机械制造基础第六章 铸铁PPT课件

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材料知识铸铁ppt课件

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球墨铸铁的化学成分通常不作为铸件验收的依 据,但有特殊要求时,应以图纸或客户要求为 准。化学成分的选取必须保证铸件材料满足本 标准所规定的力学性能和金相组织要求。
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2.3.2力学性能及金相组织
单铸试棒的力学性能 铸件的力学性能
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单铸试棒的力学性能及金相组织
铸铁部分
铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。除碳以外,铸铁 还含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。同钢相比, 铸铁熔炼简便、成本低廉,虽然强度、塑性和韧性较 低,但是具有优良的铸造性能,很高的减磨和耐磨性, 良好的消震性能和切削加工性能以及缺口敏感性低等 一系列优点。
按铸铁中是否有石墨存在,把铸铁分成灰铸铁和白口 铸铁。按石墨形态的不同,可以分为(普通)灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。此外,按铸铁中是 否含有除常规元素以外的合金元素,还可把铸铁分成 普通铸铁与合金铸铁(亦称为特种性能铸铁)。
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2.1球墨铸铁所涉及的标准
GB/T1348-1988 球墨铸铁件 CAYJS-17-90 铁素体球墨铸铁铸件技术条件 Q/CAYJS-17-2008球墨铸铁件(2009.1.1)
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2.2球墨铸铁的牌号
铸件材料牌号通常是通过随件浇注的单铸试块,经加工 成试样后测定的力学性能而确定的。本标准针对汽车零 件的性能要求,按单铸试块的力学性能分为9个牌号 。
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2.3.2本体力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
石墨主要以球状为主,通常石墨球化等级要符合 GB/T 9441中的1-4级,石墨大小5-8级。如有疲劳强 度等特殊要求的,球化率由供需双方商定。

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11.2.4 影响铸铁结晶的因素
冷却速度的影响 冷速慢有利于按Fe-C相图进行结晶,石墨化 越容易进行。 冷速快有利于 形成白口铁
不同C+Si含量,不同壁厚(冷却速度)铸件的组织
11.3 灰铸铁
概述 灰铸铁中石墨呈片状,断口呈灰色,是使
用最多的铸铁,占铸铁总量的80%以上。 灰铸铁分为:普通灰铁和孕育灰铁-通过孕育 处理,使石墨的片层变细,强度高于普通灰铁 牌号表示:HT100,HT150,HT200 属普通灰铁
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
为综合考虑C,Si,P对铸铁组织及石墨化的影 响,引入了两个参量:碳当量和共晶度。
碳当量:把Si,P折合成相当的碳含量 CE=WC +1/3W(Si+P)
共晶度:表示铸铁中碳含量接近共晶碳含量的程度 Sc=WC/[4.3%-1/3W(Si+P)]
Sc=1为共晶 >1为过共晶
球墨铸铁
一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态
2.石墨形态:片状,蟹状,蠕虫状,团絮状,不规则形状,球形
片状
蟹状
球形
蠕虫状
团絮状
二、铸铁的分类
按石墨存在的形式及石墨形态分类
灰口铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在,断口呈灰色
球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在
蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在
球化剂:Mg,稀土-硅铁合金,稀土- 硅铁-镁合金(应用最广泛)
孕育处理:由于球化处理只能在铁液中 有石墨核心时,才能促进石墨生成球 形,而常用的球化剂都强烈阻碍石墨 化,因此,在球化处理同时,必须进 行孕育处理(石墨化处理),获得球 径小,数量多,圆度好,分布均匀的 球状石墨

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2021
(一) 铸铁的种类
根据C的存在形式,可以将铸铁分为: 1) 白口铸铁:C全部以渗碳体形式存在,碳在铸铁中的 分布除少量固溶于铁素体外,绝大部分以渗碳体形式存 在。因其断口呈银白色而得名,其性能硬而脆,很少直 接用于制作机器零件。 2) 灰口铸铁:C大部分或全部以石墨形式存在,因其断 口呈暗灰色而得名。应用广泛。 3) 麻口铸铁:C大部分以渗碳体形式存在,少部分以石 墨形式存在,断口灰、白色相间。硬而脆,很少应用。 此外,为满足某些特殊性能要求,向铸铁中加入一种或 多种合金元素(铬、铜、铝、硼等)而得到合金铸铁, 如耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。
和裂纹源,故G越多,抗拉强度、塑性及韧性越低。灰 口铁的抗拉强度、塑性及韧性均不如钢。 2) 大小:G越粗,局部承载面积越小,G越细,应力集中 越大,均使其性能下降。 3) 分布:越均匀,性能越好; 4) 形状:由片状至球状,强度、塑性及韧性均提高。
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灰口铸铁的优点在于以下几个方面: (1)具有良好的切削加工性 (2)具有良好减振性 (3)具有良好的减磨、润滑作用 (4)具有良好的铸造性能 (5)具有低的缺口敏感性
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(2)铸铁加热时的石墨化过程 亚稳定的渗碳体,当在比较高的温度下长
时间加热时,会发生分解,发生石墨化, 即 Fe3C→3Fe+C。加热温度越高,分解速度就 越快。
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2. 影响铸铁石墨化因素 主要化学成分、冷却速度及铁水处理等因素。 1) 化学成分 合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素 C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素, S是强烈
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孕育铸铁是指经过孕育处理的灰铸铁。 孕育处理是指浇筑前向铁水中加入少量 强烈促进石墨化的物质(孕育剂)进行处 理。最常用的孕育剂为含76%的铁合金。 经过孕育处理后既可得到灰口组织又可 细化石墨片,减少了石墨对基体的破坏 作用。

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序号 影响因素
定义
影响原因
1 合金的流动性 液态金属本身的流动能 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件;

有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除;易于对铸
件的收缩进行补缩。
2
浇注温度
浇注时金属液的温度
浇注温度愈高,充型能力愈强
3
充型压力
金属液体在流动方向上 压力愈大,充型能力愈强。但压力过大或充型速度
第一章 铸造工艺基础
充型能力首先取决于金属液本身的流动能力,同时 又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。
➢ 影响充型能力的因素: 合金的流动性、铸型的蓄热系数、铸型温度、铸型
中的气体、浇注温度、充型压力、浇注系统的结构、 铸件的折算厚度、铸件的复杂程度等。如表2-1所示。
表1-1 影响充型能力的因素和原因
所受的压力
过高时,会发生喷射、飞溅和冷隔现象
浇注时因铸型发气而形 能在金属液与铸型间产生气膜,减小摩擦阻力,但
4 铸型中的气体 成在铸型内的气体
发气太大,铸型的排气能力又小时,铸型中的气体压 力增大,阻碍金属液的流动
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续表1-1 影响充型能力的因素和原因
5 铸型的蓄热系数 铸型从其中的金属吸取 蓄热系数愈大,铸型的激冷能力就愈强, 并存储在本身中热量的能 金属液于其中保持液态的时间就愈短,充
图2-2 合金流动性与含碳量关系
液态合金的充型
二 浇注条件
1. 浇注温度
浇注温度高 合金的粘度下降,流动性增强,充型能力提高 对薄壁铸件或流动性较差的合金适当提高浇注温度,可以防止浇
不足和冷隔缺陷。 浇注温度过高: 金属的收缩量增加.吸气增多,氧化也越严重。
铸件易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷,保证充型能 力前提下,浇注温度不宜过高。

机械制造基础第6章—PPT课件

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① 机用平口虎钳的使用方法 ② 用压板装夹工件
机用平口虎钳
压板的使用方法
6.1.3 平面铣削工艺
1. 平面铣削
使用面铣刀铣削平面时,刀杆刚度好,铣削厚度变化 小,同时参加工作的刀齿数较多,切削平稳,加工表面质 量高,生产效率高。 使用立铣刀铣削凸台平面(或侧面)时,当铣削宽度 较大时,应选用较大直径的立铣刀,以提高铣削效率。
6.1.2 平面铣削,分为高速钢和硬质合金钢 两类;按安装方法分为带孔铣刀和带柄铣刀两类。
各种铣刀
2. 铣床
铣床的种类很多,最常用的是卧式铣床和立式铣床,还 有龙门铣床。 (1)卧式万能铣床。 卧式万能铣床是应用最广的一种铣床。 (2)立式铣床。 立式铣床可加工平面、斜面、键槽、T形槽、燕尾槽等。 (3)龙门铣床。 龙门铣床有4个独立的主轴,均可安装一把刀具,通过工 作台的移动,几把刀具同时对几个表面进行加工,生产效 率较高。
2. 周铣与端铣
根据加工时刀具参与切削的部位不同,可将铣削分为 周铣和端铣两种方式 。
(1)周铣。用圆柱铣刀的圆周刀齿加工零件的方法称为 周铣法,如图6-2所示。周铣时,同时参与加工的齿数 较少。切削厚度ae越大,同时工作的刀齿数越多。 (2)端铣。用铣刀的端面刀齿加工零件的方法叫端铣法, 如图6-3所示。端铣时,同时参与加工的齿数较多。切 削宽度ae越大,同时工作的刀齿数越多。
安全及注意事项 (1)不准使用自动进给。 (2)不允许在铣削过程中测量工件。 (3)用虎钳装夹毛坯时,应在毛坯面与钳口之间垫上铜皮。 (4)工件装夹时,铣削用量必须高出钳口。 (5)铣削钢料工件需加切削液。 (6)丝杠与传动螺母间隙较大的设备,应禁止采用顺铣。
【实例6-2】 铣T形槽。
V形铁铣T形槽工序

机械制造基础 第六章 铸铁

机械制造基础 第六章 铸铁
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第一节 铸铁的分类及石墨化
石墨G(简单六方晶格) 基面中的原子间距为 0.142nm,结合力较强,两 基面间的面间距为0.340nm, 结合力弱,故石墨的基面很 容易滑动,其强度、硬度、 塑性和韧性极低。
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第一节 铸铁的分类及石墨化
铸铁中石墨的不同形态:
a) 片状 b) 蠕虫状 c) 团絮状 d) 球状
• 二、石墨化过程
• 1、石墨使稳定相,而Fe3C是亚稳相,在一定条 件下将发生分解: Fe3C→3Fe+C(石墨)
• 2、铸铁的石墨化过程 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可 以由渗碳体加热时分解得到。
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第一节 铸铁的分类及石墨化
2、铸铁的石墨化过程
第一阶段:
过共晶成分 L → L + GI 共晶转变 L4.26 →A2.08+G共晶
铸铁曲轴
内 燃 机 汽 缸
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第一节 铸铁的分类及石墨化
• 铸铁与钢的主要区别: (1)碳含量及硅含量高,并且碳多以石墨形式存在; (2)硫、磷杂质多。
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第一节 铸铁的分类及石墨化
• 在铁碳合金中,碳可能以三种形式出现: (1)固溶态,如铁素体中的碳; (2)化合态,如渗碳体(Fe3C); (3)游离态,石墨(以G表示)。
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 慢冷却时通过石墨化过程形成 的,其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体加珠光体三种。 灰铸铁齿轮箱
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灰第铸二节 常用铸铁

铁的
墨 片

显微
三 维

铁 素 体 灰 铸 铁
组织



珠 光 体 灰 铸 铁

铸铁(PPT课件)

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灰铸铁的力学性能主要取决于石墨的形状、大小及分
布状态,同时也与基体组织有关。由于石墨的力学性能几 乎等于零,所以灰铸铁的力学性能明显低于钢,也低于其 它铸铁件。又因其性能与基体组织有关,具有珠光体基体 的灰铸铁强度较高。因其抗压强度较高,约为抗拉强度的 3~4倍,所以灰铸铁适宜制造承受简单压力的构件,如机床 床身、底座、支柱等。
石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中,上述 三个阶段不一定都充分进行,其中① ②阶段温度较高,碳 原子的扩散能力强,石墨化容易进行。按这三个阶段石墨 化程度不同灰口铸铁的基体组织会不同,如有F、F+P、P
除上述三个阶段石墨化外,生产中将白口铸铁在高温下 退火,也能使渗碳体分解获得石墨。这也是生产可锻铸铁的 方法。
1)灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中, 断口呈灰黑色。是工业上最常用的铸铁,按石墨存在的形 式又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。如图 6-1所示。
2)白口铸铁 碳主要以渗碳体存在,断口呈白亮色, 其性能硬而脆,切削加工困难,很少直接使用。但可以用 作表面要求高耐磨性的零件,如气门挺杆、球磨机磨球、 轧辊等。
2)灰铸铁的孕育处理 在铸铁液中加入少量的孕育剂(即加入含质量4%的硅 铁或硅钙合金)以形成大量的晶核,获得极为细小的片状石 墨和珠光体基体。经过这样处理后的铸铁称为孕育铸铁。
3)灰铸铁的牌号 如: HT200
“灰铁”字汉语 拼音首字母
σbmin=200MPa
其性能和用途,详见教材P91表6-1
4)灰铸铁的热处理 只能改变基体组织,不能改变石墨的形状、数量、 大小和分布。主要作用是消除应力、改善切削加工性、 提高表面的硬度和耐磨性等,分别有去应力退火、消除 白口、降低硬度退火,表面淬火。
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灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的,其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体加珠光体三种。
灰铸铁齿轮箱
灰铸

铁的
墨 片
显微
的 三


铁 素 体 灰 铸 铁
组织



珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸

硅铁
• 常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨。
• 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。
F+G
P+G
F+P+G
2、铸铁的性能特点 ⑴ 力学性能低。石墨相当于
钢基体中的裂纹或空洞,破 坏了基体的连续性,易导致 应力集中。
铸铁与铸钢的强度比较
• ⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 • ⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 • ⑷ 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. • ⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断,不粘刀。
• 铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、 磷等元素的多元铁基合金。
• 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉 等优点,因而是应用最广泛的材料之一。
第一节 铸铁的分类及石墨化
总体概述
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(1154℃)
一Байду номын сангаас或共晶渗碳体在高温分解形成
中间阶段:
A→A+GII (1154~738 ℃) 或者二次渗碳体分解析出石墨
第二阶段: 共析转变 A0.68→F + G共析( 738℃)
或者共析渗碳体分解形成石墨
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
• 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
灰铸铁件
活 塞 环
去应力退火—500-550℃,防止机加工或使用时变形、 开裂 。
高温退火—— 850-900℃, 表面、薄壁等处白口 Fe3C→G, 硬度↓, 切削加工性↑
表面淬火—— 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。
• 3、牌号
• 4、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。
石墨G(简单六方晶格)
基面中的原子间距为 0.142nm,结合力较强,两 基面间的面间距为0.340nm, 结合力弱,故石墨的基面很 容易滑动,其强度、硬度、 塑性和韧性极低。
铸铁中石墨的不同形态:
a) 片状 b) 蠕虫状 c) 团絮状 d) 球状
铸铁的分类:
1、按碳存在的形式分类 (1)白口铸铁: 碳全部或大部分以渗碳体形式存在,断裂时 断口呈银白色,称为白口铸铁。 (2)灰铸铁: 碳大部分或全部以游离的石墨形式存在,断 裂时断口呈灰暗色。 (3)麻口铸铁: 碳既以渗碳体形式存在,又以游离形式存在。 断口上黑白相间构成麻点。
• 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
WC
+
度大,结晶将按
Wsi
(%)
Fe-Fe3C相图进行,
不利于石墨化.
铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织 的影响
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
工业铸铁的成分范围
2
2

• 例如,机床床身、内燃机的
燃 机

汽缸体、缸套、活塞环及轴

瓦、曲轴等都可用铸铁制造.
铸铁曲轴
• 铸铁与钢的主要区别: (1)碳含量及硅含量高,并且碳多以石墨形式存在; (2)硫、磷杂质多。
• 在铁碳合金中,碳可能以三种形式出现: (1)固溶态,如铁素体中的碳; (2)化合态,如渗碳体(Fe3C); (3)游离态,石墨(以G表示)。
变速箱体
重型机床床身(HT-250)
L+Fe3 C
• 二、石墨化过程
• 1、石墨使稳定相,而Fe3C是亚稳相,在一定条 件下将发生分解: Fe3C→3Fe+C(石墨)
• 2、铸铁的石墨化过程 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可 以由渗碳体加热时分解得到。
2、铸铁的石墨化过程
第一阶段:
过共晶成分 L → L + GI 共晶转变 L4.26 →A2.08+G共晶
Si/Mg/C
e 中速冷却 缓冷
快冷 中速冷却 缓冷
中速冷却 缓冷
珠光体 铁素体 白口铸铁 珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁 珠光体 铁素体
蠕墨铸铁 蠕墨铸铁
石墨化退火
球墨铸铁 球墨铸铁
快冷 缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
• 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
硅钙
• 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
孕育处理前
孕育处理后
• 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
汽 缸 套
性能变差。
碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大,基体 内铁素体量增多,降低铸件的性能.
• 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。 • S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化。
磷虽然可促进石墨化,但 其含量高时易在晶界上形 成硬而脆的磷共晶,降低 铸铁的强度,只有耐磨铸 铁中磷含量偏高 (达0.3% 以上)。
铸铁的分类:
2、按石墨的形式分类 (1)普通灰铸铁:石墨呈片状 (2)可锻铸铁:石墨呈团絮状 (3)球墨铸铁:石墨呈球状 (4)蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状
3、按化学成分分类 (1)普通铸铁:常规元素铸铁 (2)合金铸铁:特殊性能铸铁,向普通铸 铁中加入一定量合金元素。
铸铁的特点:
• 工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。 • 1、铸铁的组织特点 • 钢的基体+G(石墨) • 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。
铸铁的石墨化
一、铁碳双重相图 石墨化过程:铸铁中石墨的结晶过程。
成分相同的铁液在冷却时: 冷却速度越缓慢,析出石墨的可能性越
大,冷却速度越快,析出渗碳体的可能性 越大。 Fe-Fe3C相图和Fe-C(G)相图合画在一 起,称为铁-碳双重碳图。
存在两个铁碳相图: Fe-Fe3C和Fe-G双重相图
L+G
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