第三章第三節(jié)

1、機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料13.33.3 鑄鋼與鑄鐵鑄鋼與鑄鐵 3.3.1 3.3.1 鑄鋼鑄鋼 用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒韌性的零件，如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼等。輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼等。 重型機(jī)械齒輪重型機(jī)械齒輪 軋輥軋輥 外殼外殼機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料2 一、碳素鑄鋼 化學(xué)成分及機(jī)械性能：化學(xué)成分及機(jī)械性能： FeFe、C C、SiSi、MnMn、S S、P P 碳碳是影

2、響鑄鋼件性能的主要元素。是影響鑄鋼件性能的主要元素。 碳含量增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增加。碳含量增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增加。 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.45%0.45%時(shí)，屈服強(qiáng)度很少時(shí)，屈服強(qiáng)度很少增加，而塑性、韌性顯著下降。增加，而塑性、韌性顯著下降。 硫、磷硫、磷應(yīng)控制，硫會(huì)增大鋼的熱裂傾向，應(yīng)控制，硫會(huì)增大鋼的熱裂傾向，磷使鋼的脆性增加。磷使鋼的脆性增加。 硅、錳硅、錳可以提高強(qiáng)度?？梢蕴岣邚?qiáng)度。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料3 碳素鑄鋼牌號(hào)：碳素鑄鋼牌號(hào)： 在生產(chǎn)中使用最多的三種：在生產(chǎn)中使用最多的三種： ZG230-450ZG230-450(

3、ZG25) (ZG25) （括弧中為舊牌號(hào)）（括弧中為舊牌號(hào)） ZG270-500ZG270-500(ZG35)(ZG35) ZG310-570 ZG310-570(ZG45)(ZG45) ZGZG表示鑄鋼，表示鑄鋼，數(shù)字分別表示屈服強(qiáng)度和抗數(shù)字分別表示屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。拉強(qiáng)度。 碳素鑄鋼碳素鑄鋼 屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為200MPa200MPa340MPa340MPa， 抗拉強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度為400MPa400MPa640MPa640MPa。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料4 1. 1.低合金鑄鋼：低合金鑄鋼： ZG40MnZG40Mn ZG40Cr ZG40Cr

4、ZG35CrMnSi ZG35CrMnSi 低合金鑄鋼低合金鑄鋼 屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為330MPa330MPa460MPa460MPa， 抗拉強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度為600MPa600MPa680MPa680MPa。二、合金鑄鋼機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料5 2. 2.高合金鑄鋼高合金鑄鋼 不銹鋼不銹鋼 12Cr1312Cr13(1Cr13)(1Cr13)、20Cr1320Cr13(2Cr13)(2Cr13) 12Cr18Ni912Cr18Ni9(1Cr18Ni9)(1Cr18Ni9) 高速鋼高速鋼 W18Cr4VW18Cr4V 模具鋼模具鋼 5CrMnMo5CrMn

5、Mo、5CrNiMo5CrNiMo 可以鑄造成形使用。可以鑄造成形使用。 在鋼號(hào)前加在鋼號(hào)前加“ZG”2ZG”2個(gè)字母?jìng)€(gè)字母, ,如如 ZG12Cr13ZG12Cr13 高合金鑄鋼具有特殊的使用性能，如耐磨、高合金鑄鋼具有特殊的使用性能，如耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能。耐熱、耐腐蝕等性能。 這些鑄鋼的性能及應(yīng)用與相應(yīng)的壓力加工成這些鑄鋼的性能及應(yīng)用與相應(yīng)的壓力加工成形鋼材相同。形鋼材相同。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料6 碳素鑄鋼與鑄鐵相比，強(qiáng)度和塑性、碳素鑄鋼與鑄鐵相比，強(qiáng)度和塑性、韌性較高。韌性較高。 但鑄鋼鋼水的流動(dòng)性差，收縮率較大。但鑄鋼鋼水的流動(dòng)性差，收縮

6、率較大。 鑄鋼在澆注時(shí)應(yīng)采取較高的澆注溫度，鑄鋼在澆注時(shí)應(yīng)采取較高的澆注溫度，采用大的澆冒口。采用大的澆冒口。鑄鋼特點(diǎn)鑄鋼特點(diǎn)機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料7 三、鑄鋼的組織特征和熱處理 1.1.組織特征組織特征 鑄鋼澆注溫度很高，冷卻較慢，容易得到鑄鋼澆注溫度很高，冷卻較慢，容易得到粗大的奧氏體晶粒。粗大的奧氏體晶粒。 魏氏組織魏氏組織 在冷卻過(guò)程中，鐵素在冷卻過(guò)程中，鐵素體首先沿奧氏體晶界呈網(wǎng)體首先沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，然后沿一定方向狀析出，然后沿一定方向以片狀生長(zhǎng)，形成以片狀生長(zhǎng)，形成“魏氏魏氏組織組織”。使鋼的塑性和韌。使鋼的塑性和韌性下降，不能直接使

7、用。性下降，不能直接使用。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料8 （1 1）擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 成分均勻化成分均勻化 （2 2）完全退火完全退火 消除魏氏組織和鑄造應(yīng)力。消除魏氏組織和鑄造應(yīng)力。 組織：珠光體組織：珠光體+ +鐵素體鐵素體 （3 3）正火正火 細(xì)化晶粒，消除魏氏組織和鑄細(xì)化晶粒，消除魏氏組織和鑄造應(yīng)力，改善機(jī)械性能。造應(yīng)力，改善機(jī)械性能。 組織：索氏體組織：索氏體+ +鐵素體。鐵素體。 2.2.鑄鋼的熱處理鑄鋼的熱處理 （4）低合金鑄鋼件要進(jìn)行淬火加回火處理。）低合金鑄鋼件要進(jìn)行淬火加回火處理。小型鑄件采用油淬。小型鑄件采用油淬。 大型鑄件則采用正火加回

8、火處理。正火冷大型鑄件則采用正火加回火處理。正火冷卻采用空冷、風(fēng)冷或噴水霧冷卻。卻采用空冷、風(fēng)冷或噴水霧冷卻。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料9鑄鋼工程應(yīng)用鑄鋼工程應(yīng)用 實(shí)例實(shí)例1 1： 軋鋼機(jī)機(jī)架是軋鋼機(jī)組的重要結(jié)構(gòu)件。要求軋鋼機(jī)機(jī)架是軋鋼機(jī)組的重要結(jié)構(gòu)件。要求有較好的承受動(dòng)載能力和能加工成大尺寸件。有較好的承受動(dòng)載能力和能加工成大尺寸件。 要求有較好的強(qiáng)度和較好的塑性，以及較好要求有較好的強(qiáng)度和較好的塑性，以及較好的鑄造性能、焊接性能和加工性能。的鑄造性能、焊接性能和加工性能。 軋鋼機(jī)機(jī)架選用軋鋼機(jī)機(jī)架選用ZG270ZG270450450碳素鑄鋼制造加碳素鑄鋼

9、制造加工。工。 熱處理工藝為熱處理工藝為880880900 900 正火或退火、正火或退火、620620680 680 回火?；鼗?。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料10鑄鋼工程應(yīng)用鑄鋼工程應(yīng)用 實(shí)例實(shí)例2 2： 吊車是常用的機(jī)械設(shè)備，其所用齒輪有開式吊車是常用的機(jī)械設(shè)備，其所用齒輪有開式小齒輪、大齒輪、過(guò)渡齒輪三種不同尺寸的齒輪，小齒輪、大齒輪、過(guò)渡齒輪三種不同尺寸的齒輪， 一般均采用低合金鑄鋼件。一般均采用低合金鑄鋼件。 如小齒輪常采用如小齒輪常采用ZG35MnZG35Mn鋼鋼。 由于齒輪的齒面要求有較高的強(qiáng)度和耐磨性由于齒輪的齒面要求有較高的強(qiáng)度和耐磨性能，其

10、熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)加表面淬火。能，其熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)加表面淬火。 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料113.3.2 3.3.2 鑄鐵鑄鐵 鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%2.11%、含有較、含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。 鑄鐵生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，鑄鐵生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，應(yīng)用具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，應(yīng)用廣泛。廣泛。 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料12 一、鑄鐵的石墨化過(guò)程和特點(diǎn) 1. 1.鑄鐵的石墨化過(guò)程鑄

11、鐵的石墨化過(guò)程 在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在： 固溶在固溶在F F、A A中中 化合物態(tài)的滲碳體化合物態(tài)的滲碳體(Fe(Fe3 3C)C) 游離態(tài)石墨（游離態(tài)石墨（G G） 石墨化：石墨化： 鑄鐵中碳原子析出形成石墨的過(guò)程鑄鐵中碳原子析出形成石墨的過(guò)程。 (1)(1)從液體和奧氏體中析出。從液體和奧氏體中析出。 (2)(2)滲碳體分解獲得。滲碳體分解獲得。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料13 滲碳體滲碳體 亞穩(wěn)相，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，硬而脆。亞穩(wěn)相，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，硬而脆。 在一定條件下能分解為鐵和石墨：在一定條件下能

12、分解為鐵和石墨： FeFe3 3C3Fe+C C3Fe+C 即即 FeFe3 3C F+G C F+G FeFe3 3C C機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料14石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨的晶體結(jié)構(gòu) 石墨石墨(G) (G) 穩(wěn)定相，簡(jiǎn)單六方晶格。底面上原子呈六穩(wěn)定相，簡(jiǎn)單六方晶格。底面上原子呈六方網(wǎng)格排列，原子間距小（方網(wǎng)格排列，原子間距小（1.421.421010-10 -10 m m），），結(jié)合力很強(qiáng)。結(jié)合力很強(qiáng)。 底面間的間距較大（底面間的間距較大（3.043.041010-10 -10 m m），結(jié)），結(jié)合力較弱。石墨的強(qiáng)度、硬度和塑性很差。合力較弱。石墨的強(qiáng)度、硬

13、度和塑性很差。 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料15 石墨的作用：石墨的作用： （1 1）石墨提高鑄鐵的切削加工性能。）石墨提高鑄鐵的切削加工性能。 （2 2）鑄件凝固時(shí)石墨膨脹，減少鑄件體積）鑄件凝固時(shí)石墨膨脹，減少鑄件體積收縮，降低內(nèi)應(yīng)力。鑄鐵鑄造性能良好。收縮，降低內(nèi)應(yīng)力。鑄鐵鑄造性能良好。 （3 3）石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)）石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有很好的耐磨性能?；?，使鑄件有很好的耐磨性能。 （4 4）石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄）石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。鐵有很好的抗振性能。 （5 5）石墨

14、強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)于裂紋）石墨強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)于裂紋或空洞。石墨越多，越大，對(duì)基體的割裂作或空洞。石墨越多，越大，對(duì)基體的割裂作用越嚴(yán)重，鑄鐵抗拉強(qiáng)度越低。用越嚴(yán)重，鑄鐵抗拉強(qiáng)度越低。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料16鐵碳合金雙重相圖鐵碳合金雙重相圖 在不同條件下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平在不同條件下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的衡的Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖和穩(wěn)定平衡的相圖和穩(wěn)定平衡的Fe-GFe-G相圖。相圖。 冷卻速度稍快冷卻速度稍快時(shí)鐵碳合金按亞穩(wěn)時(shí)鐵碳合金按亞穩(wěn)定平衡定平衡Fe-FeFe-Fe3 3C C相相圖結(jié)晶。圖結(jié)晶。 含含SiSi較

15、多、冷較多、冷卻速度很慢時(shí)鐵碳卻速度很慢時(shí)鐵碳合金按穩(wěn)定平衡合金按穩(wěn)定平衡Fe-GFe-G相圖結(jié)晶。相圖結(jié)晶。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料17 鑄鐵的石墨化過(guò)程：鑄鐵的石墨化過(guò)程： 第一階段石墨化第一階段石墨化 形成一次石墨和共晶石墨。形成一次石墨和共晶石墨。 L LC C G G( (一次一次） L LC C A AE E + G+ G( (共晶）共晶） 第二階段石墨化第二階段石墨化 奧氏體析出二次石墨。奧氏體析出二次石墨。 A AE E G G( (二二次次） 第三階段石墨化第三階段石墨化 形成共析石墨和形成共析石墨和F F中析出三次石墨。中析出三次石墨。

16、 A AE E F FP P + G+ G( (共析）共析） F GF G( (三三次次） 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料18 影響石墨化的主要因素：影響石墨化的主要因素： (1) (1) 溫度和冷卻速度溫度和冷卻速度 在生產(chǎn)過(guò)程中，鑄鐵在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保在生產(chǎn)過(guò)程中，鑄鐵在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，或緩慢冷卻，有利于石墨化。溫，或緩慢冷卻，有利于石墨化。老師提示老師提示 生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施?？刂畦T鐵組織和性能的基本措施。 (2) (2) 合金元素合金元素 C C、SiSi、AlAl、CuCu、NiNi、CoC

17、o等非碳化物等非碳化物形成元素促進(jìn)石墨化，碳和硅最強(qiáng)烈。形成元素促進(jìn)石墨化，碳和硅最強(qiáng)烈。 CrCr、W W、MoMo、V V、MnMn、S S等碳化物形成等碳化物形成元素阻礙石墨化。元素阻礙石墨化。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料19鑄鐵分類鑄鐵分類第第1 1階段階段石墨化石墨化第第2 2階段階段石墨化石墨化第第3 3階段階段石墨化石墨化組織組織特征特征組織組織白口鑄鐵白口鑄鐵 不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行有有LeLe無(wú)無(wú)G GLe+P+FeLe+P+Fe3 3C C LeLeLe+FeLe+Fe3 3C C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

18、進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行 有有LeLe有有G GLe+P+GLe+P+G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 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)行無(wú)無(wú)LeLe有有G GF+GF+GF+P+GF+P+GP+GP+G機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料20 2. 2.灰口鑄鐵的組織特征和分類灰口鑄鐵的組織特征和分類 鑄鐵組織由基體和石墨組成。鑄鐵組織由基體和石墨組成。 基體：鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體基體：鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體 石墨：片狀、球狀、蠕蟲狀、團(tuán)絮狀石墨：片狀、球狀、蠕蟲狀、團(tuán)絮狀灰口鑄鐵的分類灰口鑄鐵的分類灰口鑄鐵灰口鑄鐵石墨形態(tài)

19、石墨形態(tài)灰鑄鐵、孕育鑄鐵灰鑄鐵、孕育鑄鐵片狀、細(xì)片狀片狀、細(xì)片狀球墨鑄鐵球墨鑄鐵球狀球狀蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕蟲狀蠕蟲狀可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料21 二、常用鑄鐵 1.1.灰鑄鐵灰鑄鐵 價(jià)格便宜、應(yīng)用最廣。價(jià)格便宜、應(yīng)用最廣。 （1 1）灰鑄鐵的牌號(hào)）灰鑄鐵的牌號(hào) HT150HT150、HT250HT250、HT350 HT350 “HT” “HT”表示表示“灰鐵灰鐵”，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。度。 灰鑄鐵有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體灰鑄鐵有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種基體。三種基體。 灰鑄鐵中的碳、硅質(zhì)

20、量分?jǐn)?shù)一般控制在以下灰鑄鐵中的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在以下范圍：范圍：2.5%2.5%4.0%C; 1.0%4.0%C; 1.0%2.0%Si2.0%Si。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料22灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織 F+G片片 F+P+G片片 P+G片片機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料23 （2 2）影響灰鑄鐵組織和性能的因素）影響灰鑄鐵組織和性能的因素 成分的影響成分的影響 錳：錳：阻礙石墨化，促進(jìn)珠光體基體形成。阻礙石墨化，促進(jìn)珠光體基體形成。提高鑄鐵強(qiáng)度。與硫生成提高鑄鐵強(qiáng)度。與硫生成MnSMnS，減少硫有害作用。，減

21、少硫有害作用。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%0.5%1.4%1.4%。 硫：硫：有害元素，強(qiáng)烈促進(jìn)白口化，使鑄造性有害元素，強(qiáng)烈促進(jìn)白口化，使鑄造性能和機(jī)械性能惡化。硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在能和機(jī)械性能惡化。硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%0.15%以下。以下。 磷：磷：促進(jìn)石墨化。提高鐵水流動(dòng)性。量大促進(jìn)石墨化。提高鐵水流動(dòng)性。量大時(shí)形成磷共晶體，硬而脆，降低鑄鐵強(qiáng)度，但提時(shí)形成磷共晶體，硬而脆，降低鑄鐵強(qiáng)度，但提高耐磨性。要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí)，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高耐磨性。要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí)，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.3%0.3%。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料24 冷卻速度的影響冷

22、卻速度的影響 鑄件的冷卻速度對(duì)石墨化程度影響很大。鑄件的冷卻速度對(duì)石墨化程度影響很大。 隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出隨著鑄件壁厚增加，冷卻速度減慢，依次出現(xiàn)珠光體灰口鐵、珠光體加鐵素體灰口鐵和鐵素現(xiàn)珠光體灰口鐵、珠光體加鐵素體灰口鐵和鐵素體灰口鐵。體灰口鐵。 不同不同C+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織鑄件的組織機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料25 （3 3）灰鑄鐵的熱處理及應(yīng)用）灰鑄鐵的熱處理及應(yīng)用 熱處理不能改變石墨的形態(tài)和分布。熱處理不能改變石墨的形態(tài)和分布。 消除內(nèi)應(yīng)力退火消除內(nèi)應(yīng)力退火 形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求

23、較高的鑄件形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的鑄件（機(jī)床床身、柴油機(jī)汽缸）（機(jī)床床身、柴油機(jī)汽缸），為防止變形和開，為防止變形和開裂，須進(jìn)行裂，須進(jìn)行500 500 550 550 消除內(nèi)應(yīng)力退火。消除內(nèi)應(yīng)力退火。 消除鑄件白口、降低硬度的退火消除鑄件白口、降低硬度的退火 灰鑄鐵件表層和薄壁處產(chǎn)生白口組織難以灰鑄鐵件表層和薄壁處產(chǎn)生白口組織難以切削加工，需要退火切削加工，需要退火(850 (850 900 900 保溫保溫2 25 h)5 h)，使?jié)B碳體分解成石墨，降低硬度。，使?jié)B碳體分解成石墨，降低硬度。 表面淬火表面淬火 機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，需要提高硬度和耐機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，需要提高硬度和

24、耐磨性，進(jìn)行表面淬火。磨性，進(jìn)行表面淬火。 淬火后表面硬度可達(dá)淬火后表面硬度可達(dá)50 HRC50 HRC55 HRC55 HRC。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料26灰鑄鐵的應(yīng)用灰鑄鐵的應(yīng)用 葉輪葉輪 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪 箱體箱體 啟動(dòng)閥啟動(dòng)閥 灰鑄鐵鑄造性能優(yōu)良、灰鑄鐵鑄造性能優(yōu)良、價(jià)格便宜。價(jià)格便宜。 但強(qiáng)度較低、韌性差。但強(qiáng)度較低、韌性差。 制造機(jī)床床身、床頭箱、閥體、葉輪、飛輪等。制造機(jī)床床身、床頭箱、閥體、葉輪、飛輪等。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料27 （4 4）孕育鑄鐵）孕育鑄鐵 孕育處理（亦稱變質(zhì)處理）后的灰鑄鐵叫

25、孕育處理（亦稱變質(zhì)處理）后的灰鑄鐵叫做做孕育鑄鐵孕育鑄鐵。 孕育處理目的：孕育處理目的：鐵水中生成大量均勻分布鐵水中生成大量均勻分布的非自發(fā)核心，獲得細(xì)小均勻的石墨片，細(xì)化的非自發(fā)核心，獲得細(xì)小均勻的石墨片，細(xì)化基體組織，提高鑄鐵強(qiáng)度；避免鑄件邊緣及薄基體組織，提高鑄鐵強(qiáng)度；避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織均勻性。斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織均勻性。 孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度。孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度。 應(yīng)用：應(yīng)用：制造機(jī)械性能要求較高的鑄件，如制造機(jī)械性能要求較高的鑄件，如汽缸、曲軸、凸輪汽缸、曲軸、凸輪等，尤其是截面尺寸變化較等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。大

26、的鑄件。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料28 2. 2.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的石墨呈球狀。球墨鑄鐵的石墨呈球狀。 具有很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。綜合具有很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。綜合機(jī)械性能接近于鋼，鑄造性能好，成本較低，生機(jī)械性能接近于鋼，鑄造性能好，成本較低，生產(chǎn)方便，得到廣泛應(yīng)用。產(chǎn)方便，得到廣泛應(yīng)用。 F+GF+G球球 F+P+GF+P+G球球 P+GP+G球球機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料29 (1) (1) 球墨鑄鐵的成分和球化處理球墨鑄鐵的成分和球化處理 成分：成分：要求比較嚴(yán)格。要求比較嚴(yán)格。3.6%3

27、.6%3.9%C, 2.2%3.9%C, 2.2%2.8%Si, 0.6%2.8%Si, 0.6%0.8%Mn, 0.07%S, 0.1%P0.8%Mn, 0.07%S, 0.1%P。 球化處理：球化處理：在鐵水中加入一定量的球化劑在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑，獲得細(xì)小、均勻分布的球狀石墨。和孕育劑，獲得細(xì)小、均勻分布的球狀石墨。 使用稀土鎂球化劑。使用稀土鎂球化劑。 鎂強(qiáng)烈阻礙石墨化。為了避免白口，并使鎂強(qiáng)烈阻礙石墨化。為了避免白口，并使石墨球細(xì)小、均勻分布、一定要加入孕育劑。石墨球細(xì)小、均勻分布、一定要加入孕育劑。 常用的孕育劑為硅鐵和硅鈣合金等。常用的孕育劑為硅鐵和硅鈣合金等。 機(jī)

28、機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料30 (2) (2) 球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能 QT400-15QT400-15、QT600-3QT600-3、QT800-2QT800-2 球墨鑄鐵牌號(hào)用球墨鑄鐵牌號(hào)用“QT”QT”標(biāo)明，其后兩組標(biāo)明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。數(shù)值表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。 不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大。不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大。 珠光體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比鐵素體球珠光體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度高墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度高50%50%以上。以上。 鐵素體球墨鑄鐵的伸長(zhǎng)率為珠光體球墨鐵素

29、體球墨鑄鐵的伸長(zhǎng)率為珠光體球墨鑄鐵伸長(zhǎng)率的鑄鐵伸長(zhǎng)率的3-53-5倍。倍。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料31 (3) (3) 球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵的熱處理 退火退火 900 900 950 950 、2 h5 h。 當(dāng)鑄件薄壁處出現(xiàn)滲碳體和珠光體時(shí)，當(dāng)鑄件薄壁處出現(xiàn)滲碳體和珠光體時(shí)，退火可獲得塑性好的鐵素體基體，改善切削退火可獲得塑性好的鐵素體基體，改善切削性能，消除鑄造應(yīng)力。性能，消除鑄造應(yīng)力。 正火正火 880 880 920 920 ，空冷。，空冷。 得到珠光體基體（占基體得到珠光體基體（占基體75%75%以上），以上），并細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。

30、并細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料32 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 加熱到加熱到850 850 900 900 ，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)?，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經(jīng)奧氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經(jīng)550 550 600 600 回火，空冷?；鼗?，空冷。 組織：組織：回火索氏體回火索氏體+ +球狀石墨球狀石墨 調(diào)質(zhì)后強(qiáng)度高，塑性、韌性好。調(diào)質(zhì)后強(qiáng)度高，塑性、韌性好。 用于要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零用于要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等。件，如連桿、曲軸等。 表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)行表面淬火表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)

31、行表面淬火及低溫回火。及低溫回火。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料33 等溫淬火等溫淬火 加熱到奧氏體區(qū)（加熱到奧氏體區(qū)（840 840 900 900 左右），左右），保溫后在保溫后在300 300 左右的等溫鹽浴中冷卻并保溫，左右的等溫鹽浴中冷卻并保溫，使基體在此溫度轉(zhuǎn)變?yōu)槭够w在此溫度轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w。下貝氏體。 組織：組織：下貝氏體下貝氏體+ +球狀石墨球狀石墨。 性能：性能：獲得高的強(qiáng)度，具有良好的塑性和獲得高的強(qiáng)度，具有良好的塑性和韌性。強(qiáng)度韌性。強(qiáng)度1200 MPa1200 MPa1450 MPa1450 MPa, , 沖擊韌度沖擊韌度300300 k

32、J/m kJ/m2 2360 kJ/m360 kJ/m2 2, , 硬度硬度38HRC38HRC51HRC51HRC。 等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于等溫鹽浴的冷卻能力有限，一般只能用于截面不大的零件，例如受力復(fù)雜的齒輪、曲軸、截面不大的零件，例如受力復(fù)雜的齒輪、曲軸、凸輪軸等。凸輪軸等。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料34球墨鑄鐵的應(yīng)用球墨鑄鐵的應(yīng)用 用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件。用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件。 如如曲軸、連桿、凸輪軸曲軸、連桿、凸輪軸等。等。 曲軸曲軸 管道接口管道接口 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金

33、屬材料35 3. 3.蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 RuT300RuT300、RuT420 RuT420 蠕墨鑄鐵以蠕墨鑄鐵以“RuTRuT”表示，表示， 數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。蠕墨鑄鐵組織蠕墨鑄鐵組織 蠕墨鑄鐵是新型高強(qiáng)鑄鐵。強(qiáng)度接近于球蠕墨鑄鐵是新型高強(qiáng)鑄鐵。強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性、較高的耐磨性；又有墨鑄鐵，有一定的韌性、較高的耐磨性；又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。 蠕墨鑄鐵的石墨在光學(xué)顯微鏡下為蠕蟲蠕墨鑄鐵的石墨在光學(xué)顯微鏡下為蠕蟲狀，長(zhǎng)厚比小，端部較鈍。狀，長(zhǎng)厚比小，端部較鈍。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章

34、 金屬材料金屬材料36 蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)：蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)： 在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑形成。蠕化劑主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦形成。蠕化劑主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。合金或稀土鎂鈣合金等。 排氣管排氣管 進(jìn)氣管進(jìn)氣管 應(yīng)用：應(yīng)用：用于高層建筑中高壓熱交換器、用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機(jī)汽缸、缸蓋、內(nèi)燃機(jī)汽缸、缸蓋、排氣管、進(jìn)氣管、排氣管、進(jìn)氣管、汽缸汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料37 4. 4. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處

35、理得到可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。的一種高強(qiáng)鑄鐵。 有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。可鍛鑄鐵依靠石墨化退火獲得。分代替碳鋼?？慑戣T鐵依靠石墨化退火獲得。 可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體?？慑戣T鐵有鐵素體和珠光體兩種基體。 鐵素體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 (1) (1) 可鍛鑄鐵的牌號(hào)可鍛鑄鐵的牌號(hào) KTH350-10KTH350-10、KTZ650-02KTZ650-02 鐵素體黑心可鍛鑄鐵以鐵素體黑心可鍛鑄鐵以“KHT”KHT”表示。表示。 珠光體可鍛鑄鐵以珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”KT

36、Z”表示。表示。 兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料38 (2) (2) 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理 第一步第一步 先鑄造成白口鑄鐵。先鑄造成白口鑄鐵。 不允許有石墨出現(xiàn)，否則在隨后的退火中，不允許有石墨出現(xiàn)，否則在隨后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到團(tuán)絮狀石墨；碳在已有的石墨上沉淀，得不到團(tuán)絮狀石墨； 第二步第二步 石墨化退火處理。石墨化退火處理。 將白口鑄鐵加熱到將白口鑄鐵加熱到900 900 960 960 ，長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間保溫，使共晶滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，完成間保溫

37、，使共晶滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，完成第一階段的石墨化過(guò)程。第一階段的石墨化過(guò)程。 若第一階段石墨化后慢冷，完成第二階段、若第一階段石墨化后慢冷，完成第二階段、第三階段石墨化，在第三階段石墨化，在650 650 700 700 出爐冷卻出爐冷卻至室溫，得到至室溫，得到鐵素體基體可鍛鑄鐵。鐵素體基體可鍛鑄鐵。 若第一階段石墨化后以較快的速度（若第一階段石墨化后以較快的速度（100 100 /h/h）冷卻通過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到）冷卻通過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基珠光體基體可鍛鑄鐵。體可鍛鑄鐵。 可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí)，為縮短時(shí)間，可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí)，為縮短時(shí)間，并細(xì)化組織，提高機(jī)械性能，

38、可在鑄造時(shí)采取孕并細(xì)化組織，提高機(jī)械性能，可在鑄造時(shí)采取孕育處理。育處理。 孕育劑能強(qiáng)烈阻礙凝固時(shí)形成石墨，退火時(shí)孕育劑能強(qiáng)烈阻礙凝固時(shí)形成石墨，退火時(shí)促進(jìn)石墨化。促進(jìn)石墨化。 機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料39可鍛鑄鐵應(yīng)用可鍛鑄鐵應(yīng)用 制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件，如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓件，如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。閥門等。 這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性不好，這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性不好，工藝?yán)щy；用灰鑄鐵時(shí)，性能不能滿足要求。工藝?yán)щy；用灰鑄鐵時(shí)，性能不能滿足要求。 與球墨鑄鐵比，可鍛鑄鐵成本低、質(zhì)量穩(wěn)與球墨鑄鐵比，可鍛鑄鐵成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、鐵水處理簡(jiǎn)單、容易組織流水生產(chǎn)。尤其定、鐵水處理簡(jiǎn)單、容易組織流水生產(chǎn)。尤其對(duì)于薄壁件，若采用球墨鑄鐵易生成白口，需對(duì)于薄壁件，若采用球墨鑄鐵易生成白口，需要進(jìn)行高溫退火，采用可鍛鑄鐵更為適宜。要進(jìn)行高溫退火，采用可鍛鑄鐵更為適宜。機(jī)機(jī) 械械工工程程材材料料8:39第第3章章 金屬材料金屬材料40 5. 5.特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵 鑄鐵中加入合金元素，得到具有特殊性能的鑄鐵中加入合金元素，得到具有特殊性能的合金鑄鐵。合金鑄鐵。 (1)