工程材料-第八章_鑄鐵

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l鑄鐵的石墨化l鑄鐵的組織與性能l鑄鐵的熱處理鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11%2.11%，并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的，并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。鐵碳合金。鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有生產(chǎn)方法簡便，成本低廉，鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有生產(chǎn)方法簡便，成本低廉，性能優(yōu)良等特點，至今仍使用廣泛。性能優(yōu)良等特點，至今仍使用廣泛。 鑄鐵的特點：鑄鐵的特點： 優(yōu)點：優(yōu)點：熔點低、流動性好，具有優(yōu)良的鑄造性能。熔點低、流動性好，具有優(yōu)良的鑄造性能。 良好的切削加工性、減震性。良好的切削加工性、減震性。 生產(chǎn)設(shè)備、工藝簡單，成本低

2、。生產(chǎn)設(shè)備、工藝簡單，成本低。 缺點：缺點：強度、塑性和韌性比鋼差。強度、塑性和韌性比鋼差。 鑄鐵的應(yīng)用：鑄鐵的應(yīng)用： 機床床身、機器底座、汽缸體和缸套、凸輪軸、曲軸。機床床身、機器底座、汽缸體和缸套、凸輪軸、曲軸。第八章 鑄鐵鑄鐵的類別：鑄鐵的類別： 白口鑄鐵白口鑄鐵（White Cast Iron） 碳主要以滲碳體（碳主要以滲碳體（FeFe3 3C C）形式存在的鑄鐵。）形式存在的鑄鐵。 斷口特征：斷口特征：銀白色銀白色 灰口鑄鐵灰口鑄鐵（Gray Cast Iron） 碳主要以石墨（碳主要以石墨（G G）（Graphite）形式存在的鑄鐵。形式存在的鑄鐵。斷口特征：斷口特征：暗灰色暗灰色

3、 麻口鑄鐵麻口鑄鐵（Mottled Cast Iron） 介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間的鑄鐵。介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間的鑄鐵。斷口特征：斷口特征：黑白相間的麻點黑白相間的麻點 本章介紹灰口鑄鐵本章介紹灰口鑄鐵第八章 鑄鐵灰口鑄鐵的種類：灰口鑄鐵的種類： 按石墨的形態(tài)，灰口鑄鐵分為四類：按石墨的形態(tài)，灰口鑄鐵分為四類：灰口鑄鐵的組織：灰口鑄鐵的組織： 組織特征：組織特征：鋼基體上分布著不同形態(tài)的石墨。鋼基體上分布著不同形態(tài)的石墨。 F FG G：鋼基體（鐵素體）和石墨鋼基體（鐵素體）和石墨 F FP PG G：鋼基體（鐵素體珠光體）和石墨鋼基體（鐵素體珠光體）和石墨 P PG G：鋼基體（珠光體

4、）和石墨鋼基體（珠光體）和石墨灰口鑄鐵的性能：灰口鑄鐵的性能： 主要取決于石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量。主要取決于石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量?；诣T鐵：灰鑄鐵：石墨呈片狀石墨呈片狀灰口鑄灰口鑄鐵鐵蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀石墨呈團絮狀第八章 鑄鐵灰鑄鐵（灰鑄鐵（G G片片）球墨鑄鐵（球墨鑄鐵（G G球球）可鍛鑄鐵（可鍛鑄鐵（G G團絮團絮）第八章 鑄鐵蠕墨鑄鐵（蠕墨鑄鐵（G G蠕蟲蠕蟲）第一節(jié)鑄鐵的石墨化第一節(jié)鑄鐵的石墨化一、一、Fe-CFe-C和和Fe-FeFe-Fe3 3C C雙重相圖雙重相圖第八章 鑄鐵8.1

5、8.1 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化二、鑄鐵的石墨化過程二、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化（Graphitization）。1.1.冷卻（結(jié)晶）時的石墨化冷卻（結(jié)晶）時的石墨化（1 1）從液相中析出石墨）從液相中析出石墨 L GL G L L + G + G （共晶反應(yīng)）（共晶反應(yīng)）（2 2）從奧氏體中析出石墨）從奧氏體中析出石墨 G G（3 3）由共析反應(yīng)生成石墨）由共析反應(yīng)生成石墨 + G + G2.2.加熱時的石墨化加熱時的石墨化 FeFe3 3C C 3Fe + C 3Fe + C第八章 鑄鐵8.1 8.1 鑄鐵的石墨化

6、鑄鐵的石墨化特別提示：特別提示：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵在冷卻時通過析出石墨而獲得。在冷卻時通過析出石墨而獲得。特別提示：特別提示：可鍛鑄鐵通過加熱時可鍛鑄鐵通過加熱時FeFe3 3C C的石墨的石墨化而獲得?；@得。石墨石墨鑄鐵石墨化的兩個階段：鑄鐵石墨化的兩個階段： 第一階段石墨化：第一階段石墨化：發(fā)生在發(fā)生在P P S S K K 線以上的石墨化過程。線以上的石墨化過程。 第二階段石墨化：第二階段石墨化：發(fā)生在發(fā)生在P P S S K K 線以下的石墨化過程。線以下的石墨化過程。鑄鐵組織的形成條件：鑄鐵組織的形成條件： 按兩個階段石墨化進行的程度不同，鑄鐵具

7、有不同的組織。按兩個階段石墨化進行的程度不同，鑄鐵具有不同的組織。鑄鐵的組織與石墨化進行程度之間的關(guān)系鑄鐵的組織與石墨化進行程度之間的關(guān)系名稱名稱石墨化程度石墨化程度組織組織第一階段第一階段第二階段第二階段灰口鑄鐵灰口鑄鐵完全石墨化完全石墨化完全石墨化完全石墨化F FG G完全石墨化完全石墨化部分石墨化部分石墨化F FP PG G完全石墨化完全石墨化未石墨化未石墨化P PG G麻口鑄鐵麻口鑄鐵部分石墨化部分石墨化未石墨化未石墨化LdLd P PG G白口鑄鐵白口鑄鐵未石墨化未石墨化未石墨化未石墨化LdLd P PFeFe3 3C C第八章 鑄鐵8.1 8.1 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化第二節(jié)常用

8、鑄鐵的組織和性能第二節(jié)常用鑄鐵的組織和性能一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵（Gray Cast Iron） 1.1.灰鑄鐵的牌號灰鑄鐵的牌號 HTHT 字母字母“HT”HT”表示表示“灰鐵灰鐵”，3 3位數(shù)字位數(shù)字“”表示最低抗拉強度表示最低抗拉強度值。值。 HT 2 0 0抗拉強度不小于抗拉強度不小于200MPa200MPa第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能“灰鐵灰鐵”之漢語拼音字頭之漢語拼音字頭2.2.灰鑄鐵的組織灰鑄鐵的組織第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能F F + + G G片片（F+PF+P）+ + G G片片P P + +

9、G G片片電鏡下的石墨片電鏡下的石墨片石墨片的三維形石墨片的三維形貌貌3.3.灰鑄鐵的性能特點灰鑄鐵的性能特點（1 1）力學(xué)性能低）力學(xué)性能低抗拉強度低、塑性和韌性近于零，屬于脆性材料?？估瓘姸鹊?、塑性和韌性近于零，屬于脆性材料。 片狀石墨對鋼基體的分割作用大。片狀石墨對鋼基體的分割作用大。 抗壓強度與鋼相近。抗壓強度與鋼相近。用于制造承受壓力載荷的零件和結(jié)構(gòu)，如機座、機床床身等。用于制造承受壓力載荷的零件和結(jié)構(gòu)，如機座、機床床身等。（2 2）耐磨性和減振性好）耐磨性和減振性好 石墨的存在，有利于潤滑和儲油、吸收振動能量。石墨的存在，有利于潤滑和儲油、吸收振動能量。（3 3）工藝性能好）工藝性

10、能好 液態(tài)流動性好，具有非常優(yōu)良的鑄造性能；切削時易斷屑。液態(tài)流動性好，具有非常優(yōu)良的鑄造性能；切削時易斷屑。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能3.3.灰鑄鐵的應(yīng)用灰鑄鐵的應(yīng)用制造承受壓力和振動的零件，如機床床身、各種箱體、殼體、泵制造承受壓力和振動的零件，如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等。體、缸體等。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能大型船用柴油機汽缸體大型船用柴油機汽缸體（HT-300）重型機床床身重型機床床身（HT-250）二、球墨鑄鐵二、球墨鑄鐵（Nodular Cast Iron）1.1.球墨鑄鐵的牌號球墨鑄

11、鐵的牌號 QT QT字母字母“QT”QT”表示表示“球鐵球鐵”，3 3位數(shù)字位數(shù)字“”表示最低抗拉強表示最低抗拉強度值，度值，2 2位數(shù)字位數(shù)字“”表示最低延伸率。表示最低延伸率。 QT 5 0 005第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能“球鐵球鐵”之漢語拼音字頭之漢語拼音字頭抗拉強度不小于抗拉強度不小于500MPa500MPa延伸率不低于延伸率不低于5%5%第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能2.2.球墨鑄鐵的組織球墨鑄鐵的組織F F + + G G球球F F+ +P PP P + + G G球球電鏡下的石墨球電鏡下的石墨球+

12、+G G球球第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能3.3.球墨鑄鐵的性能特點球墨鑄鐵的性能特點（1 1）力學(xué)性能高）力學(xué)性能高球墨鑄鐵的強度是鋼的球墨鑄鐵的強度是鋼的707090%90%，與其他鑄鐵相比，具有抗拉強度和，與其他鑄鐵相比，具有抗拉強度和彎曲疲勞極限高、塑性和韌性好的優(yōu)點。彎曲疲勞極限高、塑性和韌性好的優(yōu)點。球狀石墨對鋼基體的分割作用減低至最小，鋼基體的連續(xù)性好。球狀石墨對鋼基體的分割作用減低至最小，鋼基體的連續(xù)性好。 球墨鑄鐵的突出特點是屈強比高。球墨鑄鐵的突出特點是屈強比高。 球鐵：球鐵： 0.2 / b0.70.70.80.8 鋼：鋼： 0.2

13、/ b0.30.30.50.5（2 2）減振性差）減振性差（3 3）鑄造性差）鑄造性差球墨鑄鐵的減振性和鑄造性不及灰鑄鐵。球墨鑄鐵的減振性和鑄造性不及灰鑄鐵。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能4.4.球墨鑄鐵的應(yīng)用球墨鑄鐵的應(yīng)用球墨鑄鐵具有與鋼相近的力學(xué)性能，可部分替代鋼制造承受震動、球墨鑄鐵具有與鋼相近的力學(xué)性能，可部分替代鋼制造承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運輸容器核燃料貯存運輸容器鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸管道接口管道接口 軋輥與輥環(huán)軋輥與輥環(huán)球墨鑄鐵制品球墨鑄鐵制品三、蠕墨鑄鐵三、蠕墨鑄鐵（Vermicu

14、lar Graphite iron）1.1.蠕墨鑄鐵的牌號蠕墨鑄鐵的牌號 RuTRuT字母字母“RuT”RuT”表示表示“蠕鐵蠕鐵”，3 3位數(shù)字位數(shù)字“”表示最低抗拉強度表示最低抗拉強度值。值。 RuT 420第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能“蠕鐵蠕鐵”之漢語拼音字頭之漢語拼音字頭抗拉強度不小于抗拉強度不小于420MPa420MPa第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能2.2.蠕墨鑄鐵的組織蠕墨鑄鐵的組織電鏡下的石墨蠕電鏡下的石墨蠕蟲蟲F F + + G G蠕蟲蠕蟲P P + + G G蠕蟲蠕蟲3.3.蠕墨鑄鐵的性能特點蠕墨鑄

15、鐵的性能特點（1 1）力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間）力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間強度和韌性高于灰鑄鐵，不如球墨鑄鐵；耐磨性較好；減振能力優(yōu)強度和韌性高于灰鑄鐵，不如球墨鑄鐵；耐磨性較好；減振能力優(yōu)于球墨鑄鐵。于球墨鑄鐵。蠕蟲狀石墨的頭部鈍而圓，對基體分割作用較灰鑄鐵有明顯降低。蠕蟲狀石墨的頭部鈍而圓，對基體分割作用較灰鑄鐵有明顯降低。（2 2）工藝性能介于球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間）工藝性能介于球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵接近。鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵接近。（3 3）導(dǎo)熱性能接近灰鑄鐵）導(dǎo)熱性能接近灰鑄鐵高溫強度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰鑄鐵。高溫強度、熱疲勞性能大大

16、優(yōu)于灰鑄鐵。 適于制造承受交變熱負荷的零件。適于制造承受交變熱負荷的零件。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能4.4.蠕墨鑄鐵的應(yīng)用蠕墨鑄鐵的應(yīng)用球墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度要求球墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度要求高的鑄件，如鋼錠模、內(nèi)燃機汽缸和缸蓋、排氣閥、液壓閥等鑄件。高的鑄件，如鋼錠模、內(nèi)燃機汽缸和缸蓋、排氣閥、液壓閥等鑄件。閥體閥體汽缸體汽缸體進、排氣管進、排氣管制動鼓制動鼓四、可鍛鑄鐵四、可鍛鑄鐵（Malleable Cast Iron）

17、 1.1.可鍛鑄鐵的牌號可鍛鑄鐵的牌號 （1 1）黑心可鍛鑄鐵）黑心可鍛鑄鐵KTHKTH字母字母“KTH”KTH”表示表示“可鐵黑可鐵黑”，后面的數(shù)字意義同球墨鑄鐵。，后面的數(shù)字意義同球墨鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵以鐵素體為基體。黑心可鍛鑄鐵以鐵素體為基體。（2 2）珠光體可鍛鑄鐵）珠光體可鍛鑄鐵KTZKTZ字母字母“KTZ”KTZ”表示表示“可鐵珠可鐵珠”，后面的數(shù)字意義同球墨鑄鐵，后面的數(shù)字意義同球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵以珠光體為基體。珠光體可鍛鑄鐵以珠光體為基體。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能

18、2.2.可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵的組織F F + + G G團絮團絮P P + + G G團絮團絮黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵2.2.可鍛鑄鐵的性能特點及應(yīng)用可鍛鑄鐵的性能特點及應(yīng)用（1 1）性能特點）性能特點具有較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。具有較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，耐蝕性較好，但生產(chǎn)效率低。性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，耐蝕性較好，但生產(chǎn)效率低。（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用可鍛鑄鐵常用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽可鍛鑄鐵常用于制造形狀復(fù)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

19、、管接頭、低壓閥門等。車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。第八章 鑄鐵8.2 8.2 常用鑄鐵的組織和性能常用鑄鐵的組織和性能可可鍛鍛鑄鑄鐵鐵制制品品第三節(jié)鑄鐵的熱處理第三節(jié)鑄鐵的熱處理一、鑄鐵熱處理的目的一、鑄鐵熱處理的目的 改變鋼基體的組織，改善鑄鐵性能；改變鋼基體的組織，改善鑄鐵性能；消除鑄件應(yīng)力。消除鑄件應(yīng)力。 熱處理只能改變鋼基體的組織，不能改變石墨的形態(tài)及分布熱處理只能改變鋼基體的組織，不能改變石墨的形態(tài)及分布 片狀或球狀的石墨不會因熱處理而變成其他的形狀。片狀或球狀的石墨不會因熱處理而變成其他的形狀。 石墨的尺寸不會因熱處理而增大或減小。石墨的尺寸不會因熱處理而增大或減小。

20、 石墨的分布不會因熱處理而改變。石墨的分布不會因熱處理而改變。 灰鑄鐵不適合采用強化型（如淬火）熱處理灰鑄鐵不適合采用強化型（如淬火）熱處理片狀石墨對基體分割作用大，強化型熱處理難以獲得明顯效果。片狀石墨對基體分割作用大，強化型熱處理難以獲得明顯效果。 球墨鑄鐵適合采用與鋼相同的各種熱處理球墨鑄鐵適合采用與鋼相同的各種熱處理 球狀石墨對基體分割作用小，通過熱處理可顯著改善力學(xué)性能。球狀石墨對基體分割作用小，通過熱處理可顯著改善力學(xué)性能。第八章 鑄鐵8.3 8.3 鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理二、鑄鐵的常用熱處理方法二、鑄鐵的常用熱處理方法l 時效處理時效處理 目的：目的：釋放鑄件應(yīng)力。釋放鑄件應(yīng)力

21、。 工藝：工藝：人工時效：人工時效：將鑄件加熱到將鑄件加熱到500500560560 C C保溫后隨爐冷卻。保溫后隨爐冷卻。 自然時效：自然時效：將鑄件放在室外將鑄件放在室外6 61818個月，使應(yīng)力自然釋放。個月，使應(yīng)力自然釋放。l 消除白口退火消除白口退火 目的：目的：消除白口組織。消除白口組織。鑄件表面或薄壁處在鑄造過程中會因冷卻速度過快而出現(xiàn)白口鑄件表面或薄壁處在鑄造過程中會因冷卻速度過快而出現(xiàn)白口組織，硬度很高，給切削加工帶來困難，必須予以消除。組織，硬度很高，給切削加工帶來困難，必須予以消除。 工藝：工藝：加熱溫度：加熱溫度：880880900900 C C 保溫時間：保溫時間：1

22、 12h2h 冷卻方式：冷卻方式：保溫后緩慢冷卻至保溫后緩慢冷卻至400400500500 C C后出爐空冷。后出爐空冷。第八章 鑄鐵8.3 8.3 鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理常用方法常用方法l 表面熱處理表面熱處理 目的：目的：提高鑄件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。提高鑄件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。 工藝：工藝：感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火 滲氮、滲金屬滲氮、滲金屬l 改善球墨鑄鐵性能的熱處理改善球墨鑄鐵性能的熱處理（1 1）退火）退火 目的：目的：提高球墨鑄鐵件的韌性。提高球墨鑄鐵件的韌性。 工藝：工藝：880880900900 C C加熱保溫后，爐冷至

23、加熱保溫后，爐冷至600600 C C出爐空冷。出爐空冷。 適用的鑄件：適用的鑄件：含有白口組織的鑄件。含有白口組織的鑄件。 退火后的組織：退火后的組織：F FG G球球 700700760760 C C加熱保溫后，爐冷至加熱保溫后，爐冷至600600 C C出爐空冷。出爐空冷。 適用的鑄件：適用的鑄件：組織為組織為F FP PG G球球的鑄件。的鑄件。 退火后的組織：退火后的組織：F FG G球球第八章 鑄鐵8.3 8.3 鑄鐵的熱處理鑄鐵的熱處理（2 2）正火）正火目的：目的：將基體轉(zhuǎn)換為細珠光體組織，提高強度、硬度和耐磨性。將基體轉(zhuǎn)換為細珠光體組織，提高強度、硬度和耐磨性。工藝：工藝：850850900900 C C加熱保溫后出爐空冷。加熱保溫后出爐空冷。 適用的鑄件：適用的鑄件：組織為組織為F FP PG G球球的鑄件。的鑄件。 正火后的組織：正