第六章鑄鐵(NXPowerLite)綜述

1、l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(diǎn)，因產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。 l例如，機(jī)床床例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體汽缸體、缸套、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可用曲軸等都可用鑄鐵制造鑄鐵制造。鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)燃機(jī)汽缸l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、鑄鐵的組織特點(diǎn)、鑄鐵的組織特點(diǎn)l鋼的基體鋼的基體+

2、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+Gl 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(dòng)能量。由于石墨可以吸收振動(dòng)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(diǎn)、鑄鐵的性能特點(diǎn)l 力學(xué)性能低。力學(xué)性能低。由于由于石墨相當(dāng)于鋼基體中石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞

3、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(dǎo)致應(yīng)力集中。易導(dǎo)致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強(qiáng)度比較鑄鐵與鑄鋼的強(qiáng)度比較鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態(tài)形態(tài) 基體基體組織組織 編編 號(hào)號(hào) 方方 法法 牌號(hào)實(shí)例牌號(hào)實(shí)例 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 片片狀狀FHT + 一組數(shù)字一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號(hào)。表示灰鑄鐵代號(hào)。 HT100F+PHT150PHT200 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 團(tuán)團(tuán)絮絮狀狀FKTH + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTB + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTZ + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ

4、450-06KTH、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(hào)；珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)；第一組數(shù)字表示最低第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，抗拉強(qiáng)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，% 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(hào)號(hào) 方方 法法 牌號(hào)實(shí)例牌號(hào)實(shí)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(qiáng)度值，強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長第二組數(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(hào)號(hào)QT400-15F+PQT600

5、-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?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值, MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代表示蠕墨鑄鐵代號(hào)號(hào) RuT260F+PRuT300PRuT420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/Cel二、鑄鐵的石墨化過程二、鑄鐵的石墨化過程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

6、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l石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。度、塑性、韌性幾乎為零。l鑄鐵中的碳除少量固溶于基鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外體中外, 主要以化合態(tài)的滲主要以化合態(tài)的滲 碳體碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。兩種形式存在。石墨的結(jié)構(gòu)石墨的結(jié)構(gòu)共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵F基體灰鑄鐵基體灰鑄鐵L+GL+Fe3Cl2、鑄鐵的石墨化過程、鑄鐵的石墨化過程l鑄鐵中的碳原子析出形鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為成石

7、墨的過程稱為石墨石墨化化。l鑄鐵中的石墨可以在結(jié)鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出晶過程中直接析出,也可也可以由滲碳體加熱時(shí)分解以由滲碳體加熱時(shí)分解得到。得到。l石墨化分兩個(gè)階段：石墨化分兩個(gè)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(jié)晶時(shí)結(jié)晶時(shí)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(shí)加熱時(shí)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。Pl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(shí)共析石墨括冷卻時(shí)共析石墨的析

8、出和加熱時(shí)共的析出和加熱時(shí)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石墨化進(jìn)行程度石墨化進(jìn)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(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G 灰口鑄鐵灰口鑄鐵部分進(jìn)行部分進(jìn)行F+P+G未進(jìn)行未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Le+P+G麻口鑄鐵麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Le白口鑄鐵白口鑄鐵l3、影響石墨化的因素、影響石墨化的因素l 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 l碳碳和和硅硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的

9、元素。是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。l碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能變差性能變差。l碳、硅含量過高碳、硅含量過高,會(huì)使石墨數(shù)量多且會(huì)使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄體量增多，降低鑄件的性能。件的性能。SiC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l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(jìn)作用。等元素對石墨化有促進(jìn)作用。lS、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙

10、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(jìn)石墨化磷雖然可促進(jìn)石墨化,但其含量高時(shí)易在晶但其含量高時(shí)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(qiáng)共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)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(dá)達(dá)0.3%以上以上)。l 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?jǐn)U散，結(jié)晶鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按將按Fe - G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)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(shí)由于快冷時(shí)由于過冷度大，過

11、冷度大，結(jié)晶將按結(jié)晶將按 Fe-Fe3C相相圖進(jìn)行圖進(jìn)行, 不不利于石墨化。利于石墨化。l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(shí)通過石墨化過程形成慢冷卻時(shí)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。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l常對灰鑄

12、鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片常對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)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l2、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(qiáng)度只有碳鋼的灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的3050%，熱處理強(qiáng)化效果不大。熱處理強(qiáng)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(yīng)力退火消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時(shí)效又稱人工時(shí)效)l 消除白口組織退火消除白口組織退火 l 表

13、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)l3、用途、用途l制造制造承受壓力和震動(dòng)的零件承受壓力和震動(dòng)的零件,如如機(jī)床床身、各種箱體、殼機(jī)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(jī)汽缸體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體變速箱體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(tuán)絮狀的灰口石墨呈團(tuán)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(tuán)絮狀團(tuán)絮狀Gl鐵素體基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

14、心可鍛鑄鐵。l2、性能、性能：強(qiáng)度為碳鋼的強(qiáng)度為碳鋼的00%，接近于鑄鋼。，接近于鑄鋼。l名為可鍛，實(shí)不可鍛名為可鍛，實(shí)不可鍛。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l3、用途、用途l用于制造形狀復(fù)雜且承受振用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管管接頭、低壓閥門接頭、低壓閥門等。等?？慑戣T鐵管件可鍛鑄鐵管件l三、三、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵l石墨呈球形的灰口鑄鐵。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

15、、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(xì)小均為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)行孕勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)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。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球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球球墨鑄鐵中的石墨球 l2、性能與熱處理、性能與熱處理l強(qiáng)度是碳鋼的強(qiáng)度是碳鋼的7090%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是

16、屈球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比強(qiáng)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(jìn)行各可進(jìn)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。 l球墨鑄鐵的熱處理特點(diǎn)是：球墨鑄鐵的熱處理特點(diǎn)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l3、用途、用途l承受震動(dòng)、載承受震動(dòng)、載荷大的零件，荷大的零件，如如曲軸、傳動(dòng)曲軸

17、、傳動(dòng)齒輪齒輪等。等。核燃料貯存運(yùn)輸核燃料貯存運(yùn)輸容器容器(QT350-22)鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸l四、蠕墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵l蠕墨鑄鐵是蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)世紀(jì)60年代發(fā)年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵展起來的一種新型鑄鐵。l蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的。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l蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能