材料及成型技術(shù)第九章鑄鐵

1、金屬材料應(yīng)用技術(shù)課程教案科目金屬材料應(yīng)用技術(shù)授課教師高琪妹課型專業(yè)基礎(chǔ)綜合型學(xué)校遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題專題 第九章 鑄 鐵第一節(jié) 第一節(jié) 鑄鐵的分類及鑄鐵的石墨化第二節(jié) 常用鑄鐵第三節(jié) 第三節(jié) 合金鑄鐵簡(jiǎn)介教學(xué)目標(biāo)1. 了解鑄鐵的分類及鑄鐵的石墨化2. 掌握常用鑄鐵3. 了解合金鑄鐵4. 培養(yǎng)學(xué)生的分析和獨(dú)立判斷能力。教學(xué)重點(diǎn)常用鑄鐵教學(xué)難點(diǎn)鑄鐵的石墨化教學(xué)方法采用啟發(fā)式、共同分析、討論、總結(jié)式教學(xué)工具計(jì)算機(jī)、投影儀教學(xué)內(nèi)容及步驟教學(xué)方法的應(yīng)用能力培養(yǎng)一、 組織教學(xué)二、 導(dǎo)入新課 三、 講授新課 第九章 鑄 鐵鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%（一般為2.5%5.0%）的鐵碳合金。主要由鐵、碳、

2、硅、錳、硫、磷以及其他微量元素組成。由于鑄鐵具有良好的鑄造性能、減震性、減磨性和切削加工性能，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本較低，鑄鐵在工程實(shí)際中應(yīng)用的比重約占機(jī)器總重量的45%90%。第一節(jié) 鑄鐵的分類及鑄鐵的石墨化一、鑄鐵的分類1.白口鑄鐵碳在鑄鐵中的分布除少量固溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形式存在。因其斷口呈銀白色而得名，其性能硬而脆，很少直接用于制作機(jī)器零件， 2.灰口鑄鐵碳在鑄鐵中的分布大部分或全部以石墨形式析出，因其斷口呈暗灰色而得名。按石墨形態(tài)不同，灰口鑄鐵又分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。3.麻口鑄鐵這種鑄鐵中碳部分以游離碳化物形式析出，部分以石墨形式析出，斷口灰、白色相間。

3、此外，為滿足某些特殊性能要求，向鑄鐵中加入一種或多種合金元素（鉻、銅、鋁、硼等）而得到合金鑄鐵，如耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。二、鑄鐵的石墨化及其影響因素1.鑄鐵的石墨化影響鑄鐵組織和性能的關(guān)鍵是碳在鑄鐵中存在的形態(tài)、大小及分布。鑄鐵中碳成石墨析出的過程叫做鑄鐵的石墨化。實(shí)驗(yàn)表明，滲碳體是一個(gè)亞穩(wěn)定相，石墨則是穩(wěn)定相。因此描述鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變的相圖實(shí)際上有二個(gè)，一個(gè)是Fe-Fe3C系相圖，另一個(gè)是Fe-C系相圖。把兩者迭合在一起，就得到一個(gè)鐵碳合金雙重相圖，如圖所示。鐵碳合金雙重相圖鑄鐵加熱時(shí)的石墨化過程：亞穩(wěn)定的滲碳體，當(dāng)在比較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生石墨化，即Fe3C3

4、Fe+C。加熱溫度越高，分解速度相對(duì)就越快。無論是冷卻還是加熱時(shí)的石墨化過程，凡是發(fā)生在PSK線以上，統(tǒng)稱為第一階段石墨化；凡是發(fā)生在PSK線及以下，統(tǒng)稱為第二階段石墨化。2.影響石墨化的因素（1）化學(xué)成分碳和硅都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。磷、銅、鋁、鎳等元素也有一定的促進(jìn)作用。錳、硫都是阻止石墨化的元素。（2）冷卻速度鑄鐵在結(jié)晶冷卻的過程中，冷卻速度越慢，碳原子擴(kuò)散越充分，越有利于石墨化。第二節(jié) 常用鑄鐵一、灰鑄鐵灰鑄鐵牌號(hào)是由“HT”（“灰鐵”的漢語(yǔ)拼音字首）加一組數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度b）組成?；诣T鐵中石墨呈片狀，根據(jù)基體組織的不同，可分為鐵素體型、鐵素體十珠光體型、珠光體型灰鑄鐵?；诣T鐵的顯

5、微組織，如圖所示。因片狀石墨對(duì)基體的割裂程度較嚴(yán)重，灰鑄鐵中基體強(qiáng)度的利用率僅為30%50%。 （a） （b） 灰鑄鐵的顯微組織（a）鐵素體基體（200×） （b）鐵素體+珠光體基體（200×）灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有力學(xué)性能低、耐磨性好、減震性強(qiáng)、工藝性能好等特性。常用的灰鑄鐵熱處理有：（1）退火 用于消除鑄件內(nèi)應(yīng)力和白口組織，穩(wěn)定尺寸。（2）表面淬火 提高鑄件的表面硬度和耐磨性，如機(jī)床導(dǎo)軌面和內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)壁，可進(jìn)行表面淬火。經(jīng)表面淬火后，可使機(jī)床導(dǎo)軌的壽命提高約1.5倍。常用的灰鑄鐵的典型牌號(hào)是HT150、HT200，前者主要用于機(jī)械制造業(yè)承受中等應(yīng)力的一般鑄

6、件；后者主要用于一般運(yùn)輸機(jī)械和機(jī)床中承受較大應(yīng)力和較重要零件，如氣缸體、缸蓋、機(jī)座、床身等。二、球墨鑄鐵球墨鑄鐵牌號(hào)是由“QT”（“球鐵”的漢語(yǔ)拼音字首）加兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度b，后一組數(shù)字為最低斷后伸長(zhǎng)率。球墨鑄鐵中石墨呈球狀，根據(jù)基體組織的不同，可分為鐵素體型、珠光體型十鐵素體型、珠光體型球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的顯微組織，如圖所示。因球狀石墨對(duì)基體的割裂程度較灰鑄鐵進(jìn)一步減弱，球墨鑄鐵中基體強(qiáng)度的利用率僅為70%90%。它的力學(xué)性能除了與基體組織類型有關(guān)外，主要取決于球狀石墨的形狀、大小和分布。石墨球狀愈細(xì)小、分布愈均勻，則球墨鑄鐵的力學(xué)性能愈高。鐵素體基體的球墨鑄鐵強(qiáng)度較低

7、，塑性、韌性較高；珠光體基體的球墨鑄鐵強(qiáng)度高耐磨性好，耐磨性好，但塑性、韌性較低。球墨鑄鐵的熱處理:退火、正火、調(diào)質(zhì)處理、等溫淬火等。（1）退火 退火的目的是為了獲得鐵素體。從而改善球墨鑄鐵的切削加工性能，消除鑄造應(yīng)力。當(dāng)鑄態(tài)組織中不僅有珠光體，還有滲碳體時(shí)，須采用高溫退火（900950）。（2）正火 正火的目的是為了得到珠光體基體。并細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和耐磨性。（3）調(diào)質(zhì)處理 對(duì)于受力比較復(fù)雜，要求綜合力學(xué)性能較高的球墨鑄鐵件，如連桿、曲軸等，可采用調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體和球狀石墨組織。調(diào)質(zhì)處理一般只適合于小尺寸鑄件。（4）等溫淬火 等溫淬火是獲得高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度球墨鑄鐵的重要熱處理方法，

8、等溫淬火可以有效地防止變形和開裂。球墨鑄鐵兼有鋼的高強(qiáng)度和灰鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能，是一種有發(fā)展前途的鑄造合金，可用來制造受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求高的鑄件。常用的球墨鑄鐵的典型牌號(hào) QT400-15、QT600-3，前者屬鐵素體型球墨鑄鐵，主要用于制造承受沖擊、振動(dòng)的零件，如汽車、拖拉機(jī)的輪轂、中低壓閥門、電動(dòng)機(jī)殼、齒輪箱等；后者屬于珠光體+鐵素體型球墨鑄鐵，主要用于制造載荷大、受力復(fù)雜的零件，如汽車、拖拉機(jī)曲軸、連桿、氣缸套等。三、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的牌號(hào)由RuT（“蠕鐵”漢語(yǔ)拼音字首）加一組數(shù)字表示，數(shù)字表示最小抗拉強(qiáng)度b值。例如RuT420表示抗拉強(qiáng)度不低于420MPa的蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵是一種

9、碳主要以蠕蟲狀形態(tài)存在，它類似于片狀，但片短而厚，頭部較圓，形似蠕蟲。蠕墨鑄鐵保留了灰鑄鐵工藝性能優(yōu)良和球墨鑄鐵力學(xué)性能優(yōu)良的共同特點(diǎn)，而克服了灰鑄鐵力學(xué)性能低和球墨鑄鐵工藝性能差的缺點(diǎn)，它在國(guó)內(nèi)外日益引起重視，目前主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸蓋、鋼錠模等鑄件。蠕鐵的缺點(diǎn)在于生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟和成本偏高。四、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的牌號(hào)由KT（“可鐵”漢字拼音的字首）及其后的H（表示黑心可鍛鑄鐵）或Z（表示珠光體可鍛鑄鐵），再加上兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字為最小抗拉強(qiáng)度b，后一組數(shù)字為斷后伸長(zhǎng)率。由于石墨呈團(tuán)絮狀，它對(duì)基體的割裂程度較灰鑄鐵輕，因此，性能優(yōu)于灰鑄鐵；在鐵液處理、質(zhì)量控制等方面又優(yōu)于球墨鑄鐵。

10、可鍛鑄鐵的典型牌號(hào)KTH350-10、KTH450-06等，主要用于制造截面薄、形狀復(fù)雜、強(qiáng)韌性又要求高的零件。如低壓閥門、連桿、曲軸、齒輪等。第三節(jié) 合金鑄鐵簡(jiǎn)介常用的合金鑄鐵有耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵。一、 耐磨鑄鐵在無潤(rùn)滑的干摩擦條件下工作的零件應(yīng)具有均勻的高硬度組織。生產(chǎn)中常采用冷硬鑄鐵。我國(guó)試制成功的中錳球墨鑄鐵。適用于制造農(nóng)用耙片、犁鏵，飼料粉碎機(jī)錘片，球磨機(jī)磨球、襯板，煤粉機(jī)錘頭等。在潤(rùn)滑條件下工作的耐磨鑄鐵，其組織應(yīng)為軟基體上分布有硬的組織組成物，使軟基體磨損后形成溝槽，保持油膜。珠光體灰鑄鐵基本上能滿足這樣的要求，其中鐵素體為軟基體，滲碳體層片為硬的組織組成物，同時(shí)石墨片

11、起儲(chǔ)油和潤(rùn)滑作用。為了進(jìn)一步改善其耐磨性，通常將wp提高到0.4%0.6%，做成高磷鑄鐵。二、耐熱鑄鐵鑄鐵的耐熱性主要是指在高溫下的抗氧化和抗生長(zhǎng)能力。在高溫下工作的鑄件，如爐底板、換熱器、坩堝、爐內(nèi)運(yùn)輸鏈條和鋼錠模等，要求有良好的耐熱性，應(yīng)采用耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系及鉻系等。其中鋁系耐熱鑄鐵脆性較大，鉻系耐熱鑄鐵價(jià)格較貴，故我國(guó)多采用硅系和硅鋁系耐熱鑄鐵。主要用于制造加熱爐附件，如爐底、煙道擋板、傳遞鏈構(gòu)件等。三、耐蝕鑄鐵耐蝕鑄鐵是指在腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)具有耐蝕能力的鑄鐵。加入Al、Si、Cr、Mo等合金元素，在鑄鐵件表面形成保護(hù)膜或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性