機(jī)械工程材料_沈蓮_05章_鑄鐵

1、 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料第五章 鑄鐵CAST IRON 鑄鐵：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc大于2.11%（一般為2.5%5.0%）的鐵碳合金。詳盡地說(shuō)，鑄鐵中也含有Si（硅）、Mn（錳）、S（硫）、P（磷）等其他元素。鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵3IIPFe CLdLd3IFe CLdFGFPGPG SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 與鋼相比，雖然抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性較低，但卻具有優(yōu)良的鑄造性、可切削加工性、減振性

2、，而且生產(chǎn)成本也較低，因此在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。特別是傳統(tǒng)機(jī)床的床身一般都是鑄鐵材料。 隨著熱加工、壓力加工、機(jī)械加工工藝水平的提高，以及電機(jī)制造水平的提高，即社會(huì)生產(chǎn)力的整體提高，鑄鐵的應(yīng)用范圍沒(méi)有以前那么重要了。鑄鐵的特點(diǎn)使用性能不好工藝性能很好減振性好 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料第一節(jié) 灰口鑄鐵的石墨化 鑄鐵中的碳元素除了少部分固溶于鐵素體和奧氏體，還可以以滲碳體（Fe3C）化合物和游離態(tài)的石墨（Graphite）兩種形式存在。 鑄鐵中石墨的形成過(guò)程稱為石墨化過(guò)程。一、石墨化過(guò)程 S

3、CHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料1. 石墨的特性簡(jiǎn)單六方晶格結(jié)構(gòu)低強(qiáng)度低硬度低塑性和高脆性減摩性0b減振性 鑄鐵中石墨猶如完整的鐵基體（鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體）上出現(xiàn)的孔洞和裂縫一樣。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 同一層上的原子間距較小，其結(jié)合力較強(qiáng)，而層與層間的原子間距較大，其結(jié)合力較弱。在石墨化過(guò)程中，層的擴(kuò)大速度較快，而層間方向的加厚較慢，使石墨易形成片狀。 SCHOOL OF ELEC

4、TRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料2. 石墨形成的三個(gè)階段 鑄鐵中的石墨既可以在液體結(jié)晶時(shí)直接析出，也可以由Fe3C分解而來(lái)。這表明，鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程和組織轉(zhuǎn)變除了可按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，也可以按Fe-C(G)相圖進(jìn)行，因此鐵碳合金具有雙重相圖。 圖5-2中，實(shí)線表示Fe-Fe3C相圖，虛線表示Fe-G相圖。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGI

5、NEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 若將含有鑄鐵成分的鐵碳合金從液態(tài)以極其緩慢的平衡狀態(tài)進(jìn)行冷卻時(shí)，則其組織轉(zhuǎn)變將按照Fe-G相圖進(jìn)行，且石墨化過(guò)程可分為三個(gè)階段。 第一階段，液態(tài)石墨化階段。從液體中直接析出的石墨和在1154時(shí)通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變而形成的共晶石墨。 第二階段，中間石墨化階段。是從1154 738的冷卻過(guò)程中，自?shī)W氏體中析出的石墨。 第三階段，低溫石墨化階段。是在738通過(guò)共析轉(zhuǎn)變形成的共析石墨。4.262.08LG共晶0.68PG共析 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 第三階段的石

6、墨化溫度較低，原子擴(kuò)散條件差，有可能部分和全部不能形成石墨。0.68PG共析極慢冷：PGP共析慢冷：0.77P快冷：于是出現(xiàn)三種不同組織，即F+G、F+P+G、P+G。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 鑄鐵的組織決定于石墨化三階段進(jìn)行的程度，而影響石墨化程度的因素有許多，而鑄鐵的化學(xué)成分和凝固時(shí)的冷卻速度是兩個(gè)最主要的因素。 鑄鐵中的C和Si是促進(jìn)石墨化的元素，它們的含量越高，石墨化過(guò)程越易進(jìn)行。二、影響石墨化的因素1. 化學(xué)成分的影響 此外，P、Al、Cu、Ni、Co等元素也會(huì)促進(jìn)石墨化；而S、

7、Mn、Cr、W、Mo、V等元素則阻礙石墨化。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料2. 冷卻速度的影響 冷卻速度越慢，越有利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行。從鐵碳相圖的雙重相圖可知，同一化學(xué)成分的液態(tài)鑄鐵，若緩冷到11541148溫度范圍，這時(shí)還不具備形成Fe3C的溫度條件，所以只能形成石墨。 若快冷到1148以下時(shí)，其凝固過(guò)程既可以按照Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，也可按照Fe-G相圖進(jìn)行，但滲碳體Fe3C的成分（Wc6.69%）比石墨成分（ Wc100% ）更接近液態(tài)成分，因此從液態(tài)中形成Fe3C比形成石墨容易。 S

8、CHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料并且滲碳體的成分和結(jié)構(gòu)與石墨相比也更接近奧氏體，因此從奧氏體中析出Fe3C也比析出石墨容易?？傊?，冷卻速度越快，越不利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料第二節(jié) 各類鑄鐵的特點(diǎn)及應(yīng)用 （1）灰口鑄鐵 是第一階段和第二階段石墨化過(guò)程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，其中碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色，因此得名為灰口鑄鐵。是工業(yè)上應(yīng)用最多最廣的鑄鐵。一、鑄鐵的分類1.

9、按石墨化程度分 （2）白口鑄鐵 是三個(gè)階段石墨化過(guò)程都全部被抑制，完全按照Fe-Fe3C相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變而得到的鑄鐵，斷口呈銀白色，由此得名為白口鑄鐵。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 （1）普通灰口鑄鐵（簡(jiǎn)稱灰鑄鐵） 在顯微組織中，石墨呈片狀的鑄鐵。灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工業(yè)應(yīng)用最廣。2. 灰口鑄鐵按石墨形態(tài)分類 （2）可鍛鑄鐵 在顯微組織中，石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵?？慑戣T鐵生產(chǎn)工藝時(shí)間很長(zhǎng)、成本較高，故其應(yīng)用不如灰鑄鐵廣?？慑戣T鐵并不能鍛造。 （3）球墨鑄鐵 在顯微組織中，石墨呈球狀的鑄鐵。球

10、墨鑄鐵生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡(jiǎn)單，且力學(xué)性能較好，工業(yè)應(yīng)用較多。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 （4）蠕墨鑄鐵 在顯微組織中，石墨呈蠕蟲(chóng)狀的鑄鐵。蠕蟲(chóng)狀時(shí)介于片狀和球狀之間的一種結(jié)晶形態(tài)，蠕墨鑄鐵是在前幾種鑄鐵工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型鑄鐵，頗有應(yīng)用前景。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料二、常見(jiàn)灰口鑄鐵的特性及用途1. 普通灰口鑄鐵（灰鑄鐵）FG片狀組織：PG片狀FPG片狀工藝： 鐵水+墨化劑 澆注

11、牌號(hào)： 如，HT150性能： 強(qiáng)度較低、韌性較差應(yīng)用： 承壓件，如床身、機(jī)架、箱體、缸體、殼體等成分：2.5% 4.0%Cw Si1.0% 2.5%w Mn0.5% 1.4%wS0.10% 0.15%w P0.12% 0.25%w SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-3 灰鑄鐵的顯微組織 a）鐵素體基體 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-3 b）鐵素體+珠光體基體 SCHOOL OF ELECTRO

12、NICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-3 c）珠光體基體 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料2. 球墨鑄鐵FG球狀組織：PG球狀FPG球狀工藝： 鐵水+墨化劑+球化劑（Mg、Ce、RE）澆注牌號(hào)： 如，QT400-18性能： 強(qiáng)度高、韌性好，可與鋼媲美應(yīng)用： 可替代鋼，制作曲軸、連桿、主軸等成分：3.8% 4.0%Cw Mn0.6% 0.8%wSi2.0% 2.8%w S0.04%w P0.1%w RE0.03%w SCHOOL OF EL

13、ECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-4 球墨鑄鐵的顯微組織 a）鐵素體基體 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-4 b）鐵素體+珠光體基體 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-4 c）珠光體基體 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料3.

14、可鍛鑄鐵FG團(tuán)絮狀組織：PG團(tuán)絮狀工藝： 先澆注成白口鑄鐵，后石墨化退火牌號(hào)： 如，KTH300-06（黑心可鍛鑄鐵）成分：2.4% 2.8%Cw Mn0.4% 1.2%wSi1.2% 2.0%w S0.1%w P0.2%w KTZ450-06（珠光體可鍛鑄鐵）KTB350-04（白心可鍛鑄鐵） SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 將澆注成的白口鑄鐵加熱至900980，在高溫下經(jīng)15h左右的長(zhǎng)時(shí)間保溫，使其組織中的滲碳體發(fā)生分解，得到奧氏體與團(tuán)絮狀石墨組織；隨后在緩慢冷卻的過(guò)程中，奧氏體沿著已形成的團(tuán)

15、絮狀石墨的表面又析出二次石墨；冷卻至共析轉(zhuǎn)變溫度范圍（750720）時(shí)，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使石墨化第三階段低溫石墨化階段順利進(jìn)行，奧氏體分解成鐵素體與石墨，最終得到鐵素體+團(tuán)絮狀石墨組織。稱其為黑心可鍛鑄鐵，表示為“KTH”。黑心可鍛鑄鐵 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料 若通過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間時(shí)的冷卻速度較快，則奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最終獲得珠光體+團(tuán)絮狀石墨組織，稱其為珠光體可鍛鑄鐵，表示為“KTZ”。珠光體可鍛鑄鐵 如果將白口鑄鐵置于氧化性介質(zhì)中退火，使深度為1.52.0mm的表層完全脫碳得到

16、鐵素體組織，其心部仍為珠光體+團(tuán)絮狀石墨組織，稱其為白心可鍛鑄鐵，表示為“KTB”。白心可鍛鑄鐵 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料性能： 韌性較好，但不可鍛造應(yīng)用： 可承受沖擊載荷的薄壁零件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼，減速器殼等 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-5 可鍛鑄鐵的顯微組織 a）黑心可鍛鑄鐵 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料圖5-5 可鍛鑄鐵的顯微組織 b）珠光體可鍛鑄鐵 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING電氣信息工程學(xué)院機(jī)械工程材料4. 蠕墨鑄鐵FG蠕蟲(chóng)狀組織：PG蠕蟲(chóng)狀工藝：成分：3.5% 3.9%Cw Mn0.4% 0.8%wSi2.2% 2.8%