鑄鐵組織與性能

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1、1鑄鐵的組織與性能鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)就是要研究與認(rèn)識：（1）鑄鐵的組織對鑄鐵的性能有什么影響？為什么說，控制了鑄鐵的組織就是控制了鑄鐵的性能？（2）既然鑄鐵的組織如此重要，那么就必須對其形成過程和形成條件進(jìn)行研究與認(rèn)識，從而達(dá)到控制組織的目的。（3）在生產(chǎn)實(shí)踐中，影響鑄鐵組織的不僅有化學(xué)成分與冷卻速度，還有鐵液溫度、爐料、氣體、孕育等因素。因此，作為鑄造技術(shù)人員必須具備兩方面的基礎(chǔ)知識：一是要了解與認(rèn)識鑄鐵組織對鑄鐵性能的影響規(guī)律，即什么樣性能的鑄鐵需要什么樣的鑄鐵組織來保證；二是要了解對鑄鐵組織有影響的因素有哪些，如何控制這些因素達(dá)到要求的鑄鐵組織，從而

2、滿足鑄件性能要求。1.1鑄鐵性能的分類圖1是以灰鑄鐵為例進(jìn)行的鑄鐵性能分類情況，由圖1可見，鑄鐵的性能包括物理性能、力學(xué)性能、使用性能和工藝性能，這些性能的與其組織息息相關(guān)。圖1灰鑄鐵性能分類1.1鑄鐵的組織既然鑄鐵的性能是由鑄鐵的組織所決定的，因此，控制了鑄鐵的組織就控制了它的性能。鑄鐵的組織由石墨、基體、共晶團(tuán)和晶界夾雜物4部分組成（見表1）。表1鑄鐵中的組織名稱類型石墨片狀石墨、蠕蟲狀石墨、團(tuán)絮狀石墨、球狀石墨片狀石墨還有A、B、C、D、E、F共6種分布類型基體鐵素體、珠光體、奧氏體、奧鐵體、滲碳體、馬氏體共晶團(tuán)以每個石墨核心為中心形成的一個“石墨—

3、奧氏體”兩相共生共長的共晶晶粒稱為共晶團(tuán)。片狀石墨的灰鑄鐵拋光腐蝕后方能檢驗(yàn)共晶團(tuán)數(shù)；球墨鑄鐵則以球墨數(shù)代表共晶團(tuán)數(shù)，一個石墨球代表一個共晶團(tuán)。晶界夾雜物共晶物（磷共晶、硫共晶）、碳化物、非金屬夾雜物1.3鑄鐵組織對性能的影響情況1.3.1石墨對性能的影響在鑄鐵組織中，石墨對性能的影響最大。4種類型的石墨可分為6種分布形狀（見圖2），其應(yīng)用的典型鑄鐵類型見表2。圖2石墨的分類示意圖Ⅰ片狀石墨Ⅱ聚集的片狀石墨及蟹狀石墨Ⅲ蠕蟲狀石墨Ⅳ團(tuán)絮狀石墨Ⅴ團(tuán)狀石墨Ⅵ球狀石墨表2鑄鐵中的6種石墨形狀石墨類型石墨形狀名稱典型鑄鐵類型Ⅰ片狀石墨灰鑄鐵Ⅱ聚集的片狀石墨蟹狀石墨快

4、速冷卻的過共晶灰鑄鐵Ⅲ蠕蟲狀石墨蠕墨鑄鐵Ⅳ團(tuán)絮狀石墨可鍛鑄鐵Ⅴ團(tuán)狀石墨球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵Ⅵ球狀石墨球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵（1）石墨形態(tài)對力學(xué)性能的影響鑄鐵與鋼最大的不同就是鑄鐵中有石墨。石墨對基體的割裂削弱了鑄鐵的強(qiáng)度，其中片狀石墨削弱程度最大、球狀石墨削弱程度最?。皇螤钤节呌谇驙畹蔫T鐵，強(qiáng)度越高。所以，在鑄鐵中，灰鑄鐵強(qiáng)度最低，球墨鑄鐵強(qiáng)度最高（見表3）。由表3可知，石墨形態(tài)對鑄鐵力學(xué)性能起著決定性的作用。表3不同形態(tài)石墨鑄鐵的力學(xué)性能類別基體抗拉強(qiáng)度/MPa硬度（HBW）彈性模數(shù)/GPa片狀石墨的灰鑄鐵珠光體200~400187~26983.3~137.2

5、蠕蟲狀石墨的蠕墨鑄鐵珠光體+鐵素體400~450180~240120~160團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵珠光體~600195~290163~180球狀石墨的球墨鑄鐵珠光體700~800225~360156.8~176.4（2）石墨大小、數(shù)量及分布狀態(tài)對力學(xué)性能的影響①灰鑄鐵中的石墨灰鑄鐵中的石墨有A、B、C、D、E、F共6種分布類型，其中以無方向性、均勻分布的強(qiáng)度最高，含有D、E過冷石墨則強(qiáng)度降低，出現(xiàn)粗大的C型石墨時性能最差。石墨數(shù)量在片狀時對鑄鐵的強(qiáng)度影響最大，所以灰鑄鐵的碳當(dāng)量對力學(xué)性能的影響很關(guān)鍵?；诣T鐵的碳當(dāng)量越高，片狀石墨數(shù)量就越多，對基體削弱程度也越

6、大。圖3為石墨數(shù)量對灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的影響情況，表4為各牌號灰鑄鐵的石墨數(shù)量。表4各牌號灰鑄鐵的石墨量牌號HT100HT150HT200HT250HT300HT350石墨量*（%）12~157~116~94~73~62~4*指石墨的體積分?jǐn)?shù)。圖3石墨數(shù)量對灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的影響石墨的長度對力學(xué)性能也有影響。片狀石墨的尖銳前端使基體產(chǎn)生應(yīng)力集中，對鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度皆產(chǎn)生了不利的影響。石墨長度越長，影響加劇（見圖4、圖5）。圖4石墨長度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系圖5石墨長度對彎曲疲勞強(qiáng)度的影響有的鑄件需要在反復(fù)加熱與冷卻的條件下使用，因此要求其具有良好的熱疲勞強(qiáng)度，

7、這就要求鑄件的組織除了珠光體基體外，石墨數(shù)量要多，石墨長度要長，且石墨分布呈A型。圖6、圖7、圖8分別為石墨數(shù)量、石墨長度、石墨分布類型對灰鑄鐵熱疲勞強(qiáng)度的影響情況。圖6灰鑄鐵的石墨量對熱疲勞性能的影響圖7石墨片平均長度與熱疲勞性能的關(guān)系圖8石墨分布類型與熱疲勞性能的關(guān)系②蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵常被用作要求熱疲勞強(qiáng)度良好的鑄件，但其組織并不是蠕化率越高越好；相反的是，蠕化率低的蠕鐵熱疲勞強(qiáng)度反而好于蠕化率高的蠕鐵。表5為蠕化率對蠕墨鑄鐵耐熱疲勞強(qiáng)度的影響，由表5可知，不控制組織是難以控制性能的。表5蠕化率與熱疲勞強(qiáng)度的關(guān)系類別熱循環(huán)溫度和產(chǎn)生首次裂紋的循

8、環(huán)數(shù)/次250~500℃250~700℃250~950℃蠕墨鑄鐵（