰鑄強(qiáng)度、塑性和韌性均比灰鑄鐵高，但鐵高，但不能鍛造不能鍛造4 4應(yīng)應(yīng) 用用 用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的前的薄壁小型件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門(mén)等。后輪殼、管接頭、低壓閥門(mén)等。三、球墨鑄鐵三、球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵指石墨呈球形的灰鑄鐵，由液態(tài)鐵水經(jīng)石指石墨呈球形的灰鑄鐵，由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化后得到墨化后得到1

13、1牌號(hào)牌號(hào)最低抗拉強(qiáng)度值最低抗拉強(qiáng)度值球墨鑄鐵代號(hào)球墨鑄鐵代號(hào)最低最低延伸率延伸率QT QT - -QT400-17QT400-17、QT420-10QT420-10、QT500-05QT500-05、QT600-02QT600-02、 QT700-02QT700-02、 QT800-02QT800-02、QT1200-01QT1200-012 2組組 織織鋼的基體鋼的基體+ +球狀石墨球狀石墨P+GP+G球狀球狀F+GF+G球球狀狀F+GF+G球球狀狀鋼的基體鋼的基體+ +球狀石墨球狀石墨球化劑球化劑加入到鐵水中能使石墨形成球形的物加入到鐵水中能使石墨形成球形的物質(zhì)，如：鎂、稀土和稀土鎂質(zhì)，

14、如：鎂、稀土和稀土鎂3 3性性 能能塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高4 4應(yīng)應(yīng) 用用 在汽車(chē)、機(jī)車(chē)、機(jī)床、礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)在汽車(chē)、機(jī)車(chē)、機(jī)床、礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、機(jī)械工具、管道等方面得到廣泛應(yīng)用械、冶金機(jī)械、機(jī)械工具、管道等方面得到廣泛應(yīng)用四、蠕墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵經(jīng)過(guò)蠕化處理和孕育處理后而獲得的一種新經(jīng)過(guò)蠕化處理和孕育處理后而獲得的一種新型鑄鐵型鑄鐵1 1牌號(hào)牌號(hào)最低抗拉強(qiáng)度值最低抗拉強(qiáng)度值蠕墨鑄鐵代號(hào)蠕墨鑄鐵代號(hào)RuTRuT RuT260RuT260、 RuT300RuT300、 RuT420RuT4202 2組組

15、 織織鋼的基體鋼的基體+ +蠕蟲(chóng)狀石墨蠕蟲(chóng)狀石墨 通常在鐵液中加入稀土合金進(jìn)行蠕化處理，然后加入通常在鐵液中加入稀土合金進(jìn)行蠕化處理，然后加入少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，使鑄鐵中的石墨介于片狀和球少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，使鑄鐵中的石墨介于片狀和球狀之間的過(guò)渡形態(tài)狀之間的過(guò)渡形態(tài)3 3性性 能能 強(qiáng)度、塑性和韌性?xún)?yōu)于灰鑄鐵，力學(xué)性能介于灰鑄強(qiáng)度、塑性和韌性?xún)?yōu)于灰鑄鐵，力學(xué)性能介于灰鑄鐵與可鍛鑄鐵之間鐵與可鍛鑄鐵之間4 4應(yīng)應(yīng) 用用 常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件，如：柴油機(jī)常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件，如：柴油機(jī)汽缸、氣缸蓋以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件，汽缸、氣缸蓋以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件

16、，如液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等如液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理1.1.鑄鐵熱處理的主要目的鑄鐵熱處理的主要目的 通過(guò)改善鑄鐵的基體組織來(lái)提高鑄件的性能通過(guò)改善鑄鐵的基體組織來(lái)提高鑄件的性能 熱處理一般不能改善熱處理一般不能改善原始組織中石墨的形態(tài)和分原始組織中石墨的形態(tài)和分布狀況布狀況2.2.鑄鐵熱處理的原理鑄鐵熱處理的原理鑄鐵熱處理的原理、工藝與鋼基本相同鑄鐵熱處理的原理、工藝與鋼基本相同3.3.熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)1.1.共析轉(zhuǎn)變溫度升高共析轉(zhuǎn)變溫度升高2.C2.C曲線右移，淬透性提高曲線右移，淬透性提高含硅量高含硅量高提高了淬透性提高了淬透性中小鑄鐵件可在油中淬火

17、中小鑄鐵件可在油中淬火3.3.奧氏體中的含碳量可用加熱溫度和保溫時(shí)間來(lái)調(diào)整奧氏體中的含碳量可用加熱溫度和保溫時(shí)間來(lái)調(diào)整4.4.由于石墨的導(dǎo)熱性差，故鑄鐵加熱過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行由于石墨的導(dǎo)熱性差，故鑄鐵加熱過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行由于鑄鐵中有較多的石墨，當(dāng)奧氏體化溫度升高時(shí)，由于鑄鐵中有較多的石墨，當(dāng)奧氏體化溫度升高時(shí)，石墨不斷溶入奧氏體中便獲得不同含碳量的奧氏體，石墨不斷溶入奧氏體中便獲得不同含碳量的奧氏體，因而可得到不同含碳量的馬氏體因而可得到不同含碳量的馬氏體習(xí) 題 講 解作業(yè) 1利用杠桿定律計(jì)算含碳量為利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的的Fe-C合金緩慢冷卻到合金緩慢冷卻到727時(shí)，在時(shí)，在共析共析

18、轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物的相對(duì)重量以及的相對(duì)重量以及室溫室溫時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重量。量。作業(yè) 一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的的Fe-C合金緩慢冷卻到合金緩慢冷卻到727時(shí)，在時(shí)，在共析共析轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物轉(zhuǎn)變前后各種組織組成物的相對(duì)重量以及的相對(duì)重量以及室溫室溫時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重時(shí)各種組織組成物的相對(duì)重量。量。共析轉(zhuǎn)變前的組織： A+FeC共析轉(zhuǎn)變前的組織所占比重：A% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %FeC% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）

19、100%= 7.3 %共析轉(zhuǎn)變后的組織： P+FeCP% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %FeC% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）100%= 7.3 %室溫時(shí)的組織： P+FeC1.2%A0.77%FeC6.69%作業(yè) 一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的的Fe-C合金緩慢冷卻到合金緩慢冷卻到727時(shí)，在時(shí)，在共析共析轉(zhuǎn)變前后各種相轉(zhuǎn)變前后各種相的相對(duì)重量以及的相對(duì)重量以及室溫室溫時(shí)各種相的相對(duì)重量。時(shí)各種相的相對(duì)重量。共析轉(zhuǎn)變前的相：共析轉(zhuǎn)變前的相：A+FeC共析轉(zhuǎn)變前的相所占比重：共析轉(zhuǎn)變前的相所占比重

20、：A% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.77）100%= 92.7 %FeC% = （1.2-0.77）/ （6.69-0.77）100%= 7.3 %共析轉(zhuǎn)變后的相：共析轉(zhuǎn)變后的相：F+FeCF% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.0218）100%= 82.3 %FeC% = （1.2-0.0218）/ （6.69-0.0218）100%= 17.7 %1.2%A0.77%FeC6.69%1.2%F0.0218%FeC6.69%作業(yè) 一利用杠桿定律計(jì)算含碳量為利用杠桿定律計(jì)算含碳量為1.2%C的的Fe-C合金緩慢冷卻到合金緩慢冷卻到727時(shí)，在時(shí)，在共析共析轉(zhuǎn)變前后各

21、種相轉(zhuǎn)變前后各種相的相對(duì)重量以及的相對(duì)重量以及室溫室溫時(shí)各種相的相對(duì)重量。時(shí)各種相的相對(duì)重量。室溫時(shí)的相：室溫時(shí)的相： F+FeC1.2%F0.0008%FeC6.69%F% = （6.69-1.2）/ （6.69-0.0008）100%= 82 %FeC% = （1.2-0.0008）/ （6.69-0.0008）100%= 18%12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112126606601. 過(guò)冷A+P2. P3. P4. P5. P6. 過(guò)冷A+S7. S8. S9. 過(guò)冷A10. 過(guò)冷A+T11. 過(guò)冷A+T12. T+M+A作業(yè) 二12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202066066028028013. 過(guò)冷A14. M+A15. 過(guò)冷A+B下16. B下+M+A17. B下18. B下19. M+A20. M回下列說(shuō)法是否正確，為什么？下列說(shuō)法是否正確，為什么？作業(yè) 二（1）馬氏體是