第六章鑄鐵6.1概述6.2鑄鐵的石墨化6.3常用鑄鐵（重點(diǎn)）6.4特殊性能鑄鐵（自學(xué)）[本章內(nèi)容]常用鑄鐵的牌號(hào)、組織、性能特點(diǎn)及應(yīng)用[重點(diǎn)掌握]一、鑄鐵的概念

鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多Si、Mn、S、P等元素的多元鐵基合金。在成分上鑄鐵與鋼的主要不同是什么？有時(shí)為了提高鑄鐵的使用性能，在鑄鐵中加入Cr、Mo、V、Cu、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素的含量，形成合金鑄鐵。

6.1概述二、鑄鐵的組織特點(diǎn)和性能特點(diǎn)工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。1.鑄鐵的組織特點(diǎn)鋼的基體+G（石墨）基體組織有三種，即鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體。2.鑄鐵的性能特點(diǎn)P101⑴力學(xué)性能低。由于石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。不能進(jìn)行鍛壓。⑵鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高，成分接近于共晶。

⑶耐磨性、切削加工性能好。由于石墨本身有潤滑作用。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。

⑷生產(chǎn)方法簡便、成本低廉。例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都是由鑄鐵制造的。鑄鐵曲軸三、鑄鐵的分類白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵一、Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）雙重相圖鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體（Fe3C）和游離態(tài)的石墨（G）兩種形式存在。共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵6.2鑄鐵的石墨化石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）存在兩個(gè)鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C二、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出，也可以由滲碳體加熱時(shí)分解得到。臺(tái)車式石墨化退火爐

石墨化分兩個(gè)階段：

在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結(jié)晶時(shí)一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解。在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系

（以共晶鑄鐵為例）

石墨化進(jìn)行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化

完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G

灰口鑄鐵部分進(jìn)行F+P+G未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行未進(jìn)行Le’+P+G

麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行Le’白口鑄鐵三、影響石墨化的因素⑴化學(xué)成分的影響

碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高，會(huì)使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能。碳、硅量控制范圍：2.5～4.0%C，1.0～3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素對(duì)石墨化有促進(jìn)作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。磷雖然可促進(jìn)石墨化，但其含量高時(shí)易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強(qiáng)度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高（達(dá)0.3%以上）。鑄鐵中的磷共晶⑵冷卻速度的影響

鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。而快冷時(shí)由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，不利于石墨化。鑄件壁厚和碳硅含量對(duì)鑄鐵組織的影響

WC+Wsi(%)

6.3常用鑄鐵

一、灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。1.成分:P1032.組織：灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時(shí)通過石墨化過程形成的?；w組織+G（石墨-片狀分布）基體組織有三種：即鐵素體、珠光體和鐵素體+珠光體?；诣T鐵的顯微組織鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵3.性能(P103)⑴力學(xué)性能低?？估瓘?qiáng)度比鋼低得多。由于石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。不能進(jìn)行鍛壓。⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。

⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動(dòng)能量。

⑷鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高，成分接近于共晶。

⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。

(6)生產(chǎn)方法簡便、成本低廉。4.牌號(hào)牌號(hào)：HT+一組數(shù)字如：普通灰鑄鐵HT100、HT150、HT200孕育鑄鐵HT250、HT300、HT350鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例灰鑄鐵片狀FHT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位MPa。“HT”表示灰鑄鐵代號(hào)。HT100F+PHT150PHT200用表格表示如下:5.孕育處理（P104）孕育處理就是在澆注前往鑄鐵液體中加入孕育劑（常用WSi=75%的硅鐵），使石墨細(xì)化，基體組織細(xì)密。常對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。

孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣6.應(yīng)用：P104

制造承受壓力和震動(dòng)的零件，如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體7.灰鑄鐵的熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強(qiáng)度只有碳鋼的30～50%，熱處理強(qiáng)化效果不大?；诣T鐵常用的熱處理有：P105①消除白口組織退火②消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱時(shí)效處理)③表面淬火立式加工中心二、可鍛鑄鐵(P109)石墨呈團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1.組織：基體（F、P）＋團(tuán)絮狀G鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2.性能：強(qiáng)度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實(shí)不可鍛可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

可鍛鑄鐵的顯微組織黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀FKTH+兩組數(shù)字KTB+兩組數(shù)字KTZ+兩組數(shù)字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低延伸率值，%3.牌號(hào):KT+兩組數(shù)字4.用途用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等?？慑戣T鐵管件三、球墨鑄鐵（P105）石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到。1.組織：基體（F、F+P、P）+球狀G球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)行孕育處理。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。稀土鎂硅鐵硅鈣球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵球墨鑄鐵中的石墨球2.性能:P106強(qiáng)度是碳鋼的70～90%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比(

0.2/

b)高,約為0.7～0.8,而鋼一般只0.3～0.5。鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例球墨鑄鐵球狀FQT+兩組數(shù)字第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低延伸率值，%?！癚T”表示球墨鑄鐵代號(hào)QT400-15F+PQT600-3PQT700-23.牌號(hào)：QT+兩組數(shù)字4.熱處理強(qiáng)度是碳鋼的70～90%。球墨鑄鐵的突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比(

0.2/

b)高,約為0.7～0.8,而鋼一般只0.3～0.5。球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱處理，熱處理特點(diǎn)是：①奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高。②淬透性比碳鋼高③奧氏體中碳含量可控?zé)崽幚碛型嘶稹⒄?、淬火加回火、等溫淬火等。貝氏體基球墨鑄鐵組織制品（軋輥與輥環(huán)）5.用途承受震動(dòng)、載荷大的零件，如曲軸、傳動(dòng)齒輪等。核燃料貯存運(yùn)輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的。常用蠕化劑有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。1.組織:蠕墨鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+蠕蟲狀G蠕墨鑄鐵的顯微組織（鐵素體基體）

蠕墨鑄鐵中的石墨2.性能：蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。3.牌號(hào)：RuT+一組數(shù)字

鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例蠕墨鑄鐵蠕蟲狀FRuT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值,MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號(hào)RuT260F+PRuT300PRuT4204.用途：常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。玻璃模具制動(dòng)盤閥芯常用鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號(hào)方法牌號(hào)實(shí)例灰鑄鐵片狀FHT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號(hào)。HT100F+PHT150PHT200可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀FKTH+兩組數(shù)字KTB+兩組數(shù)字KTZ+兩組數(shù)字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號(hào)；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低延伸率值，%鑄鐵的分類與牌號(hào)表示方法