工程材料課件第七章 鑄鐵

1、第七章第七章 鑄鑄 鐵鐵 概概 論論 鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11%2.11%的鐵碳合金。工業(yè)鑄鐵的鐵碳合金。工業(yè)鑄鐵含有一定的合金元素和雜質(zhì)，尤其是含有一定的合金元素和雜質(zhì)，尤其是P P、S S較多。與較多。與鋼相比雖然它的抗拉強(qiáng)度低，韌性和塑性差，但是，鋼相比雖然它的抗拉強(qiáng)度低，韌性和塑性差，但是，鑄鐵由于生產(chǎn)成本低，所用設(shè)備和工藝簡單，容易鑄鐵由于生產(chǎn)成本低，所用設(shè)備和工藝簡單，容易生產(chǎn)、而且有優(yōu)良的鑄造性能、良好的切削加工性、生產(chǎn)、而且有優(yōu)良的鑄造性能、良好的切削加工性、減振性、耐磨性和低的缺口敏感性等，故廣泛用于減振性、耐磨性和低的缺口敏感性等，故廣泛用于工業(yè)中。機(jī)床中的

2、鑄鐵用量約占工業(yè)中。機(jī)床中的鑄鐵用量約占60-90%60-90%，汽車拖拉，汽車拖拉機(jī)中的鑄鐵用量約占機(jī)中的鑄鐵用量約占50-70%50-70%，可見鑄鐵在機(jī)械工業(yè)，可見鑄鐵在機(jī)械工業(yè)中起著很重要的作用。中起著很重要的作用。 1、鑄鐵的用途、鑄鐵的用途 制作形狀復(fù)雜的大型鑄件、耐磨抗振部件、低負(fù)制作形狀復(fù)雜的大型鑄件、耐磨抗振部件、低負(fù)荷無沖擊零件等。荷無沖擊零件等。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)低流動性好、具有優(yōu)良的鑄造性能。：熔點(diǎn)低流動性好、具有優(yōu)良的鑄造性能。良好的切削加工性、減震性。生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，良好的切削加工性、減震性。生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，成本低。成本低。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：強(qiáng)度、塑性、韌性都比鋼差

3、。：強(qiáng)度、塑性、韌性都比鋼差。 2、鑄鐵的成分及組織特點(diǎn)、鑄鐵的成分及組織特點(diǎn) 主要元素：主要元素： C %=2.5 4.0 Si %=1.03.0 其他元素：其他元素： 少量的少量的 Mn、S、P 組織特點(diǎn)組織特點(diǎn)：鑄鐵中的碳主要是以石墨（：鑄鐵中的碳主要是以石墨（G）狀態(tài)存在，）狀態(tài)存在，而不是滲碳體（而不是滲碳體（Fe3C），所以其室溫組織為），所以其室溫組織為F、P和石和石墨。墨。 因此，鐵碳合金實(shí)際上存在兩種相圖，即因此，鐵碳合金實(shí)際上存在兩種相圖，即Fe-FeFe-Fe3 3C C相相圖和圖和Fe-G Fe-G 相圖。相圖。 一、一、鑄鐵石墨化試驗(yàn)鑄鐵石墨化試驗(yàn) 自然界里碳的最穩(wěn)定

4、形式是石墨。因此滲碳體在高自然界里碳的最穩(wěn)定形式是石墨。因此滲碳體在高溫下長期加熱時(shí)會分解成鐵和石墨。溫下長期加熱時(shí)會分解成鐵和石墨。 試驗(yàn)證明，在如下兩種情況鑄鐵中會有石墨析出而試驗(yàn)證明，在如下兩種情況鑄鐵中會有石墨析出而不是滲碳體。不是滲碳體。 （1 1）當(dāng)液態(tài)鐵碳合金在極其緩慢冷卻時(shí)當(dāng)液態(tài)鐵碳合金在極其緩慢冷卻時(shí) （2 2）加入促進(jìn)石墨化元素時(shí)，如）加入促進(jìn)石墨化元素時(shí)，如 SiSi二、鐵碳合金的雙重相圖二、鐵碳合金的雙重相圖 第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 鑄鐵中碳原子析出，并形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中碳原子析出，并形成石墨的過程稱為石墨化。 三、鑄鐵石墨化三、鑄鐵石墨化

5、 條件、過程及組織條件、過程及組織 過程：過程： 第一階段第一階段 從液態(tài)鑄鐵直接結(jié)晶出的初從液態(tài)鑄鐵直接結(jié)晶出的初生石墨或在生石墨或在11541154通過共晶轉(zhuǎn)變而形成石墨。通過共晶轉(zhuǎn)變而形成石墨。 第二階段第二階段 從奧氏體中析出二次石墨。發(fā)生在從奧氏體中析出二次石墨。發(fā)生在1154-7381154-738之間進(jìn)行。之間進(jìn)行。 第三階段第三階段 在在738738時(shí)通過共析反應(yīng)而形成的石墨。時(shí)通過共析反應(yīng)而形成的石墨。 條件條件：冷卻速度非常緩慢，即過冷度很小，或加：冷卻速度非常緩慢，即過冷度很小，或加入促進(jìn)石墨化元素。入促進(jìn)石墨化元素。 組織：組織：一、二階段溫度高，石墨化充分進(jìn)行。一、二

6、階段溫度高，石墨化充分進(jìn)行。由于由于第三階段溫度低容易控制，可得到三種不同的組織第三階段溫度低容易控制，可得到三種不同的組織 第三階段完全石墨化第三階段完全石墨化F FG G 第三階段部分石墨化第三階段部分石墨化F+P+GF+P+G 第三階段沒有石墨化第三階段沒有石墨化P+GP+G 四、影響石墨化的因素四、影響石墨化的因素 鑄鐵的性能取決于石墨化的程度。實(shí)踐證明鑄鐵的鑄鐵的性能取決于石墨化的程度。實(shí)踐證明鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶時(shí)的冷卻速度是影響石墨化的主要因素?；瘜W(xué)成分和結(jié)晶時(shí)的冷卻速度是影響石墨化的主要因素。 1 1、 化學(xué)成分化學(xué)成分 碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的素。碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的素。

7、碳含量越多，越有利碳含量越多，越有利于石墨化的形核，促進(jìn)石墨化。硅的加入，不僅會削弱鐵于石墨化的形核，促進(jìn)石墨化。硅的加入，不僅會削弱鐵和碳原子間的結(jié)合，又可使共晶溫度升高和共晶成分含碳和碳原子間的結(jié)合，又可使共晶溫度升高和共晶成分含碳量量的的降低，有利于石墨形成。降低，有利于石墨形成。S S是強(qiáng)烈阻止石墨化元素。是強(qiáng)烈阻止石墨化元素。 2 2、冷卻速度、冷卻速度 冷卻速度慢，越有利于石墨化，而快冷則阻止石墨化。冷卻速度慢，越有利于石墨化，而快冷則阻止石墨化。鑄造時(shí)冷速與澆注溫度，造型材料，鑄造方法和鑄件壁厚鑄造時(shí)冷速與澆注溫度，造型材料，鑄造方法和鑄件壁厚均有關(guān)。均有關(guān)。 在實(shí)際生產(chǎn)中，滿足

8、極其緩慢的冷卻速度是不現(xiàn)實(shí)的。在實(shí)際生產(chǎn)中，滿足極其緩慢的冷卻速度是不現(xiàn)實(shí)的。加入較多硅，在生產(chǎn)條件下可實(shí)現(xiàn)石墨化。加入較多硅，在生產(chǎn)條件下可實(shí)現(xiàn)石墨化。 一、鑄鐵的分類：一、鑄鐵的分類： 根據(jù)根據(jù)石墨化程度石墨化程度和碳在鑄鐵中的存在形式劃分和碳在鑄鐵中的存在形式劃分 1 1、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵 碳全部或大部分以石墨形式存在于碳全部或大部分以石墨形式存在于鑄鐵中，斷口呈暗灰色。是工業(yè)常用的鑄鐵。鑄鐵中，斷口呈暗灰色。是工業(yè)常用的鑄鐵。 2 2、白口鑄鐵、白口鑄鐵 碳除少數(shù)溶入鐵素體中外，其余碳除少數(shù)溶入鐵素體中外，其余的碳全部以滲碳體的形式存在于鑄鐵中，斷口呈銀白的碳全部以滲碳體的形式存在于

9、鑄鐵中，斷口呈銀白色。有較大的硬脆性，故白口鑄鐵很少應(yīng)用，主要用色。有較大的硬脆性，故白口鑄鐵很少應(yīng)用，主要用作煉鋼原料。作煉鋼原料。 3 3、麻口鑄鐵、麻口鑄鐵 碳一部分以石墨狀態(tài)存在，另一碳一部分以石墨狀態(tài)存在，另一部分以滲碳體存在，斷口呈黑白相間的麻點(diǎn)，也有較部分以滲碳體存在，斷口呈黑白相間的麻點(diǎn)，也有較大硬脆性，很少應(yīng)用。大硬脆性，很少應(yīng)用。第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵的分類及常用鑄鐵鑄鐵的分類及常用鑄鐵 根據(jù)鑄鐵中根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)石墨的形態(tài)可劃分為：可劃分為： 1 1、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵（簡稱灰鐵）（簡稱灰鐵）石墨呈片狀的鑄鐵石墨呈片狀的鑄鐵。 機(jī)械性能不高，但生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格低廉，工業(yè)

10、上機(jī)械性能不高，但生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格低廉，工業(yè)上應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。 2 2、可鍛鑄鐵、可鍛鑄鐵 （簡稱可鐵）（簡稱可鐵）石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵。由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到，機(jī)械性能較灰鐵高。由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到，機(jī)械性能較灰鐵高。 3 3、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵 （簡稱球鐵）（簡稱球鐵）石墨成球狀分布的鑄石墨成球狀分布的鑄鐵鐵。在澆注前經(jīng)球化處理得到，機(jī)械性能比灰鐵和可。在澆注前經(jīng)球化處理得到，機(jī)械性能比灰鐵和可鐵高，工藝比可鐵簡單，還可以通過熱處理進(jìn)一步提鐵高，工藝比可鐵簡單，還可以通過熱處理進(jìn)一步提高機(jī)械性能，應(yīng)用日益廣泛。高機(jī)械性能，應(yīng)用日益廣泛。 4、蠕墨鑄鐵、蠕墨鑄

11、鐵（簡稱蠕鐵）（簡稱蠕鐵）石墨呈蠕蟲狀分布的鑄石墨呈蠕蟲狀分布的鑄鐵鐵。物理性能，機(jī)械性能，及鑄造性能介于灰鐵和球。物理性能，機(jī)械性能，及鑄造性能介于灰鐵和球鐵之間，主要用于汽車行業(yè)中薄壁重量輕的各種零件。鐵之間，主要用于汽車行業(yè)中薄壁重量輕的各種零件。 二、常用鑄鐵二、常用鑄鐵 1、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵化學(xué)成分化學(xué)成分：C% =2.54.0 Si %=1.02.5 Mn%=0.51.4 微量微量 S、P獲得方法：獲得方法：將上述成分的鐵水緩慢冷卻即可獲得。將上述成分的鐵水緩慢冷卻即可獲得。 顯微組織：顯微組織：片狀石墨基體組織（片狀石墨基體組織（F、F+P、P) 牌牌 號號：字母：字母“HT”

12、+數(shù)字（最小抗拉強(qiáng)度）數(shù)字（最小抗拉強(qiáng)度） 例：例：HT200 表示灰鐵，抗拉強(qiáng)度為表示灰鐵，抗拉強(qiáng)度為200MPa應(yīng)應(yīng) 用用：成本低，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。主要應(yīng)用：成本低，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。主要應(yīng)用 機(jī)床床身、齒輪箱、皮帶輪等。機(jī)床床身、齒輪箱、皮帶輪等。 2 2、可鍛鑄鐵、可鍛鑄鐵（實(shí)際上不可鍛實(shí)際上不可鍛） 石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。具有較高的強(qiáng)石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。具有較高的強(qiáng)度，并有一定的塑性和韌性，其機(jī)械性能比灰口鐵高。度，并有一定的塑性和韌性，其機(jī)械性能比灰口鐵高?；瘜W(xué)成分化學(xué)成分：C%=2.4-2.8 Si%=1.22.0 Mn%=0.41.2 微量微量 S

13、P 獲得方法：獲得方法：上述成分的鐵水快冷得到白口鐵，然后重上述成分的鐵水快冷得到白口鐵，然后重 新加熱新加熱 到到900 1000度長時(shí)間保溫（度長時(shí)間保溫（15小時(shí)）緩慢冷卻。小時(shí)）緩慢冷卻。 顯微組織顯微組織：團(tuán)絮狀石墨基體（團(tuán)絮狀石墨基體（F 、 P） 牌牌 號號：字母（字母（KTH或或KTZ）數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度） 數(shù)字（最低延伸率）數(shù)字（最低延伸率） 例：例：KTH350-10 基體為基體為F KTZ550-04 基體為基體為P 應(yīng)應(yīng) 用用：汽車輪殼、后橋殼、制動器等。汽車輪殼、后橋殼、制動器等。 3、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵 具有球狀石墨的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。其強(qiáng)度、塑

14、具有球狀石墨的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。其強(qiáng)度、塑性和韌性都比灰口鐵高。塑性、韌性比可鍛鑄鐵好。性和韌性都比灰口鐵高。塑性、韌性比可鍛鑄鐵好。 化學(xué)成分化學(xué)成分：C%=3.84.0 Si%=2.02.8 Mn% 0.7 0.7 微量微量 S S 、P P 獲得方法：獲得方法：上述成分的鐵水中加入球化劑（上述成分的鐵水中加入球化劑（Mg Ca) 再加入變質(zhì)劑（孕育劑）進(jìn)行變質(zhì)處理。再加入變質(zhì)劑（孕育劑）進(jìn)行變質(zhì)處理。 緩慢冷卻獲得球墨鑄鐵。緩慢冷卻獲得球墨鑄鐵。 顯微組織：顯微組織：球狀石墨球狀石墨 基體（基體（F F+P P) 牌牌 號號：字母：字母“QT”數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）數(shù)數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）數(shù) 字（最低延伸率）字（最低延伸率） 例：例：QT500-