机械工程材料铸铁
铸铁的焊接工艺
铸铁的焊接工艺铸铁是一种常见的工程材料，具有良好的可铸造性和机械性能，但其焊接难度较高。
铸铁的焊接工艺需要特别的注意和技术，以下是铸铁焊接工艺的一般流程和注意事项：1. 准备工作：在焊接铸铁前，需要对铸铁进行充分清洁和预处理。
清除铸铁表面的杂质、油脂和锈蚀物，并用合适的工具将焊接部位打磨光滑。
2. 选择合适的焊接方法：铸铁的焊接方法多种多样，常见的有手工电弧焊、氩弧焊和等离子焊等。
根据具体情况选择适合的焊接方法，以保证焊接质量和效果。
3. 制定焊接工艺参数：根据铸铁的材质和焊接要求，制定合适的焊接工艺参数，如焊接电流、电压、焊接速度等。
这些参数的选择应根据实际情况，并可在焊接过程中进行调整和优化。
4. 预热和后续退火处理：由于铸铁容易发生焊接变形和裂纹，为了减少热应力，一般需要对焊接部位进行预热。
预热温度一般在300-500摄氏度之间，可提高铸铁的可塑性和焊接质量。
焊接完成后，还需要进行后续的退火处理，降低残余应力和恢复材料的力学性能。
5. 选择合适的焊接材料：铸铁的焊接材料主要有铸铁焊条、铜合金焊条和铜铝焊条等。
根据具体应用场景和焊接要求，选择合适的焊接材料，以保证焊缝的强度和耐腐蚀性。
6. 控制焊接速度和电流：在焊接过程中，要控制焊接速度和电流，避免焊接速度过快或电流过大，造成铸铁的过热和过烧。
焊接速度应适中，电流应调整到适当的范围，保证焊接质量。
需要注意的是，由于铸铁本身的组织结构和化学成分的差异，不同种类的铸铁可能需要不同的焊接工艺和参数。
因此，在焊接铸铁前，最好进行焊接实验或咨询专业人员，以确定最佳的焊接工艺。
总的来说，铸铁的焊接工艺需要严格控制焊接温度、速度和材料选择等多个因素，并进行适当的预热和后续处理，才能保证焊接质量。
掌握正确的焊接方法和技术，能够有效地解决铸铁焊接中的问题，提高焊接质量和效率。
铸铁是一种广泛应用于工程领域的重要材料，具有优异的力学性能和耐磨性。
然而，铸铁的焊接工艺相对复杂，常常面临着一些问题，如裂纹、变形和气孔等。
机械工程常用材料
ZG06Cr13Ni6Mo
560 760
15
35 50 600 221~286 造性能尚好，耐泥砂磨损，可用于制作
ZG06Cr16Ni5Mo
600 800
15
大型水轮机转轮（叶片）。适用于壁厚
35
40
500
221~286 200mm 以下的铸件
注：对于壁厚小于 500mm 的铸件，表中力学性能的相应降低数值，应依据不同制造工艺由双方商定。
≤100
调质
490
690
12
25
27
—
27
—
受载荷较大
— 的零件
受冲击、磨
ZG35CrMnSi 正火+回火 ≤100
345
690
14
30
———
217 损的零件如齿
轮
受压容器如
ZG20MnMo 正火+回火 ≤100
295
490
16
—
39——源自156泵壳ZG55CrMnMo 正火+回火 ≤100
不规定
—
—
3. 当需方对屈服强度有要求时，供需双方协议才进行测定；
4. 硬度值仅作参考，如需规定硬度值，由供需双方协定。
27
G1.2 铸钢
G1.2.1 不锈铸钢(见表 G3-4) 表 G3-4 工程结构用中、高强度不锈铸钢的力学性能及应用举例(摘自 GB/T 6967—1986)
力学性能≥
牌号
σs
σb
δ
RTQSi4Mo 540 197~280 — － 101 46 —
680 (760)
罩式退化炉导向器、烧结机中后热 筛板、加热炉吊架
26
铸铁是什么材料
铸铁是什么材料
铸铁是一种含碳量在2%以上的铁合金材料，通常用于制造机械零件、汽车零件、铁路轨道、桥梁等工程结构。
铸铁通常分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁三种类型，每种类型都有其独特的特性和用途。
首先，灰铸铁是最常见的铸铁材料之一，其含碳量在2.5%以下。
灰铸铁的微
观组织中含有大量的石墨，这使得其具有很好的润滑性和吸振性能，因此在制造摩擦副和机械零件时广泛应用。
另外，灰铸铁还具有较高的耐磨性和耐热性，适用于一些高温摩擦场合，如汽车发动机缸体、汽缸套等零部件。
其次，球墨铸铁是一种添加了稀土镁合金的铸铁材料，其微观组织中的石墨呈
球状，因此具有较高的韧性和强度。
球墨铸铁的拉伸强度和冲击韧性分别是灰铸铁的2-3倍和10倍以上，因此在需要高强度和韧性的零件上得到广泛应用，如汽车
曲轴、车轮、机械零件等。
最后，白口铸铁是一种含碳量在2%以上的铸铁材料，其微观组织中几乎不含
石墨，因此具有较高的硬度和抗压强度。
白口铸铁通常用于制造一些需要较高硬度和耐磨性的零件，如刀具、磨料轮、齿轮等。
总的来说，铸铁作为一种常见的铁合金材料，具有较好的机械性能和加工性能，因此在工程结构和机械制造领域得到广泛应用。
不同类型的铸铁材料具有各自独特的特性和用途，可以根据具体的工程需求选择合适的铸铁材料进行制造，以满足不同零件的性能要求。
铸铁在工程领域的应用前景广阔，将继续发挥重要作用。
机械工程材料_沈莲_05章_铸铁
一、石墨化过程
铸铁中的碳元素除了少部分固溶于铁素体和奥 氏体，还可以以渗碳体（Fe3C）化合物和游离态 的石墨（Graphite）两种形式存在。
铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。
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机械工程材料
机械工程材料
若将含有铸铁成分的铁碳合金从液态以极其缓 慢的平衡状态进行冷却时，则其组织转变将按照 Fe-G相图进行，且石墨化过程可分为三个阶段。
第一阶段，液态石墨化阶段。从液体中直接析 出的石墨和在1154℃时通过共晶转变而形成的共
晶石墨。L4.26 2.08 G共晶
第二阶段，中间石墨化阶段。是从1154℃~ 738℃的冷却过程中，自奥氏体中析出的石墨。
1. 化学成分的影响
铸铁中的C和Si是促进石墨化的元素，它们的 含量越高，石墨化过程越易进行。
此外，P、Al、Cu、Ni、Co等元素也会促进石 墨化；而S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素则阻碍 石墨化。
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第五章 铸铁
CAST IRON
机械工程材料
铸铁：碳的质量分数Wc大于2.11%（一般为 2.5%~5.0%）的铁碳合金。详尽地说，铸铁中也 含有Si（硅）、Mn（锰）、S（硫）、P（磷）等 其他元素。
铸铁
白口铸铁 P Fe3CII Ld Ld Fe3CI Ld 灰口铸铁 F G F P G P G
图5-2中，实线表示Fe-Fe3C相图，虚线表示 Fe-G相图。
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球墨铸铁化学成分国家标准
球墨铸铁化学成分国家标准球墨铸铁是一种优质的铸铁材料，具有较高的强度和韧性，广泛应用于机械制造、汽车制造、建筑工程等领域。
为了保证球墨铸铁产品的质量，国家对其化学成分制定了相应的标准，以便生产和使用过程中能够达到统一的质量要求。
根据国家标准，球墨铸铁的化学成分主要包括碳、硅、锰、磷和硫等元素。
其中，碳是影响球墨铸铁组织和性能的主要元素之一。
适当的碳含量可以提高球墨铸铁的强度和韧性，但过高或过低的碳含量都会对其性能造成不利影响。
因此，国家标准对球墨铸铁中碳的含量进行了严格的限制，以确保产品的质量稳定。
除了碳以外，硅是另一个重要的元素。
适当的硅含量可以提高球墨铸铁的流动性和润滑性，有利于铸造过程的顺利进行。
同时，硅还可以稳定铁水中的碳，减少球墨铸铁的组织缺陷，提高产品的性能。
因此，国家标准对球墨铸铁中硅的含量也进行了严格的控制。
此外，锰、磷和硫等元素虽然含量较少，但对球墨铸铁的性能同样有着重要的影响。
锰的适量添加可以提高球墨铸铁的强度和耐磨性，但过高的锰含量会导致铁水的浑浊和晶粒变粗，降低产品的韧性。
而磷和硫是有害元素，其含量过高会导致球墨铸铁的脆性和疲劳性能下降，因此国家标准对其含量也有相应的限制。
总的来说，国家标准对球墨铸铁的化学成分进行了严格的规定，旨在保证产品的质量稳定和性能可靠。
在生产和使用过程中，必须严格按照国家标准的要求进行生产和检测，确保产品符合标准，以满足不同领域的使用需求。
综上所述，球墨铸铁化学成分国家标准的制定对于保障产品质量、推动行业发展具有重要意义。
只有严格遵守标准要求，才能生产出优质的球墨铸铁产品，满足市场需求，推动行业的健康发展。
希望相关企业和生产单位能够重视国家标准，不断提升产品质量，为行业发展做出积极贡献。
机械材料分类
机械材料分类机械材料分类是机械工程中的一个重要内容，根据不同的性质和用途，机械材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
一、金属材料金属材料是指由金属元素或金属化合物组成的材料。
金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能，广泛应用于机械工程中。
根据金属的化学性质和组织结构，金属材料可以分为以下几类：1.1 铁素体材料铁素体材料是由铁与碳组成的合金，主要包括普通碳素钢和合金钢。
普通碳素钢具有良好的可焊性和加工性能，适用于制造机械零件；合金钢通过添加合金元素来改善钢的性能，如增加硬度、耐磨性等。
1.2 铸铁材料铸铁材料是由铁与碳、硅等元素组成的合金，具有良好的铸造性能和低成本，广泛应用于制造大型机械零件。
根据组织结构的不同，铸铁可以分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等。
1.3 有色金属材料有色金属材料包括铜、铝、镁、锌、铅等金属及其合金。
有色金属材料具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，适用于制造电气设备、航空航天器件等。
二、非金属材料非金属材料是指除金属材料以外的材料，主要包括塑料、橡胶、陶瓷和复合材料等。
2.1 塑料材料塑料材料是由聚合物组成的高分子材料，具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和机械性能。
根据聚合物的来源和性质，塑料材料可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
2.2 橡胶材料橡胶是一种高分子弹性体，具有良好的弹性和耐磨性。
根据橡胶的来源和性质，橡胶材料可以分为天然橡胶和合成橡胶两大类。
2.3 陶瓷材料陶瓷材料是由非金属氧化物、碳化物、氮化物等组成的材料，具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，广泛应用于制造高温器件和耐酸碱介质的部件。
三、复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有多种材料的优点。
根据复合材料的组成和结构，可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层合复合材料等。
3.1 颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料是将颗粒状的增强材料嵌入到基体材料中形成的材料，具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造摩擦零件和冲击负荷较大的部件。
8第八章-铸铁ppt课件(全)
QT600-3
蠕墨 蠕 铸铁 虫
状
P
F
RuT + 一组数字
数字表示最低抗拉强度值, MPa。
F+P “RuT”表示蠕墨铸铁代号
P
QT700-2 RuT260 RuT300 RuT420
第二节 常用铸铁
一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。
1、组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过
比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁
可进行各 种热处理, 如退火、正 火、淬火加 回火、等温 淬火等。
3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石
墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火
3、用途 制造承受压力和震动的零件,
如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
台车式石墨化退火炉
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造
性能变差。 ⑵ 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶
将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进 行, 不利于石墨化.
球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。
机械工程材料的定义和分类
机械工程材料的定义和分类机械工程材料是指用于机械工程中作为结构、部件的材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
材料的选择对于机械设计的性能、成本、制造和使用寿命都有着重要影响。
一、金属材料金属材料指化学成分中含金属元素为主的材料。
金属材料具有高强度、高导热性、良好的可塑性和成型性等特点。
金属材料常用于机械零部件、结构、传动设备等方面。
1.1 铁类材料铁类材料包括钢、铸铁和铸钢等。
钢是含碳量少于2%的铁碳合金，钢的强度高、可塑性好、韧性良好、耐腐蚀性能好，并且可以通过各种热处理方法改变其物理和机械性能。
铸铁是含碳量大于2%的铁碳合金，铸铁表面硬度高，但脆性较大；铸钢是通过铸造方法制得的一种合金钢，具有钢的特点，但铸造时有些铸钢可能存在缺陷，影响材料的强度和韧性。
1.2 铜类材料铜类材料常用于导电、导热、紫铜管道、合金制品等方面。
铜的优点包括良好的导电性和导热性、良好的可塑性和成型性，以及优良的耐腐蚀性。
铜合金的强度和硬度比铜高，可以提高材料的使用寿命。
1.3 铝类材料铝类材料具有轻质、良好的耐腐蚀性、良好的导热性和良好的成型性等优点，常用于航空、汽车制造和建筑业等方面。
铝类材料包括纯铝、铝合金、铝镁合金等，铝合金的强度和硬度比纯铝高，而铝镁合金还具有良好的抗腐蚀性。
1.4 钛类材料钛类材料具有极高的强度、硬度和耐腐蚀性，并且比铜、铝和钢轻，常用于高要求的工业应用中，如航空、航天和汽车制造等领域。
二、非金属材料非金属材料指化学成分中除金属元素外的所有固态材料，包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃和石材等。
2.1 塑料塑料是一种由高分子化合物制成的有机聚合物，具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和成型性，常用于制造容器、管道、电缆保护管等。
2.2 橡胶橡胶是一种由高分子化合物制成的弹性材料，具有良好的弹性和耐磨性等特点，常用于密封件、振动器、轮胎和橡胶输送带等方面。
2.3 陶瓷陶瓷是一种由无机非金属材料制成的材料，具有高强度、硬度和耐磨性等特点，常用于电子器件、瓷器、建筑材料等领域。
机械工程材料第五章 铁碳合金
4、共晶白口铁
L
L→ Ld( A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织:Ld′ 即 P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C 室温相：α+Fe3C
5、亚共晶白口铁
L L→A L→ Ld (A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织: Ld′+P+（Fe3C）Ⅱ 即(P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ 室温相：α+Fe3C
四、 Fe-Fe3C相图的应用
1.为选材提供成分依据
低碳钢（0.10-0.25%C）：建筑结构和容器等 中碳钢（0.25-0.60%C）：如轴等 高碳钢（0.6-1.3%C）：如工具等 白口铁：如拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等
34
2.为制定热加工工艺提供依据
（1）在铸造生产方面的应用 根据Fe-Fe3C相图可以确定铁碳合金的浇注温度， 浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃。 共晶成分的铸铁凝固区间最小（为零），流动性 好，分散缩孔少，可使缩孔集中在冒口内，有可 能得到致密的铸件得到较广泛的应用。
其性能特点是强度低，硬度不高，易于塑性变形。
⑸ Fe3C相（又称渗碳体）：根据其生成条件不同有条状、网状、
片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。
1600 A 1400 N 1200 1000
+L
B 0.53 J 0.17 H 0.09 1495
L
2.11 E
4.3 1148 C
+
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
机械工程材料 第五、六章 工业用钢和铸铁
相当于是在Q235的基础上多添加了0.6～0.8%的 Mn。 3应用 桥梁钢构、船用钢板、车用钢板等。
5-3
南京长江大桥中的钢结构
上海卢浦大桥
5-3
5-3
“利丰南海”—2005年温州地区造 船企业在本土建造的第一艘万吨级 （11000T）国际航线集装箱船
温州船舶建造企业制造—2.3万吨散货 船瑞盛10号，2007年12月25日上午在乐清市 七里港顺利下水
5-1
合金工具钢
用“数字＋元素符号＋数字”表示
例：
9 Mn 2
表示该钢含有钒元素，平均wV小于 1.5% 表示该钢含有锰元素，平均wMn为2%
V
表示wC的千分之几
滚动轴承钢
用“G＋数字”表示
例： G
Cr 1 5
表示该钢含有铬元素，平均wCr为1.5%
“滚动轴承钢”的汉语拼音字头
5-1
不锈钢
第五章 工业用钢
钢的分类、编号、杂质元素 结构钢、工具钢、特殊性能钢
5-1
钢 ：以铁为主要元素，碳一般在2.11%以下并含有其他元素的材料
工业用钢中的元素： 主要元素：碳； 常存元素：锰、硅、硫、磷； 偶存元素：铜、钛、钒、稀土元素； 隐存元素：氧、氢； 合金元素：铬、镍、钨、钼、钒、钛、锰、硅、铜、磷 等。 （Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Al、Cu、Co、 N、B、RE；）
wMn对区的影响
wCr对区的影响
5-2
3、合金元素对钢的热处理的影响
①对奥氏体化的影响 除Ni、Co外，大多数合金元素都延缓钢的奥氏体化过程。 它们阻碍C、Fe的扩散，因此合金钢的A化温度较高、时间较长。 ②对奥氏体晶粒度的影响 除Mn外，几乎所有合金元素都细化晶粒。 以碳化物的细化晶粒效果最显著，阻碍晶界的迁移，从而阻止晶粒长大。 ③对钢的淬透性的影响 除Co外，大多数合金元素，都提高淬透性。 ④对钢的回火稳定性的影响
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
14 14
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
15 15
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
13 13
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
（以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
中外铸铁材料牌号对照
中外铸铁材料牌号对照铸铁是一种重要的工程材料，广泛应用于汽车、机械、建筑和电力领域等。
而在全球范围内，各国都有不同的铸铁材料标准和牌号体系。
本文将为大家介绍中外铸铁材料常见牌号对照关系。
中国国标（GB）是中国大陆地区常见的铸铁材料标准，而国际上常用的则是美国材料与试验协会（ASTM）和国际铸造联合会（ISO）的标准。
首先，我们来看一些常见的ASTM和GB铸铁材料牌号对照关系。
1.ASTMA48和GB/T9439ASTM A48是美国的铸铁标准，分为三个级别：Class 20、Class 30和Class 40。
相应的中国国标为GB/T 9439，分别对应HT150、HT200和HT250。
2.ASTMA536和GB1348ASTMA536标准适用于球墨铸铁，常见的牌号有65-45-12、80-55-06和100-70-03、GB1348是中国国标，分别对应QT400-15、QT450-10和QT500-73.ASTMA48和GB/T7175ASTM A48中的Class 30相当于GB/T 7175的HT300，而Class 35对应HT350。
4.ASTMA319和GB/T7196ASTMA319主要适用于精密铸造，常见的牌号有A319.0、A319.1和A319.2、相应的中国国标牌号为ZL101、ZL102和ZL103接下来，我们来看一些ISO和GB铸铁材料牌号对照关系。
1.ISO185和GB/T9439ISO 185是国际标准组织发布的铸铁标准，分为三个级别：Grade 150、Grade 200和Grade 250。
相应的中国国标是GB/T 9439，对应HT150、HT200和HT250。
2.ISO1083和GB9438ISO1083标准适用于球墨铸铁，常见的牌号有400-15、450-10和500-7、相应的中国国标是GB9438，对应QT400-15、QT450-10和QT500-73.ISO6892和GB/T8263ISO6892是国际标准组织发布的精密铸造标准，常见的牌号有GJL-100、GJL-150和GJL-200。
工程材料学第6章铸铁
第二阶段石墨化 在℃－738℃温度范围内奥氏体沿E′S′ 线析出二次石墨。
第三阶段石墨化 在738 ℃（P′S′K′）通过共析反应析出石墨， 其反应方程式为： As′→Fp′+G(共析) 含3％的亚共晶铸铁－石墨相图进行转变的过程 如图所示
二 复线铁碳相图
在铁碳相图中，碳可以化合态的渗碳体的形式和游离态的石墨 (G)的形式存在。渗碳体具有复杂的斜方结构。石墨具有特殊的 简单六方晶格，其底面碳原子呈六方网络排列，原子间为共价键 结合，间距小（1.42Å）结合力很强；底面层之间为分子键，面 间距离大（3.04Å），结合力弱，所以石墨的强度和硬度不高， 韧性很低。石墨的晶体结构如图
二、球墨铸铁的牌号、组织和性能
1.牌号
我国球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组数字表示 最低抗拉强度极限和延伸率，见表
由表中数据可知，球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰 口铸铁，而与钢相当。其突出特点是屈强比 （б0.2/бb）高，约为0.7－0.8，而钢一般只有0.3－ 0.5。在一般的机械设计中，材料的许用应力根据 б0.2确定，因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁 比铸钢还节省材料，重量更轻。
三 灰口铸铁的性能
1、优良的铸造性能
由于灰铸铁的化学成分接近共晶点，所以铁水流动性好，可以铸造非 常复杂的零件；另外．由于石墨比容较大，使铸件凝固时的收缩量 减少．可简化工艺，减轻铸件的应力，并可得到致密的组织。
2、优良的耐磨性
石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使 铸件有良好的耐磨性；此外．由于铸件中带有硬度很高的磷共晶： 又能使抗磨能力进一步 提高，这对于制备活塞环．气缸套等受摩擦 零件具有重要意义，
机械工程常用材料的分类
※ 机械工程常用材料的分类材 料 分 类应 用铸铁灰铸铁低牌号（HT100、HT150）对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等高牌号（HT200～400）承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等可锻铸铁铁素体型（KTH ）承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型（KTZ ） 要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 和可锻铸铁基本相同特殊性能铸铁分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合 钢碳素钢低碳钢（碳的质量分数≤0.25％） 铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等 中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～ 0.60％） 齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等 高碳钢（碳的质量分数＞0.60％） 弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等 中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％ 飞机构件、热镦锻模具、冲头等高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％） 航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等 铸钢普通碳素铸钢 低合金铸钢 机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等特殊用途铸钢分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等铜合金 铸造铜合金铸造黄铜 铸造青铜 用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等 用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等变形铜合金 黄铜青铜用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等轴承 合金锡基轴承合金 用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好铅基轴承合金用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差塑料 热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等橡胶通用橡胶、特种橡胶用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等※ 常用钢铁材料的牌号及力学性能材 料 力 学 性 能试件尺寸／mm 类 别 牌 号 抗拉强度σb／MPa 屈服点σs ／MPa 断后伸长率δ ／％ 碳素结构钢 Q215 Q235 Q275 335~450 375~500 490~630 215 235 275 31 26 20 d ≤16 优质碳素结构钢20 35410 530245 31525 20d ≤2545 65Mn 600735355430169合金结构钢35SiMn40Cr20CrMnTi885980108073578583515910d≤25d≤25d≤15铸钢ZG270—500ZG310—5702703105005701815 d＜100灰铸铁HT150HT200HT250145195240------------壁厚10-20球墨铸铁QT400-15QT5OO-7QT600-34005006002503203701573壁厚30～200※ 钢材常用热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火正火（常化）将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快与退火相似用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能回火将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火调质淬火后再进行高温回火改善切削加工性能；减小淬火时的变形；适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重获得良好的综合力学性能要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理时效将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力稳定工件形状及尺寸※常用金属材料其他数据金属材料熔点、热导率及比热容名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）灰铸铁1200 46.4~92.8 544.3 铝658 203 904.3 铸钢1425 489.9 铅327 34.8 129.5 低碳钢1400~1500 46.4 502.4 锡232 62.6 234.5 黄铜950 92.8 393.6 锌419 110 393.6 青铜995 63.8 385.2 镍1452 59.2 452.2材料线[膨]胀系数材料温度范围(℃)20 20~10 20~200 20~300 20~400 20~600 20~700 20~900 70~1000工程用铜黄铜青铜铸铝合金铝合金碳钢铬钢3Cr131Cr18/Ni9Ti铸铁镍铬合金砖水泥、混凝土胶木、硬橡皮玻璃有机玻璃18.44~24.59.510~1464~7716.6~17.117.817.622.0~24.010.6~12.211.210.216.68.7~11.114.54~11.513017.1~17.218.817.923.4~24.811.3~1311.811.1178.5~11.617.620.918.224.0~25.912.1~13.512.411.617.210.1~12.118.~18.112.9~13.91311.917.511.5~12.718.613.5~14.313.612.317.912.9~13.214.7~1512.818.6 19.317.6常用材料的密度材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg碳钢合金钢球墨铸铁灰铸铁7.8~7.857.97.37.0铅锡镁合金硅钢片11.377.291.747.55~7.8无填料的电木赛璐珞酚醛层压板尼龙61.21.41.3~1.451.4~1.14紫铜黄铜锡青铜无锡青铜碾压磷青铜冷拉青铜工业用铝8.98.4~8.858.7~8.97.5~8.28.88.82.7锡基轴承合金铅基轴承合金胶木板、纤维板玻璃有机玻璃矿物油橡胶石棉板7.34~7.759.33~10.671.3~1.42.4~2.61.18~1.190.921.5~2.0尼龙66尼龙1010纵纤维木材横纤维木材石灰石、花岗石砌砖混凝土1.14~1.151.04~1.060.7~0.90.7~0.92.4~2.61.9~2.31.8~2.45常用材料的弹性模量及泊松比名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ灰、白口铸铁球墨铸铁碳钢合金铜铸钢轧制磷青铜轧制锰黄铜115~160151~160200~2202101751151104561818170~8442400.23~0.270.25~0.290.24~0.280.25-0.30.25~0.290.32~0.350.35铸铝青铜硬铝合金冷拔黄铜轧制纯铜轧制锌轧制铝铅1057191~99110846917422735~37403226~3770.250.31~0.420.31~0.340.270.32~0.360.42常用法定计量单位及换算关系量的名称法定计量单位非法定计量单位换算关系名称符号名称符号旋转速度转每分r/min 1r/min=(1/60)r/s长度米m埃英寸Åin1Å=0.1nm=10-10m1in=0.0254m=25.4mm面积平方米m2公亩公顷aha1a=102m21 ha=104m2体积容积立方米升m3L(1)(1=10-3m3)立方英尺英加仑美加仑f t3UkgalUSgal1ft3=0.0283168m3=28.3168dm31Ukgal=4.54609cm31Usgal=3.78541dm3质量千克（公斤）吨Kgt磅长吨（英吨）e bton1e b=0.45359237cm31ton=1016.05kg力重力牛（顿）N达因千克力，（公斤力）吨力dynkgftf1dyn=10-5N1kgf=9.80665N1tf=9.80665×103N压力压强帕（斯卡）pa巴标准大气压毫米汞柱千克力每平方厘米（工程大气压）baratmmmHgkgf/cm2(at)1bar=0.1Mpa=105pa(1pa=1N/m2)1atm=101325pa1mmHg=133.3224pa1kgf/cm2=9.80665×104 pa应力M 千克力每平方毫米Kgf/mm21kgf/mm2=9.80665×106pa 动力粘度帕[斯卡]秒Pa·s 泊P 1P=0。
机械设计常用材料(一)
常用机械设计材料（一）目录常用设计材料分类及应用金属材料非金属材料成品及半成品材料黑色金属有色金属铸铁金属材料常用工程材料铝及铝合金铜及铜合金非金属材料：橡胶塑料…常用设计材料分类：锌合金镁合金陶瓷钢有机非金属材料成品及半成品材料……常用工程材料金属材料：黑色金属1．铸铁的成分铸铁和钢都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。
含碳量小于2.11％的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11％的称为铸铁铸铁是碳质量分数较高的铁碳合金，常含有C、Si、Mn、S、P五大元素。
常用铸铁成分大致为：2.5～4.0％C、1.0～3.0％Si、0.5～1.4％Mn、0.02～0.2％S、0.01～0.5％P。
此外，还含有一定量的合金元素如Cr、Mo、V、Cu、Al等，含有合金元素的铸铁，称合金铸铁。
2．铸铁的特性强度、塑性、韧性比钢差，不能进行锻造。
但具有优良铸造性和切削加工性，良好的减摩性、耐磨性、消震性以及缺口敏感性低，并且生产工艺及设备简单，价格低廉，因此，铸铁被广泛地应用于机械制造、冶金、石油化工、交通等工业部门。
下水井盖（球墨铸铁）皮带轮（灰铸铁）铸铁的分类根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态，可将铸铁分类：灰口铸铁：碳以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色；可锻铸铁：团絮状石墨，塑性很低，不能锻造，只有钢能锻造，铸铁不能锻造，经过两个生产过程制得的，首先制得白口铁铸件，然后再经石墨化退火而最终制得可锻铸铁；球墨铸铁：球状石墨；白口铸铁：一般液体铁水冷却下来，发生石墨化，变成石墨，若冷的太快，变不成石墨，而是作为渗碳体保存下来，白口铸铁很硬，没有用，要避免出现；合金铸铁：在铸铁中加入数量不等的合金元素，从而改善铸铁的物理、化学和力学性能，如耐磨性、耐蚀性和耐热性。
管接头（可锻铸铁）泥浆泵（白口铸铁）常用铸铁（其中灰铸铁应用最广，球墨铸铁次之）Array灰口铸铁•片状石墨•铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应，故其抗拉强度远低于钢，其强度、塑性低。
铸铁压缩破坏现象及原因
铸铁压缩破坏现象及原因概述铸铁是一种常见的工程材料，具有优异的力学性能和加工性能，被广泛应用于机械制造、建筑和汽车工业等领域。
然而，在一些特定条件下，铸铁在受到压缩力作用时会出现破坏现象。
本文将对铸铁压缩破坏的现象及其原因进行全面详细的探讨。
铸铁压缩破坏的现象铸铁在受到压缩力作用时，可能会出现以下现象：1.塑性变形：铸铁在受到压缩力作用时，会发生塑性变形，即出现形状改变但不产生破裂的现象。
这是由于铸铁的晶体结构中存在大量的碳微区，使其具有良好的塑性。
2.压缩屈曲：当铸铁受到较大的压缩力时，可能会出现屈曲现象，即在受力方向上发生弯曲造成形状变化。
这是由于铸铁具有一定的弯曲强度，但在超过其弯曲极限后会发生屈曲破坏。
3.压缩破裂：在受到过大的压缩力时，铸铁会发生破裂现象，即出现形状破坏和裂纹扩展。
这是由于铸铁的组织结构中存在微裂纹和缺陷，超过其破坏强度极限后会发生破裂。
铸铁压缩破坏的原因铸铁在受到压缩力作用时发生破坏的原因主要包括以下几个方面：1.铸铁的制造缺陷：铸铁在制造过程中可能存在气孔、夹杂物、夹砂等制造缺陷。
这些缺陷会导致铸铁的力学性能下降，容易在受到压缩力作用时发生破裂。
2.铸铁的组织结构：铸铁的组织结构中存在大量的碳微区，这些微区使得铸铁具有良好的塑性，但也容易在受到大的压缩力时形成裂纹，进而引发断裂。
3.施加的压缩力过大：如果施加在铸铁上的压缩力超过其破坏强度极限，铸铁就会发生破裂。
因此，在设计和使用过程中需要合理控制施加在铸铁上的压缩力，避免超过其承载能力。
4.温度变化：铸铁的力学性能会受温度变化的影响。
当铸铁在受到压缩力作用时，由于热胀冷缩的影响，温度的变化可能导致铸铁发生形变和破裂。
铸铁压缩破坏的预防措施为预防铸铁在受到压缩力作用时的破坏，可以采取以下措施：1.优化铸铁的制造工艺，避免制造缺陷的产生。
例如，在熔炼和浇注过程中控制温度和时间，增加熔融金属的流动性，减少气孔和夹杂物的形成。
铸铁最大主应力
铸铁最大主应力铸铁是一种重要的工程材料，广泛应用于各种机械、车辆、建筑等领域。
铸铁的最大主应力是一个非常重要的力学性能指标，对于铸铁的使用寿命和安全性具有重要影响。
本文将详细介绍铸铁最大主应力的概念、影响因素以及如何进行测量。
一、铸铁最大主应力的概念铸铁的最大主应力是指在铸铁零部件所承受的应力中，最大的一个主应力。
铸铁是一种脆性材料，其最大主应力的值较小，一般在200MPa左右。
铸铁的最大主应力与铸铁的成分、组织结构、热处理工艺等密切相关。
二、铸铁最大主应力的影响因素1.铸铁的化学成分铸铁的化学成分对其最大主应力具有重要影响。
例如，碳含量越高，铸铁的强度和硬度越高，但其韧性会降低，从而可能导致较大的应力集中和脆性断裂。
因此，在铸造过程中，需要合理控制铸铁的化学成分，以获得最佳的力学性能。
2.铸铁的组织结构铸铁的组织结构是指铸铁中的石墨含量、形态和分布。
石墨具有很好的塑性和韧性，可以缓解应力的集中程度，提高铸铁的抗断裂能力。
因此，在铸造过程中，需要合理控制铸铁的组织结构，以获得最佳的力学性能。
3.铸铁的热处理工艺铸铁的热处理工艺对其最大主应力具有重要影响。
热处理可以提高铸铁的硬度和强度，但也会降低其韧性。
因此，在铸造过程中，需要合理控制铸铁的热处理工艺，以获得最佳的力学性能。
三、铸铁最大主应力的测量方法1.常规力学试验方法常规力学试验方法包括拉伸、压缩、弯曲等试验方法。
通过这些试验方法，可以测量出铸铁在不同应力状态下的力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、伸长率等。
其中，最大主应力可以通过屈服强度或抗拉强度来近似表示。
2.有限元分析方法有限元分析方法是一种数值模拟技术，可以通过计算机模拟铸铁在不同应力状态下的力学行为。
通过有限元分析方法，可以准确地预测铸铁的最大主应力的大小和分布情况。
这种方法可以为铸铁零部件的结构设计和优化提供重要的参考依据。
3.光学显微镜观察方法光学显微镜观察方法是一种无损检测技术，可以通过观察铸铁表面或截面的显微组织结构来分析其力学性能。
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阶
第三阶段 G化
段
G
化
KTZ
KTH
时间
黑心可锻铸铁的石墨化退火工艺曲线
三、总结
白心可锻铸铁：由白口铸铁经高温氧化脱碳而得Байду номын сангаас 其组织为F+P+Fe3C。
黑心可锻铸铁：由高温石墨化退火而得， 其组织为F+G或P+G。
课后作业
1：铸铁的分类以及结构特点 2：描述黑心可锻铸铁的石墨化过称。
（三）麻口铸铁：具有灰铸铁和白口铸铁的混合组织，呈灰白色 相错
(四）可锻铸铁：由一定成份的白口铸铁经石墨化退火而获得， 其中石墨呈团絮状
（五）球墨铸铁：铁水在浇注前经球化处理，碳主要以球状 或团状石墨形式存在
三、铸铁的性能特点
(一)、强度和塑性 (二)、韧性 (三)抗振性 (四)耐磨性 (五)铸造工艺性好 (六)切削加工性好
二、可锻铸铁 可锻铸铁又称韧性铸铁，玛钢，马铁等
（一）、可设铸铁的牌号和用途：
KTH—铁素体基 KTZ—珠光体基
（二）、可锻铸铁的成分，生产过程和热处理
１、成分：碳硅适中 ２、生产过程：（1）铸造时浇成纯白口；
（2）热处理：石黑化退火。 ３、热处理工艺
℃
900~950
第二阶段G化
第 一
720~750
第七章 铸 铁
复习
一、铸铁的石墨化过程
（一）双重状态图 Fe —Fe3C系 介稳系
Fe —G系 （二）石墨化过程：
１、石墨化的三个阶段
稳定系
第一阶段：液相结晶出石墨：L GⅠ，L4.261154℃A2.08+G共晶
第二阶段：从奥氏体中沿E’S′析出石墨:A GⅡ
第三阶段：共析转变析出石墨：A0.68738℃Fp′+G共析
２、影响石墨化的因素
（1）温度及冷却速度 （2）合金元素：
促进石墨化：C,Si,P,Ni,Cu,Al; 阻止石墨化：S,Cr,Mo,W,V,B
碳当量 CE=C+1/3（Si+P），CE越大，越容易石墨化。 二、铸铁的分类
（一）灰口铸铁：碳主要以片状石墨形式存在。断口呈灰黑色
（二）白口铸铁：碳除极少数溶于F体外，其它都以化合态 （Fe3C）形式存在，断口呈银白色