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第七章鑄鐵 一 何為鑄鐵 鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2 11 并常含有較多的硅 錳 硫 磷等元素的鐵碳合金 有時(shí)為了提高力學(xué)性能或物理 化學(xué)性能 還可加入一定量的合金元素 得到合金鑄鐵 第一節(jié)概述 1 用于制造機(jī)床的床身 床頭箱 發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體 機(jī)器的底座等 是工程上最常用的金屬材料之一 箱體 啟動(dòng)閥 2 二 鑄鐵中碳的存在形式 鑄鐵中的碳除極少量固溶于鐵素體之外 以兩種形式存在 碳化物狀態(tài) Fe3C及合金鑄鐵中的其他碳化物游離狀態(tài) 石墨 G 石墨的晶格類型為簡(jiǎn)單六方晶格基面中的原子結(jié)合力較強(qiáng)兩基面之間的原子結(jié)合力弱石墨的基面容易滑動(dòng) 其強(qiáng)度 硬度 塑性和韌性極低 常呈片狀形態(tài)存在 3 鑄鐵中石墨形態(tài) 片狀團(tuán)絮狀球狀蠕蟲狀 4 石墨呈片狀 5 石墨呈團(tuán)絮狀 6 石墨呈球狀 7 石墨呈蠕蟲狀 8 鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨 石墨對(duì)基體產(chǎn)生割裂作用 因此 石墨的存在使鑄鐵的力學(xué)性能下降 其性能比鋼低 不能鍛造 且石墨的數(shù)量越多 越粗大 分布越不均勻 鑄鐵的力學(xué)性能越差 但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能 如鑄造性能 減振性和減摩性等 三 石墨存在對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能影響 9 四 鑄鐵的分類 根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式不同 可分為 1 白口鑄鐵 2 灰口鑄鐵 3 麻口鑄鐵 C的存在形式 滲碳體 Fe3C 斷口為白色 性能 硬而脆 難以切削加工 主要用作煉鋼原料 高耐磨零件 如軋輥 犁鏵等 C的存在形式 石墨 斷口為灰黑色 C的存在形式 石墨 滲碳體 斷口為黑白色 灰鑄鐵是鑄造性能最好 應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料 性能 脆性大 很少使用 10 根據(jù)石墨 G 在鑄鐵中存在形態(tài) 可分為 普通灰鑄鐵 石墨呈片狀 可鍛鑄鐵 石墨呈團(tuán)絮狀 蠕墨鑄鐵 石墨呈蠕蟲狀 球墨鑄鐵 石墨呈球狀 五 灰口鑄鐵的種類 11 第二節(jié)鑄鐵的石墨化 鑄鐵組織的類型取決于石墨化的程度 一 鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過(guò)程稱為石墨化 石墨既可以從液體和奧氏體中析出 也可以通過(guò)滲碳體分解來(lái)獲得 石墨化若能充分或大部分進(jìn)行 則能獲得灰口鑄鐵 反之將得到白口鑄鐵 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要是從液體中析出 可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間退火 由滲碳體分解而得到 12 二 影響石墨化的因素 冷卻速度 緩慢冷卻有利于石墨化 合金元素 碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素 鑄鐵中碳 硅的含量越高 越容易進(jìn)行石墨化 得到灰口鑄鐵組織 硫是強(qiáng)烈阻止石墨化的元素 一般Ws 0 15 錳是阻止石墨化的元素 一般WMn 0 6 1 3 磷是微弱促進(jìn)石墨化的元素 一般WP 0 3 13 冷卻速度 緩慢冷卻有利于石墨化 14 1 灰鑄鐵的成分 組織與性能 成份 一般為Wc 2 5 4 0 Wsi 1 0 3 0 WMn 0 5 1 4 Ws 0 15 Wp 0 30 組織 看成是碳鋼的基體加片狀石墨 分為三類 鐵素體基體 鐵素體 珠光體基體 珠光體基體灰鑄鐵 F 片狀石墨 F P 片狀石墨 P 片狀石墨 第三節(jié)一般工程用鑄鐵 一 灰鑄鐵 15 性能 取決于基體組織和石墨的形態(tài) 數(shù)量 大小和分布 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度 塑性 韌性比鋼低很多 具有優(yōu)良的鑄造性能 優(yōu)良的切削加工性能 良好的減振性 減摩性和低的缺口敏感性 2 灰鑄鐵的孕育處理 在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑 使大量高度彌散的難熔質(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心 以獲得細(xì)小均勻的石墨片和細(xì)片珠光體 通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵 孕育鑄鐵有較高的強(qiáng)度 且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻 3 灰鑄鐵的牌號(hào) 性能及用途 牌號(hào)用 HT 數(shù)字 表示 HT是 灰鐵 兩字的漢語(yǔ)拼音字首 數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值 MPa 例 HT150 灰鑄鐵的性能特點(diǎn)是生產(chǎn)簡(jiǎn)單 應(yīng)用廣泛 其產(chǎn)量占整個(gè)鑄鐵產(chǎn)量的80 以上 16 性能 取決于基體組織和石墨的形態(tài) 數(shù)量 大小和分布 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度 塑性 韌性比鋼低很多 具有優(yōu)良的鑄造性能 優(yōu)良的切削加工性能 良好的減振性 減摩性和低的缺口敏感性 2 灰鑄鐵的孕育處理 在澆注前向鐵水中加入少量孕育劑 使大量高度彌散的難熔質(zhì)點(diǎn)成為石墨的結(jié)晶核心 以獲得細(xì)小均勻的石墨片和細(xì)片珠光體 通過(guò)孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵 孕育鑄鐵有較高的強(qiáng)度 且鑄件各部位截面上的組織和性能比較均勻 3 灰鑄鐵的牌號(hào) 用途 牌號(hào)用 HT 數(shù)字 表示 HT是 灰鐵 兩字的漢語(yǔ)拼音字首 數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值 MPa 例 HT150 灰鑄鐵的應(yīng)用廣泛 其產(chǎn)量占整個(gè)鑄鐵產(chǎn)量的80 以上 17 4 灰鑄鐵的熱處理 灰鑄鐵熱處理只能改變基體組織 不能改變石墨的形狀 數(shù)量 大小和分布 熱處理主要作用是消除應(yīng)力 改善切削加工性 提高表面的硬度和耐磨性等 1 去應(yīng)力退火工藝為 加熱至500 600 保溫一段時(shí)間后 隨爐冷至200 以下出爐空冷 2 消除白口 降低硬度退火加熱到850 900 保溫2 5h 然后隨爐冷卻至250 400 出爐空冷 3 表面淬火主要作用是提高鑄件的表面硬度和耐磨性 常用的有火焰淬火 感應(yīng)淬火 接觸電阻加熱淬火等 18 二 球墨鑄鐵 1 球墨鑄鐵的成分 組織與性能 成份 球墨鑄鐵的化學(xué)成分一般為 Wc 3 6 4 0 Wsi 2 0 2 8 WMn 0 6 0 8 Ws 0 04 Wp 0 1 WMg 0 03 0 05 WRE 0 03 0 05 組織 分為鐵素體球墨鑄鐵 鐵素體 珠光體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵和貝氏體球墨鑄鐵四種 生產(chǎn)方法 在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨 得到球墨鑄鐵 19 20 性能 力學(xué)性能比灰口鑄鐵高得多 強(qiáng)度與鋼接近 屈強(qiáng)比達(dá)到0 7 0 8 比碳鋼高 塑性和韌性比灰鑄鐵好 仍比鋼差 具有良好的鑄造性能 減震性 減摩性 低的缺口敏感性 切削加工性等 但存在收縮率較大 流動(dòng)性稍差 白口傾向大等缺陷 牌號(hào)用 QT A組數(shù)字 B組數(shù)字 表示 QT是 球鐵 兩字的漢語(yǔ)拼音字首 A組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值 MPa B組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率 例 QT600 3 2 球墨鑄鐵的牌號(hào) 用途 21 廣泛用于制作受力復(fù)雜 性能要求較高的重要零件 22 3 球墨鑄鐵的熱處理 熱處理比鋼的加熱溫度略高些 保溫時(shí)間長(zhǎng)些 加熱速度和冷卻速度要慢些 1 退火分為去應(yīng)力退火 低溫退火和高溫退火 目的是消除鑄造內(nèi)應(yīng)力 獲得鐵素體基體 提高塑性和韌性 2 正火分為高溫正火和低溫正火 目的是增加基體組織中的珠光體的數(shù)量 細(xì)化組織 提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性 3 調(diào)質(zhì)處理目的是得到回火索氏體基體 以獲得較高的綜合力學(xué)性能 4 等溫淬火目的是得到下貝氏體基體 使其具有高硬度 高強(qiáng)度和較好的韌性 23 4 球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能 24 三 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)是先澆注成白口鑄鐵 然后再經(jīng)高溫經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火 1 可鍛鑄鐵的成分 組織與性能成份 較低的碳 硅含量 一般Wc 2 2 2 8 Wsi 1 2 1 8 WMn 0 4 0 8 Wp 0 1 Ws 0 2 組織 分為鐵素體可鍛鑄鐵 又稱黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵兩種 25 性能 強(qiáng)度和韌性比灰鑄鐵提高很多 可鍛鑄鐵并不可鍛 2 可鍛鑄鐵的牌號(hào) 用途牌號(hào)用 KT 表示類別的字母 A組數(shù)字 B組數(shù)字 表示 表示類別的字母有H B Z 例 KTH370 12 26 用于制作形狀復(fù)雜 要求強(qiáng)度 韌性較高的薄壁零件 可以部分代替碳鋼 27 四 蠕墨鑄鐵 通過(guò)在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑 再加孕育劑而生產(chǎn)制得的 1 蠕墨鑄鐵的成分 組織與性能成份 Wc 3 5 3 9 Wsi 2 2 2 8 WMn 0 4 0 8 Wp 0 1 Ws 0 2 組織 蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài) 其石墨片的長(zhǎng)厚比較小 端部較鈍 呈蠕蟲狀 28 性能 蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料 它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵 并且有一定的韌性 較高的耐磨性 同時(shí)又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性 2 蠕墨鑄鐵的牌號(hào) 用途牌號(hào)用 RuT 一組數(shù)字 表示 RuT是 蠕鐵 兩字的漢語(yǔ)拼音字首 一組數(shù)字表示最低的抗拉強(qiáng)度值 MPa 例 RuT420 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 排氣管 進(jìn)氣管 29 第四節(jié)特殊性能鑄鐵 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 加鉻 2 耐熱鑄鐵 Al Si Cr 扇形擴(kuò)散器 托架 襯板 彎管 30