《工程材料与热加工基础》第六章铸铁课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工程材料与热加工基础程晓宇,*,工程材料与热加工基础,第六章 铸铁,机械工程系,金工教研室,工程材料与热加工基础程晓宇,机械工程系工程材料与热加工基础程晓宇,1,第六章 铸铁,1.铸铁的石墨化；,2.工业常用铸铁；,灰口铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,3.知识窗；,4.学习指导,目的：,掌握常用铸铁的性能特点；,掌握铸铁的牌号；,了解铸铁的应用；,工程材料与热加工基础程晓宇,第六章 铸铁1.铸铁的石墨化；目的：工程材料与热加工基础,2,6.1 铸铁的分类及石墨化,铸铁,是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。,6.1.1 铸铁的分类,1白口铸铁,2麻口铸铁,3灰口铸铁,（1）灰铸铁 碳主要以片状石墨形式出现的铸铁；,（2）可锻铸铁 碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁；,（3）球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式出现的铸铁；,（4）蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁,。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.1 铸铁的分类及石墨化铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组,3,6.1.2铸铁的石墨化,铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的,石墨化,。影响铸铁石墨化的因素较多，其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素。,1化学成分的影响,碳,和,硅,都是强烈促进石墨化的元素碳和硅都是强烈促进石墨化的元素；,磷,也是促进石墨化的元素，但其作用较弱；,硫,是强烈阻碍石墨化的元素,2冷却速度的影响,冷却速度快，铸铁容易产生白口铸铁组织,；,冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.1.2铸铁的石墨化铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化。,4,6.2.1 灰口铸铁,1灰铸铁的化学成分、组织和性能,（1）化学成分,灰铸铁的化学成分一般为：,w,C=2.5%40%，,w,Si=1.0%25%，,w,Mn=O5%1.4%，,w,SO.15%，,w,P0.3%。,(2)组织,由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)+片状石墨(G)；铁素体(F)珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体(P)+片状石墨(G)。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.1 灰口铸铁1灰铸铁的化学成分、组织和性能工程材,5,6.2.1 灰口铸铁,（3）性能,力学性能,石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能,优良的性能：,良好的铸造性能,良好的减震性,较低的缺口敏感性,良好的切削加工性,良好的减摩性,良好的抗压性能,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.1 灰口铸铁（3）性能工程材料与热加工基础,6,6.2.1 灰口铸铁,类 别,牌号,用 途 举 例,铁素体,灰铸铁,HTl00,低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等,铁索体珠光体灰铸铁,HT150,承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件,珠光体,灰铸铁,HT200,承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等,HT250,孕育铸铁,HT300,床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等,HT350,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.1 灰口铸铁类 别牌号用 途 举 例铁素,7,6.2.2 球墨铸铁,球墨铸铁,是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂，使石墨呈球状析出。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.2 球墨铸铁球墨铸铁工程材料与热加工基础程晓,8,6.2.2 球墨铸铁,1球墨铸铁的化学成分、组织和性能,球墨铸铁的化学成分是：,w,C=3.6%3.9%，,w,Si=2.0%2.8%，,w,Mn=0.6%0.8%，,w,S0.04%，,w,P0.1%,w,Mg=0.03%0.05%,（2）组织,球墨铸铁的组织可分为四种类型：,铁素体(F)+球状石墨(G)，,铁索体(F)-珠光体(P)+球状石墨(G)，,珠光体(P)+球状石墨(G)，,下贝氏体(B下)+球状石墨(G)。,为铁素体球墨铸铁的显微组织。,图6-3 铁素体球墨铸铁显微组织,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.2 球墨铸铁1球墨铸铁的化学成分、组织和性能图6,9,6.2.2 球墨铸铁,（3）性能,球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰铸铁的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球墨铸铁中的石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.2 球墨铸铁（3）性能工程材料与热加工基础程,10,6.2.2 球墨铸铁,基体类型,牌号,用途举例,铁素体,QT400-15,QT400-10,阀体，汽车、内燃机车零件，机床零件，减谴器壳,铁素体+珠光体,QT500-7,机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦,珠光体,QT700-2,QT800-2,柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的主轴等,下贝氏体,QT900-2,汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮柴油机凸轮轴,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.2 球墨铸铁基体类型牌号用途举例铁素体QT400-,11,6.2.4 可锻铸铁,可锻铸铁,俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.4 可锻铸铁 可锻铸铁俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生,12,6.2.4 可锻铸铁,1可锻铸铁的化学成分、组织和性能,1）可锻铸铁的化学成分是:,w,C=2.2%2.8%，,w,Si=1.0%1.8%，,w,Mn=0.3%0.8%，,w,S0.2%，,w,P0.1%。,2）,可锻铸铁的组织有二种类型：,铁素体(F)+团絮状状石墨(G)；珠光体(P)+团絮状石墨(G)。,3)性能,由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度、硬度和耐磨性。,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.4 可锻铸铁1可锻铸铁的化学成分、组织和性能工程,13,6.2.4 可锻铸铁,类 别,牌号,应用举例,黑心可,锻铸铁,KTH300-06,KTH330-08,KTH35010,KTH37012,汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等,珠光体,可锻铸铁,KTZ550-04,KTZ700-02,曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等,工程材料与热加工基础程晓宇,6.2.4 可锻铸铁类 别牌号应用举例黑心可KTH3,14,知识窗,1耐磨铸铁,耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。根据工作条件的不同，分为以下两类：,(1)抗磨铸铁,在干摩擦及抗磨料磨损条件下工作的零件，如轧辊、犁铧、抛丸机叶片、球磨机磨球等，应具有均匀的高硬度和必要的韧性。,白口铸铁,白口铸铁生产简便，价格低廉，但脆性大，适用于冲击载荷不大的犁铧等抗磨铸件和清理抛丸机中的铁丸等。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗1耐磨铸铁工程材料与热加工基础程晓宇,15,知识窗,冷硬铸铁,在造型时，在铸件要求抗磨的部位作成金属型，其余部位用砂型，并适当调整化学成分(如降低含硅量)，使其要求抗磨处得到白口组织，而其余部位韧性较好，可承受一定的冲击。生产中采用此类“激冷”方法获得的抗磨铸铁称为冷硬铸铁，主要用于制造轧辊、车轮、凸轮轴等。,高铬白口铸铁,向白口铸铁中加入少量的铬、钼、钨、钒、硼等元素，使之形成合金渗碳体，可提高其抗磨性，但韧性改善不多。高铬白口铸铁合金元素含量高，价格昂贵，但用其制造的零件比高锰钢提高寿命几倍甚至十几倍，最终经济效益十分显著。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗冷硬铸铁 工程材料与热加工基础程晓宇,16,知识窗,中锰耐磨球墨铸铁,含有wMn=5%95%，wSi=3.3%5%的中锰耐磨球墨铸铁，铸态组织为马氏体、奥氏体、碳化物和球状石墨，具有较高的耐磨性和较好的强度与韧性，不需贵重合金元素，可用冲天炉熔炼，成本低，可代替高锰钢或锻钢制造受冲击的一些抗磨零件。中锰耐磨球墨铸铁适用于制造犁铧、粉碎机锤头、球磨机磨球、衬板等。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗中锰耐磨球墨铸铁 工程材料与热加工基础程晓宇,17,知识窗,(2)减摩铸铁,在润滑条件下工作的零件，如机床导轨、汽缸套、活塞环、轴承等，其组织应为软基体上分布硬质点(强化相)。软基体磨损后形成沟槽，起储油和润滑作用，硬质点起支承作用。常用的减摩铸铁有普通高磷铸铁和合金高磷铸铁。,在孕育铸铁中加入磷(wP=0.4%0.6%)，磷在铸铁中以磷共晶形式存在，呈断续网状分布，形成坚硬骨架，能大大提高铸铁的耐磨性，这种铸铁称为普通高磷铸铁。在普通高磷铸铁基础上加入适量的铬、钼、钨、铜、钒、钛等元素，以细化组织，增加珠光体含量，形成高硬度的碳化和氮化物，提高铸铁的韧性、强度和耐磨性，这种铸铁称为合金高磷铸铁，可制作发动机缸套、机床导轨等零件。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗(2)减摩铸铁 工程材料与热加工基础程晓宇,18,知识窗,2耐热铸铁,耐热铸铁是指可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁。“生长”是指由于氧化性气体沿石墨片边界和裂纹渗入铸铁内部造成的氧化，以及因Fe3C分解而发生的石墨化引起铸件体积膨胀。向铸铁中加入铝、硅、铬等元素，使铸件表面形成一层致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜，能明显提高高温下的抗氧化能力，同时能够使铸铁的基体变为单相铁素体。此外，硅、铝可提高相变点，使其在工作温度下不发生固态相变，可减少由此而产生的体积变化和显微裂纹。铬可形成稳定的碳化物，提高铸铁的热稳定性。,常用的耐热铸铁有中硅铸铁、高铬铸铁、镍铬硅铸铁等，主要用于制造加热炉附件，如炉底板、送链构件、换热器等。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗2耐热铸铁工程材料与热加工基础程晓宇,19,知识窗,3耐蚀铸铁,耐蚀铸铁是指能耐化学、电化学腐蚀的铸铗。在铸铁中加入铬、硅、铝、钼、铜、镍等合金元素，可使铸件表面形成一层致密的保护膜，还可提高铁索体的电位，增加铸铁的耐蚀能力。耐蚀铸铁种类很多，应用较广的是高硅(wSi10%18%)铸铁，其组织为：含硅铁素体+石墨+Fe3Si2。高硅铸铁广泛用于制造化工、石油、化纤、冶金等工业设备。,工程材料与热加工基础程晓宇,知识窗3耐蚀铸铁工程材料与热加工基础程晓宇,20,学习指导,本章基本要求：,本章主要介绍铸铁的分类、组织、性能和应用等内容。通过本章的学习，要求学生掌握铸铁的分类；学生要理解铸铁的组织与性能的关系，特别要理解铸铁中的石墨对铸铁性能的影响；学生要熟悉常用铸铁的牌号、性能特点及应用范围。,本章学习要点：,1铸铁分类：白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁,2影响石墨化的因素：化学成分和冷却速度,3灰铸铁的孕育处理：在浇注前向铁水中加入少量的孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁水的结晶条件，从而得到细小均匀分布的片状石墨和细小的珠光体组织。目的是提高灰铸铁的强度。,4常用铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁）的牌号、组织特征及用途。,学习方法建议,：,1.牢固记忆铸铁的分类和各种铸铁的牌号。,2.各种铸铁的性能特点和用途等内容不能