1、 工程材料與熱加工基礎工程材料與熱加工基礎第六章 鑄鐵機械工程系金工教研室 第六章第六章 鑄鐵鑄鐵 1.鑄鐵的石墨化；鑄鐵的石墨化； 2.工業常用鑄鐵；工業常用鑄鐵； 灰口鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 3.知識窗；知識窗； 4.學習指導學習指導 目的：目的： 掌握常用鑄鐵的性能掌握常用鑄鐵的性能特點；特點； 掌握鑄鐵的牌號；掌握鑄鐵的牌號； 了解鑄鐵的應用；了解鑄鐵的應用；6.1 鑄鐵的分類及石墨化 鑄鐵是指一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。 6.1.1 鑄鐵的分類鑄鐵的分類 1白口鑄鐵白口鑄鐵 2麻口鑄鐵 3灰口鑄鐵（1）灰鑄鐵 碳主要以片狀石墨形式出現的鑄鐵；（2）可鍛鑄鐵 碳主要以團絮狀

2、石墨形式出現的鑄鐵；（3）球墨鑄鐵 碳主要以球狀石墨形式出現的鑄鐵；（4）蠕墨鑄鐵 碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現的鑄鐵。 6.1.2鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 鑄鐵中石墨的形成過程稱為鑄鐵的石墨化石墨化。影響鑄鐵石墨化的因素較多，其中化學成分和冷卻速度是影響石墨化的主要因素。 1化學成分的影響化學成分的影響 碳和硅都是強烈促進石墨化的元素碳和硅都是強烈促進石墨化的元素；磷也是促進石墨化的元素，但其作用較弱；硫是強烈阻礙石墨化的元素 2冷卻速度的影響冷卻速度的影響 冷卻速度快，鑄鐵容易產生白口鑄鐵組織； 冷卻速度慢，碳原子擴散充分，有利于石墨化過程充分進行，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵組織。 6.2.1 灰

3、口鑄鐵灰口鑄鐵 1灰鑄鐵的化學成分、組織和性能灰鑄鐵的化學成分、組織和性能 （1）化學成分灰鑄鐵的化學成分一般為：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。 (2)組織由于石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：鐵素體(F)+片狀石墨(G)；鐵素體(F)珠光體(P)+片狀石墨(G)；珠光體(P)+片狀石墨(G)。 6.2.1 灰口鑄鐵灰口鑄鐵（3）性能 力學性能石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學性能，但卻使灰鑄鐵獲得了許多鋼所不及的優良性能 優良的性能： 良好的鑄造性能 良好的減震性 較低的缺口敏感性 良好的切削加工性 良好的減摩性 良

4、好的抗壓性能6.2.1 灰口鑄鐵灰口鑄鐵b類 別牌號用 途 舉 例鐵素體灰鑄鐵HTl00低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架等鐵索體珠光體灰鑄鐵HT150承受中等應力的零件，如底座、床身、工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件珠光體灰鑄鐵HT200承受較大應力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等HT250孕育鑄鐵HT300床身導軌，車床、沖床等受力較大的床身、機座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發動機的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等HT3506.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 是20世紀50年代發展起來的一種新型鑄鐵，

5、它是經過球化處理后得到的。球化處理的方法是在鐵液出爐后、澆注前加入一定量的球化劑(稀土鎂合金等)和孕育劑，使石墨呈球狀析出。 6.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 1球墨鑄鐵的化學成分、組織和性能球墨鑄鐵的化學成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）組織 球墨鑄鐵的組織可分為四種類型：鐵素體(F)+球狀石墨(G)，鐵索體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)，珠光體(P)+球狀石墨(G)，下貝氏體(B下)+球狀石墨(G)。為鐵素體球墨鑄鐵的顯微組織。圖6-3 鐵素體球墨鑄鐵顯微組織6.2.2

6、球墨鑄鐵球墨鑄鐵 （3）性能 球墨鑄鐵的力學性能與基體的類型以及球狀石墨的大小、形狀及分布狀況有關。由于球狀石墨對基體的割裂作用最小，又無應力集中作用，球墨鑄鐵基體的強度、塑性和韌性可以充分發揮，所以，球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，有高的強度和良好的塑性與韌性。它的某些性能可以與鋼相媲美，如屈服點比碳素結構鋼高，疲勞強度接近中碳鋼。同時，它還具有灰鑄鐵的減震性、減磨性和小的缺口敏感性等優良性能。球墨鑄鐵中的石墨球的圓整度越好，球徑越小，分布越均勻，則球墨鑄鐵的力學性能就越好。6.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵基體類型牌號用途舉例鐵素體QT400-15QT400-10閥體，汽車、內燃機車零件，機床零件，減譴器

7、殼鐵素體+珠光體QT500-7機油泵齒輪，機車、車輛軸瓦珠光體QT700-2QT800-2柴油機曲軸、凸輪軸汽缸體、缸套，活塞環，部分磨床、銑床、車床的主軸等下貝氏體QT900-2汽車的螺旋錐齒輪，拖拉機減速齒輪柴油機凸輪軸6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。蠕墨鑄鐵的生產過程是：首先澆注成白口鑄鐵件，然后經可鍛化退火（可鍛化退火使滲碳體分解為團絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件。6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 1可鍛鑄鐵的化學成分、組織和性能1）可鍛鑄鐵的化學成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 2）可鍛鑄

8、鐵的組織有二種類型：鐵素體(F)+團絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團絮狀石墨(G)。 3)性能由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進行鍛壓加工。可鍛鑄鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強度、硬度和耐磨性。 6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵類 別牌號應用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300-06KTH330-08KTH35010KTH37012汽車、拖拉機的后橋外殼、轉向機構、彈簧鋼板支座等，機床上用的扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣板和農具等珠光體可鍛鑄鐵KTZ550-

9、04KTZ700-02曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂，活塞環等知識窗 1耐磨鑄鐵 耐磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。根據工作條件的不同，分為以下兩類： (1)抗磨鑄鐵 在干摩擦及抗磨料磨損條件下工作的零件，如軋輥、犁鏵、拋丸機葉片、球磨機磨球等，應具有均勻的高硬度和必要的韌性。 白口鑄鐵 白口鑄鐵生產簡便，價格低廉，但脆性大，適用于沖擊載荷不大的犁鏵等抗磨鑄件和清理拋丸機中的鐵丸等。知識窗 冷硬鑄鐵 在造型時，在鑄件要求抗磨的部位作成金屬型，其余部位用砂型，并適當調整化學成分(如降低含硅量)，使其要求抗磨處得到白口組織，而其余部位韌性較好，可承受一定的沖擊。生產中采用此類“激冷”方法獲得的抗磨鑄鐵稱

10、為冷硬鑄鐵，主要用于制造軋輥、車輪、凸輪軸等。 高鉻白口鑄鐵 向白口鑄鐵中加入少量的鉻、鉬、鎢、釩、硼等元素，使之形成合金滲碳體，可提高其抗磨性，但韌性改善不多。高鉻白口鑄鐵合金元素含量高，價格昂貴，但用其制造的零件比高錳鋼提高壽命幾倍甚至十幾倍，最終經濟效益十分顯著。知識窗 中錳耐磨球墨鑄鐵 含有wMn=5%95%，wSi=3.3%5%的中錳耐磨球墨鑄鐵，鑄態組織為馬氏體、奧氏體、碳化物和球狀石墨，具有較高的耐磨性和較好的強度與韌性，不需貴重合金元素，可用沖天爐熔煉，成本低，可代替高錳鋼或鍛鋼制造受沖擊的一些抗磨零件。中錳耐磨球墨鑄鐵適用于制造犁鏵、粉碎機錘頭、球磨機磨球、襯板等。知識窗 (

11、2)減摩鑄鐵 在潤滑條件下工作的零件，如機床導軌、汽缸套、活塞環、軸承等，其組織應為軟基體上分布硬質點(強化相)。軟基體磨損后形成溝槽，起儲油和潤滑作用，硬質點起支承作用。常用的減摩鑄鐵有普通高磷鑄鐵和合金高磷鑄鐵。 在孕育鑄鐵中加入磷(wP=0.4%0.6%)，磷在鑄鐵中以磷共晶形式存在，呈斷續網狀分布，形成堅硬骨架，能大大提高鑄鐵的耐磨性，這種鑄鐵稱為普通高磷鑄鐵。在普通高磷鑄鐵基礎上加入適量的鉻、鉬、鎢、銅、釩、鈦等元素，以細化組織，增加珠光體含量，形成高硬度的碳化和氮化物，提高鑄鐵的韌性、強度和耐磨性，這種鑄鐵稱為合金高磷鑄鐵，可制作發動機缸套、機床導軌等零件。知識窗2耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵

12、是指可以在高溫下使用，其抗氧化或抗生長性能符合使用要求的鑄鐵?！吧L”是指由于氧化性氣體沿石墨片邊界和裂紋滲入鑄鐵內部造成的氧化，以及因Fe3C分解而發生的石墨化引起鑄件體積膨脹。向鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等元素，使鑄件表面形成一層致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜，能明顯提高高溫下的抗氧化能力，同時能夠使鑄鐵的基體變為單相鐵素體。此外，硅、鋁可提高相變點，使其在工作溫度下不發生固態相變，可減少由此而產生的體積變化和顯微裂紋。鉻可形成穩定的碳化物，提高鑄鐵的熱穩定性。常用的耐熱鑄鐵有中硅鑄鐵、高鉻鑄鐵、鎳鉻硅鑄鐵等，主要用于制造加熱爐附件，如爐底板、送鏈構件、換熱器等。知識窗 3耐蝕鑄鐵

13、 耐蝕鑄鐵是指能耐化學、電化學腐蝕的鑄鋏。在鑄鐵中加入鉻、硅、鋁、鉬、銅、鎳等合金元素，可使鑄件表面形成一層致密的保護膜，還可提高鐵索體的電位，增加鑄鐵的耐蝕能力。耐蝕鑄鐵種類很多，應用較廣的是高硅(wSi10%18%)鑄鐵，其組織為：含硅鐵素體+石墨+Fe3Si2。高硅鑄鐵廣泛用于制造化工、石油、化纖、冶金等工業設備。學習指導學習指導本章基本要求：本章基本要求： 本章主要介紹鑄鐵的分類、組織、性能和應用等內容。通過本章的學習，要求學生掌握鑄鐵的分類；學生要理解鑄鐵的組織與性能的關系，特別要理解鑄鐵中的石墨對鑄鐵性能的影響；學生要熟悉常用鑄鐵的牌號、性能特點及應用范圍。本章學習要點：本章學習要點： 1鑄鐵分類：白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵和合金鑄鐵 2影響石墨化的因素：化學成分和冷卻速度 3灰鑄鐵的孕育處理：在澆注前向鐵水中加入少量的孕育劑（如硅鐵、硅鈣合金等），改變鐵水的結晶條件，從而得到