河北工業(yè)大學(xué)金屬材料學(xué)課件

1、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的定義、分類及特點(diǎn)鑄鐵的定義、分類及特點(diǎn)鑄鋼簡(jiǎn)介鑄鋼簡(jiǎn)介常用鑄鐵的特點(diǎn)與應(yīng)用常用鑄鐵的特點(diǎn)與應(yīng)用l鑄鐵的概念鑄鐵的概念：含碳量大于2.11%(一般為2.5%4.0%) 鐵碳合金 （含Si、Mn、S、P等元素，C、Si為為主要主要元素元素）l鑄鐵的特點(diǎn)：鑄鐵的特點(diǎn)： 歷史上使用較早 最便宜的金屬材料之一 鑄造性能極極好，且只能只能用鑄造成形 生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，減震性、耐磨性好，切削加工性好 應(yīng)用廣主要用于制造各種機(jī)器零件l C C在鐵碳合金中的存在形式在鐵碳合金中的存在形式: :固溶在固溶在 F F、A A 中中化合態(tài)的滲碳體化合態(tài)的滲碳體( (FeFe3

2、 3CC) )游離態(tài)石墨（游離態(tài)石墨（GG）石墨（石墨（G G）的性能）的性能HBSHBS 3 35 5 b b20MPa20MPa 0 a0 ak k 0 0石墨對(duì)鑄鐵性能的影響石墨對(duì)鑄鐵性能的影響G G 分布于基體中 空洞 有效承載面積降低 力性比碳鋼 耐磨性 消震性 缺口敏感性 切削加工性 鑄造性能其中碳主要以石墨形狀存在，斷口為暗灰色，其中碳主要以石墨形狀存在，斷口為暗灰色，常見的鑄鐵件多數(shù)是灰口鑄鐵。常見的鑄鐵件多數(shù)是灰口鑄鐵。l鑄鐵的分類鑄鐵的分類: :完全按照完全按照Fe-Fe3CFe-Fe3C 相圖進(jìn)行結(jié)晶而得到的鑄鐵。相圖進(jìn)行結(jié)晶而得到的鑄鐵。其中碳全部以滲碳體其中碳全部以滲

3、碳體(Fe3C)(Fe3C)形式存在，斷口呈銀白色。形式存在，斷口呈銀白色?；铱阼T鐵：灰口鑄鐵：白口鑄鐵：白口鑄鐵：碳以碳以FeFe3 3C C、石墨、石墨兩種形式存在，斷口呈灰白色相間。兩種形式存在，斷口呈灰白色相間。麻口鑄鐵：麻口鑄鐵：Fe-Fe3C相圖和相圖和FeG相圖（雙重相圖）相圖（雙重相圖）l鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程: :石墨化石墨化鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程第一階段第一階段：過共晶鑄鐵 共晶、亞共晶鑄鐵第二階段：第二階段：第三階段：第三階段：共晶石墨共晶石墨一次石墨一次石墨二次石墨二次石墨共析石墨共析石墨GL GALEC 1154GA

4、7381154GFAPS 738l鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程: :1.1. 成分成分促進(jìn)石墨化元素 C、Si、Al、Cu、Ni、Co等阻礙石墨化元素 Cr、W、Mo、V、Mn、S等2.2. 工藝工藝 冷卻速度：快快速冷卻按按 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖轉(zhuǎn)變 緩慢緩慢冷卻按按 FeFeG G 相圖相圖轉(zhuǎn)變，石墨化充分 溫度：高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫有利于石墨化 l影響石墨化過程的主要因素影響石墨化過程的主要因素: :鑄鐵類型鑄鐵類型 石石 墨墨 化化 程程 度度 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 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行

5、 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 充分進(jìn)行充分進(jìn)行 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 F+G F+P+G P+G 麻口鑄鐵麻口鑄鐵 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 部分進(jìn)行部分進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 Ld+P+G 白口鑄鐵白口鑄鐵 不進(jìn)行不進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 不進(jìn)行不進(jìn)行 Ld+P+Fe3CII 鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得到的組織鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得到的組織 l灰口鑄鐵的分類灰口鑄鐵的分類: :灰鑄鐵灰鑄鐵 片狀片狀可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀 球墨鑄鐵球墨鑄鐵珠狀（球狀）珠狀（球狀）蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕蟲狀蠕蟲狀 灰口鑄鐵類型灰口鑄鐵類型 與石墨形態(tài)與石墨形態(tài)l牌號(hào)：

6、牌號(hào)：HT灰鑄鐵灰鑄鐵最低最低 b鐵素體鐵素體+ +片狀石墨片狀石墨鐵素體鐵素體+ +珠光體珠光體+ +片狀石墨片狀石墨 珠光體珠光體+ +片狀石墨片狀石墨 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布l成分范圍：成分范圍： W WC C=2.5%=2.5%4.0%4.0%，W WSiSi=1.0%=1.0%3.0%3.0%，W WMnMn=0.5%=0.5%1.3%1.3%，W WS S0.15%0.15%，W WP P0.3%0.3%如 ：HT100HT100 ，表示 b100MPal普通（灰）鑄鐵性能：普通（灰）鑄鐵性能： b b 、 （ ）（力學(xué)性能差（力學(xué)性能差, ,但其抗壓強(qiáng)度接近鋼）

7、但其抗壓強(qiáng)度接近鋼）缺口敏感性低缺口敏感性低 大量石墨的割裂作用，表面粗糙，大量石墨的割裂作用，表面粗糙， 對(duì)疲勞極限影響不明顯對(duì)疲勞極限影響不明顯消震性好（是鋼的十倍）消震性好（是鋼的十倍） GG組織松軟，對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用組織松軟，對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用鑄造性好鑄造性好 熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、凝固收縮小、內(nèi)應(yīng)力低熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、凝固收縮小、內(nèi)應(yīng)力低切削加工性好切削加工性好G G 使切屑易斷，還可潤(rùn)滑刀具使切屑易斷，還可潤(rùn)滑刀具耐磨性好耐磨性好石墨本身就是良好的固體潤(rùn)滑劑，又可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。石墨本身就是良好的固體潤(rùn)滑劑，又可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。焊接性能很差，且不能用于鍛造。焊接性能很差，且不能用于鍛

8、造。 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布孕育處理前孕育處理前孕育處理后孕育處理后硅硅鐵鐵硅硅鈣鈣 澆注前在鐵水中加 Si-FeSi-Fe，Si-CaSi-Ca等孕育劑 G細(xì)而均勻，壁厚敏感性小 P細(xì)化，強(qiáng)度、塑性、韌性明顯提高 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布l孕育鑄鐵：孕育鑄鐵：分類分類牌號(hào)牌號(hào)顯微組織顯微組織基體基體石墨石墨普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵HT100F +少量P粗片HT150F + P較粗片HT200P中等片孕育鑄鐵孕育鑄鐵HT250細(xì) P較細(xì)片HT300S 或 T細(xì)片HT350HT400 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布l熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火

9、 (低溫退火、又稱人工時(shí)效低溫退火、又稱人工時(shí)效) ： 500550，防止機(jī)加工、使用時(shí)變形或開裂高溫退火（高溫退火（消除白口組織退火消除白口組織退火 ）：）： 850900, 使表面、薄壁等處Fe3C GG, 硬度, 切削加工性表面淬火：表面淬火：提高導(dǎo)軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性只改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)只改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài) 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布l 應(yīng)用應(yīng)用制造承受壓力和震動(dòng)的零件 如：機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體等 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成片狀分布石墨成片狀分布水泵葉輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪灰鑄鐵齒輪箱l牌號(hào)牌號(hào) ： KT -分類分類牌牌 號(hào)號(hào)壁厚壁厚mm

10、 bMPa %硬度硬度HBF基體基體KT300-6123006120163KT330-8123308120163KT350-101235010120163KT370-121237012120163P基體基體KT450-54505152219KTZ500-45004179241KTZ600-36003201269KTZ700-27002240270鐵素體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵（瑪鋼、馬鐵）可鍛鑄鐵（瑪鋼、馬鐵）石墨成團(tuán)絮狀分布石墨成團(tuán)絮狀分布可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵最低最低 b最低最低 由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火而得由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火而得 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵石墨成團(tuán)絮狀分布石墨成團(tuán)絮

11、狀分布l生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 ：l性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于HTHT，低于低于QTQT鐵素體可鍛鑄鐵：鐵素體可鍛鑄鐵：有一定的強(qiáng)度，塑性、韌性較好 珠光體可鍛鑄鐵：珠光體可鍛鑄鐵：強(qiáng)度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韌性 有一定的塑性變形能力有一定的塑性變形能力（12%12%），但不能鍛造但不能鍛造可鍛鑄鐵管件可鍛鑄鐵管件 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵石墨成團(tuán)絮狀分布石墨成團(tuán)絮狀分布 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵石墨成團(tuán)絮狀分布石墨成團(tuán)絮狀分布l應(yīng)用：應(yīng)用：形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件 （汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等）鐵素體球墨鑄鐵珠光體+鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄

12、鐵球墨鑄鐵石墨成球狀分布石墨成球狀分布l牌號(hào)牌號(hào) ： QT -球墨鑄鐵球墨鑄鐵最低最低 b最低最低 l生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程球化處理球化處理 在鐵水澆注前同時(shí)同時(shí)加入： 球化劑（Mg或稀土Mg） 孕育劑（硅鐵和硅鈣合金） 使 G 球化如 ：QT700-2QT700-2 ，表示 b700， 2牌號(hào)基體機(jī)械性能 bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HB QT400-17F40025017600179 QT420-10F42027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202229-302QT700-2P7004902229-302QT800-2P800

13、5602241-321 QT1200-1下B1200840130038HRC 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨成球狀分布石墨成球狀分布l熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)退火退火 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火，500 600。 低溫退火低溫退火，720760， PG + F ，塑韌性、切削加工性 高溫退火高溫退火，900950， P, FeFe3 3C C G + F ，塑韌性、切削加工性 正火正火 P% ，細(xì)化組織，強(qiáng)度、耐磨性 低溫正火低溫正火，840860， P + F + G ，塑韌性較好。 高溫正火高溫正火，880920， P + G + 少量F ，強(qiáng)度較高。調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 850900油淬 + 550600回火 回火S

14、+ G等溫淬火等溫淬火 840900 + 300等溫 下B+G 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨成球狀分布石墨成球狀分布 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨成球狀分布石墨成球狀分布 調(diào)質(zhì)、等溫淬火后綜合機(jī)械性能好，但僅適于小尺寸零件下B+G鋼基體鋼基體 (F (F 、F+PF+P、P P、S S回火回火、B B下下) ) + + 球狀球狀G Gl組織特點(diǎn)：組織特點(diǎn)：球墨鑄鐵中的石墨球（經(jīng)深腐蝕） 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨成球狀分布石墨成球狀分布l性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：強(qiáng)、塑、韌、彎曲、疲勞明顯優(yōu)于灰鑄鐵其綜合機(jī)械性能接近于鋼缺點(diǎn)：消振性能低l應(yīng)用：應(yīng)用：受力復(fù)雜、負(fù)荷較大、要求耐磨的鑄件 （替代部分鑄鋼、鍛鋼件）P P 球墨

15、鑄鐵：內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸、連桿、軋輥等F F 球墨鑄鐵：閥門、汽車后橋、犁鏵、收割機(jī)導(dǎo)架等管道接口管道接口 鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸軋輥與軋環(huán)軋輥與軋環(huán)連桿連桿 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨成蠕蟲狀分布石墨成蠕蟲狀分布l牌號(hào)牌號(hào) ： RuT 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵最低最低 b珠光體基體珠光體基體鐵素體基體鐵素體基體l生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程在鐵水澆注前加蠕化劑蠕化劑（稀土鎂鈦合金、稀土鎂、硅鐵或硅鈣合金）如： RuT420 RuT420 ，表示 b420MPal組織組織 鋼基體+ 蠕蟲狀 G圓圓滑滑的的石石墨墨邊邊緣緣牌號(hào)bMPa0.2MPa%硬度HB基體不 小 于RuT4204203350.75200280PRuT380

16、3803000.75193274PRuT3403402701.0170249P+FRuT3003002401.5140217F+PRuT2602601953121197F 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨成蠕蟲狀分布石墨成蠕蟲狀分布l性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵， 其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨成蠕蟲狀分布石墨成蠕蟲狀分布灰鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵進(jìn)氣管進(jìn)氣管排氣管排氣管l應(yīng)用：應(yīng)

17、用：制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件 （鋼錠模、玻璃模具、汽缸蓋、排氣閥、 液壓閥、耐壓泵、高壓熱交換器等） 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨成蠕蟲狀分布石墨成蠕蟲狀分布玻璃模具玻璃模具制動(dòng)鼓制動(dòng)鼓l高強(qiáng)度合金鑄鐵：高強(qiáng)度合金鑄鐵：加入加入CrCr、NiNi、CuCu、MoMo等，增加基體中珠光體等，增加基體中珠光體 數(shù)量并細(xì)化珠光體，從而顯著提高鑄鐵強(qiáng)度數(shù)量并細(xì)化珠光體，從而顯著提高鑄鐵強(qiáng)度l耐熱合金鑄鐵：耐熱合金鑄鐵：加入加入Si Si、AlAl、CrCr等，使鑄件表面形成一層致密的等，使鑄件表面形成一層致密的 SiOSiO2 2、 AlAl2 2O O3 3、CrOCrO3 3等氧化膜等氧化膜l耐蝕合金鑄鐵：耐蝕合金鑄鐵：加入加入Si Si、AlAl、CrCr、CuCu、NiNi等，在鑄鐵表面形成致等，在鑄鐵表面形成致 密的保護(hù)膜，減少各相間的電位差密的保