第五章

鑄鐵CastIronwC＞2.11%，并含Si、Mn、S、P生產(chǎn)設(shè)備、冶煉工藝簡單價格低廉良好的鑄造性能減摩切削加工好低的缺口敏感性消震性能好

鑄鐵特點固溶于F、A中形成Fe3C游離態(tài)的石墨Graphite(G)

5.1鑄鐵的石墨化碳在鐵碳合金中的存在形式：石墨化過程影響石墨化的因素一、石墨化過程Fe3CwC＝6.69%GwC＝100%（一）石墨的特性成分結(jié)構(gòu)Fe3C

正交晶體結(jié)構(gòu)G

簡單六方晶體結(jié)構(gòu)在成分和結(jié)構(gòu)上石墨與鐵液相差很大，但滲碳體和液相差別較小，因此，從鑄鐵中液相或A中析出滲碳體比石墨較為容易。石墨的晶體結(jié)構(gòu)簡單六方0.340nm0.142nm石墨的結(jié)晶特點0.340nm0.142nm在簡單六方晶體中,碳原子是分層排列同一層上的原子間距小(0.142nm),結(jié)合力強層間原子間距大(0.340nm)結(jié)合力弱結(jié)晶時原子層方向的生長速度大于層間容易形成片狀石墨熔點Fe3C

熔點1227℃G熔點高于1227℃力學(xué)性能Fe3C

硬而脆,硬度800Hv，能輕易劃破玻璃,塑性幾乎為零。G

強度、塑性和韌性幾乎為零，硬度僅為3Hv。鑄鐵組織鑄鐵（非白口鑄鐵）中的C主要以游離態(tài)的石墨（G）存在；基體組織幾乎和鋼沒有什么區(qū)別，隨工藝條件及熱處理條件的不同，可以獲得F、P、S、T、M、A等組織。鑄鐵可以簡單看作由鋼的基體上分布著不同形態(tài)的石墨因而，A中析出滲碳體較易形核，而G的晶體結(jié)構(gòu)與A相差較大，不易從A中形核和長大。鐵碳合金中，C以何種形式存在取決于化學(xué)成分和冷卻速度。在鐵碳合金中，C既可以G形式也可以滲碳體的形式存在。從熱力學(xué)上，G比Fe3C要穩(wěn)定；從動力學(xué)上，滲碳體的成分與鐵液更接近，F(xiàn)e的排列與A也有相似之處。鑄鐵性能石墨的晶體結(jié)構(gòu)是簡單的六方晶格，它的強度、塑性和韌性均很低，（和鋼相比幾乎為零），因此我們可以把鑄鐵看作是布滿裂紋的空洞的鋼。（二）石墨化的三個階段鑄鐵組織中析出碳原子形成石墨的過程稱石墨化過程。石墨化過程的三個階段鐵－碳雙重相圖為了便于比較，習(xí)慣上把兩個相圖畫在一起。此種合二為一的相圖稱鐵－碳雙重相圖0.682.081154℃738℃L+GA+GF+GE’C’4.26S’ABCDFGHJNKPPSQLEL+++L++Fe3C

+Fe3CL+Fe3CI0.682.081154℃738℃L+GA+GF+GE’C’4.26S’ABCDFGHJNKPPSQLEL+第一階段石墨化第二階段石墨化第三階段石墨化第一階段(液態(tài)階段)

從鑄鐵液相中直接析出GI及共晶反應(yīng)析出共晶石墨G晶第二階段(共晶—共析階段)

自A中沿E′S′線析出二次石墨GII第三階段(共析階段)

發(fā)生共析反應(yīng)析出G析共晶合金的石墨化過程1石墨化三個階段都充分進行LL→A+G晶A+G晶+GIIA→F+G析F+G晶+GII+G析第一階段充分進行第二階段充分進行第三階段充分進行時間溫度CDFKLEL+2.081154℃738℃0.68L+GA+GF+G4.26F+G共晶合金的石墨化過程2石墨化第一第二個階段充分進行第三階段部分進行LL→A+G晶A+G晶+GIIA→F+G析+PF+P+G晶+GII+G析第一階段充分進行第二階段充分進行第三階段部分進行時間溫度F+P+G共晶合金的石墨化過程3石墨化第一第二個階段充分進行第三階段不進行LL→A+G晶A+G晶+GIIA→PP+G晶+GII第一階段充分進行第二階段充分進行第三階段不進行時間溫度P+G石墨化后得到的組織石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行不進行F+GF+P+GP+G灰口鑄鐵白口鑄鐵石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段不進行不進行不進行L’d+P+Fe3CL’dL’d+Fe3C共晶合金的石墨化過程4共晶合金的石墨化過程5石墨化第一第二個階段部分進行第三階段不進行LL→A+Ld+G晶A→

GII+Fe3CIIA→PP+GII+Fe3CII+L’d+G晶第一階段部分進行第二階段部分進行第三階段不進行時間溫度P+L’d+G+Fe3C麻口鑄鐵石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段部分進行部分進行不進行P+L’d+G+Fe3C各類鑄鐵經(jīng)不同程度

石墨化后得到的組織鑄鐵類型石墨化程度顯微組織第一階段第二階段第三階段灰口鑄鐵充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行充分進行部分進行不進行F+GF+P+GP+G麻口鑄鐵部分進行部分進行不進行L’d+P+G+Fe3C亞共晶白口共晶白口過共晶白口不進行不進行不進行L’d+P+Fe3CL’dL’d+Fe3C二、影響石墨化的因素wC↑有利于石墨形核；Si可削弱鐵原子間的結(jié)合力，并使共晶溫度提高、共晶點左移，故有利于石墨形核；生產(chǎn)中，通過調(diào)整(wC+1/3wSi)來控制鑄鐵的組織；（一）化學(xué)成分除C、Si外，P、Al、Cu、Ni、Co也為石墨化元素；S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素為白口化元素。滲碳體的成分（碳含量）更接近于液態(tài)鑄鐵，與G相比，結(jié)構(gòu)亦更近于A，在快冷時易得到滲碳體；而G是一種更穩(wěn)定的相，在緩冷時易得到G。（二）冷卻速度鑄件壁厚mmwC+1/3wSi%2040604.05.06.07.0白口麻口P灰P+F灰F灰冷卻速度鑄鐵通常按石墨化程度或石墨形態(tài)兩種方法進行分類。5.2各類鑄鐵的特點及應(yīng)用一、鑄鐵的分類按石墨化程度分灰口鑄鐵白口鑄鐵第一階段石墨化充分進行，C主要以G形式存在，斷口呈灰暗色，應(yīng)用廣。石墨化過程完全被抑制，C主要以滲碳體存在，斷口呈銀白色，性能脆硬，主要做煉鋼原料。按石墨形態(tài)分灰鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵可鍛鑄鐵石墨呈片狀，生產(chǎn)工藝簡單，價格低，應(yīng)用最廣。石墨呈團絮狀，生產(chǎn)周期長，成本高。石墨呈球狀，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，力學(xué)性能好，應(yīng)用較廣。石墨呈蠕蟲狀，是一種新型鑄鐵，有大的應(yīng)用前景。二、不同石墨形態(tài)鑄鐵的特性及用途（一）灰鑄鐵wC＝2.5～4.0%wSi＝1.0～2.5%wMn＝0.5～1.4%wS≤0.10～0.15%wP≤0.12～0.25%

成分因C、Si含量高，第一階段和第二階段石墨化過程都能充分進行，顯微組織特征是片狀石墨分布在鋼的基體組織上。根據(jù)第三階段石墨化的程度不同，有三種組織：F+G、F+P+G、P+G組織灰鑄鐵的顯微組織對比F+GP+GF+P+G工業(yè)上最常用的是P＋F灰口鐵，因其綜合力學(xué)性能好。按照GB/T9439-1988規(guī)定，灰鑄鐵的牌號用HT

牌號HT×××最低抗拉強度MPa灰鐵如：

HT150灰鐵最低抗拉強度為150MPa用途使用范圍：汽車、拖拉機氣缸、氣缸套，機床床身等受壓力及振動的零件。注意事項：HT的強度隨厚度增加而降低，選材時應(yīng)注意普通灰口鑄鐵的主要缺點不僅僅是石墨片粗大，力學(xué)性能低，更重要的是鑄件組織對冷卻速度很敏感。

同一鑄件薄截面上可能出現(xiàn)白口或麻口組織，而厚截面上則可能出現(xiàn)大量的石墨片或過量的Ｆ，結(jié)果力學(xué)性能不均勻。

為了解決麻口問題，生產(chǎn)上采用孕育處理或稱變質(zhì)處理孕育處理就是在尚未澆鑄的過熱（1400℃以上)鐵水中加入少量的孕育劑，攪拌后進行澆鑄，而得到孕育鑄鐵（變質(zhì)鑄鐵）孕育劑Si-Fe或Si-Ca合金孕育鑄鐵的組織

孕育鑄鐵的組織為細Ｐ基體上加細小均勻分布的片狀石墨。并使鑄件各部位得到均勻一致的組織。（二）球墨鑄鐵措施：球化劑＋孕育劑在尚未澆鑄的一定成分的鐵水中加入一定量的球化劑（如Mg、Ce、RE

等）進行球化處理，并加入少量的孕育劑（Si-Fe、Si-Ca合金）以促進石墨化，在澆鑄后得到具有球狀石墨的鑄鐵。與灰鐵相比，球鐵的成分更嚴格Ｃ、Ｓi↑,S、P↓

wC＝3.8～4.0%,wSi＝2.0～2.8%

wMn＝0.6～0.8%wS≤0.04%,wP≤0.10%

wRE<0.03~0.05%成分組織根據(jù)基體的不同球墨鑄鐵為：F+球狀石墨F+P+球狀石墨P+球狀石墨由于石墨呈球狀，對基體的割裂作用小，應(yīng)力集中小，所以，球墨鑄鐵既具有灰鑄鐵良好鑄造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性等；又具有與中碳鋼媲美的抗拉強度、彎曲疲勞強度及良好的塑韌性；并可通過合金化及熱處理來改善和提高性能。生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的是F和P球墨鑄鐵，在制造發(fā)動機曲軸、連桿、凸輪軸和機床主軸中已可用球墨鑄鐵代替中碳鋼及中碳合金鋼（45、42CrMo等）。編號GB/T1348-1988

QT400-18

最低伸長率%最低抗拉強度MPa球墨鑄鐵（三）可鍛鑄鐵

DuctileCastIronDuctileadj.易延展的,易教導(dǎo)的,柔軟的（簡明英漢字典）Adj.可展性（科技大字典）可鍛鑄鐵不可鍛可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵在固態(tài)下，經(jīng)長時間的石墨化退火，使其中的

Fe3C→3Fe+G而得到團絮狀石墨的一種鑄鐵。溫度時間900～980℃15hFe3C→A+GP+團絮石墨A→PP可鍛鑄鐵石墨化退火工藝F可鍛鑄鐵石墨化退火工藝溫度時間900～980℃Fe3C→A+GA→F+GF+團絮石墨770℃650℃典型可鍛鑄鐵的顯微組織黑心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵性能因石墨呈團絮狀，對基體的切割作用小，故可鍛鑄鐵具有高的強度、塑性和抗沖擊能力。白心可鍛鑄鐵生產(chǎn)工藝復(fù)雜，退火周期長，性能與黑心可鍛鑄鐵相近，故應(yīng)用少?？慑戣T鐵的生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜，成本高，已逐漸被球墨鑄鐵代替。編號GB/T9440-1988KTH350—10最低伸長率%最低抗拉強度，MPa黑心可鍛鑄鐵KTZ550-04

最低伸長率%最低抗拉強度，MPaP可鍛鑄鐵（四）蠕墨鑄鐵

介于片狀石墨和球狀石墨之間。特點：保持了球墨鑄鐵塑、韌性好的特點。又具有灰鑄鐵良好的鑄造性能及耐熱性。新型鑄鐵。典型鑄鐵的顯微組織典型鑄鐵的顯微組織1F+GP+GF+P+G典型鑄鐵的顯微組織2典型鑄鐵的顯微組織3典型鑄鐵的顯微組織4典型鑄鐵的顯微組織5典型鑄鐵的顯微組織6三、合金鑄鐵為了滿足特種性能，在鑄鐵中加入合金元合金素，就形成鑄鐵。合金鑄鐵高強度合金鑄鐵耐熱合金鑄鐵耐蝕合金鑄鐵耐磨合金鑄鐵（一）高強度合金鑄鐵加入少量的Cr、Ni、Cu、Mo等基體中的P數(shù)量增加并細化P提高鑄鐵的強度稀土鎂鉬系合金鑄鐵稀土銅鉬系合金鑄鐵常用鑄鐵（二）耐熱合金鑄鐵

加入Al、Cr、Si等1）在鑄鐵表面形成致密的氧化膜，防止內(nèi)氧化。

2）得到單相F，防止Fe3C分解。常用鑄鐵中硅球墨鑄鐵、高硅球墨鑄鐵、高鉻耐熱鑄鐵。（三）耐蝕合金鑄鐵

加入Si、Al、Cr、Mo、Cu、Ni等1）提高基體電極電位

2）形成單相基體上分布著彼此孤立的石墨

3）在鑄件表面形成致密的氧化物。常用鑄鐵稀土高硅球墨鑄鐵、中鋁耐蝕鑄鐵、