鑄鐵知識-金相

1、鑄鐵的基本知識鑄鐵的基本知識鑄鐵的種類鑄鐵的種類按照石墨形態(tài)可分為下列五種：按照石墨形態(tài)可分為下列五種：灰口鑄鐵：片狀石墨灰口鑄鐵：片狀石墨球墨鑄鐵：球狀石墨球墨鑄鐵：球狀石墨蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀石墨蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀石墨白口鑄鐵：石墨以碳化物形式存在白口鑄鐵：石墨以碳化物形式存在可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀石墨可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀石墨球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰口鑄鐵灰口鑄鐵 1.1 灰灰鐵的組織鐵的組織 灰鐵代表性的顯微鏡組織如圖灰鐵代表性的顯微鏡組織如圖2.4所示。正如這張照片所看到的，灰所示。正如這張照片所看到的，灰鐵的顯微鏡組織由鐵的顯微鏡組織由石墨組織和基地組織構(gòu)成石墨組織和基地組織構(gòu)成。而且，灰鐵的各性質(zhì)因這而

2、且，灰鐵的各性質(zhì)因這些組織的狀態(tài)而變化，鑄鐵的化學(xué)成分及凝固時的冷卻速度等會給這些些組織的狀態(tài)而變化，鑄鐵的化學(xué)成分及凝固時的冷卻速度等會給這些組織很大影響。組織很大影響。 1.1.1 石墨組織石墨組織 灰鐵的石墨組織由于會灰鐵的石墨組織由于會對其各性質(zhì)對其各性質(zhì),特別是機(jī)械性特別是機(jī)械性質(zhì)以很大影響質(zhì)以很大影響。顯微鏡試顯微鏡試料截面上觀察到的石墨如料截面上觀察到的石墨如右圖右圖,能看到各個片狀能看到各個片狀,如果如果溶出基地立體地進(jìn)行觀察溶出基地立體地進(jìn)行觀察的話的話,就如就如右下圖右下圖,意外地有意外地有連續(xù)性。連續(xù)性。）黒鉛）黒鉛 石墨石墨非常軟脆非常軟脆很軟，很脆很軟，很脆） 珠光體

3、珠光體交交互並層狀組織體；硬互並層狀組織體；硬強(qiáng)度強(qiáng)度鐵素體和滲碳體交互排鐵素體和滲碳體交互排列的層狀組織體；硬且列的層狀組織體；硬且有強(qiáng)度有強(qiáng)度） 鐵素體鐵素體 微量微量C（炭素）含（炭素）含鉄；鉄；比較的軟伸比較的軟伸含有微量含有微量C（碳素）的碳素）的鐵；比較軟有伸展性鐵；比較軟有伸展性） 滲碳體滲碳體鉄炭素化合物鉄炭素化合物(Fe3C)； ；非常硬脆非常硬脆鐵和碳素的化合物鐵和碳素的化合物（ Fe3C）；）；很硬而且脆很硬而且脆） 斯氏體斯氏體燐含三元共晶組織燐含三元共晶組織（ （Fe-Fe3C-Fe3P)；硬脆；硬脆溶融溫度低溶融溫度低含磷的三元共晶組織含磷的三元共晶組織（ （Fe-

4、Fe3C-Fe3P)； ；既硬既硬又脆，熔融溫度低又脆，熔融溫度低灰鋳鉄金相組織灰鋳鉄金相組織 AB BCDEABCDE灰鐵的基地組織在沒有特別的灰鐵的基地組織在沒有特別的熱處理或添加合金的情況下熱處理或添加合金的情況下,形形成珠光體或鐵素體或此兩者的成珠光體或鐵素體或此兩者的混合組織?；旌辖M織。鐵素體（鐵素體（Ferrite）：）：Fe中少量中少量含有被稱為含有被稱為固溶體的固溶體的碳碳，軟軟，軟軟的。在灰鐵上，多出現(xiàn)在石墨的。在灰鐵上，多出現(xiàn)在石墨的周邊。的周邊。珠光體（珠光體（Pearlite）：）：如如圖圖2.8所示所示,組織組織呈白和黑的條呈白和黑的條紋紋狀。是因狀。是因為為以以鐵鐵

5、素體素體和滲碳體的板狀和滲碳體的板狀結(jié)結(jié)晶相交成晶相交成層層狀的截狀的截面作面作為觀為觀看的形狀的?？吹男螤畹?。為為此，有著極此，有著極其其強(qiáng)韌強(qiáng)韌的性的性質(zhì)質(zhì)，在，在硅硅量的低范量的低范圍圍里布里布氏硬度氏硬度約為約為230，抗拉，抗拉強(qiáng)強(qiáng)度度約為約為880N/mm2。 。 為了改善鑄鐵的材質(zhì)，在澆注之前為了改善鑄鐵的材質(zhì)，在澆注之前的溶湯里添加粒狀的純硅素（的溶湯里添加粒狀的純硅素（Si），），硅硅鐵（鐵（Fe-Si），），硅化鈣等，這一般被稱為硅化鈣等，這一般被稱為接種。接種。 接種的材質(zhì)改善就是進(jìn)行石墨組織接種的材質(zhì)改善就是進(jìn)行石墨組織變化，通過接種將變化，通過接種將D型或型或E型石墨

6、變?yōu)樾褪優(yōu)锳型石墨。接種能防止白口化，改善質(zhì)量型石墨。接種能防止白口化，改善質(zhì)量效果等效果等。 灰鐵的溶解溫度越高，石墨就越灰鐵的溶解溫度越高，石墨就越小，殘留成為初晶奧氏體形狀。這是小，殘留成為初晶奧氏體形狀。這是由于高溫溶解石墨的核消失，易過冷。由于高溫溶解石墨的核消失，易過冷。通過適當(dāng)?shù)慕臃N，能夠改善該石墨組通過適當(dāng)?shù)慕臃N，能夠改善該石墨組織?？?。1.2.1 物理的性質(zhì)物理的性質(zhì) 灰鐵的物理性質(zhì)不僅取決于化學(xué)組成灰鐵的物理性質(zhì)不僅取決于化學(xué)組成,其組織也會帶來很大的影響。例如其組織也會帶來很大的影響。例如,會因會因鑄鐵中的碳以何種形式存在帶來很大的鑄鐵中的碳以何種形式存在帶來很大的差

7、異。因此，灰鐵的物理性質(zhì)不是以點，差異。因此，灰鐵的物理性質(zhì)不是以點，很多是以范圍來表示的。很多是以范圍來表示的。（1）密度）密度 灰灰鐵鐵的密度受其構(gòu)成的的密度受其構(gòu)成的組織組織要素的量的要素的量的影響。由于石墨特影響。由于石墨特別輕別輕，通，通過過量的增減會量的增減會對對密度密度產(chǎn)產(chǎn)生差異。生差異。下下圖圖為為各種各種類類灰灰鐵鐵的密度。的密度。（2）融點）融點灰鐵因為是灰鐵因為是Fe-C-Si系系3元合金，從凝固元合金，從凝固開始到開始到終了期間存在凝固范圍，由于該范終了期間存在凝固范圍，由于該范圍會因化學(xué)組成而變化，所以融點不固定。圍會因化學(xué)組成而變化，所以融點不固定。凝固開始溫度（初

8、晶溫度）根據(jù)化學(xué)組成凝固開始溫度（初晶溫度）根據(jù)化學(xué)組成即即碳碳及及硅硅量而變化。量而變化。另一方面，如果增加灰另一方面，如果增加灰鐵鐵中的磷（中的磷（P），），融點融點為為1228K（ （955） ）的的話話會出會出現(xiàn)現(xiàn)低斯氏體磷化低斯氏體磷化鐵鐵（ （Fe3P） ）和和鐵鐵素體的疑似素體的疑似2元共晶，由于溶元共晶，由于溶解溫度解溫度顯顯著降低，高溫下使用需要注意。因著降低，高溫下使用需要注意。因此，作此，作為為灰灰鐵鐵的融點，的融點，應(yīng)應(yīng)在在13901520K（ （11171247）的范）的范圍圍內(nèi)。內(nèi)。鐵素體（Si，O%）珠光體滲碳體石墨斯氏體奧氏體（C，0.9%）馬氏體（C，0.9%

9、）灰鐵組織構(gòu)成要素各密度灰鐵組織構(gòu)成要素各密度 如前所述如前所述,灰鐵的組織是灰鐵的組織是由石墨組織和基地組織構(gòu)成的。由石墨組織和基地組織構(gòu)成的。石墨的強(qiáng)度和基地比較，小石墨的強(qiáng)度和基地比較，小得得可以忽視，石墨量越是增加鑄可以忽視，石墨量越是增加鑄鐵的強(qiáng)度就越低。另外，即使鐵的強(qiáng)度就越低。另外，即使是同樣石墨組織的情況下，因是同樣石墨組織的情況下，因基地組織，強(qiáng)度變化顯著。灰基地組織，強(qiáng)度變化顯著。灰鐵的基地如果從珠光體變化為鐵的基地如果從珠光體變化為鐵素體的話抗拉強(qiáng)度和硬度也鐵素體的話抗拉強(qiáng)度和硬度也會顯著降低，如果成為貝氏體會顯著降低，如果成為貝氏體的話這些值就會顯著上升。的話這些值就會

10、顯著上升。成熟度：對于由鑄鐵的碳素飽成熟度：對于由鑄鐵的碳素飽和度推定的標(biāo)準(zhǔn)的抗拉強(qiáng)度，和度推定的標(biāo)準(zhǔn)的抗拉強(qiáng)度，實際的抗拉強(qiáng)度比如下公式所實際的抗拉強(qiáng)度比如下公式所示。示。成熟度成熟度 RG=B100/B=B100/(102-82.5Sc)比較硬度：由鑄鐵的抗拉強(qiáng)度推比較硬度：由鑄鐵的抗拉強(qiáng)度推定的標(biāo)準(zhǔn)的布氏硬度和實際的硬定的標(biāo)準(zhǔn)的布氏硬度和實際的硬度公式度公式如下如下。比較硬度比較硬度 RH=HB/HB=HB/(100+4.3B) JIS G 5501-1989 灰鐵品灰鐵品 上根據(jù)上根據(jù)機(jī)械性能可分為機(jī)械性能可分為FC100、150、200、250、300及及350這這6種。種。 灰鐵的

11、抗拉強(qiáng)度受所占截面石墨灰鐵的抗拉強(qiáng)度受所占截面石墨部部面積的影響。因此，認(rèn)為抗拉強(qiáng)度與表面積的影響。因此，認(rèn)為抗拉強(qiáng)度與表示石墨量的碳素飽和度（示石墨量的碳素飽和度（Sc）和碳素當(dāng)和碳素當(dāng)量（量（CE）值之間有關(guān)聯(lián)值之間有關(guān)聯(lián)。左圖。左圖所示所示的的是是碳素飽和度及碳素當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的碳素飽和度及碳素當(dāng)量和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。關(guān)系。 表表2.7所示的是為制造所示的是為制造JIS G 5501的的灰鐵品的各種類標(biāo)準(zhǔn)的灰鐵品的各種類標(biāo)準(zhǔn)的C及及Si量。量。圖圖2.13所示的是灰鐵的抗拉強(qiáng)度和壓所示的是灰鐵的抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度的關(guān)系縮強(qiáng)度的關(guān)系,壓縮強(qiáng)度的值為抗拉壓縮強(qiáng)度的值為抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度的34倍倍壓

12、縮強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 灰鐵的情況下，抗拉及壓縮試驗上應(yīng)力歪曲的關(guān)系認(rèn)為不是直線，是從應(yīng)力負(fù)荷的初期階段一點點塑性變形。而且該變形是抗拉方面比較大。彈性系數(shù)為方便起見，顯示了在抗拉試驗上負(fù)荷開始點上接線的傾斜。如圖如圖2.14所示所示,灰鐵的彈性系數(shù)在灰鐵的彈性系數(shù)在75140GPa的范圍的范圍里。里。 灰鐵硬度考慮了其粗糙組織采用壓灰鐵硬度考慮了其粗糙組織采用壓痕面積寬的布氏硬度。其值在痕面積寬的布氏硬度。其值在120300的的范圍里，其變化與石墨量和基地組織相范圍里，其變化與石墨量和基地組織相關(guān)連。關(guān)連。 灰鐵由于內(nèi)部的缺口和認(rèn)為的片狀灰鐵由于內(nèi)部的缺口和認(rèn)為的片狀石墨大量分散在組織中，其沖擊值

13、極小，石墨大量分散在組織中，其沖擊值極小，一般夏氏沖擊式樣吸收的能量為一般夏氏沖擊式樣吸收的能量為28104J/m2程度。程度。FC150：機(jī)性質(zhì)沒什么問題的殼、罩類機(jī)性質(zhì)沒什么問題的殼、罩類FC200FC200：小型汽缸體及汽缸頭，離合盤，小型汽缸體及汽缸頭，離合盤，齒輪箱，液壓泵體，水泵，渦輪殼，齒輪箱，液壓泵體，水泵，渦輪殼，排氣管，剎車轂等排氣管，剎車轂等FC250：汽缸體及汽缸頭，飛輪，汽缸汽缸體及汽缸頭，飛輪，汽缸套，活塞，傳動箱，軸承蓋，剎車轂，套，活塞，傳動箱，軸承蓋，剎車轂，離合盤等離合盤等FC300：大型剎車轂，離合盤，汽缸大型剎車轂，離合盤，汽缸體及汽缸頭等體及汽缸頭等F

14、C350：汽缸，閥座，壓力板，齒輪箱等汽缸，閥座，壓力板，齒輪箱等鐵素體基地：鐵素體基地：FCD400A珠光體基地：珠光體基地：FCD600鐵素體與珠光體混合基地鐵素體與珠光體混合基地機(jī)械性能：機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度： 硬度：硬度： 延伸率：延伸率：石墨數(shù)：石墨數(shù)：抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 延伸率延伸率 硬度硬度HB 基地基地400Mpa 15% 121197 F450Mpa 12% 143217 F500Mpa 7% 187255 F+ P550Mpa 5% 192269 P+ F600Mpa 3% 192269 P700Mpa 2% 245295 P一般要求一般要求100個個/mm2基地組織

15、：基地組織：一般可允許一般可允許5%碳化物碳化物球化率：一般要求球化率：一般要求80%球墨鑄鐵的種類球墨鑄鐵的種類(1)按照牌號按照牌號(材質(zhì)材質(zhì)),可分為以下幾類可分為以下幾類:QT400-15/18 ,延伸性與沖擊性能好延伸性與沖擊性能好,耐寒耐寒 ,如轉(zhuǎn)向節(jié)如轉(zhuǎn)向節(jié)QT450-12:HUB類類QT500-7/10:QT550-5:SABS殼體殼體/支架支架QT600-3:TFS CD90CASE-BQT700-2:JOHN DEERE YOKE / SUPPOTFJW:球鐵代號為球鐵代號為FCD中國中國 GB QT日本日本 JIS FCD德國德國 DIN GGG球墨鑄鐵的種類球墨鑄鐵的種

16、類(2)富士和生產(chǎn)的大多數(shù)球鐵為高硅高鉬球鐵富士和生產(chǎn)的大多數(shù)球鐵為高硅高鉬球鐵,如如:排氣管排氣管渦輪殼渦輪殼ELBOW其主要特性為其主要特性為: 耐高溫耐高溫, 耐腐蝕耐腐蝕.Mo 0.5 1.1%Si 3.75 4.5%球墨鑄鐵產(chǎn)生機(jī)理球墨鑄鐵產(chǎn)生機(jī)理(1)：原湯原湯 + 球化劑球化劑 =球墨鑄鐵球墨鑄鐵片狀石墨片狀石墨球狀石墨球狀石墨元素元素： 鎂 Mg 鈣 Ca 鈰 Ce 鑭 La 釔 Y載體載體: 金屬 Mg 合金 NiMg 鎂硅鐵 MgFeSi 混合稀土金屬OSMg大顆粒的MgO, MgS and Mg-Si-oxide小顆粒的MgO, MgS and Mg-Si-oxide=+

17、球墨鑄鐵產(chǎn)生機(jī)理球墨鑄鐵產(chǎn)生機(jī)理(2)FJW使用球化劑使用球化劑:MgFeSi球化劑球化劑Mg + S = MgSCa + S = CaSRE + S = RE-SMg + Si + 3O = MgSiO32Mg + Si + 4O = Mg2SiO4Mg- 吸收率吸收率:60 - 80%Mg殘留量殘留量:0.025%球化劑的種類球化劑的種類金屬金屬 Mg 合金合金 NiMg 鎂硅鐵鎂硅鐵 MgFeSi 混合稀土金屬混合稀土金屬球化劑組成球化劑組成Mg:56%Si :4050%Ca:1.83%Al: 1.5%RE:1.53%球化不良的原因球化不良的原因鐵水的化學(xué)成分鐵水的化學(xué)成分球化溫度球化溫度球化劑的影響球化