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第七章鑄鐵 一 何為鑄鐵 鑄鐵是碳質量分數(shù)大于2 11 并常含有較多的硅 錳 硫 磷等元素的鐵碳合金 有時為了提高力學性能或物理 化學性能 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 用于制造機床的床身 床頭箱 發(fā)動機的汽缸體 機器的底座等 是工程上最常用的金屬材料之一 箱體 啟動閥 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單六方晶格基面中的原子結合力較強兩基面之間的原子結合力弱石墨的基面容易滑動 其強度 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) 片狀團絮狀球狀蠕蟲狀 4 石墨呈片狀 5 石墨呈團絮狀 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 石墨對基體產(chǎn)生割裂作用 因此 石墨的存在使鑄鐵的力學性能下降 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 石墨存在對鑄鐵的力學性能影響 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 也可以通過滲碳體分解來獲得 石墨化若能充分或大部分進行 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)長時間退火 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 碳和硅是強烈促進石墨化的元素 鑄鐵中碳 硅的含量越高 越容易進行石墨化 得到灰口鑄鐵組織 硫是強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點成為石墨的結晶核心 以獲得細小均勻的石墨片和細片珠光體 通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵 孕育鑄鐵有較高的強度 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 性能及用途 牌號用 HT 數(shù)字 表示 HT是 灰鐵 兩字的漢語拼音字首 數(shù)字表示最低的抗拉強度值 MPa 例 HT150 灰鑄鐵的性能特點是生產(chǎn)簡單 應用廣泛 其產(chǎn)量占整個鑄鐵產(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點成為石墨的結晶核心 以獲得細小均勻的石墨片和細片珠光體 通過孕育處理得到的鑄鐵稱為孕育鑄鐵 孕育鑄鐵有較高的強度 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 用途 牌號用 HT 數(shù)字 表示 HT是 灰鐵 兩字的漢語拼音字首 數(shù)字表示最低的抗拉強度值 MPa 例 HT150 灰鑄鐵的應用廣泛 其產(chǎn)量占整個鑄鐵產(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力 改善切削加工性 提高表面的硬度和耐磨性等 1 去應力退火工藝為 加熱至500 600 保溫一段時間后 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 力學性能比灰口鑄鐵高得多 強度與鋼接近 屈強比達到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 流動性稍差 白口傾向大等缺陷 牌號用 QT A組數(shù)字 B組數(shù)字 表示 QT是 球鐵 兩字的漢語拼音字首 A組數(shù)字表示最低的抗拉強度值 MPa B組數(shù)字表示最低伸長率 例 QT600 3 2 球墨鑄鐵的牌號 用途 21 廣泛用于制作受力復雜 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 保溫時間長些 加熱速度和冷卻速度要慢些 1 退火分為去應力退火 低溫退火和高溫退火 目的是消除鑄造內(nèi)應力 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 細化組織 提高球墨鑄鐵的強度和耐磨性 3 調質處理目的是得到回火索氏體基體 以獲得較高的綜合力學性能 4 等溫淬火目的是得到下貝氏體基體 使其具有高硬度 高強度和較好的韌性 23 4 球墨鑄鐵調質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)長時間石墨化退火 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 用途牌號用 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 用于制作形狀復雜 要求強度 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鑄鐵材料 它的強度接近于球墨鑄鐵 并且有一定的韌性 較高的耐磨性 同時又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性 2 蠕墨鑄鐵的牌號 用途牌號用 RuT 一組數(shù)字 表示 RuT是 蠕鐵 兩字的漢語拼音字首 一組數(shù)字表示最低的抗拉強度值 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)燃機汽缸和缸蓋 汽缸套 鋼錠模 液壓閥等鑄件 排氣管 進氣管 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 扇形擴散器 托架 襯板 彎管 30