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1 第八章铸铁 碳钢合金钢铸钢与铸铁有色金属及其合金 黑色金属 2 第一节铸铁概述 灰口铸铁与白口铸铁的区别 成分不同 白口铸铁是Fe C合金 灰口铸铁是以Fe C Si Mn为主要元素的多元合金组织不同 在灰口铸铁中 碳主要以晶态G存在 组织中不存在Le性能不同 不存在高脆性的Le 脆性小 多种工程应用 3 人们通常所说的铸铁 指的就是灰口铸铁在机床制造中 铸铁件用量60 90 4 1 碳的三种存在形式 溶于 Fe或 Fe中形成F或A 形成渗碳体 Fe3C 游离态石墨 G 石墨强度 硬度和塑性都很差 石墨为稳定相 渗碳体为亚稳相 Fe3C 3Fe C 一 铸铁成分 C 2 11 2 5 4 二 铸铁的的石墨化过程和特点 石墨的晶体结构 简单六方晶格 Si 1 3 Mn 0 5 1 4 P 0 01 0 5 S 0 02 0 2 Gr Ni Mo Cu 合金铸铁 提高机械性能 耐磨 耐腐蚀 耐热 5 亚稳定平衡的Fe Fe3C相图和稳定平衡的Fe G相图 6 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化 石墨既可以从液体和奥氏体中析出 也可以通过渗碳体分解来获得 2 铸铁的石墨化过程 7 温度和冷却速度缓慢冷却 或在高温下长时间保温 均有利于石墨化 影响石墨化的主要因素 合金元素促进石墨化的元素 C Si A1 Cu Ni Co等 阻碍石墨化的元素 Cr W Mo V Mn等 两大类 S强烈促进白口化 控制 0 15 生产中 调整碳 硅含量 是控制铸铁组织和性能的基本措施 8 3 铸铁的组织特征和分类 表3 20铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织 铸铁组织 石墨和基体 F P F P 9 根据石墨形态 普通灰口铸铁片状 可锻铸铁团絮状 球墨铸铁球状 蠕墨铸铁蠕虫状 10 由于石墨的存在 使铸铁具备下列特殊性能 优良的切削加工性 脆性切屑 铸造性能好 石墨膨胀 减磨性及耐磨性很高 石墨有好润滑作用 并能存油 优异的消振性 石墨削减振动的传递 低的缺口敏感性 大量石墨的割裂作用 4 铸铁的性能特点 石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞 它减小基体的有效截面 并引起应力集中 石墨对基体的严重割裂致灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低 压缩强度不受影响 11 第二节灰口铸铁 80 1 牌号 HT 灰铁 数字 最低抗拉强度 HT100 HT200 HT300 表3 22 性能 强度较低 韧性较差应用 承压件 如床身 机架 箱体 缸体 壳体等 和 三种基体 12 图3 14灰口铸铁的显微组织 石墨片的三维形貌 13 2 影响灰铸铁组织和性能的因素 冷却速度 铸件壁厚越薄 冷速越快 越易形成白口铁 化学成分 控制化学成分是控制铸铁组织和性能的基本方法主要C 2 5 4 0 Si 1 0 2 0 促进石墨化 Mn 0 5 1 4 阻止石墨化 促进P基体的形成 生成MnS P 促进石墨化 强度 0 12 耐磨性 0 3 S 0 15 有害 强烈促进白口化 不同C Si含量 不同壁厚 冷却速度 铸件的组织 灰口铸铁的机械性能主要取决于石墨的形态 含量和分布 14 3 孕育铸铁 经孕育处理 变质处理 后的灰铸铁叫孕育铸铁 孕育的目的 获得细小均匀的石墨片 细化基体组织 提高强度和硬度常用的孕育剂 硅铁和硅钙合金 碳类 15 b 消除铸件白口 降低硬度的退火 高温退火 在共析温度以上进行 使渗碳体分解成石墨 c 表面淬火高频 火焰 激光 50HRC 55HRC 4 灰铸铁的热处理及应用 a 去应力退火 人工时效 500 550 防止变形和开裂 热处理只改变基体组织 不能改变石墨的形态和分布 对提高灰铸铁整体机械性能作用不大 消除铸件内应力 改善切削加工性能和提高表面耐磨性 船用柴油机汽缸体 HT 300 16 第三节 球墨铸铁 石墨呈球状 综合机械性能接近钢且铸造性好 成本低廉 1 球墨铸铁的成分和球化处理成分要求比较严格 3 6 3 9 C 2 2 2 8 Si 0 6 0 8 Mn 0 07 S 0 1 P球化处理必须伴随着孕育处理球化剂 稀土镁 石墨球化孕育剂 硅铁和硅钙 石墨球细小 均匀分布 17 图3 16球墨铸铁的显微组织 例 QT420 10 QT600 2 QT800 2 QT 球铁 最低抗拉强度和延伸率 2 球墨铸铁的牌号 组织和性能 18 性能特点 强度是碳钢的70 90 球墨铸铁的突出特点是屈强比 0 2 b 高 约为0 7 0 8 而钢一般只有0 3 0 5 疲劳强度较好 代替钢制造某些重要零件 如曲轴 连杆 凸轮轴 轧辊等 19 铸铁曲轴 3 球墨铸铁的热处理 退火 高温退火或低温退火正火 并细化组织 提高强度和耐磨性调质 回火 好的综合性能等温淬火 下 高强度及良好的塑韧性 球墨铸铁管道接口 与钢大致相同 核燃料贮存运输容器 QT350 22 20 第四节 蠕墨铸铁 牌号RuT300 RuT420RuT 蠕铁 最低抗拉强度 组织 蠕虫状 短片较钝 蠕墨铸铁 20世纪60年代发展起来的一种新型高强铸铁材料 强度接近于球墨铸铁 一定的韧性 较高的耐磨性 和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的 蠕墨铸铁中的石墨 21 蠕墨铸铁的强度 塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间 常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂 强度要求高的铸件 如高压热交换器 汽缸 汽缸盖 排气阀 液压阀等 22 由白口铸铁通过退火处理得到的石墨 团絮状较高的强度 塑性和冲击韧性 不可锻 部分代替碳钢 第五节 可锻铸铁 牌号KT350 10 可锻铸铁 KTZ600 3 可锻铸铁 23 可锻铸铁的生产和热处理 第一步 铸造纯白口铸铁第二步 长时间石墨化退火处理 G完全由渗碳体分解得到 24 可锻铸铁常用来制造形状复杂 承受冲击和振动载荷的薄壁零件 如轮毂 减速器壳 汽车拖拉机的后桥外壳 管接头 低压阀门等 25 26 第六节合金铸铁 耐磨铸铁在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁 即用金属型铸造铸件的耐磨表面 其它部位采用砂型 常将铸铁的磷的质量分数提高 生成磷共晶 硬度高 有利于耐磨 还可加入Cr Mo W Cu等合金元素 改善组织 提高基体强度和韧性 如高铬耐磨铸铁 奥 贝球墨铸铁等 耐热铸铁在高温下工作的铸铁 炉底板 换热器 坩埚 炉内运输链条等 加入Al Si Cr等元素 主要形成致密的氧化膜 阻碍继续氧化 耐蚀铸铁主要用于化工部件 阀门 管道 泵 容器等 加入Si Cr Al Mo Cu Ni等合金元素形成保护膜 或使基体电极电位升高 可以提高铸铁的耐蚀性能 常用耐蚀铸铁有高硅 高硅钼 高铝 高铬等耐蚀铸铁 27 第七节铸钢 1 碳素铸钢的化学成分及机械性能 从机械性能看 W c 屈服强度和抗拉强度 W c 0 45 时 屈服强度增加很少 但塑性和韧性下降 从铸造性能看 W c 降低钢的
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