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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,主編：東南大學(xué) 戴枝榮 張遠明,主講：蔡超明,學(xué)時：,32,工 程 材 料,（工程材料及機械制造基礎(chǔ),）,第八章 鑄 鐵,第一節(jié) 概 述,一、鑄鐵的成分和特性,成分：,2.5,4.0%C,，,1.0,3.0%Si,，,0.5,1.4Mn,，,0.01,0.50%P,，,0.02,0.20%S,，有時還含有一,些合金元素，如：,Cr,、,Mo,、,V,、,Cu,、,Al,等，可,見在成分上鑄鐵與鋼的主要區(qū)別是鑄鐵的含碳,和硅量較高，雜質(zhì)元素,S,、,P,含量較多。,特性：具有優(yōu)良的鑄造性、可切削加工性、減震性

2、及,耐磨性，缺口敏感性低,組織：可以理解為在鋼的組織基體上分布有不同形狀、,大小、數(shù)量的石墨。,二、鑄鐵的石墨化過程,(,一,)Fe-Fe,3,C,與,Fe-C,雙重相圖,在鐵碳合金中，碳除了少部分固溶于鐵素體和奧,氏體外，其余的可以兩種形成存在，即化合狀態(tài)的滲,碳體（,Fe,3,C,）和游離狀態(tài)的石墨（,G,）。熔融狀態(tài)的,鐵水在冷卻過程中，隨著冷卻條件的不同，既可以從,液態(tài)中或奧氏體中直接析出,Fe,3,C,，也可直接析出石墨。,一般是緩慢冷卻時析出石墨，快速冷卻時析出,Fe,3,C,，,而且,Fe,3,C,在一定條件下又可分解為鐵素體和石墨即,Fe,3,C3Fe+G,，說明,Fe,3,C

3、,是亞穩(wěn)相而石墨是穩(wěn)定相。,(,二,),石墨化過程,“,石墨化,”,過程：鑄鐵組織中石墨的形成過程。,形成滲碳體的原因：通常在鐵碳合金的結(jié)晶過程，之,所以自液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨，,這主是因為滲碳體的含碳量（,6.69%C,）較之石墨的含,碳量（,100%C,）更接近合金成分的含碳（,2.5,4.0%C,），析出滲碳體時所需的原子擴散量較小，滲,碳體的晶核形成較易。,形成石墨化的原因：在極其,緩慢冷卻,（即提供足夠的,擴散時間）的條件下，或在合金中,含有可促進石墨形,成的元素,（如,Si,等）時，那么在鐵碳合金的結(jié)晶過,程中，便會直接從液體或奧氏體中析出穩(wěn)定的石墨相,而不再析出

4、滲碳體。,第一階段：在液態(tài)中析出一次石墨,G,和,1154,從共,晶反應(yīng)中產(chǎn)生共晶石墨；,第二階段：,1154,738,冷卻中從奧氏體中析出,G,、,一次滲碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體分,解析出石墨；,第三階段：在,738,從共析反應(yīng)中形成共析石墨、共,析滲碳體分解形成石墨、鐵素體析出石墨,三、鑄鐵的分類,(,一,),灰口鑄鐵,第一和第二階段石墨化過程進行充分，其斷口為,暗灰色，工業(yè)上所用的鑄鐵幾乎全部屬于這一類。,根據(jù)第三階段進行情況的不同有鐵素體，鐵素體,+,珠光體，珠光體灰口鑄鐵。,(,二,),白口鑄鐵,沒有石墨化，完全按,Fe-Fe3C,相圖進行結(jié)晶而得,到的鑄鐵,(F+Fe,3,C)

5、Fe,3,C,I,+Ld,、,Ld,、,P+Fe,3,C,+Ld,。,(,三,),麻口鑄鐵,第一階段石墨化未充分進行，其組織,Ld,+P+G,，含,有,Ld,工業(yè)上應(yīng)用較少（脆、硬）,第二節(jié) 常 用 鑄 鐵,一、灰鑄鐵,(,一,),灰鑄鐵的成分、組織、性能、用途,成分：,C,促進石墨化，含碳量愈高愈易石墨化，太高，會使,石墨數(shù)量增多，粗化、性能變差，太低易出白口，,故,2.5,4.0%C,。,Si,鑄鐵中每增加,1%,的,Si,共晶點的含碳量相應(yīng)降低,1/3,，保證,2.5,4.0%C,的鑄鐵具有好的鑄造性能。,Mn,可與硫形成,MnS,，減弱硫的有害作用，同時可促,進珠光體基體的形成，從而提

6、高鑄鐵的強度，故,可充許其含量在,0.5,1.4%,P,含量大于,0.3%,后出現(xiàn),Fe,3,P,，硬而脆，細小均勻分布,時，提高鑄鐵的耐磨性，反之連成網(wǎng)，降低鑄鐵的,強度，通常鑄鐵,P,含量,0.3%,。,S,不僅阻礙石墨化，還會降低鑄鐵的強度和流動性，,故其含量應(yīng)盡量低，一般在,0.15%,以下。,組織：金屬基體（,F,、,F+P,、,P,）,+,片狀石墨,生產(chǎn)：澆注后緩慢冷卻,影響基體的因素：鑄鐵的化學(xué)成分和鑄鐵的冷卻速度,石墨的影響：石墨呈片狀，對基體的割裂作用最大，,其強度、塑性、韌性遠比基體鋼低，而,且粗大的石墨的割裂作用更大，通常對,灰鑄鐵采取變質(zhì)處理（孕育處理）：在,澆注前加少

7、量的孕育劑（硅鐵或硅鈣合,金），使鐵水中形成大量的人工石墨晶,粒，細化石墨片，減小對基體的割裂作,用，使其強度可有所提高。,牌號：,HTb,有,HT100,、,HT150,、,HT200,、,HT250,、,HT300,、,HT350,、,HT400,(,二,),灰鑄鐵的熱處理,1.,消除內(nèi)應(yīng)力的退火,方法：將鑄件緩慢加熱至,500,600,，保溫,4,8h,，再,緩慢冷卻下來?？上?90%,以上的內(nèi)應(yīng)力。,2.,改善切削加工性的退火,方法：將鑄件加熱至,850,900,，保溫,2,5h,，使,Fe3C,分解，然后隨爐緩冷至,400,500,，而后出爐,空冷。,3.,表面淬火,方法：采用接觸

8、電熱表面淬火。深度：,0.20,0.30mm,硬度,:59,61HRC,提高壽命,:1.5,倍,灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自,GB/T9439,1988,）,牌號,鑄件,壁厚,/mm,最小抗,拉強度,b/MPa,硬度,HBS,顯微組織,用途舉例,基體,石墨,HT100,2.5,10,10,20,20,30,30,50,130,100,90,80,最大,不超,過,170,F+P,（少）,粗片,低載荷和不重要的零件，如蓋、外罩、手輪、支架、重錘等,HT150,2.5,10,10,20,20,30,30,50,175,145,130,120,150,200,F+P,較粗片,承受中等應(yīng)力（抗彎應(yīng)

9、力,100MPa,）的零件，如支柱、底座、齒輪箱、工作臺、刀架、端蓋、閥體、管路附件及一般無工作條件要求的零件,HT200,2.5,10,10,20,20,30,30,50,220,195,170,160,170,200,P,中等,片狀,承受較大應(yīng)力（抗彎應(yīng)力,300MPa,）和較重要零件，如汽缸體、齒輪、機座、飛輪、床身、缸套、活塞、剎車輪、聯(lián)軸器、齒輪箱、軸承座、液壓缸等,HT250,4.0,10,10,20,20,30,30,50,270,240,220,200,190,240,細珠光體,較細,片狀,HT300,10,20,20,30,30,50,290,250,230,210,260,

10、索氏體,或,托氏體,細小,片狀,承受高彎曲應(yīng)力（小于,500MPa,）及抗拉應(yīng)力的重要零件，如齒輪、凸輪、車床卡盤、剪床和壓力機的機身、床身、高壓液壓缸、滑閥殼體等,HT350,10,20,20,30,30,50,340,290,260,230,280,二、可鍛鑄鐵,1.,可鍛鑄鐵的成分、組織和性能,成分：,C,2.2%,2.8%,，,Si,1.2%,2.0%,、,Mn,0.4%,1.2%,、,S,0.1%,，,P,0.2%,；,組織：金屬基體（,F,、,F+P,、,P,）,+,團絮狀石墨,F(,黑心,),、,P(,珠光,),、,F+P(,白心,),性能：與灰鑄鐵相比，可鍛鑄鐵有較好的強度和塑

11、,性，特別是低溫沖擊性能較好；與球墨鑄鐵,相比，它還具有成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、鐵液處,理簡便和利于組織生產(chǎn)的特點；可鍛鑄鐵的,耐磨性和減振性優(yōu)于普通碳素鋼；切削性能,與灰鑄鐵接近。,生產(chǎn)：將金屬液澆注成白口鑄鐵件，然后進行石墨,化退火。,2.,可鍛鑄鐵的牌號及用途,牌號,:,“,KTH+,數(shù)字,-,數(shù)字,”,、,“,KTZ+,數(shù)字,-,數(shù)字,”,、,“,KTB+,數(shù)字,-,數(shù)字,”,組成。,“,KTH,”,、,“,KTZ,”,、,“,KTB,”,分別代表,“,黑心可鍛鑄,鐵,”,、,“,珠光體可鍛鑄鐵,”,、,“,白心可鍛鑄鐵,”,第一組數(shù)字表示最低抗拉強度（,MPa,）。,第二組數(shù)字表示最小斷后

12、伸長率。,用途：如下表,黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途,種,類,牌號,試樣,直徑,/mm,力學(xué)性能,用途舉例,b,/MPa,r0.2,/MPa,(%),HBS,不小于,黑心,可鍛,鑄鐵,KTH300,06,12,或,15,300,6,不大于,150,彎頭、三通管件、中低壓閥門等,KTH330,08,330,8,扳手、犁刀、犁柱、車輪殼等,KTH350,10,350,200,10,汽車、拖拉機前后輪殼、差速器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動器及鐵道零件等,KTH370,12,370,12,珠光,體可,鍛鑄,鐵,KTZ450,06,12,或,15,450,270,6,150,200,載荷較高

13、和耐磨損零件，如曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、活塞環(huán)、軸套、耙片、萬向接頭、棘輪、扳手、傳動鏈條等,KTZ550,04,550,340,4,180,250,KTZ650,02,650,430,2,210,260,KTZ700,02,700,530,2,240,290,三、球墨鑄鐵,球墨鑄鐵：是將鐵液經(jīng)球化處理和孕育處理，使,鑄鐵中的石墨全部或大部分呈球狀而,獲得的一種鑄鐵。,生產(chǎn)：向鐵水中加入一定量的球化劑,(,如,Mg,、稀,土元素等,),進行球化處理，并加入少量的,孕育劑,(,硅鐵,),而制得。,(,一,),球墨鑄鐵的成分、組織、性能和用途,成分：,C,、,Si,的質(zhì)量分數(shù)較高，可促進石墨化并

14、,細化石墨，改善鐵液的流動性。,Mn,的質(zhì),量分數(shù)較低，可去硫脫氧，穩(wěn)定細化珠,光體。,S,、,P,質(zhì)量分數(shù)限制很嚴，以防造,成球化元素的燒損，降低塑性和韌性。,組織：金屬基體（,F,、,F+P,、,P,）,+,球狀石墨,性能：同其它鑄鐵相比，球墨鑄鐵強度、塑性、韌性,高，屈服強度也很高。球墨鑄鐵的屈強比比鋼,約高一倍，疲勞強度可接近一般中碳鋼，耐磨,性優(yōu)于非合金鋼，鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，加工性,能幾乎可與灰鑄鐵媲美。,牌號：由,“,QT+,數(shù)字,-,數(shù)字,”,組成。其中,“,QT,”,是,“,球鐵,”,二,字漢語拼音字首，其后的第一組數(shù)字表示最低,抗拉強度（,MPa,），第二組數(shù)字表示最小斷后,

15、伸長率（,%,）。,用途：如下圖,球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自,GB/T1348,1988,）,牌號,基體組織,力學(xué)性能,用途舉例,b,/MPa,r0.2,/MPa,(%),硬度,HBS,不小于,QT400,18,鐵素體,400,250,18,130,180,承受沖擊、振動的零件，如汽車、拖拉機的輪轂、驅(qū)動橋殼、差速器殼、撥叉，農(nóng)機具零件，中低壓閥門，上、下水及輸氣管道，壓縮機上高低壓汽缸，電機機殼，齒輪箱，飛輪殼等,QT400,15,400,250,15,130,180,QT450,10,450,310,10,160,210,QT500,7,鐵素體,+,珠光體,500,320,7,1

16、70,230,機器座架、傳動軸、飛輪，內(nèi)燃機的機油泵齒輪、鐵路機車車輛軸瓦等,QT600,3,珠光體,+,鐵素體,600,370,3,190,270,載荷大、受力復(fù)雜的零件，如汽車、拖拉機的曲軸、連桿、凸輪軸、氣缸套，部分磨床、銑床、車床的主軸，機床蝸桿、蝸輪，軋鋼機軋輥、大齒輪，小型水輪機主軸，氣缸體，橋式起重機大小滾輪等,QT700,2,珠光體,700,420,2,225,305,QT800,2,珠光體或回火組織,800,480,2,245,335,QT900,2,貝氏體或回火馬氏體,900,600,2,280,360,高強度齒輪，如汽車后橋螺旋錐齒輪，大減速器齒輪，內(nèi)燃機曲軸、凸輪軸等,(,二,),球墨鑄鐵的熱處理,1.,退火,球墨鑄鐵高溫石墨化退火工藝曲線圖 高溫石墨化兩段退火工藝 球墨鑄鐵低溫石墨化退火工藝曲線,2.,正火,目的,:,是為了得到以珠光體為主的基體組織，并細,化晶粒，提高球墨鑄鐵的強度、硬度和耐磨,性。,(1),高溫正火,(2),低溫,正火,有滲碳體時的正火工藝,無滲碳體時的正火工藝,3.,調(diào)質(zhì)處理,調(diào)質(zhì)處理：是將鑄件加熱到,860,920,，保溫后油,冷，然后