1、第六章第六章 鑄鐵鑄鐵 一一 鑄鐵及其分類鑄鐵及其分類 概念：鑄鐵是碳含量大于概念：鑄鐵是碳含量大于2.112.11 的鐵碳合金，并且還含有較多量的的鐵碳合金，并且還含有較多量的硅硅錳錳硫硫 磷元素磷元素鑄鐵的生產設備和工藝簡單，價格便宜鑄鐵的生產設備和工藝簡單，價格便宜，并具有許多優良的使用性能和工，并具有許多優良的使用性能和工藝性能，所以應用非常廣泛，是工藝性能，所以應用非常廣泛，是工程上最常用的金屬材料之一。程上最常用的金屬材料之一。 用于制造各種機器零件，如機床的床身用于制造各種機器零件，如機床的床身、床頭箱；發動機的汽缸體、缸套、床頭箱；發動機的汽缸體、缸套、活塞環、曲軸、凸輪軸；軋

2、機的、活塞環、曲軸、凸輪軸；軋機的軋輥及機器的底座等。軋輥及機器的底座等。 箱體 啟動閥 o 在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在： o 固溶在固溶在F F、A A中中 o 化合物態的滲碳體化合物態的滲碳體(Fe3C)(Fe3C)， o 游離態石墨游離態石墨G G）o 分類：根據碳在鑄鐵中的存在形式分類：根據碳在鑄鐵中的存在形式G or CemG or Cem分分為為o 白口鑄鐵白口鑄鐵-碳主要以游離碳化物的形式析出，碳主要以游離碳化物的形式析出，斷口呈銀白色斷口呈銀白色 o 灰口鑄鐵灰口鑄鐵-碳大部分或全部以石墨的形式析碳大部分或全部以石墨的形式析出，斷口呈

3、暗灰色出，斷口呈暗灰色o 麻口鑄鐵麻口鑄鐵-碳部分以游離碳化物形式析出，碳部分以游離碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間 二二 復線鐵碳相圖復線鐵碳相圖 在鐵碳相圖中，碳可以化合態的滲碳體的形式和游在鐵碳相圖中，碳可以化合態的滲碳體的形式和游離態的石墨離態的石墨(G)的形式存在。滲碳體具有復雜的斜的形式存在。滲碳體具有復雜的斜方結構。石墨具有特殊的簡單六方晶格，其底面碳方結構。石墨具有特殊的簡單六方晶格，其底面碳原子呈六方網絡排列，原子間為共價鍵結合，間距原子呈六方網絡排列，原子間為共價鍵結合，間距小小1.42結合力很強；底面層之間為分子鍵，

4、結合力很強；底面層之間為分子鍵，面間距離大面間距離大3.04），結合力弱，所以石墨的強），結合力弱，所以石墨的強度和硬度不高，韌性很低。石墨的晶體結構如圖度和硬度不高，韌性很低。石墨的晶體結構如圖 o滲碳體為亞穩定相，在一定條件下滲碳體為亞穩定相，在一定條件下能分解為鐵和石墨能分解為鐵和石墨Fe3C3Fe+GFe3C3Fe+G）; ; o石墨為穩定相。所以在不同情況下，石墨為穩定相。所以在不同情況下，鐵碳合金可以有亞穩定平衡的鐵碳合金可以有亞穩定平衡的Fe-Fe-Fe3CFe3C相圖，以及穩定平衡的鐵石相圖，以及穩定平衡的鐵石墨相圖。即鐵碳合金相圖應該是復墨相圖。即鐵碳合金相圖應該是復合相圖，

5、見圖。其中，實線表示合相圖，見圖。其中，實線表示Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖，虛線表示鐵碳合金相圖，虛線表示鐵碳合金. .究竟按哪種相圖變化，決定于其加究竟按哪種相圖變化，決定于其加熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質亞穩定平衡還是穩定平衡）。虛亞穩定平衡還是穩定平衡）。虛線相圖的分析方法，與前面討論過線相圖的分析方法，與前面討論過的實線相圖完全相同。的實線相圖完全相同。 三鑄鐵的石墨化過程三鑄鐵的石墨化過程 石墨化石墨化-鑄鐵中碳原子析出并形成石墨鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程。的過程。 石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，也

6、可以通過滲碳體分解來獲得。灰口鑄也可以通過滲碳體分解來獲得。灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經長時間高溫退火，由滲碳體的高溫鐵經長時間高溫退火，由滲碳體的高溫分解來獲得。分解來獲得。 按照鐵石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過程石墨化分為三個階段。按照鐵石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過程石墨化分為三個階段。第一階段石墨化第一階段石墨化 鑄鐵液體結晶出一次石墨過共晶鑄鐵和在鑄鐵液體結晶出一次石墨過共晶鑄鐵和在 1154(ECF線線) 通過共晶反應形成共晶石墨，其反應式為：通過共晶反應形成共晶石

7、墨，其反應式為： LcAE+G共晶）共晶）第二階段石墨化第二階段石墨化 在在1154 738溫度范圍內奧氏體沿溫度范圍內奧氏體沿ES線析出二次石墨。線析出二次石墨。第三階段石墨化第三階段石墨化 在在738 （PSK）通過共析反應析出石墨，其反應方程式為：）通過共析反應析出石墨，其反應方程式為： AsFp+G(共析共析) 含含3的亞共晶鑄鐵石墨相圖進行轉變的過程如圖所示的亞共晶鑄鐵石墨相圖進行轉變的過程如圖所示 四影響石墨化的主要因素四影響石墨化的主要因素 (一一)溫度及冷卻速度溫度及冷卻速度 鑄鐵的結晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分擴散，鑄鐵的結晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分

8、擴散，通常按鐵石墨相圖進行。碳以石墨的形式析出。當冷速較快時，通常按鐵石墨相圖進行。碳以石墨的形式析出。當冷速較快時，由液體析出的是滲碳體而不是石墨，因為滲碳體的含碳量由液體析出的是滲碳體而不是石墨，因為滲碳體的含碳量669）比石墨）比石墨100）更接近于合金的含碳量）更接近于合金的含碳量2540），析出滲碳體所需的碳原子擴散量較少。在低溫共晶反），析出滲碳體所需的碳原子擴散量較少。在低溫共晶反應溫度條件下，碳原子擴散能力較差，鑄鐵的石墨化過程往往應溫度條件下，碳原子擴散能力較差，鑄鐵的石墨化過程往往難以進行。難以進行。 鑄鐵加熱時，到鑄鐵加熱時，到550以上，共析滲碳體開始分解為石墨和鐵素以

9、上，共析滲碳體開始分解為石墨和鐵素體。加熱溫度越高，保溫時間越長，分解越強烈。在共析溫度以體。加熱溫度越高，保溫時間越長，分解越強烈。在共析溫度以下，二次滲碳體共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和下，二次滲碳體共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石墨。石墨。 因此，在實際生產中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長時間保因此，在實際生產中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長時間保溫，都有利于石墨化進程。溫，都有利于石墨化進程。 （二合金元素 按對石墨化的作用，合金元素可分為兩大類： 促進石墨化的元素-CSiAlCuNiCo等。 阻礙石墨化的元素-CrWMoVMn 等，以及雜質元素S。一般來說，非碳化

10、物形成元素阻礙石墨化。在促進石墨化的元素中，C和Si最強烈。生產中，調整碳硅含量，是控制鑄鐵組織與性能的基本措施。碳不僅促進石墨化，而且還影響石墨的數量大小和分布。S強烈促進石墨的白口化，并使機械性能和鑄造性能惡化，因此一般控制在015以下。 生產中，調整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。 CE CE來評價鑄鐵成份的石墨化能力：來評價鑄鐵成份的石墨化能力： CE=Wc+1/2W(Si+P) CE=Wc+1/2W(Si+P) 同時用共晶度表示鑄鐵的碳含量接近共晶同時用共晶度表示鑄鐵的碳含量接近共晶點濃度的程度，點濃度的程度，Sc=1Sc=1共晶鑄鐵；共晶鑄鐵；Sc1Sc1Sc 1過共晶

11、鑄鐵。過共晶鑄鐵。Sc CE-Sc CE-石石墨化能力墨化能力)o 五.鑄鐵的組織特征和分類o 石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同 鑄鐵經不同程度石墨化后所得的組織鑄鐵經不同程度石墨化后所得的組織名稱名稱 石墨化程度石墨化程度 顯微組織顯微組織 第一階段第一階段 第二階段第二階段 第三階段第三階段 灰鑄鐵灰鑄鐵 充分進行充分進行 充分進行充分進行 充分進行充分進行 充分進行充分進行 充分進行充分進行 充分進行充分進行 充分進行充分進行 部分進行部分進行 不進行不進行 F FG G F FP PG G P PG G 麻鑄鐵麻鑄鐵 部分進行部分進行 部分進行部分進行 不進行不進行 LeL

12、e+P+G+P+G 白口鑄鐵白口鑄鐵 不進行不進行 不進行不進行 不進行不進行 LeLe+P+Fe+P+Fe3 3C C o組織構成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，組織構成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，另一部分是基體。基體可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，另一部分是基體。基體可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，相當于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體相當于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體上分布著石墨夾雜。上分布著石墨夾雜。 o石墨形態：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態是不同的石墨形態：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態是不

13、同的o 灰鑄鐵和變質鑄鐵中的石墨呈片狀；灰鑄鐵和變質鑄鐵中的石墨呈片狀； o 可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀；可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀； o 球墨鑄鐵中的石墨呈球狀；球墨鑄鐵中的石墨呈球狀； o 蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。 六.鑄鐵的性能特點 灰鑄鐵的抗拉強度和塑性都很低，石墨對基體嚴重割裂。石墨強度、韌性極低，相當于裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應力集中。 石墨越多，越大，對基體的割裂作用越嚴重，鑄鐵抗拉強度越低。 變質處理可細化石墨片，提高鑄鐵的強度，但塑性無明顯改善。 石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能： （1石墨造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優異。 （2鑄鐵的

14、鑄造性能良好，鑄件凝固時形成石墨產生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內應力。 （3石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。 （4石墨對振動的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。 （5大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對缺口不敏感。 各種鑄鐵的機械性能 第二節第二節 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 灰口鑄鐵是價格便宜應用最廣泛的鑄鐵材料。在各類鑄鐵的總產量中，灰口鑄鐵占80以上。 一鑄鐵的牌號 我國灰口鑄鐵的牌號見表。“HT表示“灰鐵”，后面的數字表示最低抗拉強度。灰鑄鐵中的碳、硅質量分數一般控制在以下范圍：2.5%4.0%C; 1.0%2.0%Si。 二、灰鑄鐵的組織 灰口鑄鐵有鐵

15、素體基體珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種鑄鐵，其組織見圖。 三三 灰口鑄鐵的性能灰口鑄鐵的性能 1 1、優良的鑄造性能、優良的鑄造性能 由于灰鑄鐵的化學成分接近共晶點，所以鐵水流動性好，可以鑄由于灰鑄鐵的化學成分接近共晶點，所以鐵水流動性好，可以鑄造非常復雜的零件；另外由于石墨比容較大，使鑄件凝固時的造非常復雜的零件；另外由于石墨比容較大，使鑄件凝固時的收縮量減少可簡化工藝，減輕鑄件的應力，并可得到致密的組收縮量減少可簡化工藝，減輕鑄件的應力，并可得到致密的組織。織。 2 2、優良的耐磨性、優良的耐磨性 石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲存潤滑油，石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落

16、后的空洞能吸附和儲存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性；此外由于鑄件中帶有硬度很高的磷共使鑄件有良好的耐磨性；此外由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶：又能使抗磨能力進一步晶：又能使抗磨能力進一步 提高，這對于制備活塞環氣缸套提高，這對于制備活塞環氣缸套等受摩擦零件具有重要意義，等受摩擦零件具有重要意義， 3 3、消震性好、消震性好 石墨可以阻止震動的傳播灰鑄鐵的消震能力是鋼的石墨可以阻止震動的傳播灰鑄鐵的消震能力是鋼的1010倍，常用倍，常用來制作承受振動的機床底座。來制作承受振動的機床底座。4、較低的缺口敏感姓和良好的切削加工性能 灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當于存在很多小的缺口對表面的缺陷、缺口等幾乎

17、沒有敏感性因此，表面的缺陷對鑄鐵的疲勞強度影響較小，但其疲勞強度比鋼要低； 由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用相對刀具的潤滑起減摩作用、所以其切削加工性是良好的5、灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鑄鋼 灰鑄鐵的抗壓強度和硬度主要取決于基體組織；灰鑄鐵的抗壓強度一般比抗拉強度高出3-4倍，這是灰鑄鐵的一種特性，因此與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合：這就是廣泛用作機床床身和支柱受耐壓零件的原因，灰鑄鐵的硬度與同樣基體的正火鋼相近 四四. .影響灰鑄鐵組織和性能的因素影響灰鑄鐵組織和性能的因素 1. 1.成分對鑄鐵的影響成分對鑄鐵的影響錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和

18、滲碳體中，錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體中，增強鐵、碳原子間的結合力，擴大奧氏體區，阻止共析轉增強鐵、碳原子間的結合力，擴大奧氏體區，阻止共析轉變時的石墨化，促進珠光體基體的形成。錳還能與硫生成變時的石墨化，促進珠光體基體的形成。錳還能與硫生成MnSMnS，減少硫的有害作用。錳質量分數一般為，減少硫的有害作用。錳質量分數一般為0.5%0.5%1.4%1.4%。磷是促進石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時，液相磷是促進石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時，液相線降低，從而提高了鐵水的流動性。在鑄鐵中，磷質量分線降低，從而提高了鐵水的流動性。在鑄鐵中，磷質量分數大于數大于0.3%0.3%時，常

19、常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬時，常常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄而脆，降低鑄鐵的強度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄鐵有較高強度時，要限制磷含量一般在鐵有較高強度時，要限制磷含量一般在0.12%0.12%以下），而以下），而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量可達耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量可達0.3%0.3%以上）。以上）。 硫是有害元素，它強烈促進白口化，并使鑄鐵的鑄造硫是有害元素，它強烈促進白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機械性能惡化。少量硫即可生成性能和機械性能惡化。少量硫即可生成FeS(FeS(或或MnS)MnS)。FeSFeS與與鐵形成

20、低熔點鐵形成低熔點( (約約980 )980 )共晶體，沿晶界分布。因此限定共晶體，沿晶界分布。因此限定硫的質量分數在硫的質量分數在0.15%0.15%以下。以下。 2.冷卻速度的影響 在一定的鑄造工藝如澆注溫度、鑄型溫度、造型材料種類等條件下，鑄件的冷卻速度對石墨化程度影響很大。 隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出現珠光體、珠光體加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織。 不同C+Si含量，不同壁厚冷卻速度鑄件的組織 五五孕育處理孕育處理孕育處理：就是變質處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育處理：就是變質處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。常用的孕育劑有兩種。一種為硅類合金，孕育鑄鐵。常用的孕育劑

21、有兩種。一種為硅類合金，例如最常用的含例如最常用的含7575硅的硅鐵合金硅的硅鐵合金含含60606565硅硅和和25253535鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前者高者高1.51.53 3倍，但價格較貴。另一類是碳類，例如倍，但價格較貴。另一類是碳類，例如石墨粉石墨粉電極粒等。電極粒等。孕育處理的目的是：孕育處理的目的是：1 1 使鐵水內同時生成大量均勻的非自發形核，以獲得使鐵水內同時生成大量均勻的非自發形核，以獲得細小均勻的石墨片，并細化基體組織，提高鑄鐵的細小均勻的石墨片，并細化基體組織，提高鑄鐵的強度；強度；2 2 避免鑄件邊緣及薄斷面處出現白口組織，提

22、高斷面避免鑄件邊緣及薄斷面處出現白口組織，提高斷面組織的均勻性。組織的均勻性。運用：運用： 孕育鑄鐵具有較高的強度和硬度，可用來制造孕育鑄鐵具有較高的強度和硬度，可用來制造機械性能要求較高的鑄件，如氣缸機械性能要求較高的鑄件，如氣缸曲軸曲軸凸輪凸輪機床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。機床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。o 六灰口鑄鐵的熱處理o 熱處理不能改變石墨的形狀和分布，對提高灰口鑄鐵機械性能作用不大，因此生產中主要用來消除內應力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。o 1.消除內應力退火又稱人工時效）o 一些形狀復雜和尺寸穩定性要求較高的重要鑄件，如機床床身柴油機氣缸等，為了

23、防變形和開裂，需進行消除內應力退火。工藝規定是：加熱溫度500550，加熱速度為60120/h。溫度不宜過高，以免發生共析滲碳體的球化和石墨化。保溫時間則取決于加熱溫度和鑄件壁厚，一般是：壁厚20mm時，保溫時間為2h，壁厚每增加25mm，保溫時間增長1h。冷卻速度為2050/h，到150220后出爐空冷。 2.消除鑄件白口降低硬度的退火消除鑄件白口降低硬度的退火 灰口鑄鐵件表面和薄壁處產生的白口組織難以切削加工，需要退灰口鑄鐵件表面和薄壁處產生的白口組織難以切削加工，需要退火降低硬度。退火在共析溫度以上進行，使滲碳體分解成石墨，火降低硬度。退火在共析溫度以上進行，使滲碳體分解成石墨，所以又稱

24、高溫退火。工藝是：加熱到所以又稱高溫退火。工藝是：加熱到850900，保溫，保溫25h，然后隨爐冷卻，至，然后隨爐冷卻，至250400后出爐空冷。退火鑄件的后出爐空冷。退火鑄件的硬度可下降硬度可下降HB2040。 3.表面淬火表面淬火 有些鑄件如機床導軌缸體內壁等，因需要提高硬度和耐磨性，有些鑄件如機床導軌缸體內壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可進行表面淬火處理，如高頻表面淬火火焰表面淬火等。淬火可進行表面淬火處理，如高頻表面淬火火焰表面淬火等。淬火后表面硬度可達后表面硬度可達HRC50。第三節第三節 球墨鑄鐵球墨鑄鐵o 球墨鑄鐵是本世紀50年代發展起來的一種高強度材料，其綜合機械性能接近于鋼，

25、因鑄造性能很好，成本很低，生產方便，在工業生產中得到了廣泛的應用。o 一球墨鑄鐵的成分和球化處理o 球墨鑄鐵的成分：o 要求比較嚴格，一般范圍是：3.63.9%C,2.02.8%Si,0.60.8%Mn,0.07%S,0.1%P。與灰口鑄鐵相比，它的碳當量較高，一般為過共晶成分，通常在4.54.7%范圍內變動，以利于石墨球化。 球墨鑄鐵的球化處理：球墨鑄鐵的球化處理： 必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一定必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑。國外使用球化劑主要是金屬量的球化劑和孕育劑。國外使用球化劑主要是金屬鎂，實踐證明，鐵水中含鎂，實踐證明，鐵水中含0.040.

26、08鎂時，石墨鎂時，石墨就能完全球化。我國普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是就能完全球化。我國普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是強烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球強烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球細小均勻分布光園，一定要加入孕育劑。常用細小均勻分布光園，一定要加入孕育劑。常用的孕育劑為的孕育劑為75硅鐵和硅鈣合金等。硅鐵和硅鈣合金等。 二、球墨鑄鐵的牌號、組織和性能二、球墨鑄鐵的牌號、組織和性能 1.牌號牌號 我國球墨鑄鐵牌號用我國球墨鑄鐵牌號用“QT標明，其后兩組標明，其后兩組數字表示最低抗拉強度極限和延伸率，見表數字表示最低抗拉強度極限和延伸率，見表 由表中數據可知，球墨鑄鐵的抗拉強度

27、遠遠由表中數據可知，球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰口鑄鐵，而與鋼相當。其突出特點是超過灰口鑄鐵，而與鋼相當。其突出特點是屈強比屈強比0.2/b高，約為高，約為0.70.8，而鋼一般只有而鋼一般只有0.30.5。在一般的機械設計。在一般的機械設計中，材料的許用應力根據中，材料的許用應力根據0.2確定，因此對確定，因此對于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節省材料，重量更輕。節省材料，重量更輕。 2.組織組織 不同的基體的球墨鑄鐵見圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的抗不同的基體的球墨鑄鐵見圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的抗拉強度比鐵素體基體的高拉強度比鐵素體

28、基體的高50以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的延伸率為珠光體基的延伸率為珠光體基的35倍。倍。 3.性能性能 球墨鑄鐵具有較好的疲勞強度。表中給出了球墨鑄鐵和球墨鑄鐵具有較好的疲勞強度。表中給出了球墨鑄鐵和45鋼試驗鋼試驗的對稱彎曲疲勞強度。可見帶孔和帶臺肩的試樣疲勞強度大致相的對稱彎曲疲勞強度。可見帶孔和帶臺肩的試樣疲勞強度大致相同。試驗還表明，球墨鑄鐵的扭轉疲勞強度甚至超過同。試驗還表明，球墨鑄鐵的扭轉疲勞強度甚至超過45鋼。在鋼。在實際應用中，大多數承受動載的零件是帶孔或是帶臺肩的，因此實際應用中，大多數承受動載的零件是帶孔或是帶臺肩的，因此完全可以用球墨鑄鐵來代替

29、鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、完全可以用球墨鑄鐵來代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸等。凸輪軸等。三、球墨鑄鐵的熱處理三、球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點：熱處理特點： 球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致相同，但由于相同，但由于 它含有較高的硅、碳、錳等，它含有較高的硅、碳、錳等，具有一些特點具有一些特點1.1.共析轉變溫度較高共析轉變溫度較高 其奧氏體的加熱溫國度高于碳鋼其奧氏體的加熱溫國度高于碳鋼2.C2.C曲線右移，并形成兩個曲線右移，并形成兩個“鼻尖鼻尖” 淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，并較容易實現等溫

30、淬火工藝，獲得下貝氏體并較容易實現等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體基體 3.可利用淬火加熱溫度和保溫時間的控制來調整奧氏體中的碳含量: 高的加熱溫度和長的保溫時間，使以石墨形式保存在的碳較多地溶入奧氏體中，因而淬火后得到較粗大的馬氏體和數量較多的殘余奧氏體。對鑄件綜合性能要球較高時，應在保證完全奧氏體化的條件下，盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織。熱處理工藝熱處理工藝 主要有退火、正火、調質、等溫淬火等。 1.退火 退火目的：在于獲得鐵素體基體。球化劑增大鑄件的白口化傾向，當鑄件薄壁處現自由滲碳體和珠光體時，為了獲得塑性好的鐵素體基體，并改善切削性能，消除鑄造應力，根據鑄鐵

31、的鑄造組織，可采用兩種退火工藝： a高溫退火-存在自由滲碳體時，進行高溫退火：加熱到990950，保溫25h。隨爐冷卻，至600左右出爐空冷。 b低溫退火-鑄態組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒有自由滲碳體時，采用低溫退火：加熱720760，保溫36h，隨爐冷卻至600后出爐空冷。 2.正火 正火的目的：在于得到珠光體基體占基體75以上），并細化組織，提高強度和耐磨性。根據加熱溫度，分高溫正火完全奧氏體化正火和低溫正火不完全奧氏體化正火兩種： a高溫正火- 加熱到880920，保溫3h,然后空冷，為了提高基體中珠光體的含量，還常采用風冷，噴霧冷等加快冷卻速度的方法保證鑄鐵的強度)。 b低溫正火-

32、加熱到820860，保溫一定時間，使基體部分轉變為奧氏體，部分保留為鐵素體，空冷后得到珠光體和少量破碎鐵素體的基體，提高鑄鐵的強度，保證其較好的塑性。3.調質要求綜合機械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等，可采用調質處理。 其工藝為：加熱到850 900 ，使基體轉變為奧氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經550 600 回火，空冷，獲得回火索氏體+球狀石墨。回火索氏體基體不僅強度高，而且塑性、韌性比正火得到的珠光體基體好。表面要求耐磨的零件可以再進行表面淬火及低溫回火。球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能熱處理工藝熱處理工藝 顯微組織顯微組織 機械性能機械性能 b

33、MPa 5 % ak kJ/m2 HB 調質調質: 980退火后退火后,900油淬油淬+ 580回火回火 回火索氏回火索氏體體+石墨石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火正火: 980退火后退火后, 900正火正火+ 580去應力去應力退火退火 珠光體珠光體+5%鐵素體鐵素體 +石墨石墨 700 2.5 100 317321 4.4.等溫淬火等溫淬火球墨鑄鐵經等溫淬火后可獲得高的強度，同時具有良好的塑球墨鑄鐵經等溫淬火后可獲得高的強度，同時具有良好的塑性和韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區性和韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區840 840 900 900 左

34、右），保溫后在左右），保溫后在300 300 左右的等溫鹽溶中冷卻并左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫，使基體在此溫度下轉變為下貝氏體保溫，使基體在此溫度下轉變為下貝氏體+ +球狀石墨。球狀石墨。 等溫處理后，球墨鑄鐵的強度可達等溫處理后，球墨鑄鐵的強度可達1200 MPa1200 MPa1450 MPa, 1450 MPa, 沖沖擊韌性為擊韌性為300300 kJ/m2 kJ/m2360 kJ/m2, 360 kJ/m2, 硬度為硬度為38 HRC38 HRC51 HRC51 HRC。等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力復雜

35、的齒輪、曲軸、凸輪軸等。例如受力復雜的齒輪、曲軸、凸輪軸等。 第四節第四節 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是近幾十年來發展起來的一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性，較高的耐磨性；同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性。 RuT300、RuT420蠕墨鑄鐵以“RuT表示，其后的數字表示最低抗拉強度。蠕墨鑄鐵的牌號和機械性能見表 蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。強度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性、較高的耐磨性；又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導熱性。 o 蠕墨鑄鐵的石墨具有蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間介于片狀和球狀之間的中間形態，在光學的中間形態，在光學顯微鏡下為互不

36、相連顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。石的片狀石墨類似。石墨片的長厚比小，端墨片的長厚比小，端部較鈍。部較鈍。 蠕墨鑄鐵 o 蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與球墨鑄鐵基成的，其方法與球墨鑄鐵基本相同。蠕化劑目前主要采本相同。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。或稀土鎂鈣合金等。 蠕墨鑄鐵已成功地用于高蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內層建筑中高壓熱交換器、內燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件

37、。鋼錠模、液壓閥等鑄件。 進氣管 排氣管 第五節第五節 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵o可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。它有較好的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分取代碳鋼。按退火方法不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石黑化退火來獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來獲得。后者已很少生產，我國主要生產黑心可鍛鑄鐵。o一.可鍛鑄鐵的牌號和用途 o1. 顯微組織：可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見圖。 2 牌號：牌號： 可鍛鑄鐵的牌號和機械性能見表；可鍛鑄鐵的牌號和機械性能見表； 可鍛鑄鐵的化學成分見表可鍛鑄鐵的化學成分見表 KT350-10、KTZ600-3 鐵素體可鍛鑄鐵以鐵

38、素體可鍛鑄鐵以“KT表示，珠光體可鍛鑄鐵以表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ表示。其后的兩組數字表示。其后的兩組數字表示最低抗拉強度和延伸率。表示最低抗拉強度和延伸率。 3 運用：可鍛鑄鐵常用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的零件，如汽車拖拉機的后橋外殼、管接頭、低運用：可鍛鑄鐵常用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的零件，如汽車拖拉機的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產時，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時，又存在性能不壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產時，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時，又存在性能不能滿足要求的問題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低，質量

39、穩定，鐵水處理簡單，容易統一組織流能滿足要求的問題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低，質量穩定，鐵水處理簡單，容易統一組織流水生產線等有點。尤其對于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進行高溫退火，這時采用可鍛鑄鐵更水生產線等有點。尤其對于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進行高溫退火，這時采用可鍛鑄鐵更為適宜。為適宜。二二. .可鍛鑄鐵的生產和熱處理可鍛鑄鐵的生產和熱處理可鍛鑄鐵的生產分兩個步驟：可鍛鑄鐵的生產分兩個步驟：第一步：現鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現，否則在第一步：現鑄造純白口鑄鐵，不允許有石墨出現，否則在隨后的退火中碳在已有的石墨上沉淀，得不到團絮狀隨后的退火中碳在已有的

40、石墨上沉淀，得不到團絮狀石墨；石墨；第二步：進行長時間的石墨化退火處理。第二步：進行長時間的石墨化退火處理。 將白口鑄鐵加熱到將白口鑄鐵加熱到900 900 960 960 ，長時間保溫，長時間保溫，使共晶滲碳體分解為團絮狀石墨，完成第一階段的石使共晶滲碳體分解為團絮狀石墨，完成第一階段的石墨化過程。隨后以較快的速度墨化過程。隨后以較快的速度100 /h100 /h冷卻通過冷卻通過共析轉變溫度區，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。共析轉變溫度區，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。 若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，完成第二階段石墨化，并在冷

41、至完成第二階段石墨化，并在冷至720 760 后繼續保后繼續保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在650 700 出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。鐵。 可鍛化退火時間要幾十小時，為了縮短時間，并細化組織，可鍛化退火時間要幾十小時，為了縮短時間，并細化組織，提高機械性能，可在鑄造時采取孕育處理。孕育劑能強烈阻提高機械性能，可在鑄造時采取孕育處理。孕育劑能強烈阻礙凝固時形成石墨和退火時促進石墨化。采用礙凝固時形成石墨和退火時促進石墨化。采用0.001%硼、硼、0.006%鉍和鉍和0.

42、008%鋁的孕育劑，可將退火時間由鋁的孕育劑，可將退火時間由70多多小時縮短至小時縮短至30小時。小時。第六節合金鑄鐵第六節合金鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。(1) 耐磨鑄鐵在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，生產中采用激冷的辦法來獲得激冷鑄鐵。用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。調整鐵水化學成分，高碳低硅，保證白口層的深度。心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強度。應用于軋輥和車輪等的鑄造生產。改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，磷的質量分數提高到0.4%0.6%(高磷鑄鐵），生成磷共

43、晶F+Fe3P, P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈斷續網狀的形態分布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，提高基體強度和韌性，鑄鐵的耐磨性能等得到更大提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等新型合金鑄鐵。 襯板 彎管 (2) 耐熱鑄鐵 高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內的運輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。加入Al、Si、Cr等元素，鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續氧化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變為單相鐵素體，不發生石墨化過程，改善鑄鐵的耐熱性。 球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐熱性更好。耐熱鑄鐵的化學成分

44、和機械性能 (3)耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。 普通鑄鐵的耐蝕性差，因為組織中的石墨和滲碳體促進鐵素體腐蝕。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保護膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。 常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。作業及思考題 名詞：石墨化、名詞：石墨化、 白口鑄鐵、白口鑄鐵、 灰口鑄鐵、灰口鑄鐵、 麻口鑄鐵麻口鑄鐵 根據根據Fe-GFe-G相圖，分析灰口鑄鐵、相圖，分析灰口鑄鐵、 麻口鑄鐵、麻口鑄鐵、 白口鑄白口鑄鐵是如何獲得的？其獲得的顯微組織分別是什么？鐵是如何獲得的？其獲得的顯微組織分別是什么？ 影響石墨化的主要因素是什么？如何影響？影響石墨化的主要因素是什么？如何影響？ 為什么在同一灰鑄鐵中，往往表層和薄壁部位易產生白為什么在同一灰鑄鐵中，往往表層和薄壁部位易產生白口組織，用什么方法予以消除？口組織，用什么方法予以消除？ 鑄鐵的抗拉強度和硬度主要取決于什么？鑄鐵的抗拉強度和硬度主要取決于什么？石墨的晶體結構 鐵碳合金復線相圖 各種