7、第八章 鑄鐵

1、第二章 金屬材料的性能 金屬工藝學說課第八章 鑄鐵學習方法學習方法 教學過程教學過程 教學效果教學效果 教學方法教學方法 教材分析教材分析 章章 節(jié)節(jié)教學內容教學內容教學學時教學學時數(shù)數(shù)教學方法教學方法所屬學期所屬學期備注備注一鋼鐵的生產 6多媒體、講述、圖示對比等法第一學期要點二二金屬材料的性能 8多媒體、講述、圖示對比等法第一學期要點三三金屬的結構與結晶8多媒體、講述、圖示對比等法第一學期重點四合金的相結構與相圖8多媒體、講述、圖示對比等法第一學期要點五 鐵碳合金10多媒體、講述、圖示對比等法第一學期難點六鋼的熱處理10多媒體、講述、圖示對比等法第一學期難點七工業(yè)用鋼8多媒體、講述、圖示對

2、比等法第二學期重點八八鑄鐵鑄鐵1212多媒體、多媒體、講述講述、圖示對比等法、圖示對比等法第二學期第二學期重點重點九非鐵金屬10多媒體、講述、圖示對比等法第二學期要點十粉末冶金10多媒體、講述、圖示對比等法第二學期要點合計：合計：80學時學時（一）課程的地位（一）課程的地位教教 材分析材分析熱處理的重要性鋼的熱處理鋼的熱處理鑄鐵鑄造Click to add TitleClick to add Title鍛壓焊接Click to add Title車削理論理論實踐實踐教教 材分析材分析課程教材課程教材課程地位課程地位 金屬工藝學金屬工藝學 主主 編：卞洪元；編：卞洪元； 出版社：北京理工大學出版

3、社；出版社：北京理工大學出版社； 版版 本：本：20132013年年9 9月第月第2 2版。版。 機械類專業(yè)基礎課，為后續(xù)學習機電、模具等專業(yè)課提供知識準備。機械類專業(yè)基礎課，為后續(xù)學習機電、模具等專業(yè)課提供知識準備。課程用途課程用途 使學生在了解機械工程中各零部件的熱處理、加工方法的基礎上，培養(yǎng)學生解使學生在了解機械工程中各零部件的熱處理、加工方法的基礎上，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力及動手能力。決實際問題的能力及動手能力。 一一 知識目標知識目標 教教學學目目標標鑄鐵的牌號、鑄鐵的性能鑄鐵的牌號、鑄鐵的性能二、二、 能力目標能力目標 能夠掌握鑄鐵的用途教教學學目目標標一、鋼的分類與編號一、鋼

4、的分類與編號(一）一）鋼的分類鋼的分類鐵碳合金鐵碳合金工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 WC0.0218%鋼鋼 0.0218% WC2.11%生鐵生鐵WC2.11%亞共析鋼亞共析鋼WC在0.0218%-0.77%共析鋼共析鋼WC=0.77%過共析鋼過共析鋼WC在0.77%-2.11% 復習：復習：簡要回顧上節(jié)內容。（5 5分鐘左右）分鐘左右）教學過程教學過程1、按化學成分分類、按化學成分分類鋼碳素鋼（碳鋼）合金鋼低碳鋼高碳鋼中碳鋼低合金鋼高合金鋼中合金鋼0.25%0.25%0.6%含碳量 0.6% 5%合金總量5%-10% 10%碳素鋼是指含碳碳素鋼是指含碳量低于量低于2.11%的的鐵碳合金。鐵碳合金。 合金

5、鋼是指為了提高鋼的合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎上有意性能，在碳鋼基礎上有意加入一定量合金元素所獲加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。得的鐵基合金。 2、按鋼的質量（品質）等級分類、按鋼的質量（品質）等級分類種類種類碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼w s/%w p/%w s/%w p/%普通質量鋼普通質量鋼0.0450.0450.0450.045優(yōu)質鋼優(yōu)質鋼0.0350.0350.0350.035高級優(yōu)質鋼高級優(yōu)質鋼0.0300.0300.0250.025特級優(yōu)質鋼特級優(yōu)質鋼0.0200.0250.0150.0253、按鋼的用途分類、按鋼的用途分類鋼鋼結構鋼結構鋼工具鋼工具鋼特殊性能鋼特殊性能

6、鋼主要用于制造各種主要用于制造各種工具，如模具、刃工具，如模具、刃具、量具等，其碳具、量具等，其碳的質量分數(shù)一般都的質量分數(shù)一般都大于大于0.7%。 主要用于制造各種主要用于制造各種機械零件和工程結機械零件和工程結構件，其碳的質量構件，其碳的質量分數(shù)一般都小于分數(shù)一般都小于0.7%。此類鋼常用。此類鋼常用于制造齒輪、軸、于制造齒輪、軸、螺母、彈簧等機械螺母、彈簧等機械零件，也用于制作零件，也用于制作橋梁、船舶、建筑橋梁、船舶、建筑等工程構件。等工程構件。 除了要求力學性能除了要求力學性能之外，還要求具有之外，還要求具有其它一些特殊性能。其它一些特殊性能。如不銹鋼、耐熱鋼、如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨

7、鋼、低溫用鋼耐磨鋼、低溫用鋼等。等。 4、按金相組織分類、按金相組織分類按平衡組織分按平衡組織分亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼按正火組織分按正火組織分珠光體鋼珠光體鋼貝氏體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼馬氏體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼按冷卻時按冷卻時是否發(fā)生相變是否發(fā)生相變鐵素體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼5、按冶煉方法分類、按冶煉方法分類按冶煉設備分按冶煉設備分平爐鋼平爐鋼轉爐鋼轉爐鋼電爐鋼電爐鋼按脫氧程度分按脫氧程度分沸騰鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼脫氧不充分脫氧不充分脫氧充分脫氧充分平爐的爐膛是一個耐火磚砌平爐的爐膛是一個耐火磚砌成的槽，上面有耐火磚制成成的槽，上面有耐火磚制成的爐頂蓋住

8、。平爐的前墻上的爐頂蓋住。平爐的前墻上有裝料口，裝料機就從這里有裝料口，裝料機就從這里把爐料裝進去。熔煉時關上把爐料裝進去。熔煉時關上耐火磚造成的門。爐膛的兩耐火磚造成的門。爐膛的兩端都筑有爐頭，爐頭各有兩端都筑有爐頭，爐頭各有兩個孔道，供導入燃料與熱空個孔道，供導入燃料與熱空氣，或從爐里導爐氣之用。氣，或從爐里導爐氣之用。 轉爐鋼是指在轉爐內以液態(tài)生鐵為原料，將高壓空轉爐鋼是指在轉爐內以液態(tài)生鐵為原料，將高壓空氣或氧氣從轉爐的頂部、底部、側面吹入爐內熔化氣或氧氣從轉爐的頂部、底部、側面吹入爐內熔化的生鐵液中，使生鐵中的雜質被氧化去除而煉成的的生鐵液中，使生鐵中的雜質被氧化去除而煉成的鋼。鋼。

9、 7、按所含主要合金元素分分類、按所含主要合金元素分分類按制造加工按制造加工形式分形式分鑄鋼鑄鋼鍛鋼鍛鋼熱軋鋼熱軋鋼冷軋鋼冷軋鋼按所含主要按所含主要合金元素分合金元素分鉻鋼鉻鋼鉻鎳鋼鉻鎳鋼錳鋼錳鋼硅錳鋼硅錳鋼6、按制造加工形式分類、按制造加工形式分類環(huán)節(jié)一：環(huán)節(jié)一： 導入新課：導入新課：（問題導入（問題導入5分鐘）分鐘）1碳在鑄鐵中存在的形式、石墨晶體結構和性能特點、影響石墨化的因素；2灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵的成分、組織、性能、牌號和用途舉例；3合金鑄鐵簡介。主主要要教教學學內內容容環(huán)節(jié)二：環(huán)節(jié)二： 新課講授：新課講授：（65分鐘）分鐘）l本節(jié)重點：本節(jié)重點：1 1鋼的熱處理的地位、作用

10、和分類；鋼的熱處理的地位、作用和分類；l本節(jié)難點：本節(jié)難點：鋼的普通熱處理工藝退火、正火鋼的普通熱處理工藝退火、正火。l 授課方法及教學目標：授課方法及教學目標：本節(jié)采用講授法，配以多媒本節(jié)采用講授法，配以多媒體進行輔助教學。通過歸納、思考、應用知識的過程，體進行輔助教學。通過歸納、思考、應用知識的過程，使學生在了解本節(jié)內容的基礎上，為后面的學習、實使學生在了解本節(jié)內容的基礎上，為后面的學習、實踐奠定基礎。踐奠定基礎。熱處理的分析：鑄鐵的分類及石墨化 鑄鐵是指一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。 鑄鐵的種類鑄鐵的種類 1灰鑄鐵 碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； 2 可鍛鑄鐵 碳主要以團絮狀石

11、墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； 3球墨鑄鐵 碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； 4蠕墨鑄鐵 碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵； 5白口鑄鐵 碳主要以滲碳體的形式存在于鑄鐵中； 6麻口鑄鐵 碳部分以游離碳化鐵形式析出，部分以 石墨形式析出的鑄鐵。 鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化 鑄鐵中石墨的形成過程稱為鑄鐵的石墨化石墨化。影響鑄鐵石墨化的因素較多，其中化學成分和冷卻速度是影響石墨化的主要因素。 1化學成分的影響化學成分的影響 碳和硅都是強烈促進石墨化的元素；磷也是促進石墨化的元素，但其作用較弱；硫是強烈阻礙石墨化的元素 2冷卻速度的影響冷卻速度的影響 冷卻速度快，鑄鐵容易產生白口鑄鐵組織； 冷卻速度越慢，碳原子擴散

12、越充分，鐵水在高溫下保溫的時間越長，越有利于石墨化 ，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵組織。 灰鑄鐵灰鑄鐵 1灰鑄鐵的化學成分、組織和性能灰鑄鐵的化學成分、組織和性能 （1）化學成分 灰鑄鐵的化學成分一般為：wC=2.5% 4.0%，wSi=1.0% 2.5%，wMn=0.5% 1.4%，wS0.15%，wP0.3%。 (2)組織 由于石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：鐵素體(F)+片狀石墨(G)；鐵素體(F)珠光體(P)+片狀石墨(G)；珠光體(P)+片狀石墨(G)。 （3）性能力學性能 石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學性能，但卻使灰鑄鐵獲得了許多鋼所不及的優(yōu)良性能 優(yōu)良的性能： 良好的鑄造性能 良好

13、的減震性 較低的缺口敏感性 良好的切削加工性 良好的減摩性 良好的抗壓性能灰鑄鐵常用牌號及用途灰鑄鐵常用牌號及用途類 別牌號用 途 舉 例鐵素體灰鑄鐵HTl00低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架等鐵索體珠光體灰鑄鐵HT150承受中等應力的零件，如底座、床身、工作臺、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件珠光體灰鑄鐵HT200承受較大應力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等HT250孕育鑄鐵HT300床身導軌，車床、沖床等受力較大的床身、機座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動機的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等HT350球墨鑄鐵球墨鑄鐵

14、球墨鑄鐵球墨鑄鐵 是20世紀50年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵，它是經過球化處理后得到的。球化處理的方法是在鐵液出爐后、澆注前加入一定量的球化劑(稀土鎂合金等)和孕育劑，使石墨呈球狀析出。 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 1球墨鑄鐵的化學成分、組織和性能球墨鑄鐵的化學成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）組織 球墨鑄鐵的組織可分為四種類型：鐵素體(F)+球狀石墨(G)，鐵索體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)，珠光體(P)+球狀石墨(G)，下貝氏體(B下)+球狀石墨(G)。為鐵素體球墨鑄鐵的顯微組

15、織。鐵素體球墨鑄鐵顯微組織球墨鑄鐵球墨鑄鐵 （3）性能 球墨鑄鐵的力學性能與基體的類型以及球狀石墨的大小、形狀及分布狀況有關。由于球狀石墨對基體的割裂作用最小，又無應力集中作用，球墨鑄鐵基體的強度、塑性和韌性可以充分發(fā)揮，所以，球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，有高的強度和良好的塑性與韌性。它的某些性能可以與鋼相媲美，如屈服點比碳素結構鋼高，疲勞強度接近中碳鋼。同時，它還具有灰鑄鐵的減震性、減磨性和小的缺口敏感性等優(yōu)良性能。球墨鑄鐵中的石墨球的圓整度越好，球徑越小，分布越均勻，則球墨鑄鐵的力學性能就越好。球墨鑄鐵常用牌號及用途球墨鑄鐵常用牌號及用途基體類型牌號用途舉例鐵素體QT400-15QT400-10

16、閥體，汽車、內燃機車零件，機床零件，減譴器殼鐵素體+珠光體QT500-7機油泵齒輪，機車、車輛軸瓦珠光體QT700-2QT800-2柴油機曲軸、凸輪軸汽缸體、缸套，活塞環(huán)，部分磨床、銑床、車床的主軸等下貝氏體QT900-2汽車的螺旋錐齒輪，拖拉機減速齒輪柴油機凸輪軸可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵?？慑戣T鐵的生產過程是：首先澆注成白口鑄鐵件，然后經可鍛化退火（可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件?？慑戣T鐵可鍛鑄鐵 1可鍛鑄鐵的化學成分、組織和性能1）可鍛鑄鐵的化學成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.

17、1%。 2）可鍛鑄鐵的組織有二種類型：鐵素體(F)+團絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團絮狀石墨(G)。 3)性能由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵能進行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強度、硬度和耐磨性。 可鍛鑄鐵常用牌號及用途可鍛鑄鐵常用牌號及用途類 別牌號應用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300-06KTH330-08KTH35010KTH37012汽車、拖拉機的后橋外殼、轉向機構、彈簧鋼板支座等，機床上用的扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣板和農具

18、等珠光體可鍛鑄鐵KTZ550-04KTZ700-02曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂，活塞環(huán)等蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵材料。大部分石墨為蠕蟲狀，其生產方法與球墨鑄鐵相似，通過在高溫鐵水中加入適量的蠕化劑(鎂鈦合金、鎂鈣合金等)使石墨呈蠕蟲狀形態(tài)。 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 1蠕墨鑄鐵的化學成分、組織和性能 1）蠕墨鑄鐵的化學成分是: wC=3.5%3.9%，wSi=2.2%2.8%，wMn=0.4%0.8%，wS0.1%，wP0.1%。 2）蠕墨鑄鐵的組織有三種類型： 鐵素體(F)+蠕蟲狀石墨(G)；珠光體(P)鐵素體(F)+蠕蟲狀石墨(G)；珠光體(P)+蠕蟲

19、狀石墨(G) 。 3)性能 蠕墨鑄鐵的力學性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，而蠕墨鑄鐵在鑄造性、導熱性、減振性等方面與灰鑄鐵相似，都要比球墨鑄鐵好。切削加工性與球墨鑄鐵相似，比灰鑄鐵稍差。蠕墨鑄鐵常用牌號及用途蠕墨鑄鐵常用牌號及用途基體類型牌號用途舉例鐵素體RuT260增壓器、廢氣進氣殼體、汽車底盤零件等 鐵素體+珠光體RuT300 排氣管、變速箱體、汽缸蓋、液壓件、鋼錠模等 珠光體RuT380RuT420 活塞環(huán)、汽缸套、制動鼓、制動盤等 合金鑄鐵 1耐磨鑄鐵 耐磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。根據(jù)工作條件的不同，分為以下兩類： (1)抗磨鑄鐵 在干摩擦及抗磨料磨損條件下工作的零件，如軋輥、犁鏵、拋丸

20、機葉片、球磨機磨球等，應具有均勻的高硬度和必要的韌性。 白口鑄鐵 白口鑄鐵生產簡便，價格低廉，但脆性大，適用于沖擊載荷不大的犁鏵等抗磨鑄件和清理拋丸機中的鐵丸等。 冷硬鑄鐵 在造型時，在鑄件要求抗磨的部位作成金屬型，其余部位用砂型，并適當調整化學成分(如降低含硅量)，使其要求抗磨處得到白口組織，而其余部位韌性較好，可承受一定的沖擊。生產中采用此類“激冷”方法獲得的抗磨鑄鐵稱為冷硬鑄鐵，主要用于制造軋輥、車輪、凸輪軸等。合金鑄鐵 (2)減摩鑄鐵 在潤滑條件下工作的零件，如機床導軌、汽缸套、活塞環(huán)、軸承等，其組織應為軟基體上分布硬質點(強化相)。軟基體磨損后形成溝槽，起儲油和潤滑作用，硬質點起支承作用。常用的減摩鑄鐵有普通高磷鑄鐵和合金高磷鑄鐵。 在孕育鑄鐵中加入磷