工程材料學(xué) 鑄鐵

1、工程材料學(xué) 鑄鐵第1頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在： 固溶在F、A中 化合物態(tài)的滲碳體(Fe3C)， 游離態(tài)石墨（G）分類：根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式（G or Cem）分為 白口鑄鐵-碳主要以游離碳化物的形式析出，斷口呈銀白色 灰口鑄鐵-碳大部分或全部以石墨的形式析出，斷口呈暗灰色 麻口鑄鐵-碳部分以游離碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間 第2頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 二 復(fù)線鐵碳相圖 在鐵碳相圖中，碳可以化合態(tài)的滲碳體的形式和游離態(tài)的石墨(G)的形式存在。滲碳體具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。石

2、墨具有特殊的簡單六方晶格，其底面碳原子呈六方網(wǎng)絡(luò)排列，原子間為共價(jià)鍵結(jié)合，間距?。?.42）結(jié)合力很強(qiáng)；底面層之間為分子鍵，面間距離大（3.04），結(jié)合力弱，所以石墨的強(qiáng)度和硬度不高，韌性很低。石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖 第3頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三滲碳體為亞穩(wěn)定相，在一定條件下能分解為鐵和石墨（Fe3C3Fe+G）; 石墨為穩(wěn)定相。所以在不同情況下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的Fe-Fe3C相圖，以及穩(wěn)定平衡的鐵石墨相圖。即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)合相圖，見圖。其中，實(shí)線表示Fe-Fe3C相圖，虛線表示鐵碳合金.究竟按哪種相圖變化，決定于其加熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質(zhì)（

3、亞穩(wěn)定平衡還是穩(wěn)定平衡）。虛線相圖的分析方法，與前面討論過的實(shí)線相圖完全相同。第4頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 三鑄鐵的石墨化過程 石墨化-鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程。 石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得?；铱阼T鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間高溫退火，由滲碳體的高溫分解來獲得。 第5頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 按照鐵石墨相圖，可將鑄鐵的石墨形成過程（石墨化）分為三個(gè)階段。第一階段石墨化 鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄鐵）和在 1154(ECF線) 通過共

4、晶反應(yīng)形成共晶石墨，其反應(yīng)式為： LcAE+G（共晶）第二階段石墨化 在1154 738溫度范圍內(nèi)奧氏體沿ES線析出二次石墨。第三階段石墨化 在738 （PSK）通過共析反應(yīng)析出石墨，其反應(yīng)方程式為： AsFp+G(共析) 含3的亞共晶鑄鐵石墨相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過程如圖所示第6頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 四影響石墨化的主要因素 (一)溫度及冷卻速度 鑄鐵的結(jié)晶，在高溫慢冷的條件下，由于碳原子能充分?jǐn)U散，通常按鐵石墨相圖進(jìn)行。碳以石墨的形式析出。當(dāng)冷速較快時(shí)，由液體析出的是滲碳體而不是石墨，因?yàn)闈B碳體的含碳量（669）比石墨（100）更接近于合金的含碳量（2540），析

5、出滲碳體所需的碳原子擴(kuò)散量較少。在低溫（共晶反應(yīng)溫度）條件下，碳原子擴(kuò)散能力較差，鑄鐵的石墨化過程往往難以進(jìn)行。 鑄鐵加熱時(shí)，到550以上，共析滲碳體開始分解為石墨和鐵素體。加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，分解越強(qiáng)烈。在共析溫度以下，二次滲碳體共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石墨。 因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長時(shí)間保溫，都有利于石墨化進(jìn)程。第7頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 （二）合金元素 按對(duì)石墨化的作用，合金元素可分為兩大類： 促進(jìn)石墨化的元素-CSiAlCuNiCo等。 阻礙石墨化的元素-CrWMoVMn 等，以及雜質(zhì)元素S。一般來說，非

6、碳化物形成元素阻礙石墨化。在促進(jìn)石墨化的元素中，C和Si最強(qiáng)烈。生產(chǎn)中，調(diào)整碳硅含量，是控制鑄鐵組織與性能的基本措施。碳不僅促進(jìn)石墨化，而且還影響石墨的數(shù)量大小和分布。S強(qiáng)烈促進(jìn)石墨的白口化，并使機(jī)械性能和鑄造性能惡化，因此一般控制在015以下。 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。 第8頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 CE來評(píng)價(jià)鑄鐵成份的石墨化能力： CE=Wc+1/2W(Si+P) 同時(shí)用共晶度（表示鑄鐵的碳含量接近共晶點(diǎn)濃度的程度，Sc=1共晶鑄鐵；Sc1過共晶鑄鐵。Sc CE-石墨化能力)第9頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分

7、，星期三五.鑄鐵的組織特征和分類 石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同 鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織名稱 石墨化程度 顯微組織 第一階段 第二階段 第三階段 灰鑄鐵 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 充分進(jìn)行 部分進(jìn)行 不進(jìn)行 FG FPG PG 麻鑄鐵 部分進(jìn)行 部分進(jìn)行 不進(jìn)行 Le+P+G 白口鑄鐵 不進(jìn)行 不進(jìn)行 不進(jìn)行 Le+P+Fe3C 第10頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三組織構(gòu)成：常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的，一部分是石墨，另一部分是基體?；w可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，相當(dāng)于鐵或鋼的組織。所以，鑄鐵的

8、組織可以看成是鐵或鋼的基體上分布著石墨夾雜。 石墨形態(tài)：不同類型鑄鐵組織中的石墨形態(tài)是不同的 灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵中的石墨呈片狀； 可鍛鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀； 球墨鑄鐵中的石墨呈球狀； 蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。 第11頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 六.鑄鐵的性能特點(diǎn) 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性都很低，石墨對(duì)基體嚴(yán)重割裂。石墨強(qiáng)度、韌性極低，相當(dāng)于裂紋或空洞，它減小基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。 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。 變質(zhì)處理可細(xì)化石墨片，提高鑄鐵的強(qiáng)度，但塑性無明顯改善。 石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能： （1）石墨造成脆性切削，鑄

9、鐵的切削加工性能優(yōu)異。 （2）鑄鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。 （3）石墨有良好的潤滑作用，并能儲(chǔ)存潤滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。 （4）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。 （5）大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。 各種鑄鐵的機(jī)械性能 第12頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三第二節(jié) 灰口鑄鐵 灰口鑄鐵是價(jià)格便宜應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80以上。 一鑄鐵的牌號(hào) 我國灰口鑄鐵的牌號(hào)見表?！癏T”表示“灰鐵”，后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度?；诣T鐵中的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般

10、控制在以下范圍：2.5%4.0%C; 1.0%2.0%Si。 二、灰鑄鐵的組織 灰口鑄鐵有鐵素體基體珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種鑄鐵，其組織見圖。第13頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 三 灰口鑄鐵的性能 1、優(yōu)良的鑄造性能 由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，所以鐵水流動(dòng)性好，可以鑄造非常復(fù)雜的零件；另外由于石墨比容較大，使鑄件凝固時(shí)的收縮量減少可簡化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力，并可得到致密的組織。 2、優(yōu)良的耐磨性 石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性；此外由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶：又能使抗磨能力進(jìn)一步 提高，這對(duì)于制備活

11、塞環(huán)氣缸套等受摩擦零件具有重要意義， 3、消震性好 石墨可以阻止震動(dòng)的傳播灰鑄鐵的消震能力是鋼的10倍，常用來制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座。第14頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三4、較低的缺口敏感姓和良好的切削加工性能 灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口對(duì)表面的缺陷、缺口等幾乎沒有敏感性因此，表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響較小，但其疲勞強(qiáng)度比鋼要低； 由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用相對(duì)刀具的潤滑起減摩作用、所以其切削加工性是良好的5、灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鑄鋼 灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織；灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高出

12、3-4倍，這是灰鑄鐵的一種特性，因此與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合：這就是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因，灰鑄鐵的硬度與同樣基體的正火鋼相近第15頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 四.影響灰鑄鐵組織和性能的因素 1.成分對(duì)鑄鐵的影響錳是阻礙石墨化的元素，能溶于鐵素體和滲碳體中，增強(qiáng)鐵、碳原子間的結(jié)合力，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，阻止共析轉(zhuǎn)變時(shí)的石墨化，促進(jìn)珠光體基體的形成。錳還能與硫生成MnS，減少硫的有害作用。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%1.4%。磷是促進(jìn)石墨化的元素。鑄鐵中磷含量增加時(shí)，液相線降低，從而提高了鐵水的流動(dòng)性。在鑄鐵中，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.3%時(shí)，

13、常常形成二元或三元磷共晶體，其性能硬而脆，降低鑄鐵的強(qiáng)度，但提高其耐磨性。所以，要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí)，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量（可達(dá)0.3%以上）。 硫是有害元素，它強(qiáng)烈促進(jìn)白口化，并使鑄鐵的鑄造性能和機(jī)械性能惡化。少量硫即可生成FeS(或MnS)。FeS與鐵形成低熔點(diǎn)(約980 )共晶體，沿晶界分布。因此限定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%以下。 第16頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三2.冷卻速度的影響 在一定的鑄造工藝（如澆注溫度、鑄型溫度、造型材料種類等）條件下，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

14、慢，依次出現(xiàn)珠光體、珠光體加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織。 不同C+Si含量，不同壁厚（冷卻速度）鑄件的組織 第17頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三五孕育處理孕育處理：就是變質(zhì)處理，孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。常用的孕育劑有兩種。一種為硅類合金，例如最常用的含75硅的硅鐵合金含6065硅和2535鈣的硅鈣合金等，后者石墨化能力比前者高1.53倍，但價(jià)格較貴。另一類是碳類，例如石墨粉電極粒等。孕育處理的目的是：1 使鐵水內(nèi)同時(shí)生成大量均勻的非自發(fā)形核，以獲得細(xì)小均勻的石墨片，并細(xì)化基體組織，提高鑄鐵的強(qiáng)度；2 避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織的均勻性。

15、應(yīng)用： 孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度，可用來制造機(jī)械性能要求較高的鑄件，如氣缸曲軸凸輪機(jī)床床身等，尤其是截面尺寸變化較大的鑄件。第18頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 六灰口鑄鐵的熱處理 熱處理不能改變石墨的形狀和分布，對(duì)提高灰口鑄鐵機(jī)械性能作用不大，因此生產(chǎn)中主要用來消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。 1.消除內(nèi)應(yīng)力退火（又稱人工時(shí)效） 一些形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的重要鑄件，如機(jī)床床身柴油機(jī)氣缸等，為了防變形和開裂，需進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火。工藝規(guī)定是：加熱溫度500550，加熱速度為60120/h。溫度不宜過高，以免發(fā)生共析滲碳體的球化和石墨化。保溫

16、時(shí)間則取決于加熱溫度和鑄件壁厚，一般是：壁厚20mm時(shí)，保溫時(shí)間為2h，壁厚每增加25mm，保溫時(shí)間增長1h。冷卻速度為2050/h，到150220后出爐空冷。第19頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 2.消除鑄件白口降低硬度的退火 灰口鑄鐵件表面和薄壁處產(chǎn)生的白口組織難以切削加工，需要退火降低硬度。退火在共析溫度以上進(jìn)行，使?jié)B碳體分解成石墨，所以又稱高溫退火。工藝是：加熱到850900，保溫25h，然后隨爐冷卻，至250400后出爐空冷。退火鑄件的硬度可下降HB2040。 3.表面淬火 有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可進(jìn)行表面淬火處理，如高頻表面

17、淬火火焰表面淬火等。淬火后表面硬度可達(dá)HRC50。第20頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三第三節(jié) 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是本世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度材料，其綜合機(jī)械性能接近于鋼，因鑄造性能很好，成本很低，生產(chǎn)方便，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 一球墨鑄鐵的成分和球化處理 球墨鑄鐵的成分： 要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：3.63.9%C,2.02.8%Si,0.60.8%Mn,0.07%S,0.1%P。與灰口鑄鐵相比，它的碳當(dāng)量較高，一般為過共晶成分，通常在4.54.7%范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨球化。第21頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 球墨鑄鐵的

18、球化處理： 必須伴隨以孕育處理，通常是在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑。國外使用球化劑主要是金屬鎂，實(shí)踐證明，鐵水中含0.040.08鎂時(shí)，石墨就能完全球化。我國普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是強(qiáng)烈的反石墨化元素，為了避免白口，并使石墨球細(xì)小均勻分布光園，一定要加入孕育劑。常用的孕育劑為75硅鐵和硅鈣合金等。第22頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 二、球墨鑄鐵的牌號(hào)、組織和性能 1.牌號(hào) 我國球墨鑄鐵牌號(hào)用“QT”標(biāo)明，其后兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度極限和延伸率，見表 由表中數(shù)據(jù)可知，球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。其突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比（0.2/b）高，約為0.

19、70.8，而鋼一般只有0.30.5。在一般的機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的許用應(yīng)力根據(jù)0.2確定，因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，重量更輕。第23頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 2.組織 不同的基體的球墨鑄鐵見圖，性能差別很大。珠光體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比鐵素體基體的高50以上，而鐵素體基的球墨鑄鐵的延伸率為珠光體基的35倍。 3.性能 球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度。表中給出了球墨鑄鐵和45鋼試驗(yàn)的對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度。可見帶孔和帶臺(tái)肩的試樣疲勞強(qiáng)度大致相同。試驗(yàn)還表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過45鋼。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或是帶臺(tái)肩的，因此

20、完全可以用球墨鑄鐵來代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿、凸輪軸等。第24頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三三、球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點(diǎn)： 球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致相同，但由于 它含有較高的硅、碳、錳等，具有一些特點(diǎn)1.共析轉(zhuǎn)變溫度較高 其奧氏體的加熱溫國度高于碳鋼2.C曲線右移，并形成兩個(gè)“鼻尖” 淬透性比碳鋼好，因此中、小鑄件可采用油淬，并較容易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體 第25頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 3.可利用淬火加熱溫度和保溫時(shí)間的控制來調(diào)整奧氏體中的碳含量: 高的加熱溫度和長的保溫時(shí)間，使以石墨形式保存在的碳較多地

21、溶入奧氏體中，因而淬火后得到較粗大的馬氏體和數(shù)量較多的殘余奧氏體。對(duì)鑄件綜合性能要球較高時(shí)，應(yīng)在保證完全奧氏體化的條件下，盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織。第26頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三熱處理工藝 主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等。 1.退火 退火目的：在于獲得鐵素體基體。球化劑增大鑄件的白口化傾向，當(dāng)鑄件薄壁處現(xiàn)自由滲碳體和珠光體時(shí)，為了獲得塑性好的鐵素體基體，并改善切削性能，消除鑄造應(yīng)力，根據(jù)鑄鐵的鑄造組織，可采用兩種退火工藝： a高溫退火-存在自由滲碳體時(shí)，進(jìn)行高溫退火：加熱到990950，保溫25h。隨爐冷卻，至600左右出爐空

22、冷。 b低溫退火-鑄態(tài)組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒有自由滲碳體時(shí)，采用低溫退火：加熱720760，保溫36h，隨爐冷卻至600后出爐空冷。第27頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 2.正火 正火的目的：在于得到珠光體基體（占基體75以上），并細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。根據(jù)加熱溫度，分高溫正火（完全奧氏體化正火）和低溫正火（不完全奧氏體化正火）兩種： a高溫正火- 加熱到880920，保溫3h,然后空冷，為了提高基體中珠光體的含量，還常采用風(fēng)冷，噴霧冷等加快冷卻速度的方法（保證鑄鐵的強(qiáng)度)。 b低溫正火- 加熱到820860，保溫一定時(shí)間，使基體部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分保

23、留為鐵素體，空冷后得到珠光體和少量破碎鐵素體的基體，提高鑄鐵的強(qiáng)度，保證其較好的塑性。第28頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三3.調(diào)質(zhì)要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理。其工藝為：加熱到850 900 ，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)550 600 回火，空冷，獲得回火索氏體+球狀石墨?；鼗鹚魇象w基體不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性比正火得到的珠光體基體好。表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)行表面淬火及低溫回火。第29頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能熱處理工藝 顯微組織 機(jī)械性能 b

24、 MPa 5 % ak kJ/m2 HB 調(diào)質(zhì): 980退火后,900油淬+ 580回火 回火索氏體+石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火:980退火后,900正火+ 580去應(yīng)力退火 珠光體+5%鐵素體 +石墨 700 2.5 100 317321 第30頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三4.等溫淬火球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后可獲得高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性和韌性。等溫淬火工藝為：加熱到奧氏體區(qū)（840 900 左右），保溫后在300 左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫，使基體在此溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w+球狀石墨。 等溫處理后，球墨鑄鐵的強(qiáng)度可達(dá)120

25、0 MPa1450 MPa, 沖擊韌性為300 kJ/m2360 kJ/m2, 硬度為38 HRC51 HRC。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、凸輪軸等。 第31頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三第四節(jié) 蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是近幾十年來發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性，較高的耐磨性；同時(shí)又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。 RuT300、RuT420蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。蠕墨鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見表 蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，有一定

26、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。 第32頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。石墨片的長厚比小，端部較鈍。 蠕墨鑄鐵 第33頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與球墨鑄鐵基本相同。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機(jī)汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。 進(jìn)氣管 排氣管 第34頁，共57頁

27、，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三第五節(jié) 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較好的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分取代碳鋼。按退火方法不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石黑化退火來獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來獲得。后者已很少生產(chǎn)，我國主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵。一.可鍛鑄鐵的牌號(hào)和用途 1. 顯微組織：可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見圖。第35頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 2 牌號(hào)： 可鍛鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見表； 可鍛鑄鐵的化學(xué)成分見表 KT350-10、KTZ600-3 鐵素體可鍛鑄鐵以“KT”表示，珠

28、光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和延伸率。 3 應(yīng)用：可鍛鑄鐵常用來制造形狀復(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、低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性能不好，工藝上困難較大；而用灰口鑄鐵時(shí)，又存在性能不能滿足要求的問題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，鐵水處理簡單，容易統(tǒng)一組織流水生產(chǎn)線等有點(diǎn)。尤其對(duì)于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進(jìn)行高溫退火，這時(shí)采用可鍛鑄鐵更為適宜。第36頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三二.可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)分兩個(gè)步驟：第一步：現(xiàn)鑄造純白口鑄鐵，不允許

29、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；第二步：進(jìn)行長時(shí)間的石墨化退火處理。 將白口鑄鐵加熱到900 960 ，長時(shí)間保溫，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程。隨后以較快的速度（100 /h）冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，得到珠光體基體的可鍛鑄鐵。 第37頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三 若第一階段石墨化保溫后慢冷，使奧氏體中的碳充分析出，完成第二階段石墨化，并在冷至720 760 后繼續(xù)保溫，使共析滲碳體充分分解，完成第三階段石墨化，在650 700 出爐冷卻至室溫，可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵。 可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí)，

30、為了縮短時(shí)間，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。孕育劑能強(qiáng)烈阻礙凝固時(shí)形成石墨和退火時(shí)促進(jìn)石墨化。采用0.001%硼、0.006%鉍和0.008%鋁的孕育劑，可將退火時(shí)間由70多小時(shí)縮短至30小時(shí)。第38頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三第六節(jié)合金鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。(1) 耐磨鑄鐵在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，生產(chǎn)中采用激冷的辦法來獲得激冷鑄鐵。用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。調(diào)整鐵水化學(xué)成分，高碳低硅，保證白口

31、層的深度。心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強(qiáng)度。應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.4%0.6%(高磷鑄鐵），生成磷共晶（F+Fe3P, P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，提高基體強(qiáng)度和韌性，鑄鐵的耐磨性能等得到更大提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等新型合金鑄鐵。 襯板 彎管 第39頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三(2) 耐熱鑄鐵 高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。加入Al、Si、C

32、r等元素，鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，不發(fā)生石墨化過程，改善鑄鐵的耐熱性。球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐熱性更好。耐熱鑄鐵的化學(xué)成分和機(jī)械性能 第40頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三(3)耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。 普通鑄鐵的耐蝕性差，因?yàn)榻M織中的石墨和滲碳體促進(jìn)鐵素體腐蝕。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。 常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。第41頁，共57頁

33、，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三作業(yè)及思考題名詞：石墨化、 白口鑄鐵、 灰口鑄鐵、 麻口鑄鐵根據(jù)Fe-G相圖，分析灰口鑄鐵、 麻口鑄鐵、 白口鑄鐵是如何獲得的？其獲得的顯微組織分別是什么？影響石墨化的主要因素是什么？如何影響？為什么在同一灰鑄鐵中，往往表層和薄壁部位易產(chǎn)生白口組織，用什么方法予以消除？鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和硬度主要取決于什么？第42頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三返回第43頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三返回第44頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三返回石墨的晶體結(jié)構(gòu) 第45頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三鐵碳合金復(fù)線相圖 返回第46頁，共57頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)10分，星期三各種鑄鐵的機(jī)械性能材料種類 組織 抗拉強(qiáng)度 b /MPa 屈服強(qiáng)度 0.2 /MPa 抗彎強(qiáng)度 bb /MPa 延伸率 /% 沖擊韌性 a k /kJm-2 硬度 /HB 鐵素體 灰鑄鐵 F+G片 100150 260330 0.5 10110 143229 珠光體 灰鑄鐵 PG片 200250 400470 0.5 10110 170240 孕育鑄鐵 PG細(xì)片 300400 540680 200 147241