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。
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灰鑄鐵：石墨呈片狀
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球墨鑄鐵：石墨呈球狀
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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激光加熱表面淬火
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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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