機械工程材料7鑄鐵課件

1、機械工程材料7鑄鐵1l鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11%并含并含有較多硅、錳、硫、磷等元素有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。的多元鐵基合金。l鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應用最廣泛的材料之一。而是應用最廣泛的材料之一。 機械工程材料7鑄鐵2l例如，機床例如，機床床身、內(nèi)燃床身、內(nèi)燃機的汽缸體機的汽缸體、缸套、活塞缸套、活塞環(huán)及軸瓦、環(huán)及軸瓦、曲軸等都可曲軸等都可用鑄鐵制造用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸內(nèi)燃機汽缸機械工程材料7鑄鐵3機械工程材料7鑄鐵4l一、鑄鐵的石墨化過一、鑄鐵的石墨化過程程

2、l1、fe-fe3c 和和 fe-g (石石墨墨)雙重相圖雙重相圖lfe3c是亞穩(wěn)相，在一定是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：條件下將發(fā)生分解： fe3c3fe+c（石墨）（石墨）共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵f基體球墨鑄鐵基體球墨鑄鐵機械工程材料7鑄鐵5l石墨是碳的單質(zhì)之石墨是碳的單質(zhì)之一，其強度、塑性一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。韌性幾乎為零。l鑄鐵中的碳除少量鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲主要以化合態(tài)的滲碳體碳體(fe3c)和游離和游離態(tài)的石墨態(tài)的石墨(g)兩種兩種形式存在。形式存在。機械工程材料7鑄鐵6l+gl+fe3c機械工程材料7鑄鐵7l2、鑄鐵的石墨

3、化過、鑄鐵的石墨化過程程l鑄鐵中的碳原子析出鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為形成石墨的過程稱為石墨化石墨化。l鑄鐵中的石墨可以在鑄鐵中的石墨可以在結晶過程中直接析出結晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱也可以由滲碳體加熱時分解得到。時分解得到。機械工程材料7鑄鐵8l石墨化分兩個階段：石墨化分兩個階段：l在在psk線以上發(fā)生線以上發(fā)生的石墨化稱為的石墨化稱為第一階第一階段石墨化段石墨化。l包括包括結晶時結晶時一次石墨一次石墨、二次石墨、共晶石墨二次石墨、共晶石墨的析出的析出和和加熱時加熱時一次一次滲碳體、二次滲碳體滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解及共晶滲碳體的分解.p機械工程材料7鑄鐵9

4、l在在psk線以下發(fā)線以下發(fā)生的石墨化稱為生的石墨化稱為第第二階段石墨化二階段石墨化。包包括冷卻時共析石墨括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共的析出和加熱時共析滲碳體的分解。析滲碳體的分解。l石墨化程度不同，石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型所得到的鑄鐵類型和組織也不同。和組織也不同。p機械工程材料7鑄鐵10石墨化進行程度石墨化進行程度 鑄鐵的顯微組織鑄鐵的顯微組織 鑄鐵類型鑄鐵類型 第一階段第一階段石墨化石墨化 第二階段第二階段石墨化石墨化 完全進行完全進行完全進行完全進行f+g 灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分進行部分進行f+p+g未進行未進行p+g部分進行部分進行未進行未進行l(wèi)e+p+g麻口鑄鐵麻口鑄鐵未

5、進行未進行未進行未進行l(wèi)e白口鑄鐵白口鑄鐵機械工程材料7鑄鐵11sic白口鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵灰口鑄鐵麻口麻口鑄鑄鐵鐵共晶共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響機械工程材料7鑄鐵12l碳、硅量控制范圍：碳、硅量控制范圍：2.54.0%c，1.03.0%si。lal、cu、ni、co等元素對石墨化有促進作用。等元素對石墨化有促進作用。ls、mn、cr、w、mo、v等元素阻礙石墨化。等元素阻礙石墨化。 鑄鐵中的磷共晶鑄鐵中的磷共晶l磷雖然可促進石墨化磷雖然可促進石墨化,但其含量高時易在晶但其含量高時易在晶界上形成硬而脆的磷界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強共晶，降低鑄鐵的強

6、度，只有耐磨鑄鐵中度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高磷含量偏高 (達達0.3%以上以上)。機械工程材料7鑄鐵13l 冷卻速度的影響冷卻速度的影響l鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，結晶鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，結晶將按將按fe - g相圖進行，因而促進石墨化。相圖進行，因而促進石墨化。wc+wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響 l快冷時由快冷時由于過冷度于過冷度大，結晶大，結晶將按將按 fe-fe3c相圖相圖進行進行, 不利不利于石墨化于石墨化.機械工程材料7鑄鐵14l工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。l1、鑄

7、鐵的組織特點、鑄鐵的組織特點l鋼的基體鋼的基體+g（石墨）（石墨）l基體組織有基體組織有鐵素體、珠光體鐵素體、珠光體和和鐵素體加珠光體鐵素體加珠光體三種三種。f+gf+p+gp+g機械工程材料7鑄鐵15l 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。由于石墨本身有潤滑作用。l 消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。由于石墨可以吸收振動能量。l 鑄造性能好。鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高由于鑄鐵硅含量高, 成分接近于共晶成分接近于共晶.l 切削性能好。切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。l2、鑄鐵的性能特點、鑄鐵的性能特點l 力學性能低。力學

8、性能低。由于由于石墨相當于鋼基體中石墨相當于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且了基體的連續(xù)性，且易導致應力集中。易導致應力集中。鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵與鑄鋼的強度比較機械工程材料7鑄鐵16鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態(tài)形態(tài) 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 片片狀狀fht + 一組數(shù)字一組數(shù)字數(shù)字表示最低抗拉強度值，數(shù)字表示最低抗拉強度值，單位單位mpa?！癶t”表示灰鑄鐵代號。表示灰鑄鐵代號。 ht100f+pht150pht200 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 團團絮絮狀狀fkth + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字ktb + 兩組數(shù)字

9、兩組數(shù)字ktz + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字kth300-06表表f心心pktb350-04pktz450-06kth、ktb、ktz分別為黑心、白心、分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數(shù)字表示最低第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，抗拉強度值，mpa；第二組數(shù)字表示最低第二組數(shù)字表示最低伸長率值，伸長率值，% 機械工程材料7鑄鐵17鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態(tài)形態(tài) 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 球球 墨墨 鑄鑄 鐵鐵 球球狀狀fqt + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字 第一組數(shù)字表示最低抗拉第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，強度值，mpa；第二組數(shù)字表示最低伸長

10、第二組數(shù)字表示最低伸長率值，率值，%。 “qt”表示表示 球墨鑄鐵代球墨鑄鐵代號號qt400-15f+pqt600-3pqt700-2蠕蠕 墨墨鑄鑄 鐵鐵 蠕蠕蟲蟲狀狀frut + 一組數(shù)字一組數(shù)字數(shù)字表示最低抗拉強度值數(shù)字表示最低抗拉強度值, mpa?！皉ut”表示蠕墨鑄鐵代表示蠕墨鑄鐵代號號 rut260f+prut300prut420機械工程材料7鑄鐵18工業(yè)鑄鐵的成分范圍工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵si/mg/ce返

11、返 回回機械工程材料7鑄鐵19l一、灰鑄鐵一、灰鑄鐵l灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。以上。l1、組織、組織l灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組織有的，其基體組織有鐵素體鐵素體、珠珠光體光體和和鐵素體加珠光體鐵素體加珠光體三種。三種。機械工程材料7鑄鐵20鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌機械工程材料7鑄鐵21l常對灰鑄鐵進行孕育處理

12、，以細化片常對灰鑄鐵進行孕育處理，以細化片狀石墨。狀石墨。l常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。 l經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵孕育鑄鐵。 孕育處理前孕育處理前孕育處理后孕育處理后硅鐵硅鐵硅鈣硅鈣機械工程材料7鑄鐵22l2、熱處理、熱處理l熱處理只改變基體組織，不改變熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。石墨形態(tài)。l灰鑄鐵強度只有碳鋼的灰鑄鐵強度只有碳鋼的3050%，熱處理強化效果不大。熱處理強化效果不大。l灰鑄鐵常用的熱處理有：灰鑄鐵常用的熱處理有：l 消除內(nèi)應力退火消除內(nèi)應力退火(又稱人工時效又稱人工時效)l 消除白口組織退火消除白口組織退火

13、 l 表面淬火表面淬火 灰鑄鐵件灰鑄鐵件汽缸套汽缸套活塞環(huán)活塞環(huán)機械工程材料7鑄鐵23l3、用途、用途l制造制造承受壓力和震動的零件承受壓力和震動的零件,如如機床床身、各種箱體、殼機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體體、泵體、缸體。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)變速箱體變速箱體機械工程材料7鑄鐵24可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線 l石墨呈團絮狀的灰口石墨呈團絮狀的灰口 鑄鐵，是由白口鑄鐵鑄鐵，是由白口鑄鐵 經(jīng)石墨化退火獲得的。經(jīng)石墨化退火獲得的。l1、組織、組織： 基體基體(f、p)團絮狀團絮狀gl鐵素體基

14、體可鍛鑄鐵又稱鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵。l2、性能、性能：強度為碳鋼的強度為碳鋼的00%，接近于鑄鋼。，接近于鑄鋼。l名為可鍛，實不可鍛名為可鍛，實不可鍛機械工程材料7鑄鐵25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 可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火機械工程材料7鑄鐵26l3、用途、用途l用于制造形狀復雜且承受振用于制造形狀復雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如動載荷的薄壁小型件，如汽汽車、拖拉機的前后輪殼車、拖拉機的前后輪殼、管管接頭、低壓閥門接頭、低壓閥門等。等。可鍛鑄鐵管件可鍛鑄鐵管件機械工程材料7鑄鐵27l三、三、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵l石墨呈球形

15、的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到. l1、組織：、組織：基體（基體（f、f+p、p）+ 球狀球狀gl球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。l球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鐵硅硅鈣鈣稀土鎂稀土鎂l為避免白口，并使石墨細小均為避免白口，并使石墨細小均勻，在球化處理同時還進行孕勻，在球化處理同時還進行孕育處理。育處理。 l常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。機械工程材料7鑄鐵28鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體加珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵珠光體

16、球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球球墨鑄鐵中的石墨球 機械工程材料7鑄鐵29l2、性能與熱處理、性能與熱處理l強度是碳鋼的強度是碳鋼的7090%。球墨鑄鐵的突出特點是屈球墨鑄鐵的突出特點是屈強比強比( 0.2 / b)高高, 約為約為0.70.8, 而鋼一般只有而鋼一般只有0.30.5。 l球墨鑄鐵球墨鑄鐵可進行各可進行各種熱處理種熱處理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等溫等溫淬火淬火等等。 機械工程材料7鑄鐵30l球墨鑄鐵的熱處理特點是：球墨鑄鐵的熱處理特點是：l 奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高; l 淬透性比碳鋼高淬透性比碳鋼高; l 奧氏體

17、中碳含量可控。奧氏體中碳含量可控。制品制品(軋輥與輥環(huán)軋輥與輥環(huán))貝氏體基球墨鑄鐵貝氏體基球墨鑄鐵機械工程材料7鑄鐵31l3、用途、用途l承受震動、載承受震動、載荷大的零件，荷大的零件，如如曲軸、傳動曲軸、傳動齒輪齒輪等。等。核燃料貯存運輸核燃料貯存運輸容器容器(qt350-22)鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸機械工程材料7鑄鐵32l四、蠕墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵l蠕墨鑄鐵是蠕墨鑄鐵是20世紀世紀60年代年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵發(fā)展起來的一種新型鑄鐵.l蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的化處理和孕育處理得到的.l蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、 稀土硅鐵合金稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。稀土硅鐵鈣合金等。l蠕墨鑄鐵的組織：蠕墨鑄鐵的組織： 基體（基體（f、f+p、p）+ 蠕蟲狀蠕蟲狀g 蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨機械工程材料7鑄鐵33蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體珠光體基體鐵素體基體鐵素體基體機械工程材料7鑄鐵34l蠕墨鑄鐵的強度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，蠕墨鑄鐵的強度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力