第七章金屬材料及熱處理鑄鐵第七章鑄鐵指C%>2.11%并含有Si、Mn、P、S等元素的鐵碳合金鑄鐵的定義性能特點強度低，塑性、韌性差良好的鑄造性、切削加工性及減震性生產工藝簡單、造價低廉應用范圍應用廣泛，如：機床床身、內燃機的汽缸體、缸套、活塞環及軸瓦、曲軸等焦炭鐵礦石石灰石高爐煉鐵煉鋼生鐵煉鋼鑄鋼錠鑄造生鐵鑄造軋制各種型材鍛件鍛造鑄鋼冷沖壓熱處理切削加工機械產品鍛造冶煉廠機械廠鋼鐵生產加工過程概略圖第七章鑄鐵常用鑄鐵概述鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的特點及分類灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第一節概述一、鑄鐵的石墨化過程1.Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖碳在鑄鐵中的存在形式游離態的石墨G滲碳體Fe3C強度、硬度、塑性幾乎為零亞穩定相，一定條件下發生分解3Fe+CFe3C游離態的碳當鐵碳合金中的C以滲碳體的形式存在時，就會出現具有萊氏體組織的白口鑄鐵；當鐵碳合金中的C全部或大部分以石墨的形式存在時，就會出現在鋼的基體組織中分布著不同形狀石墨的鑄鐵，統稱為灰鑄鐵2.鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程在結晶過程中直接析出，也由滲碳體加熱時分解鑄鐵冷卻時的石墨化過程從液體中析出一次石墨由共晶反應而生成的共晶石墨由共析反應生成的共析石墨鑄鐵加熱時的石墨化過程介穩定的滲碳體，當在比較高的溫度下長時間加熱時，會發生分解產生石墨化石墨化過程在P′S′K′線以上發生的石墨化在P′S′K′線以下發生的石墨化第一階段石墨化第二階段石墨化一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解溫度高，原子擴散能力強，石墨化過程能充分進行溫度較低，原子擴散條件差，石墨化過程往往不能充分進行，甚至完全不能進行鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關系如果石墨化過程受到了不同程度的影響，鑄鐵的組織必將發生變化3.影響石墨化的因素化學成分的影響C、Si是促進石墨化的元素C、Si含量過低力學性能和鑄造性能變差出現白口組織C、Si含量過高石墨數量多且粗大基體內鐵素體量增多降低鑄件性能因此C、Si含量一般控制在：2.5%-4.0%C；1.0%-3.0%Si冷卻速度的影響冷卻速度越慢過冷度越小越有利于按照Fe-G相圖進行結晶和轉變越有利于石墨化過程充分進行二、鑄鐵的特點及分類1.鑄鐵的組織特點石墨基體鑄鐵的組織鐵素體珠光體鐵素體+珠光體實質是鋼的基體上分布著不同形態的石墨2.鑄鐵的性能特點力學性能低耐磨性好消振性能好鑄造性能好切削性能好石墨相當于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續性石墨有潤滑作用，脫落后的空間可以儲油石墨可以吸收能量鑄鐵中硅含量高且成分接近于共晶成分石墨的存在使車屑容易脆斷，不粘刀3.鑄鐵的分類及牌號表示方法石墨的形態片狀團絮狀球狀蠕蟲狀鑄鐵名稱灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵第二節常用鑄鐵一、灰鑄鐵灰鑄鐵指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵特點價格便宜，應用廣泛1．牌號HT××××××—最低抗拉強度值灰鑄鐵代號HT100、HT150、HT200、……、HT3502．組織鋼的基體+片狀石墨P+G片F+G片F+P+G片3．熱處理孕育鑄鐵為提高灰鑄鐵的性能，對其進行孕育處理，以細化片狀石墨常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金目的改變基體組織，而不能改變石墨的形狀和分布常用熱處理去應力退火消除鑄件在鑄造冷卻過程中產生的內應力，防止變形或開裂用于形狀復雜的鑄件：機床的床身、柴油機汽缸消除白口組織退火降低由于冷卻速度過快引起的鑄件表層產生的白口組織的硬度表面淬火提高硬度和耐磨性用于機床導軌、缸體內壁4．應用灰鑄鐵主要用于承受壓力和振動的零部件，如機床的床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等二、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經石墨化退火獲得的，其石墨呈團絮狀1．牌號KTH

×××-×××××—最低抗拉強度值可鍛鑄鐵代號××—最低延伸率KTB

×××-××KTZ

×××-××

KTHKTBKTZ分別表示黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號2．組織鋼的基體+團絮狀石墨P+G團絮狀F+G團絮狀黑心可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵斷口為黑色3．性能強度、塑性和韌性均比灰鑄鐵高，但不能鍛造4．應用用于制造形狀復雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。三、球墨鑄鐵球墨鑄鐵指石墨呈球形的灰鑄鐵，由液態鐵水經石墨化后得到1．牌號×××—最低抗拉強度值球墨鑄鐵代號××—最低延伸率QT×××-××QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、QT700-02、QT800-02、QT1200-012．組織鋼的基體+球狀石墨P+G球狀F+G球狀F+G球狀鋼的基體+球狀石墨球化劑加入到鐵水中能使石墨形成球形的物質，如：鎂、稀土和稀土鎂3．性能塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高4．應用在汽車、機車、機床、礦山機械、動力機械、工程機械、冶金機械、機械工具、管道等方面得到廣泛應用四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵經過蠕化處理和孕育處理后而獲得的一種新型鑄鐵1．牌號×××—最低抗拉強度值蠕墨鑄鐵代號RuT×××RuT260、RuT300、RuT4202．組織鋼的基體+蠕蟲狀石墨通常在鐵液中加入稀土合金進行蠕化處理，然后加入少量孕育劑以促進石墨化，使鑄鐵中的石墨介于片狀和球狀之間的過渡形態3．性能強度、塑性和韌性優于灰鑄鐵，力學性能介于灰鑄鐵與可鍛鑄鐵之間4．應用常用于制造承受熱循環載荷的零件，如：柴油機汽缸、氣缸蓋以及結構復雜、強度要求高的鑄件，如液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等鑄鐵的熱處理1.鑄鐵熱處理的主要目的通過改善鑄鐵的基體組織來提高鑄件的性能熱處理一般不能改善原始組織中石墨的形態和分布狀況2.鑄鐵熱處理的原理鑄鐵熱處理的原理、工藝與鋼基本相同3.熱處理特點1.共析轉變溫度升高2.C曲線右移，淬透性提高含硅量高提高了淬透性中小鑄鐵件可在油中淬火3.奧氏體中的含碳量可用加熱溫度和保溫時間來調整4.由于石墨的導熱性差，故鑄鐵加熱過程應緩慢進行由于鑄鐵中有較多的石墨，當奧氏體化溫度升高時，石墨不斷溶入奧氏體中便獲得不同含碳量的奧氏體，因而可得到不同含碳量的馬氏體習題講解作業1利用杠桿定律計算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時，在共析轉變前后各種組織組成物的相對重量以及室溫時各種組織組成物的相對重量。作業一利用杠桿定律計算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時，在共析轉變前后各種組織組成物的相對重量以及室溫時各種組織組成物的相對重量。共析轉變前的組織：A+FeCⅡ共析轉變前的組織所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeCⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%共析轉變后的組織：P+FeCⅡP%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeCⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%室溫時的組織：P+FeCⅡ1.2%A0.77%FeCⅡ6.69%作業一利用杠桿定律計算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時，在共析轉變前后各種相的相對重量以及室溫時各種相的相對重量。共析轉變前的相：A+FeC共析轉變前的相所占比重：A%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）×100%=92.7%FeC%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%=7.3%共析轉變后的相：F+FeCF%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）×100%=82.3%FeC%=（1.2-0.0218）/（6.69-0.0218）×100%=17.7%1.2%A0.77%FeC6.69%1.2%F0.0218%FeC6.69%作業一利用杠桿定律計算含碳量為1.2%C的Fe-C合金緩慢冷卻到727℃時，在共析轉變前后各種相的相對重量以及室溫時各種相的相對重量。室溫時的相：F+FeC1.2%F0.0008%FeC6.69%F%=（6.69-1.2）/（6.69-0.0008）×100%=82%FeC%=（1.2-0.0008）/（6.69-0.0008）×100%=18%123456789101112660℃1.過冷A+P2.P3.P4.P5.P6.過冷A+S7.S8.S9.過冷A10.過冷A+T11.過冷A+T12.T+M+A’作業二1234567891011121314151617181920660℃280℃13.過冷A14.M+A’15.過冷A+B下16.B下+M+A’17.B下18.B下19.M+A’20.M回下列說法是否正確，為什么？作業二（1）馬氏體是硬而脆的相；（2）過冷奧氏體的冷卻速度大于Vk時，則冷速越大，得到的馬氏體的硬度越高；（3）鋼中的合金元素含量越高，其淬火后的硬度也越高；（4）本質細晶粒鋼的晶?？偙缺举|粗晶粒鋼的晶粒細；（5）同種鋼材在同樣的條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。作業二將兩種T12鋼小試樣分別加熱到