機械制造基礎工程材料教學PPT碳鋼與鑄鐵.ppt

宜賓職業(yè)技術學院,五糧液技術學院,上午2時24分,機械制造基礎 工程材料,常用工程材料,第一節(jié)：碳鋼、鑄鐵,（一）.雜質元素對碳鋼性能的影響,硅（si）有很強的固溶強化作用，脫氧作用,錳（mn）脫氧、去硫,提高鋼的強度和硬度,硫（s）引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂( 熱裂 )。,磷（p）有很強的固溶強化作用，低溫韌性差 ( 冷裂 )。,一、碳鋼,碳鋼又稱碳素鋼，它是指含碳量小于2.11%，并含有少量冶煉過程中殘存下來的硅、錳、磷、硫等雜質元素所組成的鐵碳合金。,（二）、碳鋼的分類,按含碳量,低碳鋼 c0.25%,中碳鋼 c=0.25%0.60%,高碳鋼 c0.6%,按質量,普通碳素鋼 s0.055% ，p0.045%,優(yōu)質碳素鋼 s、 p0.035%0.040%,按用途,碳素結構鋼c0.7%,碳素工具鋼c 0.7%,高級優(yōu)質碳素鋼 s0.02%0.03% p0.03%0.035%,按脫氧程度,沸騰鋼（f）,鎮(zhèn)靜鋼（z）,半鎮(zhèn)靜鋼（b）,特殊質量碳鋼 s、 p0.015%,1.普通碳素結構鋼,碳素結構鋼中硫、磷等雜質含量較多，質量較低，但價格便宜，并具有一定的機械性能，常用作性能要求不高、不需作熱處理的機械零件和結構件，是碳鋼中用量最大的一類。 根據國標（gb/i700-88）規(guī)定，碳素結構鋼的牌號由q（“屈”的漢語拼音字首）、屈服強度值、質量等級符號（a、b、c、d）及脫氧方法符號（f、z、b）四個部分按順序組成。如q235af表示最低屈服強度為235mpa、質量等級為a級的沸騰鋼。 常用來制造要求具有良好塑性的焊接結構件、壓力加工件。其中q195、q215、q235塑性好，焊接性好，強度低，一般軋制成鋼板或各種型材，主要用于工程結構和受力較小的機械零件。q255、q275強度較高，可用于制作受力中等的零件。,（三）、碳鋼的牌號和用途,1.普通碳素結構鋼,q 235 a f,沸騰鋼,a等級,235 mpa,屈服強度,2、優(yōu)質碳素結構鋼,這類鋼中硫、磷含量較低，質量較好，含碳量波動小，性能較穩(wěn)定，并可通過熱處理進行強化，常用來制造比較重要的機械零件。 據鋼中含錳量的不同，優(yōu)質碳素結構鋼可分為：普通含錳量優(yōu)質碳素結構鋼（mn%0.7%和較高含錳量的優(yōu)質碳素結構鋼（mn%0.7%1.2%）。 牌號表示：常用“兩位數字”表示，該數字表示鋼中的平均含碳量的萬分數。例如，45表示其平均含碳量為 0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼；65mn表示平均含碳量為0.65%、含錳量較高的優(yōu)質碳素結構鋼。含錳量較高的優(yōu)質碳素結構鋼較普通含錳量的優(yōu)質碳鋼，淬透性較好，強度也較高。,2.優(yōu)質碳素結構鋼,兩位數字 45 表示含碳量為0.45%,若鋼中含錳量較高，將錳元素標出。,45mn wc = 0.45% ; wmn = 0.7%1.0%,2、優(yōu)質碳素結構鋼,其中 08、10、15、20鋼屬于低碳鋼，塑性好，具有良好的冷沖壓性能和焊接性能，宜于制作各種冷沖壓件、焊接件以及尺寸不大，受力較小的滲碳件。 3055鋼屬于中碳鋼，這類鋼經調質處理后具有良好的綜合力學性能，即既具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性，是優(yōu)質碳素結構鋼中應用最廣的一類。 6085鋼屬于高碳鋼， 經淬火中溫回火后，具有高的彈性和一定的韌性，主要用于制造各類彈簧。,3、碳素工具鋼,這類鋼的含碳量較高，一般在0.65%1.35%之間，經適當熱處理后，具有高強度、高硬度及高的耐磨性，常用來制造各種工具（刃具、量具和模具）。 按鋼的質量不同，碳素工具鋼分為優(yōu)質碳素工具鋼和高級優(yōu)質碳素工具鋼兩類。 其牌號用“碳”的漢語拼音字首“t”加“數字”表示，“數字”表示其平均含碳量的千分數。 如：t8鋼表示平均含碳量為0.8%的優(yōu)質碳素工具鋼。對于高級優(yōu)質鋼，還需在牌號末尾加代號“a”來表示，如t12a鋼，表示平均含碳量為1.2%的高級優(yōu)質碳素工具鋼。 常用來制造低速切削刀具及對淬火變形要求不嚴的一般模具和某些要求高硬度高耐磨性的零件。,3.碳素工具鋼,t 12 a,wc = 1.2%,4、鑄造碳鋼,鑄造碳鋼是冶煉后直接鑄造成毛坯或零件的碳素鋼，適用于形狀復雜且韌性、強度要求較高的零件， 也常用于韌性、強度要求較高的大型零件。 鑄造碳鋼的含碳量一般在0.15%0.60%范圍內，過高則塑性差，易產生裂紋。 其牌號表示：用“鑄鋼”兩漢字的漢語拼音字母開頭“zg”后面加“兩組數字”組成，第一組數字代表屈服點，第二組數字代表抗拉強度，如zg200400表示屈服點不小于200mpa，抗拉強度不小于400mpa鑄造碳鋼。,4、鑄造碳鋼,zg 200 - 400,二、鑄 鐵,鑄鐵是碳質量分數大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。,用于制造機床的床身、床頭箱,發(fā)動機的汽缸體、機器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。,箱體,啟動閥,（一）鑄鐵的成分 1、鑄鐵的成分范圍： wc=2.5%4.0%、 wsi=1.0%3.5%、wmn=0.5%1.5%、 wp0.20%、ws0.5%。 。,2、鑄鐵的性能 1) 鑄鐵的力學性能：強度、塑性、韌性較低，不能進行鍛造。 2) 鑄鐵的其他性能 鑄造性能好 切削加工性良好 減摩性好 減震性好 低的缺口敏感性,（二）鑄鐵中碳的石墨化 鑄鐵中的碳以石墨形式析出的現象稱為鑄鐵的石墨化。,何為石墨？,石墨是游離狀態(tài)的碳，其強度、硬度、塑性、韌性很低，硬度僅為35hbs，伸長率近于零。,鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨，石墨對基體產生割裂作用。,因此，石墨的存在使鑄鐵的力學性能下降，其性能比鋼低，不能鍛造，且石墨的數量越多，越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的力學性能越差。,但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如鑄造性能、減振性和減摩性等。,鑄鐵的石墨化,鑄鐵組織的類型取決于石墨化的程度。,1、鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化。,石墨化若能充分或大部分進行，則能獲得灰口鑄鐵，反之將得到白口鑄鐵。,石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可以通過滲碳體分解來獲得。 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要是從液體中析出；可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經長時間退火，由滲碳體分解而得到。,2、影響石墨化的因素,冷卻速度：緩慢冷卻有利于石墨化；,合金元素：c和si強烈促進，s強烈阻礙，mn阻 礙，p微弱促進。,（三）鑄鐵分幾類？,根據碳在鑄鐵中存在形式不同，可分三大類：,（1）白口鑄鐵,（2）灰口鑄鐵,（3）麻口鑄鐵,c的存在形式：滲碳體(fe3c)，斷口為白色。,性能硬而脆，難以切削加工。主要用作煉鋼原料，高耐磨零件（如軋輥、犁鏵等）。,c的存在形式：石墨，斷口為灰黑色。,c的存在形式：石墨+滲碳體，斷口為黑白色。,灰鑄鐵是鑄造性能最好，應用最廣泛的鑄鐵材料。,性能：脆性大，很少使用。,根據石墨（g）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：,普通灰鑄鐵：石墨呈片狀,可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀,蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀,球墨鑄鐵：石墨呈球狀,4、常用鑄鐵,（四）鑄鐵的性能、牌號及用途,由于石墨片對鋼基體產生的割裂作用，破壞了鋼基體的連續(xù)性、完整性，減少了鋼基體的有效面積，使其抗拉強度低于鋼、而塑性和韌性近于零，屬于脆性材料。灰鑄鐵具有非常優(yōu)良的鑄造性能。,1、灰鑄鐵的性能與應用,但其抗壓強度與鋼相近，因此普通灰鑄鐵廣泛用于作承受壓力載荷的零件和結構，如機座、機床床身、軸承等。,葉輪,發(fā)動機飛輪,灰鑄鐵,2、灰鑄鐵的牌號,ht+三位數字，數字表示最低抗拉強度。,3、灰鑄鐵的熱處理,如：ht150，ht200，ht250,熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高性能效果不大。通常對其進行熱處理的方法和目的是：,1、消除內應力退火： 2、高溫退火：消除白口組織 3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度。,灰鑄鐵,可鍛鑄鐵,1、生產方法：,先將鑄鐵澆注成白口鑄鐵,然后進行高溫石墨化退火,使?jié)B碳體分解得到團絮狀石墨。,2、可鍛鑄鐵的牌號,可鍛鑄鐵以“kt”表示，黑心可鍛鑄鐵用“kth”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“ktz”表示。其后的兩組數字表示最低抗拉強度和延伸率。,如：kth350-10、ktz600-3,3、可鍛鑄鐵的性能及應用,可鍛鑄鐵較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼?？慑戣T鐵不可鍛。,球墨鑄鐵,1、生產方法：,在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨,得到球墨鑄鐵.,2、球墨鑄鐵的牌號,用“qt”標明，其后兩組數值表示最低抗拉強度和延伸率。,如:,qt420-10、qt600-2、qt800-2,4、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能,3、球墨鑄鐵的應用,具有與鋼相近的力學性能，可代替鋼和合金鋼 使用。,球墨鑄鐵管道接口,球墨鑄鐵,蠕墨鑄鐵,1、生產方法：,在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與程序與球墨鑄鐵基本相同。,蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并且有一定的韌性、較高的耐磨性；同時又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性。,2、蠕墨鑄鐵的牌號、性能和