鑄鐵

鑄鐵是含碳量大於 2.11% 的鐵碳合金。

鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有生產方法簡便，成本低廉，性能優良等特點，至今仍使用廣泛。缺點：硬脆，不易加工，只能鑄造。

典型零件：機床床身、汽缸體和缸套、凸輪軸、曲軸。

鑄鐵的類別：

白口鑄鐵：碳主要以滲碳體（$Fe_3C$）形式存在的鑄鐵。

硬而脆，很少用做零件，作原料用（生鐵）。

灰口鑄鐵：碳主要以石墨（G）形式存在的鑄鐵。

麻口鑄鐵：介於白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間鑄鐵。

鑄鐵的石墨化

$Fe-C $ 和 $Fe-Fe_3C$ 雙重相圖

鑄鐵的石墨化過程

冷卻（結晶）時的石墨化過程

從液相中析出石墨

$L$ → $G_I$

$L$ → $\gamma + G$（共晶反應）

從奧氏體中析出石墨

$\gamma$ → $G_{II}$

由共析反應生成石墨

$\gamma$ → $\gamma + G$

加熱時的石墨化過程

$Fe_3C$ → $3Fe + C$

鑄鐵石墨化過程的兩個階段：

第一階段石墨化：發生在 P'S'K' 線以上的石墨化過程。

第二階段石墨化：發生在 P'S'K' 線以下的石墨化過程。

鑄鐵組織的形成條件

按兩個階段石墨化進行的程度不同，鑄鐵具有不同的組織。

常用鑄鐵的牌號和性能特點

一般來說，白口鑄鐵、麻口鑄鐵使用不多，灰口鑄鐵應用較多一些。

灰口鑄鐵的類別

按石墨的形態，灰口鑄鐵分為四類。

灰鑄鐵：石墨呈片狀

球墨鑄鐵：石墨呈球狀

蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀

可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀

石墨狀態主要受鑄鐵的化學成分及工藝過程影響，片狀、球狀和蠕蟲狀在鑄造後即可形成，團絮狀由白口鐵退火得來。

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灰口鑄鐵的組織

組織特徵：鋼基體上分佈著不同形態的石墨。

F＋G 鋼基體（鐵素體）和石墨

F＋P＋G 鋼基體（鐵素體＋珠光體）和石墨

P＋G 鋼基體（珠光體）和石墨

灰口鑄鐵的性能

主要取決於石墨的形態、大小、數量。

灰鑄鐵

最便宜，應用最廣泛，80% 以上。

灰鑄鐵的牌號

HT×××。“HT” 表示 “灰鐵”，“×××” 表示最低抗拉強度值。

例：H200

HT 為 “灰鐵” 的漢語拼音字頭

200 表示該灰鑄鐵的抗拉強度值不小於 200MPa

灰鑄鐵的性能特點

力學性能低

片狀石墨對鋼基體的分割作用大，尖端形成應力集中。

耐磨性和減振性好

石墨的存在，有利於潤滑和貯油、吸收振動能量，減震性優於碳鋼。

工藝性能好

熔點低，液態流動性好，易於澆注，特別是結構複雜鑄件；切削時易斷屑（切削性能優於鋼）。

孕育處理

加孕育劑（變質劑）：矽鐵合金、矽鈣合金，結晶核心多，石墨片尺寸更小更均勻。

應用

機床床身、底座、發動機缸體等。

球墨鑄鐵

改變石墨形態來提高力學性能。灌鑄前加球化劑和孕育劑，經過球化處理和孕育處理得到。

球化劑：鎂、稀土、稀土鎂。

球墨鑄鐵的牌號

QT×××-××。“QT” 表示 “球鐵”，“×××” 表示最低抗拉強度值，“××” 表示最低延伸率。

例：QT500-05

QT 為 “球鐵” 的漢語拼音字頭

500 表示該球墨鑄鐵的抗拉強度不低於 500MPa

05 表示該球墨鑄鐵的延伸率不低於 5%

球墨鑄鐵的性能特點（與灰鑄鐵相比）

力學性能高

球墨鑄鐵抗拉強度和彎曲疲勞極限高、塑性和韌性好。

球狀石墨對鋼基體的分割作用減低至最小，鋼基體的連續性好，應力集中減弱。

減振性差

減震性不如灰口鐵。

鑄造性差

應用

一定條件下可替代鑄鋼、鍛鋼，用以受力複雜、負荷較大和要求耐磨的鑄件，如內燃機曲軸、凸輪軸閥門、汽車後橋殼等。

蠕墨鑄鐵

鐵液經變質處理和和孕育處理得到。

變質元素（蠕化劑）：稀土矽鐵鎂合金、稀土矽鐵鎂合金、稀土鈣鐵合金等。

蠕墨鑄鐵的牌號

RuT×××。“RuT” 表示 “蠕鐵”，“×××” 表示最低抗拉強度值。

球墨鑄鐵的性能特點

力學性能介於灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間

強度和韌性高於灰鑄鐵，不如球墨鑄鐵；耐磨性較好；減振能力優於球墨鑄鐵。

蠕蟲狀石墨的頭部鈍而圓，對基體分割作用較灰鑄鐵有明顯降低。

工藝性能介於球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間

鑄造性能優於球墨鑄鐵，與灰鑄鐵接近。

導熱性能接近灰鑄鐵

高溫強度、熱疲勞性能大大優於灰鑄鐵。

適於製造承受交變熱負荷的零件。

可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的獲得：

獲得白口鑄鐵；

白口鑄鐵石墨化。

可鍛鑄鐵在加熱時通過 Fe3C 的石墨化而獲得。

灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵在冷卻時通過析出石墨而獲得。

可鍛鑄鐵的牌號

KTH×××-××。“KTH” 表示 “可鐵黑”，稱黑心可鍛鑄鐵，以鐵素體為基體。

KTZ×××-××。“KTZ” 表示 “可鐵珠”，稱珠光體可鍛鑄鐵，以珠光體為基體。

可鍛鑄鐵的性能特點

性能介於灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，耐蝕性較好，但生產效率低。

鑄鐵的熱處理

鑄鐵熱處理的目的：

1. 改變鋼基體的組織，改善鑄鐵性能；

2. 消除鑄件應力。

特別提示：

熱處理只能改變鋼基體的組織，不能改變石墨的形態及分佈

片狀或球狀的石墨不會因熱處理而變成其他的形狀。

石墨的尺寸不會因熱處理而增大或減小。

石墨的分佈不會因熱處理而改變。

灰鑄鐵不適合採用強化型（如淬火）熱處理

灰鑄鐵中石墨呈片狀，對基體的分割作用很大，即使進行強化型熱處理也難以獲得明顯的效果。

球墨鑄鐵適合採用與鋼相同的各種熱處理

球墨鑄鐵中石墨呈球狀，對基體的分割作用小，因此通過熱處理可顯著改善其力學性能。

時效處理

目的：釋放鑄件應力。

工藝：

人工時效：將鑄件加熱到 500～560°C 保溫後隨爐冷卻。

自然時效：將鑄件放在室外 6～18 個月，使應力自然釋放。

人工時效是目前生產中最常用的方法。

消除白口退火

目的：消除白口組織。

鑄件表面或薄壁處在鑄造過程中會因冷卻速度過快而出現白口組織，其硬度很高，給切削加工帶來困難，必須予以消除。

工藝：

加熱溫度：880～900°C。

保溫時間：1～2h。

冷卻方式：保溫後緩慢冷卻至 400～500°C 後出爐空冷。

表面熱處理

目的：提高鑄件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。

工藝：

感應加熱表面淬火

激光加熱表面淬火

滲氮、滲金屬

球墨鑄鐵的熱處理

退火

目的：提高球墨鑄鐵件的韌性。

工藝：

880～900°C 加熱保溫後，爐冷至 600°C 出爐空冷。
- 適應的鑄件：含有白口組織的鑄件。
- 退火後的組織：$F＋G_球 $

700～760°C 加熱保溫後，爐冷至 600°C 出爐空冷。

適應的鑄件：組織為 $F＋P＋G_球 $ 的鑄件。

退火後的組織：$F＋G_球 $

正火

目的：將基體轉換為細珠光體組織，以提高強度、硬度和耐磨性。

工藝：850～900°C 加熱保溫後出爐空冷。

適應的鑄件：組織為 F＋P＋G 球的鑄件。

正火後的組織：$P＋G_球 $

淬火及回火

目的：提高球墨鑄鐵的力學性能。

淬火（860～900°C）→ 低溫回火（250～350°C）
- 組織：$M_回＋A'＋G_球 $。可用於製造軸承。

淬火（860～900°C）→ 中溫回火（500～600°C）
- 組織：$S_回＋G_球 $。可用於製造軸類零件。

等温淬火

目的：獲得 $B_下 $，使球墨鑄鐵具有良好的綜合力學性能。

工藝：830～870°C 加熱保溫後投入 280～350°C 的熔鹽中保持。

組織：$B_下＋A'＋G_球 $

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