鑄鐵基礎(chǔ)知識(shí)

焊工技師、高級(jí)技師培訓(xùn)8-1鑄鐵根底知識(shí)〔一〕1精選課件鑄鐵根底知識(shí)鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金,除碳外,鑄鐵還含有較多的Si、Mn和其它一些雜質(zhì)元素。與鋼相比，鑄鐵熔煉簡(jiǎn)便、本錢(qián)低廉。雖然強(qiáng)度、塑性和韌性較低，但具有優(yōu)良的鑄造性能，很高的耐磨性，良好的消震性和切削加工性。塑性變形的定義是物質(zhì)-包括流體及固體在一定的條件下，在外力的作用下產(chǎn)形變，當(dāng)施加的外力撤除或消失后該物體不能恢復(fù)原狀的一種物理現(xiàn)象。塑性：是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生最大塑性變形而不破壞的能力鑄鐵根底知識(shí)各種鑄鐵及其應(yīng)用

根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形態(tài)不同，通常可將鑄鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵及麻口鑄鐵。而灰鑄鐵中又可根據(jù)石墨形態(tài)的不同而分為普通灰鑄鐵，蠕蟲(chóng)狀石墨鑄鐵，球墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵。鑄鐵：含碳量＞2.11%的鐵碳合金鑄鐵根底知識(shí)其中灰口鑄鐵又以“G〞形態(tài)的不同，分為：（普通）灰鑄鐵C以片狀“G”可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀“G”球墨鑄鐵球狀“G”；蠕墨鑄鐵蠕蟲(chóng)狀“G”鑄鐵根底知識(shí)一、白口鑄鐵碳除少量溶于鐵素體外，絕大局部以碳化物的形式存在于鑄鐵中，斷口呈銀白色。白口鑄鐵的特點(diǎn)是硬而脆，很難加工。所以一般都不希望出現(xiàn)白口。但有時(shí)可以利用白口鑄鐵硬度高、抗磨損性能好的優(yōu)點(diǎn)，制造一些高耐磨的零件和工具。例如。農(nóng)具〔犁鏵〕，球磨機(jī)的內(nèi)襯及磨球，噴丸機(jī)的葉片以及電廠的葉片以及灰渣泵及磨煤機(jī)的磨損件等。鑄鐵根底知識(shí)二、灰鑄鐵

灰鑄鐵的碳主要結(jié)晶成石墨，并呈片狀形式存在于鑄鐵中，斷口為暗灰色。常見(jiàn)的鑄鐵件多數(shù)是灰鑄鐵?；瘜W(xué)成分一般為：C2.6~3.6%;Si1.2~3.0%;Mn0.4~1.2%；P≤0.3%;S≤0.15%.石墨和碳是同素異構(gòu)體鑄鐵根底知識(shí)三、麻口鑄鐵麻口鑄鐵具有灰口鑄鐵和白口鑄鐵的混合組織，斷口呈灰白色交錯(cuò)。在珠光體的基體上既分布著滲碳體又分布著石墨。由于這種鑄鐵不利于加工，一般不使用。鑄鐵根底知識(shí)四、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵因有較高的塑性和韌性而得名，其實(shí)是不可鍛的。其生產(chǎn)過(guò)程是：先鑄成一定成分的白口鑄鐵，而后經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚怼彩嘶鹛幚怼?，使其中的滲碳體分解而形成團(tuán)絮狀石墨。鑄鐵根底知識(shí)五、球墨鑄鐵鐵水在澆注前，經(jīng)球化和孕育處理，碳主要以球狀石墨的狀態(tài)存在于鑄鐵中。與其它鑄造合金相比，球墨鑄鐵亦有類似于灰口鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)〔如耐磨、減震、優(yōu)良的切削加工和鑄造工藝性能等〕，還具有比普通灰鑄鐵高得多的強(qiáng)度、塑性和韌性。石墨球：＞300個(gè)/mm2鑄鐵根底知識(shí)

元素在鑄鐵中的作用

碳碳是鑄鐵的根本組元，在鑄鐵中的存在形式主要有兩種，一種是以游離碳石墨的形式存在，另一種是以化合碳滲碳體的形式存在。碳是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，增加碳量會(huì)增加石墨的數(shù)量，但會(huì)使石墨粗大。鑄鐵根底知識(shí)在灰鑄鐵中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.7~3.8%的范圍內(nèi)，碳主要以片狀石墨形式存在，高碳灰鑄鐵的金相組織為鐵素體和粗大的片狀石墨，機(jī)械強(qiáng)度和硬度較低，但撓度較好。低碳灰鑄鐵的金相組織為珠光體和細(xì)小的片狀石墨，有較高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，但撓度較差。在球墨鑄鐵中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3.5~3.9%范圍內(nèi)，經(jīng)球化處理后碳通常會(huì)減少0.1~0.3%，碳主要以球狀石墨形式存在。為了改善鑄造性能，碳總是維持在較高限，并且利用石墨化膨脹的作用，以補(bǔ)償收縮，增加鑄鐵的致密性，保證鑄件的有較高的力學(xué)性能。撓度：變形量鑄鐵根底知識(shí)硅硅是鑄鐵中常存五元素之一，能減少碳在液態(tài)和固態(tài)中的溶解度，促進(jìn)石墨的析出，因此是促進(jìn)石墨化的元素，其作用是碳的1/3左右，故增加硅量會(huì)增加石墨的數(shù)量，也會(huì)使石墨粗大。在灰鑄鐵中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.1~2.7%的范圍內(nèi)，一般碳硅量低可獲得較高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，但流動(dòng)性稍差；當(dāng)薄壁鑄件出現(xiàn)白口時(shí)可提高碳硅含量使之變灰；當(dāng)壁厚鑄件出現(xiàn)粗大石墨時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低碳硅含量，到達(dá)提高機(jī)械強(qiáng)度和硬度的目的。在球墨鑄鐵中，球化前硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.0~2.0%的范圍內(nèi)，這主要考慮在球化時(shí)球化孕育劑還要帶入一局部硅量。通常球化后硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最終控制在1.8~3.3%，在此范圍內(nèi)，隨著硅量的提高，鐵素體量增加并能細(xì)化石墨，提高球狀石墨的圓整度。對(duì)于珠光體球鐵，硅控制在1.8~2.5%，以不出現(xiàn)自由滲碳體為原那么。對(duì)于鐵素體球鐵，硅含量最終控制在2.6~3.3%，以不顯著降低韌性為原那么。鑄鐵根底知識(shí)錳1.在鐵水結(jié)晶過(guò)程中，錳促進(jìn)碳化物的形成，具有穩(wěn)定珠光體的作用。2.在一定條件下，當(dāng)錳含量小于1.3%時(shí)，隨含錳量的增加，鑄鐵的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性降低；當(dāng)含錳量增加到1.3%以上，鑄鐵組織中出現(xiàn)自由滲碳體，此時(shí)只有硬度提高，其它性能均降低。中和硫的有害作用穩(wěn)定和細(xì)化珠光體鑄鐵根底知識(shí)磷磷對(duì)石墨化影響不顯著，磷含量大于0.3%時(shí)會(huì)形成硬而脆的磷共晶，能提高鑄鐵的耐磨性，但又會(huì)形成冷脆性，對(duì)于灰鑄鐵含磷量應(yīng)限制在0.15%以下。鑄鐵根底知識(shí)硫硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，并降低流動(dòng)性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%以下。增硫防止石墨長(zhǎng)成粗大片狀。雖然硫是阻礙石墨化的元素，但是灰鑄鐵中硫含量過(guò)低是非常有害的，因?yàn)榈土虻蔫F液中的碳原子更容易往粗大的片狀石墨上富集，使大量的石墨晶核無(wú)法長(zhǎng)成片狀石墨，使凝固后期的鐵液得不到有效的石墨化而產(chǎn)生嚴(yán)重收縮。硫本身在鐵液中的溶解度很低，碳、硅量越高，溶解能力越差。在鐵液的成核能力很好，孕育也做得很好的情況下，適量增硫，利用硫阻礙石墨長(zhǎng)成粗大片狀的作用，可以給其它石墨核心長(zhǎng)成片狀石墨的時(shí)機(jī)，到達(dá)使石墨細(xì)化，數(shù)量增多，分布均勻的目的。必須認(rèn)識(shí)到的是，硫畢竟是阻礙石墨化的元素，硫量過(guò)高，會(huì)增加白口。灰鑄鐵最正確的w.(S)范圍應(yīng)控制在0.08％~0.12％。鑄鐵根底知識(shí)銅銅的石墨化能力約為硅的1/5，因此能降低鑄鐵的白口傾向，是促進(jìn)石墨化元素。由于銅能增加珠光體的含量，同時(shí)能細(xì)化珠光體及強(qiáng)化珠光體中的鐵素體，因而能增加鑄鐵的硬度及強(qiáng)度。鑄鐵根底知識(shí)鉻在普通灰鐵中參加0.5%左右的鉻，能細(xì)化石墨，增加珠光體數(shù)量，提高強(qiáng)度和硬度。鉻是強(qiáng)烈穩(wěn)定碳化物阻礙石墨化的元素。鑄鐵根底知識(shí)錫錫：穩(wěn)定碳化物，阻礙石墨化的元素。為了增加珠光體數(shù)量，提高機(jī)械性能，參加0.1%以下的錫，在普通灰鑄鐵中參加0.05～0.10%，可將灰鑄鐵強(qiáng)度提高一級(jí)，而且石墨呈中等片狀分布。珠光體可達(dá)90%以上。對(duì)于球墨鑄鐵來(lái)說(shuō)，參加0.05～0.10%，可以穩(wěn)定珠光體而又不形成游離滲碳體。因而能提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。鑄鐵根底知識(shí)鎳鎳是促進(jìn)石墨化的元素，能減少白口形成傾向。鎳不但有細(xì)化珠光體的作用而且有增加珠光體數(shù)量的作用。所以在一般合金鑄鐵中參加鎳的目的往往是從穩(wěn)定并細(xì)化珠光體出發(fā)。鑄鐵根底知識(shí)鉬鉬是典型的碳化物形成元素，在小于0.6%時(shí)，鉬的作用十分溫和，這時(shí)鑄鐵的根本成分無(wú)需由于鉬的參加而作改變。鉬是很強(qiáng)的珠光體穩(wěn)定元素，如加到0.5%時(shí)，鑄鐵中鐵素體消失。鉬能細(xì)化石墨，僅有輕度的白口傾向，在小于0.8%時(shí)能細(xì)化珠光體，增加珠光體含量。以鉬為合金元素時(shí)，磷必須低于0.2%，這是由于要形成復(fù)雜的四元共晶之故〔共晶中含磷4.4%，鉬5.6%〕，因此要消耗掉局部鉬。鑄鐵根底知識(shí)鑄鐵的石墨鑄鐵根底知識(shí)A型石墨A型石墨是在石墨的成核能力較強(qiáng)，冷卻速度較慢，共晶轉(zhuǎn)化在很小的過(guò)冷度下進(jìn)行時(shí)形成的。由于晶核的數(shù)目較多，又在很小的過(guò)冷度下結(jié)晶，線生長(zhǎng)速度低，所以石墨分枝不很興旺，故形成較為均勻分布的片狀石墨，這是灰鑄鐵中最經(jīng)常出現(xiàn)的一種石墨分布狀態(tài)。一廠生產(chǎn)鑄件石墨鑄鐵根底知識(shí)B型石墨B型石墨呈花朵狀，其實(shí)質(zhì)上是中心局部由D型石墨組成，花朵的外圍那么為A型石墨，其形成的過(guò)程是這樣的：它的成核條件要較形成A型石墨差些，故其共晶轉(zhuǎn)變時(shí)過(guò)冷度也比出現(xiàn)A型石墨時(shí)要大一些，由于成核條件較差，因此常常在共晶團(tuán)的中心局部形成過(guò)冷〔D型〕石墨，當(dāng)共晶結(jié)晶開(kāi)始后，由于放出結(jié)晶潛熱，能夠把未結(jié)晶的鐵水加熱，使其溫度有所上升，因而其外圍局部在稍高的溫度下結(jié)晶，當(dāng)然石墨的分枝較少，石墨也顯得粗大些，最后形成花朵狀分布一廠生產(chǎn)鑄件石墨鑄鐵根底知識(shí)C型石墨C型石墨是在碳當(dāng)量很高〔過(guò)共晶〕，冷卻速度很慢的情況下出現(xiàn)的，過(guò)共晶灰鑄鐵中的石墨常呈這種形態(tài)。在對(duì)鐵水進(jìn)行石墨化孕育處理時(shí)，由于孕育劑參加過(guò)大，造成局部區(qū)域硅元素富集，使局部出現(xiàn)過(guò)共晶區(qū)域，也會(huì)出現(xiàn)這種石墨。當(dāng)過(guò)共晶鐵水冷卻時(shí)，遇到液相線，在一定的過(guò)冷下即析出初析石墨晶核，在液體鐵中逐漸長(zhǎng)大，由于結(jié)晶時(shí)的溫度較高，而且成長(zhǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)，故長(zhǎng)成分枝少的粗大片狀，當(dāng)?shù)竭_(dá)共晶結(jié)晶溫度時(shí)，便按照正常的共晶過(guò)程進(jìn)行，此時(shí)大都形成A型石墨。一廠生產(chǎn)鑄件石墨鑄鐵根底知識(shí)D型石墨D型石墨是在石墨的成核條件較差〔如碳當(dāng)量低〕，冷卻速度較大，造成較大的過(guò)冷度情況下形成的。由于穩(wěn)定系與介穩(wěn)定系共晶溫度之間的間隙較大〔硅量并不很低時(shí)〕，因此所造成的過(guò)冷尚缺乏以遏制石墨析出。在這種結(jié)晶溫度下，當(dāng)熔體的溫度剛下降至穩(wěn)定系共晶平衡溫度以下時(shí)，石墨晶核還不能大量生成，而奧氏體那么在初生奧氏體枝晶的根底上或通過(guò)形成新的晶核仍不斷析出，直到出現(xiàn)較大的過(guò)冷時(shí)，奧氏體枝晶之間殘留熔體中才形成大量石墨晶核。因這時(shí)石墨是在較大的過(guò)冷度下成長(zhǎng)，分枝很為興旺，故最后在奧氏體枝晶間形成許多細(xì)小的無(wú)一定排列方向的石墨。這種石墨常在牌號(hào)較高〔碳量較低〕，壁薄〔冷卻較快〕的灰鑄鐵中出現(xiàn)，D型石墨又稱為“過(guò)冷石墨〞。一廠生產(chǎn)鑄件石墨鑄鐵根底知識(shí)E型石墨E型石墨那么是在亞共晶程度較大的鑄鐵在慢冷的條件下形成的。初生的奧氏體樹(shù)枝數(shù)量較多。至共晶結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度不太大，形成的石墨核心不太多〔共晶團(tuán)較大〕，石墨的分枝不多，所以最后石墨片不象D型那樣細(xì)小而是比較粗一些，因?yàn)楣簿ЫY(jié)晶時(shí)液體的數(shù)量已很少，僅僅占據(jù)初生樹(shù)枝體間的間隙位置，所以形成的比較粗的石墨片那么是順著樹(shù)枝體的枝桿方向生長(zhǎng)，顯出一定的方向性。這種鑄鐵如果在快速冷卻下結(jié)晶凝固，往往會(huì)形成D型石墨，所以經(jīng)常在高強(qiáng)度的薄壁鑄件中，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)D型、E型石墨的分布特征。一廠生產(chǎn)鑄件石墨鑄鐵根底知識(shí)F型石墨F型石墨是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中所特有的，其特點(diǎn)是在大塊石墨〔有的單位叫星型石墨〕上分布著許多小的石墨片〔這些小石墨片呈A型分布〕，F(xiàn)型石墨實(shí)質(zhì)上亦是過(guò)共晶石墨，是高碳鐵水在較大過(guò)冷條件下生長(zhǎng)的。大塊石墨可以認(rèn)為是相當(dāng)于C型中的初生石墨，小片狀石墨在其上生長(zhǎng)。這種石墨在生產(chǎn)活塞環(huán)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)，為了防止活塞環(huán)組織出現(xiàn)白口，常采用高碳〔如C＞3.8%〕鐵水，由于壁薄，必須加強(qiáng)孕育過(guò)程，因此促進(jìn)了了F型石墨的生長(zhǎng)。鑄鐵根底知識(shí)灰鑄鐵石墨級(jí)別、長(zhǎng)度鑄鐵根底知識(shí)鑄鐵根底知識(shí)球墨鑄鐵鑄鐵根底知識(shí)孕育鑄鐵把某些物質(zhì)少量地參加到鐵水中,通過(guò)影響其生核過(guò)程以改變凝固特性的處理工藝成為孕育,參加的物質(zhì)稱為孕育劑.孕育的目的:1.促進(jìn)石墨化,抑制白口;2增加共晶團(tuán)數(shù);3.減小斷面敏感性;4.改善石墨形態(tài),提高機(jī)械性能.HT250以上的牌號(hào)均為高強(qiáng)度鑄鐵,也稱孕育鑄鐵.因?yàn)閱我揽繉?duì)鐵水合金化及降低碳當(dāng)量等措施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能到達(dá)所需要的機(jī)械性能和鑄造性能的要求,所以必須對(duì)鐵水進(jìn)行孕育處理,因此稱為孕育鑄鐵.孕育鑄鐵開(kāi)展:德國(guó)二戰(zhàn)期間,開(kāi)展1947年美國(guó)。孕育鑄鐵的化學(xué)成分:組織中出現(xiàn)少量自由滲碳體情況下進(jìn)行孕育才能得到預(yù)期效果.如果原鐵水碳、硅較高，不經(jīng)孕育就成為灰口組織，那么一經(jīng)孕育石墨會(huì)粗大化，反而使強(qiáng)度降低。石墨化：鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過(guò)程鑄鐵根底知識(shí)1.灰鑄鐵脆性材料

三種組織：〔1〕珠光體灰鑄鐵P+“G〞片HT200〔2〕珠光體-鐵素體灰鑄鐵P+F+“G〞片HT150〔3〕鐵素體灰鑄鐵F+“G〞片HT100灰鑄鐵的組織顯微組織：金屬基體+“G〞片鑄鐵根底知識(shí)⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤(rùn)滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動(dòng)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(chē)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)度比較鑄鐵根底知識(shí)3、影響灰鑄鐵組織和性能的主要因素

分析三種灰鑄鐵：

C化合=0時(shí),為F灰鑄鐵。強(qiáng)度硬度最差，很少用。C化合=0.8%時(shí)，為P灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，強(qiáng)、硬度高，可制造床身、機(jī)體等重要件。

C化合<0.8%時(shí),為〔P+F〕灰鑄鐵，石墨片較粗大，強(qiáng)度低，適于一般機(jī)件。其鑄造性能和減振性均優(yōu)于前者，應(yīng)用最廣。結(jié)論：必須控制石墨化程度來(lái)控制鑄鐵的組織和性能。鑄鐵的石墨化：在鑄鐵組織中形成石墨的過(guò)程。

C化合=0時(shí),為F灰鑄鐵。C化合=0.8%時(shí)，為P灰鐵，石墨片細(xì)小，分布均勻，強(qiáng)、硬度高，可制造床身、機(jī)體等重要件。鑄鐵根底知識(shí)影響鑄鐵組織和性能的主要因素與影響鑄鐵石墨化的因素是一致的，即為化學(xué)成分和冷卻速度。〔1〕化學(xué)成分C、Si、Mn、S、P碳和硅對(duì)鑄鐵的組織和性能起著決定性的影響碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的元素。硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。含硅量過(guò)少，即使高含碳量石墨也不宜析出，容易形成白口組織。灰鑄鐵中：2.5-4.0%C，1.0-3.0%Si。鑄鐵根底知識(shí)S：硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，能促進(jìn)鑄鐵白口化，形成熱脆性，并降低流動(dòng)性，增大收縮，產(chǎn)生熱裂。有害元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.1%以下。Mn:錳與硫作用生成MnS，削弱硫的有害作用，提