鑄造基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)灰鑄鐵球鐵基本知識(shí)講座工程師：朱景芝2目錄鑄造的定義鑄鐵及分類合金元素的影響灰鐵的成分、性能、組織球鐵的成分、性能、組織合金元素的影響各國(guó)材料表示方法3鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w金屬的結(jié)晶過(guò)程而得到的。鑄造的定義4什么是鑄鐵？鑄鐵是含碳量大于2.11%或者組織中具有共晶組織的鐵碳合金。工業(yè)上所用的鑄鐵，實(shí)際上都不是簡(jiǎn)單的鐵一碳二元合金，而是以鐵、碳、硅為主要元素的多元合金。鑄鐵的成分范圍大致為：

C：2.4-4.0%、Si：0.6-3.0%、Mn：0.2-1.2%、P：0.01-0.5%、S：0.08-0.2%。有時(shí)還加入其他合金元素，以便獲得具有各種性能的合金鑄鐵。5根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為：1、白口鑄鐵：所含碳除極少量溶于鐵素體外，全部以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色，故而稱為白口鑄鐵。白口鑄鐵組織中含有大量萊氏體，其性能硬而脆，很難機(jī)械加工。因此，工業(yè)上很少用它來(lái)制造零件，一般做些耐磨件如：襯板、等鑄鐵及分類6鑄鐵及分類2、灰口鑄鐵：其中碳除微量溶于鐵素體外，大部分以石墨形式存在，因斷口呈暗灰色而得名。它是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鑄鐵。73、麻口鑄鐵：這種鑄鐵組織中既存在石墨，也有萊氏體，因斷口處有黑白相間的麻點(diǎn)，故而得名。鑄鐵及分類8灰鑄鐵：

鐵素體灰口鑄鐵，強(qiáng)度、硬度低，盡管鐵素體本身塑性、韌性高，但由于片狀石墨的割裂作用，引起應(yīng)力集中，致使該類鑄鐵的延伸率、沖擊韌性均不高。珠光體灰口鑄鐵，強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性與鐵素體灰鐵相差不大?；诣F的成分、性能、組織鐵素體-珠光體灰口鑄鐵，機(jī)械性能介于二者之間。

灰口鑄鐵抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性較低，抗壓強(qiáng)度較高，具有良好的鑄造性能、切削加工性能、減摩性能、消震性能。用途：機(jī)床、床身、機(jī)架、箱體、導(dǎo)軌、缸體等。9灰鐵的成分、性能、組織

10灰鐵的成分、性能、組織灰口鑄鐵的牌號(hào)：

HT

200－350

灰鐵抗拉強(qiáng)度200Mpa11灰鐵的成分、性能、組織

抗拉強(qiáng)度是評(píng)價(jià)灰鑄鐵的主要力學(xué)性能指標(biāo)，世界各國(guó)都以此來(lái)劃分灰鑄鐵的等級(jí)。因此，在灰鑄鐵的生產(chǎn)中，必須保證它的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到要求。

硬度在一定條件下反映了灰鑄鐵的強(qiáng)度高低、耐磨性能和切削加工性能的好壞。一般灰鑄鐵的布氏硬度值在150至200HBS就能滿足生產(chǎn)中的要求。塑性和韌性灰鑄鐵的伸長(zhǎng)率（僅為0.3··0.8）和沖擊韌度（約2—5J/cm2)都很低，故灰鑄鐵屬于脆性材料。12灰鐵的成分、性能、組織灰鑄鐵的使用性能：灰鑄鐵的減震性在灰鑄鐵中，大量片狀石墨的存在，割裂了基體，從而加速震動(dòng)的衰減，并將其轉(zhuǎn)化為熱能而消散，所以灰鑄鐵具有良好的減震性能。而在灰鑄鐵中，片狀石墨越粗大，數(shù)量越多，對(duì)基體的破壞越嚴(yán)重，它的減震性也越好，但其強(qiáng)度也越低。生產(chǎn)中可以利用這一點(diǎn)來(lái)區(qū)分剛和鐵，敲擊鋼棒時(shí)，其聲音響亮，余音較長(zhǎng)；而敲擊灰鑄鐵時(shí)，則聲音低沉，余音短。灰鑄鐵的耐磨性能灰鑄鐵在承受磨損時(shí)，基體中石墨被磨掉的地方就形成了微小的溝槽，可以存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，有利于零件的摩擦面間保持連續(xù)的油膜，再加上石墨本身又是一種良好的固體潤(rùn)滑劑，所以灰鑄鐵在潤(rùn)滑條件下的耐磨性（即減磨性）能好。13灰鐵的成分、性能、組織灰鑄鐵的缺口敏感性材料在受力條件下，有缺口和無(wú)缺口試樣的強(qiáng)度性能有著很大的差別，這一現(xiàn)象稱之為其對(duì)缺口的敏感性。鑄鋼雖在其沒有缺口的情況下力學(xué)性能較高，但若當(dāng)試樣或零件有缺口存在時(shí)（如鑄件上的孔洞、加工的刀痕、鍵槽、臺(tái)肩及內(nèi)部的夾雜物等）其力學(xué)性能就會(huì)大幅的降低，這表明鑄鋼對(duì)缺口的存在非常敏感。而灰鑄鐵就不同，由于內(nèi)部片狀石墨的存在，實(shí)際上就相當(dāng)與有許多缺口，若再有缺口時(shí)，對(duì)其性能影響不大。因此，灰鑄鐵具有對(duì)缺口敏感性小的特點(diǎn)。但是，隨著石墨的細(xì)化或形狀的改善，對(duì)缺口的敏感性就會(huì)提高。14灰鐵的成分、性能、組織灰鑄鐵的工藝性能切削加工性能由于灰鑄鐵中片狀石墨的存在（割裂基體，石墨本身又有潤(rùn)滑作用），在切削加工時(shí)有利于刀具的潤(rùn)滑和斷屑。所以具有良好的切削加工性能。切削性能受基體組織和硬度的影響較大，若組織中有自由滲碳體時(shí)，則切削性能惡化，嚴(yán)重時(shí)則難以加工。焊接性能由于石墨的存在，加上本身是脆性材料，不論采取氣焊還是電弧焊，局部易出現(xiàn)裂紋。因此，灰鑄鐵的焊接性能較差，一般采取一些特殊的焊接方法，如預(yù)熱氣焊，電渣焊等?？傊?，灰鑄鐵雖其力學(xué)性能稍低，但它具有優(yōu)良的使用性能、鑄造性能、和工藝性能，而且熔煉工藝簡(jiǎn)單，原材料來(lái)源廣，價(jià)格便宜，成本低廉，因此，應(yīng)用廣泛。15灰鐵的成分、性能、組織16球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵一般是用稀土鎂合金對(duì)鐵液進(jìn)行處理，以改善石墨形態(tài)，從而得到比灰鑄鐵有更高機(jī)械性能的鑄鐵。

球鐵的成分、性能、組織球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵17球鐵的成分、性能、組織球墨鑄鐵的成分、組織和性能特點(diǎn)1、成分特點(diǎn)珠光體球墨鑄鐵：3.6~3.8%C，2.0~2.8%Si，

0.62~0.8%Mn，

0.03~0.05%Mg，0.02~0.04%REa、碳當(dāng)量高C%+1/3Si%=4.3~4.6%≈共晶成分b、含硫量較低S≤0.07%(P≤0.1%)硫與球化劑有很強(qiáng)的親和力，消耗球化劑，造成球化不良。2、性能特點(diǎn)既有良好的機(jī)械性能，又有良好的鑄造性、減摩性、切削加工性，低的缺口（裂紋）敏感性。疲勞強(qiáng)度與中碳鋼相近，耐磨性（潤(rùn)滑、儲(chǔ)油）優(yōu)于表面淬火鋼。18球鐵的成分、性能、組織19球鐵的成分、性能、組織鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵缺點(diǎn)：凝固收縮率較大，對(duì)原鐵水成分要求嚴(yán)格，減震性不如灰口鑄鐵。球墨鑄鐵的牌號(hào)表示方法QT400—18

球墨鑄鐵延伸率

抗拉強(qiáng)度

20球鐵的成分、性能、組織球墨鑄鐵的性能特點(diǎn)：力學(xué)性能球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)超過(guò)灰鑄鐵，也比同基體的可鍛鑄鐵好。在抗拉強(qiáng)度方面，鐵素體球墨鑄鐵和退火25鋼相近，珠光體球墨鑄鐵與正火45鋼相當(dāng)，且耐磨性較好。而貝氏體球墨鑄鐵則超過(guò)18CrMnTi低合金鋼，但塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度比鋼差。高溫和低溫力學(xué)性能和其他鋼鐵材料一樣，球墨鑄鐵的常溫力學(xué)性能隨溫度的升高而下降，伸長(zhǎng)率則相反。珠光體球墨鑄鐵的持久強(qiáng)度高于鐵素體球墨鑄鐵，而鐵素體球墨鑄鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度大大低于珠光體球墨鑄鐵約在（-50。C左右），因此，低溫下承受沖擊載荷的零件多用鐵素體球墨鑄鐵。21球鐵的成分、性能、組織使用性能：耐磨性能球墨鑄鐵是良好的減摩耐磨材料，耐磨性能優(yōu)于同樣基體的灰鑄鐵、碳鋼甚至低合金鋼。耐蝕性能球墨鑄鐵的耐蝕性能優(yōu)于鋼，與灰鑄鐵和可鍛鑄鐵相近。耐熱性能由于石墨球不像石墨片那樣互相聯(lián)在一起，因此球墨鑄鐵的抗氧化性和抗生長(zhǎng)性能優(yōu)于灰鑄鐵和可鍛鑄鐵，而鐵素體基體的又優(yōu)于珠光體的。減震性能球墨鑄鐵的減震性能優(yōu)于鋼而低于灰鑄鐵，且球化率越高，減震性越差。22球鐵的成分、性能、組織工藝性能：切削性能由于石墨鑄鐵含有較多的石墨，可以在切削的時(shí)候起潤(rùn)滑油的作用，使切削阻力減小，切削速度較高。但球墨鑄鐵切削產(chǎn)生塑性變形使刀具溫度升高，珠光體增多，使切削性能下降，貝氏體球墨鑄鐵的切削性能較差。焊補(bǔ)性能當(dāng)球墨鑄鐵需要焊補(bǔ)時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)，若鎂和稀土含量較高時(shí)易產(chǎn)生白口或馬氏體，形成內(nèi)應(yīng)力和裂紋；若鎂和稀土不足時(shí)焊縫呈現(xiàn)灰鐵組織，使力學(xué)性能降低。23球鐵的成分、性能、組織24合金元素的影響常見元素的影響常見五大元素C、Si、Mn、P、S25合金元素的影響碳和硅的影響1、碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的元素。碳含量越高，析出的石墨就越多，球徑小，圓球度好；碳高石墨化膨脹大，在鑄型剛度較大的情況下，可以減輕或消除縮孔和縮松，得到致密鑄件。但這種可能性還取決于硅的含量，其實(shí)就是看碳當(dāng)量。硅也是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。當(dāng)碳量選定后，一般采取高碳低硅加強(qiáng)孕育即可。26合金元素的影響硫和錳的影響2、硫和錳：硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素，硫含量高易促使鑄鐵形成白口組織。此外硫還使鑄鐵鑄造性能惡化（降低流動(dòng)性，增大收縮率）因此要嚴(yán)格控制其含量，錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定珠光體，起著提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度的作用。錳在球墨鑄鐵中主要起合金化作用。因經(jīng)球化處理后的鐵液含硫量都很低，不需要錳去中和硫，因此通常把含錳量控制的比較低。錳也是阻礙石墨化的元素，可穩(wěn)定和細(xì)化珠光體，但錳在球墨鑄鐵中易產(chǎn)生偏析，降低鑄鐵的塑性和韌性，特別是鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件和厚大斷面球鐵件更是如此。27合金元素的影響磷的影響3、磷：磷含量過(guò)高會(huì)使鑄鐵的耐磨性提高，但同時(shí)鑄件會(huì)很脆，因此我們多限制在0.15%以下。并且高磷鑄鐵的流動(dòng)性很好。但在球墨鑄鐵中。磷極易發(fā)生偏析，在晶界上形成磷共晶組織，嚴(yán)重降低球墨鑄鐵件的塑性和韌性。因此，對(duì)熔煉原材料的要求較高。28冷卻速度的影響相同化學(xué)成分的鑄鐵，若冷卻速度不同，其組織和性能也不同。減小冷卻速度可以促進(jìn)石墨化，易得到粗大石墨片和鐵素體基體；增大冷卻速度則阻礙石墨化，這時(shí)只有部分碳以細(xì)石墨片析出，而另一部分碳以滲碳體析出，獲得珠光體基體。合金元素的影響29合金元素的影響影響冷卻速度的因素A鑄型材料：不同鑄型材料的導(dǎo)熱能力不同。如金屬型比砂型導(dǎo)熱快，冷卻速度大，使石墨化受到嚴(yán)重阻礙，易獲得白口組織B

鑄件壁厚：鑄件壁越厚，冷卻速度越慢，則石墨化傾向越大，易得到粗大石墨片和鐵素體基體；反之則易得到細(xì)小石墨和珠光體基體各國(guó)材料的表示方法項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)灰鐵球鐵中國(guó)GBHTQT德國(guó)DINEN-GJLEN-GJS日本JISFCFCD30中國(guó)材料的表示方法1.灰鐵：HT2502.球鐵：

單注試樣：QT400-18L

QT400-18R

附注試樣：QT400-18AL

QT400-18AR31德國(guó)材料的表示方法1.灰鐵：EN-GJL-2502.球鐵：

單注試樣：EN-GJS-400-18LT

EN-GJS-400-18RT

附注試