第一節(jié)鑄鐵的分類鑄鐵的分類主要有下列幾種.一、根據(jù)碳存在的形式分類(１)灰鑄鐵.碳以石墨的形式存在.斷口呈黑灰色.是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的鑄鐵.(２)白口鑄鐵.這類鑄鐵的碳幾乎全部以滲碳體(Ｆｅ３Ｃ)的形式存在.其性能硬而脆.斷口呈銀白色.白口鑄鐵的組織中存在著大量硬而脆的滲碳體.所以切削加工極為困難.因此工業(yè)上很少直接用白口鑄鐵制造零件.而主要用它作為煉鋼的原材料及鑄造可鍛鑄鐵的毛坯.但是.由于它的硬度和耐磨性高.也可以鑄成表面為白口組織的鑄件.如軋輥、球磨機(jī)的磨球、火車輪及犁鏵等要求耐磨性好的零件.下一頁返回第一節(jié)鑄鐵的分類(３)麻口鑄鐵.碳以石墨和滲碳體的混合形態(tài)存在.斷口呈灰白色.這種鑄鐵有較大的脆性.工業(yè)上很少應(yīng)用.二、按石墨的形態(tài)分類(１)普通灰鑄鐵.碳全部或大部分以片狀石墨的形式存在.如圖７－１(ａ)所示.(２)蠕墨鑄鐵.與灰鑄鐵很相似.只是其石墨短而厚.頭部較圓.形似蠕蟲.如圖７－１(ｂ)所示.(３)可鍛鑄鐵.是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而得.碳主要以團(tuán)絮狀石墨存在.如圖７－１(ｃ)所示.它具有較高的塑性和韌性.上一頁下一頁返回第一節(jié)鑄鐵的分類(４)球墨鑄鐵.在澆注前鐵水經(jīng)球化處理.碳主要以球狀石墨形式存在.三、按化學(xué)成分分類(１)普通鑄鐵.即常規(guī)元素鑄鐵.如普通灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵.(２)合金鑄鐵.又稱為特殊性能鑄鐵.是向普通灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素.如鉻、鎳、銅、釩、鉛等使其具有一些特定性能的鑄鐵.如耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等.上一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化一、鐵碳合金雙重相圖在鐵碳合金中.碳有兩種存在形式.一種是滲碳體(Ｆｅ３Ｃ).另一種是石墨(碳的單質(zhì).常用“Ｇ”表示).因而存在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ和Ｆｅ－Ｇ雙重相圖.如圖７－２所示.圖中實線表示Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相圖.虛線表示Ｆｅ－Ｇ相圖.鑄鐵從高溫至低溫的整個冷卻過程中.碳可以分別按兩個相圖形成產(chǎn)物.即按鐵－滲碳體相圖形成滲碳體或按鐵－石墨相圖形成石墨.碳究竟以哪種形式存在于鐵碳合金中.除與鐵水的成分有關(guān)外.還與鐵水的冷卻速度有關(guān).下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化相圖中各點、線的意義如下:ＡＣ′Ｄ′為液相線.ＡＥ′Ｃ′Ｆ′為固相線.Ｅ′Ｄ′Ｆ′為共晶線.Ｅ′Ｓ′為碳在奧氏體中的固溶線.Ｐ′Ｓ′Ｋ′為共析線.Ｃ′點為共晶點.Ｓ′點為共析點.由圖可見.Ｆｅ－Ｇ相圖中的相應(yīng)各點、線都在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ狀態(tài)圖的左上方.這說明同一成分的鐵碳合金.石墨析出的溫度比滲碳體析出的溫度要高.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化二、石墨化過程鑄鐵組織中石墨的形成過程稱為石墨化過程.根據(jù)鐵碳雙重狀態(tài)圖中的Ｆｅ－Ｇ相圖.Ｐ′Ｓ′Ｋ′溫度以上析出石墨的過程稱為第一階段石墨化.Ｐ′Ｓ′Ｋ′及其以下溫度析出石墨的過程稱為第二階段石墨化.鑄鐵第一、第二階段石墨化充分進(jìn)行時.鑄鐵的最終組織是鐵素體基體上分布著石墨.如圖７－３(ａ)所示.即Ｆ＋Ｇ.鑄鐵第一階段石墨化充分進(jìn)行、第二階段石墨化尚未充分進(jìn)行時.鑄鐵的最終組織是鐵素體與珠光體基體上分布著石墨.如圖７－３(ｂ)所示.即Ｆ＋Ｐ＋Ｇ.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化鑄鐵第一階段石墨化充分進(jìn)行、第二階段石墨化尚未進(jìn)行時.鑄鐵的最終組織是珠光體基體上分布著石墨.如圖７－３(ｃ)所示.即Ｐ＋Ｇ.鑄鐵第一階段石墨化未充分進(jìn)行、第二階段石墨化未進(jìn)行時.鑄鐵的最終組織是萊氏體與珠光體基體上分布著石墨.習(xí)慣上稱它為麻口鑄鐵.即Ｌ′ｄ＋Ｐ＋Ｇ.鑄鐵第一、第二階段石墨化均未進(jìn)行時.這種鑄鐵稱為白口鑄鐵.石墨化過程是一個原子擴(kuò)散過程.石墨化的溫度越低.原子擴(kuò)散越困難.越不易石墨化上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化三、影響石墨化的因素鑄鐵石墨化程度受到許多因素影響.但主要的影響因素是鑄鐵的化學(xué)成分和冷卻速度.(一)化學(xué)成分的影響常見合金元素對鑄鐵石墨化影響如下:上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化１.碳和硅的影響碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素.鑄鐵中碳和硅的含量越高.石墨化程度越充分.實踐證明.在鑄鐵中每增加３％的硅.能使含碳量相應(yīng)降低１％.碳和硅的化學(xué)成分要控制在一個適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi).在灰鑄鐵中一般將其碳當(dāng)量配制到接近共晶成分.２.錳的影響錳是阻礙石墨化的元素.錳能增強(qiáng)鐵、碳原子的結(jié)合力.還會使共析轉(zhuǎn)變溫度降低而不利于石墨的析出.但錳和硫化合后形成的硫化錳.可減弱硫的有害影響.因此.鑄鐵中含錳量一般為０.８％~１.２％.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化３.硫的影響硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素.硫不僅增強(qiáng)鐵、碳原子的結(jié)合力.而且形成硫化物后常以共晶體形式分布在晶界上.阻礙碳原子的擴(kuò)散.硫不但能促進(jìn)鑄鐵白口化.而且還能降低鑄鐵的鑄造性能和力學(xué)性能.所以硫是有害元素.鑄鐵中的含硫量越低越好.一般應(yīng)控制在０.１５％以下.(二)冷卻速度的影響冷卻速度是指鐵水從澆注到鑄件在６００℃左右時的冷卻速度.在這一溫度范圍的冷卻速度是影響鑄鐵組織和石墨化的重要因素.冷卻速度越小.越有利于石墨化.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化影響冷卻速度的因素主要有造型材料、澆注溫度和鑄件的壁厚.１.造型材料各種造型材料的導(dǎo)熱性能不同.金屬型導(dǎo)熱性能大于砂型.所以鑄件在金屬型中的冷卻速度比在砂型中的冷卻速度要大.同是砂型.濕砂型的冷卻速度大于干砂型或預(yù)熱砂型的冷卻速度.因此控制鑄型的冷卻速度就可以控制鑄件的組織.２.澆注溫度在其他條件相同的條件下.澆注溫度越高.鑄鐵的冷卻速度越小.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化３.鑄件壁厚鑄件的壁厚是影響冷卻速度的一個重要因素.鑄件壁越薄.冷卻速度越快.反之冷卻速度越慢.所以.往往在同一鑄件中.壁厚處為灰口.壁薄處為白口.四、石墨對鑄件的性能影響石墨對鑄件的性能影響取決于石墨的數(shù)量、形狀、大小及分布狀況.由于石墨本身的強(qiáng)度、硬度和塑性都很低.因此鑄件中存在的石墨就相當(dāng)于在鋼的基體上布滿了大量的孔洞和裂縫.割裂了基體組織的連續(xù)性.還由于石墨的尖角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中.造成鑄件局部損壞.上一頁下一頁返回第二節(jié)鑄鐵的石墨化因此.這就使鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性比同樣基體的鋼要低.片狀石墨越多、尺寸越大、分布越不均勻.則鑄件的抗拉強(qiáng)度和塑性就越差.石墨形成蠕蟲狀、團(tuán)絮狀或球狀.則抗拉強(qiáng)度和塑性將顯著提高.上一頁返回第三節(jié)灰鑄鐵一、灰鑄鐵的成分、組織和性能灰鑄鐵的化學(xué)成分一般應(yīng)控制在下列范圍:Ｃ２.８％~３.６％.Ｓｉ１.１％~２.５％.Ｍｎ０.６％~１.２％.Ｐ≤０.３％.Ｓ≤０.１５％.普通灰鑄鐵的顯微組織除片狀石墨外.基體組織有以下三種:(１)鐵素體灰鑄鐵:強(qiáng)度、硬度和耐磨性較低.而塑性較好.(２)珠光體灰鑄鐵:強(qiáng)度、硬度較高.耐磨性較好.而塑性較差.(３)鐵素體＋珠光體灰鑄鐵:性能介于上述兩者之間.片狀石墨雖有割裂基體的不良作用.會減小基體的有效承載截面積.但它卻有優(yōu)良的工藝性能.如優(yōu)良的切削加工性、良好的耐磨性、減振性和低的缺口敏感性.而且價格低廉.下一頁返回第三節(jié)灰鑄鐵因此.灰鑄鐵被廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中.如制作機(jī)床床身、機(jī)架、箱體、殼體和承受摩擦的導(dǎo)軌、缸體等零件二、灰鑄鐵的變質(zhì)處理灰鑄鐵組織中因有片狀石墨存在.因而它的力學(xué)性能較低.為了改善灰鑄鐵的組織和提高機(jī)械性能.可對灰鑄鐵進(jìn)行變質(zhì)處理.灰鑄鐵的變質(zhì)處理就是在澆注前往鐵水中加入少量變質(zhì)劑(如硅鐵、硅鈣鐵).改變鐵水的結(jié)晶條件.使其獲得細(xì)小珠光體和細(xì)小均勻分布的片狀石墨組織.變質(zhì)處理后的灰鑄鐵叫變質(zhì)鑄鐵或孕育鑄鐵.變質(zhì)鑄鐵的強(qiáng)度有較大提高.韌性和塑性也有改善.可用于鑄造力學(xué)性能要求較高、截面尺寸較大的鑄件.上一頁下一頁返回第三節(jié)灰鑄鐵三、灰鑄鐵的牌號及其用途灰鑄鐵的牌號是由“ＨＴ”和其后的一組數(shù)字組成的.牌號中的“ＨＴ”是“灰鐵”兩字的漢語拼音字首.其后的一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度.如ＨＴ１５０表示抗拉強(qiáng)度為１５０ＭＰａ的灰鑄鐵.四、灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的力學(xué)性能不高.這主要是片狀石墨割裂了基體的連續(xù)性.熱處理只能改變鑄鐵的基體組織.不能改變石墨的形狀、大小、數(shù)量和分布情況.所以.灰鑄鐵的熱處理一般只用于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和白口組織.穩(wěn)定尺寸和提高工作表面的硬度和耐磨性.１.消除內(nèi)應(yīng)力退火２.石墨化退火３.表面熱處理上一頁返回第四節(jié)可鍛鑄鐵一、可鍛鑄鐵的成分、組織和性能可鍛鑄鐵的生產(chǎn)必須分為兩個步驟.第一步澆注成白口鑄鐵.第二步經(jīng)高溫長時間的石墨化退火.以得到團(tuán)絮狀的石墨.如果第一步得不到完全的白口組織.一旦有片狀石墨形成.則在以后的退火過程中.便會沿著已生成的片狀石墨結(jié)晶.其最終組織形態(tài)仍將是片狀石墨而不是團(tuán)絮狀石墨.為保證鑄件首先得到完全的白口組織.必須降低鑄鐵中碳和硅的含量.為此.可鍛鑄鐵的化學(xué)成分應(yīng)控制在下列范圍:Ｃ２.２％~２.８％.Ｓｉ１.２％~２.０％.Ｍｎ０.４％~１.２％.Ｐ≤０.１％.Ｓ≤０.２％.下一頁返回第四節(jié)可鍛鑄鐵

第二步是將澆注成完全白口的鑄件再加熱到９００℃~９６０℃.在此溫度下經(jīng)長時間(１５ｈ)的保溫.如圖７－５所示按兩種不同的冷卻方式進(jìn)行冷卻.將分別得到鐵素體可鍛鑄鐵(圖７－５①線)和珠光體可鍛鑄鐵(圖７－５②線).珠光體可鍛鑄鐵有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性.鐵素體可鍛鑄鐵的塑性和韌性較好.強(qiáng)度和硬度較低.可鍛鑄鐵根據(jù)退火條件的不同.又可分為黑心可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵.黑心可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵在中性介質(zhì)中退火得到的.斷口呈暗灰色或灰色.其金相組織是在鐵素體(或珠光體)基體上加團(tuán)絮狀石墨.上一頁下一頁返回第四節(jié)可鍛鑄鐵

白心可鍛鑄鐵是在氧化性介質(zhì)中進(jìn)行退火得到的.斷口的中心呈灰白色.表面呈暗灰色.其金相組織的中心基體組織為珠光體(也有少量滲碳體).表面為鐵素體.可鍛鑄鐵的石墨呈團(tuán)絮狀.較之片狀石墨對基體的割裂要小得多.應(yīng)力集中也大為減少.所以可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性比灰鑄鐵高.二、可鍛鑄鐵的牌號及用途可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表７－２.可鍛鑄鐵的牌號由“ＫＴＨ”(或“ＫＴＺ”“ＫＴＢ”)和其后的兩組數(shù)字組成.其中ＫＴ是“可鐵”二字的漢語拼音字母.“Ｈ”表示黑心可鍛鑄鐵.“Ｚ”表示珠光體可鍛鑄鐵.Ｂ表示白心可鍛鑄鐵?其后兩組數(shù)字.第一組為抗拉強(qiáng)度.第二組為延伸率.上一頁返回第五節(jié)球墨鑄鐵一、球墨鑄鐵的成分、組織和性能球墨鑄鐵的化學(xué)成分大致是:Ｃ３.８％~４.０％.Ｓｉ２.０％~２.８％.Ｍｎ０.６％~０.８％.Ｓ≤０.０４％.Ｐ≤０.１％.Ｍｇ０.０３％~０.０５％.Ｒｅ≤０.０５％(稀土).球墨鑄鐵的基體組織隨成分和冷卻速度的不同.可分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體＋珠光體球墨鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵三種.球墨鑄鐵的顯微組織如圖７－６所示.二、球墨鑄鐵的牌號及用途球墨鑄鐵的牌號是由“ＱＴ”及其后的兩組數(shù)字組成.其中“ＱＴ”是“球鐵”二字的漢語拼音字首.兩組數(shù)字.第一組表示抗拉強(qiáng)度.第二組表示延伸率.下一頁返回第五節(jié)球墨鑄鐵

球墨鑄鐵有許多優(yōu)良性能.因此在機(jī)械工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用.它已成功地代替了許多可鍛鑄鐵、鑄鋼及鍛鋼.可用來制造一些受力復(fù)雜、強(qiáng)度、韌性和耐磨性要求高的零件.三、球墨鑄鐵的熱處理由于球狀石墨對基體割裂及應(yīng)力集中作用不大.同時由于球墨鑄鐵的基體與鋼的相同.因此凡是鋼可以進(jìn)行的熱處理工藝.對球墨鑄鐵也基本適用.如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理、等溫淬火等.上一頁下一頁返回第五節(jié)球墨鑄鐵

四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是近年發(fā)展起來的一種新型鑄鐵材料.其石墨形態(tài)介于片狀和球狀之間.呈蠕蟲狀.石墨片短、粗.端部呈球形.蠕墨鑄鐵的基體也同樣分為鐵素體型、珠光體型和鐵素體＋珠光體型三種.其強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵.有一定的韌性和較高的耐磨性.蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)與球墨鑄鐵相似.是向一定成分的鐵水中加入蠕化劑(稀土硅鐵、稀土硅鈣鐵等)而制得的.目前已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中.上一頁返回第六節(jié)合金鑄鐵簡介為了獲得具有某種特殊性能的鑄鐵.可在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上加入某些合金元素.所得到的鑄鐵稱為合金鑄鐵.一、耐磨鑄鐵不易磨損的鑄鐵稱為耐磨鑄鐵.通常是向鑄鐵中加入銅、鉬、錳、磷等元素而得到.一般耐磨鑄鐵按其工作條件大致可分為兩類:一類是在無潤滑、干摩擦條件下工作的.如犁鏵、軋輥和球磨機(jī)磨球等.另一類是在潤滑條件下工作的.如機(jī)床導(dǎo)軌、氣缸套、活塞環(huán)和軸承等.在干摩擦條件下工作的零件.應(yīng)具有均勻的高硬度組織.白口鑄鐵就是一種較好的耐磨鑄鐵.但白口鑄鐵脆性很大.下一頁返回第六節(jié)合金鑄鐵簡介

在生產(chǎn)中可采用適當(dāng)加快鑄件表面或某一部位的冷卻速度.使其得到一定深度的白口組織.從而使鑄件既具有高的耐磨性.又能承受一定的沖擊.這種鑄鐵稱為冷硬鑄鐵(激冷鑄鐵).如軋輥等.在稀土鎂球墨鑄鐵中加入一定量的錳.能使其具有高耐磨性.在潤滑條件下