金屬材料及熱處理-第六章鑄鐵

第六章

鑄鐵主要內(nèi)容鑄鐵的石墨化各類鑄鐵的特點(diǎn)及應(yīng)用鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。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)，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。前言例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸內(nèi)燃機(jī)汽缸柴油機(jī)缸套

一、鑄鐵的石墨化過程1、Fe-Fe3C和Fe-G(石墨)雙重相圖Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）共晶白口鑄鐵基體球墨鑄鐵第一節(jié)鑄鐵的石墨化石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。存在兩個(gè)鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C2、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時(shí)分解得到。臺車式石墨化退火爐石墨化分兩個(gè)階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結(jié)晶時(shí)一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解.P’在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。P’鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系

（以共晶鑄鐵為例）

二、影響石墨化的因素⑴化學(xué)成分的影響

碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。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。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素對石墨化有促進(jìn)作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。鑄鐵中的磷共晶磷雖然可促進(jìn)石墨化,但其含量高時(shí)易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高(達(dá)0.3%以上)。⑵冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G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

快冷時(shí)由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行,不利于石墨化.第二節(jié)各類鑄鐵的特點(diǎn)及應(yīng)用

工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。二、鑄鐵的特點(diǎn)及分類1、鑄鐵的組織特點(diǎn)鋼的基體+G（石墨）基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。F+GF+P+GP+G⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。⑷鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。2、鑄鐵的性能特點(diǎn)⑴力學(xué)性能低。由于石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強(qiáng)度比較第二節(jié)各類鑄鐵的特點(diǎn)及應(yīng)用一.鑄鐵的分類（1）按石墨化程度分類：灰口鑄鐵白口鑄鐵（2）按石墨形態(tài)分類灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵表5-1鑄鐵的分類與牌號表示方法

KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，%

表5-1鑄鐵的分類與牌號表示方法（續(xù)）工業(yè)鑄鐵的成分范圍與組織工業(yè)鑄鐵的成分范圍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/Ce二.不同始末形態(tài)鑄鐵的特性及用途（一）灰鑄鐵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80%以上。1、組織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的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種?；诣T鐵齒輪箱灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌常對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。

孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣2、熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的30~50%，熱處理強(qiáng)化效果不大?；诣T鐵常用的熱處理有：①消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時(shí)效)②消除白口組織退火③表面淬火灰鑄鐵件汽缸套活塞環(huán)3、用途制造承受壓力和震動的零件,如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

（二）可鍛鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1、組織：基體(F、P)＋團(tuán)絮狀G鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2、性能：強(qiáng)度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實(shí)不可鍛

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火3、用途用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等?？慑戣T鐵管件（三）球墨鑄鐵石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到.1、組織：基體（F、F+P、P）+球狀G球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鈣稀土鎂為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)行孕育處理。

常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵

鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球

2、性能與熱處理強(qiáng)度是碳鋼的70~90%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比(0.2/b)高,約為0.7~0.8,而鋼一般只有0.3~0.5。球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱處理,如退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。

球墨鑄鐵的熱處理特點(diǎn)是：①奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高;②淬透性比碳鋼高;③奧氏體中碳含量可控。制品(軋輥與輥環(huán))組織貝氏體基球墨鑄鐵3、用途承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運(yùn)輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸（四）蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵.蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的.蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+蠕蟲狀G

蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞