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1、,第二章 金属材料的性能,金属工艺学说课,第八章 铸铁,教学效果,合计：80学时,（一）课程的地位,教 材分析,热处理的重要性,钢的热处理,工艺实践基础,理论综合应用,理论,实践,教 材分析,课程教材,课程地位,金属工艺学 主 编：卞洪元； 出版社：北京理工大学出版社； 版 本：2013年9月第2版。,机械类专业基础课，为后续学习机电、模具等专业课提供知识准备。,课程用途,使学生在了解机械工程中各零部件的热处理、加工方法的基础上，培养学生解决实际问题的能力及动手能力。,教 学 目标,铸铁的牌号、铸铁的性能,二、 能力目标,能够掌握铸铁的用途,理论知识的实际应用,教 学 目标,一、钢的分类与编号
2、,(一）钢的分类,复习：简要回顾上节内容。（5分钟左右）,教学过程,1、按化学成分分类,0.25%,0.25%0.6%,含碳量, 0.6%, 5%,合金总量,5%-10%, 10%,碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。,合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。,2、按钢的质量（品质）等级分类,3、按钢的用途分类,主要用于制造各种工具，如模具、刃具、量具等，其碳的质量分数一般都大于0.7%。,主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其碳的质量分数一般都小于0.7%。此类钢常用于制造齿轮、轴、螺母、弹簧等机械零件，也用于制作桥梁、船舶、建筑等工程构件。,
3、除了要求力学性能之外，还要求具有其它一些特殊性能。如不锈钢、耐热钢、耐磨钢、低温用钢等。,4、按金相组织分类,5、按冶炼方法分类,脱氧不充分,脱氧充分,平炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽，上面有耐火砖制成的炉顶盖住。平炉的前墙上有装料口，装料机就从这里把炉料装进去。熔炼时关上耐火砖造成的门。炉膛的两端都筑有炉头，炉头各有两个孔道，供导入燃料与热空气，或从炉里导炉气之用。,转炉钢是指在转炉内以液态生铁为原料，将高压空气或氧气从转炉的顶部、底部、侧面吹入炉内熔化的生铁液中，使生铁中的杂质被氧化去除而炼成的钢。,7、按所含主要合金元素分分类,6、按制造加工形式分类,铸铁以及其他元素含量之间存在着怎么样的
4、关系？,在上一节中我们介绍了钢材的种类、元素含量等，及元素的含量对力学性能的影响，而铁尤其是铸铁与各种元素尤其是碳元素之间到底存在什么样的关系，让我们一起往下学习！,环节一： 导入新课：（问题导入5分钟）,主要教 学 内容,环节二： 新课讲授：（65分钟）,本节重点：1钢的热处理的地位、作用和分类； 本节难点：钢的普通热处理工艺退火、正火。 授课方法及教学目标：本节采用讲授法，配以多媒体进行辅助教学。通过归纳、思考、应用知识的过程，使学生在了解本节内容的基础上，为后面的学习、实践奠定基础。,热处理的分析：,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。 铸铁的种类 1灰铸铁
5、 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； 5白口铸铁 碳主要以渗碳体的形式存在于铸铁中； 6麻口铸铁 碳部分以游离碳化铁形式析出，部分以 石墨形式析出的铸铁。,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；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
6、速度越慢，碳原子扩散越充分，铁水在高温下保温的时间越长，越有利于石墨化 ，铸铁容易获得灰口铸铁组织。,灰铸铁,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：wC=2.5% 4.0%，wSi=1.0% 2.5%，wMn=0.5% 1.4%，wS0.15%，wP0.3%。,(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)。,（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
7、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,灰铸铁常用牌号及用途,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。,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：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）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)，
8、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。,铁素体球墨铸铁显微组织,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。,球墨铸铁常用
9、牌号及用途,可锻铸铁,可锻铸铁俗称玛钢、马铁。可锻铸铁的生产过程是：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。,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: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 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，但可锻铸铁能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性
10、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。,可锻铸铁常用牌号及用途,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材料。大部分石墨为蠕虫状，其生产方法与球墨铸铁相似，通过在高温铁水中加入适量的蠕化剂(镁钛合金、镁钙合金等)使石墨呈蠕虫状形态。,蠕墨铸铁,1蠕墨铸铁的化学成分、组织和性能 1）蠕墨铸铁的化学成分是: wC=3.5%3.9%，wSi=2.2%2.8%，wMn=0.4%0.8%，wS0.1%，wP0.1%。 2）蠕墨铸铁的组织有三种类型： 铁素体(F)+蠕虫状石墨(G)；珠光体(P)铁素体(F)+蠕虫状石墨(G)；珠光
11、体(P)+蠕虫状石墨(G) 。 3)性能 蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，而蠕墨铸铁在铸造性、导热性、减振性等方面与灰铸铁相似，都要比球墨铸铁好。切削加工性与球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。,蠕墨铸铁常用牌号及用途,合金铸铁,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。,冷硬铸铁 在造型时，在铸件要求抗磨的部位作成金属型，其
12、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。,合金铸铁,(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
13、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。,环节三：课堂小结，强化认识。（23分钟） 重点内容回顾： 1碳在铸铁中存在的形式、石墨晶体结构和性能特点、影响石墨化的因素； 2灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分、组织、性能、牌号和用途举例； 3合金铸铁简介,环节四：布置作业。（2分钟） P94第12、13题,环节五：拓展延伸 （3分钟） 布置任务：通过对1碳在铸铁中存在的形式、石墨晶体结构和性能特点、影响石墨化的因素；2灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分、组织、性能、牌号和用途举例含义及作用，图中的一些铸铁还没有给大家介绍，根据图中的提示同学们下课后思考一下不同碳的质量分数的铸铁组织。,说教学效果,收 获,不 足,通过本节课的讲解，相信有80%的学生能理解接受本章节内容，大概20%的学生对一些难点还不能完全理解的学生，通过课后思考题和复习题最后能达到全部同学理解的状态，通过本节课讲授学生会对本学科产生浓厚的兴趣，为今后的教学奠定基础。,用期待的目光注视学生,用高昂的情感感染学生,用肯定的语言鼓励学生,把教学过程变为 学生渴望探求的带有情感的意向活动,谢谢,谢谢,
