第六章 鑄鐵(修)

1、 工程材料與熱加工基礎(chǔ)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 第六章 鑄鐵 航空制造工程系 第六章第六章 鑄鐵鑄鐵 1.鑄鐵的石墨化；鑄鐵的石墨化； 2.工業(yè)常用鑄鐵；工業(yè)常用鑄鐵； 灰口鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 3.知識(shí)窗；知識(shí)窗； 4.學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 目的：目的： 掌握常用鑄鐵的性能掌握常用鑄鐵的性能 特點(diǎn)；特點(diǎn)； 掌握鑄鐵的牌號(hào)；掌握鑄鐵的牌號(hào)； 了解鑄鐵的應(yīng)用；了解鑄鐵的應(yīng)用； 6.1 鑄鐵的分類及石墨化 鑄鐵是指一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。 6.1.1 鑄鐵的分類鑄鐵的分類 1白口鑄鐵白口鑄鐵 2麻口鑄鐵 3灰口鑄鐵 （1）灰鑄鐵 碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； （2）可鍛鑄鐵 碳主要以

2、團(tuán)絮狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； （3）球墨鑄鐵 碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； （4）蠕墨鑄鐵 碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。 6.1.2鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 鑄鐵中石墨的形成過程稱為鑄鐵的石墨化石墨化。影響鑄鐵 石墨化的因素較多，其中化學(xué)成分和冷卻速度是影響 石墨化的主要因素。 1化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 碳和硅都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素碳和硅都是強(qiáng)烈促 進(jìn)石墨化的元素；磷也是促進(jìn)石墨化的元素，但其作 用較弱；硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素 2冷卻速度的影響冷卻速度的影響 冷卻速度快，鑄鐵容易產(chǎn)生白口鑄鐵組織； 冷卻速度慢，碳原子擴(kuò)散充分，有利于石墨化過程充 分進(jìn)行，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵組

3、織。 6.2.1 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 1灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 （1）化學(xué)成分 灰鑄鐵的化學(xué)成分一般為：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。 (2)組織 由于石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：鐵素體 (F)+片狀石墨(G)；鐵素體(F)珠光體(P)+片狀石墨(G)；珠光體 (P)+片狀石墨(G)。 6.2.1 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 （3）性能 力學(xué)性能 石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學(xué)性能，但卻使灰鑄鐵獲得了許多 鋼所不及的優(yōu)良性能 優(yōu)良的性能： 良好的鑄造性能 良好的減震性 較低的缺口敏感性

4、良好的切削加工性 良好的減摩性 良好的抗壓性能 6.2.1 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 類 別牌號(hào)用 途 舉 例 鐵素體 灰鑄鐵 HTl00 低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、 支架等 鐵索體珠光 體灰鑄鐵 HT150 承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、工 作臺(tái)、閥體、管路附件及一般工作條件要 求的零件 珠光體 灰鑄鐵 HT200承受較大應(yīng)力和較重要的零件，如汽缸體、 齒輪、機(jī)座、床身、活塞、齒輪箱、油缸 等 HT250 孕育鑄鐵 HT300 床身導(dǎo)軌，車床、沖床等受力較大的床身、 機(jī)座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、 泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動(dòng)機(jī)的 曲軸、汽缸體、汽缸蓋等 HT350 6.

5、2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵，它是經(jīng)過 球化處理后得到的。球化處理的方法是在鐵液出爐后、 澆注前加入一定量的球化劑(稀土鎂合金等)和孕育劑， 使石墨呈球狀析出。 6.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 1球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 球墨鑄鐵的化學(xué)成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%， wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）組織 球墨鑄鐵的組織可分為四種類型： 鐵素體(F)+球狀石墨(G)， 鐵索體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)， 珠光體(P)+球狀石墨(G)， 下

6、貝氏體(B下)+球狀石墨(G)。 為鐵素體球墨鑄鐵的顯微組織。 圖6-3 鐵素體球墨鑄鐵顯微組織 6.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 （3）性能 球墨鑄鐵的力學(xué)性能與基體的類型以及球狀石 墨的大小、形狀及分布狀況有關(guān)。由于球狀石墨對(duì)基 體的割裂作用最小，又無應(yīng)力集中作用，球墨鑄鐵基 體的強(qiáng)度、塑性和韌性可以充分發(fā)揮，所以，球墨鑄 鐵與灰鑄鐵相比，有高的強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。 它的某些性能可以與鋼相媲美，如屈服點(diǎn)比碳素結(jié)構(gòu) 鋼高，疲勞強(qiáng)度接近中碳鋼。同時(shí)，它還具有灰鑄鐵 的減震性、減磨性和小的缺口敏感性等優(yōu)良性能。球 墨鑄鐵中的石墨球的圓整度越好，球徑越小，分布越 均勻，則球墨鑄鐵的力學(xué)性能就越好。

7、 6.2.2 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 基體類型牌號(hào)用途舉例 鐵素體 QT400-15 QT400-10 閥體，汽車、內(nèi)燃機(jī)車零件，機(jī) 床零件，減譴器殼 鐵素體+珠光體QT500-7機(jī)油泵齒輪，機(jī)車、車輛軸瓦 珠光體 QT700-2 QT800-2 柴油機(jī)曲軸、凸輪軸汽缸體、 缸套，活塞環(huán)，部分磨床、銑 床、車床的主軸等 下貝氏體QT900-2 汽車的螺旋錐齒輪，拖拉機(jī)減速 齒輪柴油機(jī)凸輪軸 6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)過程是： 首先澆注成白口鑄鐵件，然后經(jīng)可鍛化退火（可鍛化 退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件。 6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 1可鍛

8、鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 1）可鍛鑄鐵的化學(xué)成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%， wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 2）可鍛鑄鐵的組織有二種類型： 鐵素體(F)+團(tuán)絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團(tuán)絮狀石墨(G)。 3)性能 由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的割裂作用較小，因 此它的力學(xué)性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不 能進(jìn)行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基體組織不同，其性能也不一樣， 其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵 具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。 6.2.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 類 別牌號(hào)應(yīng)用舉例 黑心可 鍛鑄鐵 K

9、TH300-06 KTH330-08 KTH35010 KTH37012 汽車、拖拉機(jī)的后橋外殼、轉(zhuǎn)向機(jī) 構(gòu)、彈簧鋼板支座等，機(jī)床上用的 扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣 板和農(nóng)具等 珠光體 可鍛鑄 鐵 KTZ550-04 KTZ700-02 曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂， 活塞環(huán)等 知識(shí)窗 1耐磨鑄鐵 耐磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。根據(jù)工作條件的不同， 分為以下兩類： (1)抗磨鑄鐵 在干摩擦及抗磨料磨損條件下工作的零件，如軋輥、犁 鏵、拋丸機(jī)葉片、球磨機(jī)磨球等，應(yīng)具有均勻的高硬度 和必要的韌性。 白口鑄鐵 白口鑄鐵生產(chǎn)簡便，價(jià)格低廉，但脆性大，適用于沖擊 載荷不大的犁鏵等抗磨鑄件和清理拋丸機(jī)

10、中的鐵丸等。 知識(shí)窗 冷硬鑄鐵 在造型時(shí)，在鑄件要求抗磨的部位作成金屬型，其余 部位用砂型，并適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分(如降低含硅量)， 使其要求抗磨處得到白口組織，而其余部位韌性較好， 可承受一定的沖擊。生產(chǎn)中采用此類“激冷”方法獲 得的抗磨鑄鐵稱為冷硬鑄鐵，主要用于制造軋輥、車 輪、凸輪軸等。 高鉻白口鑄鐵 向白口鑄鐵中加入少量的鉻、鉬、鎢、釩、硼等元素， 使之形成合金滲碳體，可提高其抗磨性，但韌性改善 不多。高鉻白口鑄鐵合金元素含量高，價(jià)格昂貴，但 用其制造的零件比高錳鋼提高壽命幾倍甚至十幾倍， 最終經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 知識(shí)窗 中錳耐磨球墨鑄鐵 含有wMn=5%95%，wSi=3.3%5%的中

11、錳耐磨球墨鑄鐵，鑄態(tài)組織為馬氏體、奧氏 體、碳化物和球狀石墨，具有較高的耐磨性 和較好的強(qiáng)度與韌性，不需貴重合金元素， 可用沖天爐熔煉，成本低，可代替高錳鋼或 鍛鋼制造受沖擊的一些抗磨零件。中錳耐磨 球墨鑄鐵適用于制造犁鏵、粉碎機(jī)錘頭、球 磨機(jī)磨球、襯板等。 知識(shí)窗 (2)減摩鑄鐵 在潤滑條件下工作的零件，如機(jī)床導(dǎo)軌、汽缸套、活 塞環(huán)、軸承等，其組織應(yīng)為軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)(強(qiáng) 化相)。軟基體磨損后形成溝槽，起儲(chǔ)油和潤滑作用， 硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用。常用的減摩鑄鐵有普通高磷鑄鐵 和合金高磷鑄鐵。 在孕育鑄鐵中加入磷(wP=0.4%0.6%)，磷在鑄鐵中 以磷共晶形式存在，呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，形成堅(jiān)硬骨架

12、， 能大大提高鑄鐵的耐磨性，這種鑄鐵稱為普通高磷鑄 鐵。在普通高磷鑄鐵基礎(chǔ)上加入適量的鉻、鉬、鎢、 銅、釩、鈦等元素，以細(xì)化組織，增加珠光體含量， 形成高硬度的碳化和氮化物，提高鑄鐵的韌性、強(qiáng)度 和耐磨性，這種鑄鐵稱為合金高磷鑄鐵，可制作發(fā)動(dòng) 機(jī)缸套、機(jī)床導(dǎo)軌等零件。 知識(shí)窗 2耐熱鑄鐵 耐熱鑄鐵是指可以在高溫下使用，其抗氧化或抗生長性能符合 使用要求的鑄鐵。“生長”是指由于氧化性氣體沿石墨片邊界 和裂紋滲入鑄鐵內(nèi)部造成的氧化，以及因Fe3C分解而發(fā)生的石 墨化引起鑄件體積膨脹。向鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等元素，使 鑄件表面形成一層致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜，能明 顯提高高溫下的

13、抗氧化能力，同時(shí)能夠使鑄鐵的基體變?yōu)閱蜗?鐵素體。此外，硅、鋁可提高相變點(diǎn)，使其在工作溫度下不發(fā) 生固態(tài)相變，可減少由此而產(chǎn)生的體積變化和顯微裂紋。鉻可 形成穩(wěn)定的碳化物，提高鑄鐵的熱穩(wěn)定性。 常用的耐熱鑄鐵有中硅鑄鐵、高鉻鑄鐵、鎳鉻硅鑄鐵等，主要 用于制造加熱爐附件，如爐底板、送鏈構(gòu)件、換熱器等。 知識(shí)窗 3耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵是指能耐化學(xué)、電化學(xué)腐蝕的鑄鋏。 在鑄鐵中加入鉻、硅、鋁、鉬、銅、鎳等合 金元素，可使鑄件表面形成一層致密的保護(hù) 膜，還可提高鐵索體的電位，增加鑄鐵的耐 蝕能力。耐蝕鑄鐵種類很多，應(yīng)用較廣的是 高硅(wSi10%18%)鑄鐵，其組織為：含 硅鐵素體+石墨+Fe3Si2。高硅鑄鐵廣泛用于 制造化工、石油、化纖、冶金等工業(yè)設(shè)備。 學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 本章基本要求：本章基本要求： 本章主要介紹鑄鐵的分類、組織、性能和應(yīng)用等內(nèi)容。通過本章的學(xué) 習(xí)，要求學(xué)生掌握鑄鐵的分類；學(xué)生要理解鑄鐵的組織與性能的關(guān)系， 特別要理解鑄鐵中的石墨對(duì)鑄鐵性能的影響；學(xué)生要熟悉常用鑄鐵的牌 號(hào)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1鑄鐵分類：白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵和 合金鑄鐵 2影響石墨化的因素：化學(xué)成分和冷卻速度 3灰鑄鐵的孕育處理：在澆注前向鐵水中加入少量的孕育劑（如硅鐵、 硅鈣合金等），改變鐵水的結(jié)晶條件，