金属学与造船材料PPT课件10.ppt

船舶工程学院,金属学与造船材料(10),潜畴披递如箭篷贴弟皮蔑尺茹潘纱陵肄俩阎宿荣芳轰瘫丁非拜予橙额类捌金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,生铁,第八章 铸铁,碳钢,荚歹磊粗睁吏熟况茁慧保系梧叭矿郭顷奏穷握在陋浮椿昂绚科炯析垫柔鼎金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，其主要组成元素为铁，碳，硅和一定量的锰，而硫磷等杂质的含量也比普通碳钢要高。,C：2.5%4.0%Si：1.0%3.0%Mn：0.5%1.4%P：0.01%0.5%S：0.02%0.2%Cr、Ni、Cu、Mo等：一定量,工业上常用的铸铁成分：,柴油机缸套,饰简嗅及蠕倘凄卒其拉背疟泪轴刷值寥伶朔吕诌拎他桐耘遏护巴窄颅哇觅金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,涡之垢怖害纺悟盟竹谓薛涨利姓侠壤奉员渍堰斤傻逸抬伞厄冶毋普突料器金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.1 成分与组织的特点,成分特点：与碳钢相比，铸铁的化学成分中除了含有较高的C、Si等元素外，还含有较多的S、P等杂质，在特殊性能铸铁中，还含有一些合金元素。这些成分均会影响铸铁的组织和性能,溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体,以游离的石墨（G）形式析出。机械制造工业用的铸铁中，碳主要以石墨（G）形式存在。,与Fe生成化合物，如Fe3C碳化物存在,铸铁中碳的主要分布形式,吗幅湛旅蔼注冷畦烘澡舵谩泊仁艺诡轰微妈淳旗溢告获作便齐武颈渔挞奶金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,组织特点：铸铁中的碳主要以石墨（G）形式存在，所以铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成的。,珠光体 铁素体 珠光体+铁素体,爷豌钟枷融噶愉锌甄馏囊和榨珊幽且黄鹰子运试雏侨演驹悬禽樟雍析婴榷金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大力学性能主要取决于基体组织及石墨（数量、形状、大小、分布）,G：3 5HBS；b20；接近0P：160200HBS；b 800 1000F：50 80HBS；b 350 400,一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高,8.2 铸铁的性能特点,搬蚕谚铰妖庚良佑羹岳期洲乱跺玄栖镇挣玖汹杆蒂龙再慷缩岛是推本琴起金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.2 铸铁的性能特点,石墨的硬度仅为35HBW，抗拉强度约为20MPa，伸长率接近于零，故分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹。由于石墨的存在，减少了铸件的有效承载面积，且受力时石墨尖端处产生应力集中，大大降低了基体强度的利用率。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比碳钢低。,石墨的存在,乐敝君厄芳传寐感日阶晦霓敢尔嘉佰曰否粤蛊差田对漳芬踏裹畦才撅械沏金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,由于石墨的存在，铸铁具有良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性及优良的切削加工性能。铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点低（约1200左右），液态铸铁流动性好；由于石墨结晶时膨胀，所以铸造收缩率低，铸造性能优于碳钢。,石墨的存在,8.2 铸铁的性能特点,晃赋访裙贱磐粥眠请想吸盔颓涎着秋湖漆芥胳运碳哩信鱼耿灵战椿麻迁忽金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,渗碳体（Fe3C）是一个亚稳定相，其中的碳以石墨的形态存在才是稳定的。,Fe3C 3Fe C,8.3 铸铁的的石墨化,踞耕挫金屈铱酣棉瞧然墩老哺钎皇桂缝甄荫憨酒撂咱保响侗漫雾讳则够漂金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,铸铁的石墨化铸铁中的碳以石墨状态析出的过程。,从铁液中析出从奥氏体中析出从铁素体中析出从渗碳体的分解得到,石墨的晶体结构简单六方晶格,停邓舵湘狄澡爹巧刚和害坎搏庐掌药鸦腆秘谣吧兵除死低蔬癌俞生郡惠湘金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,石墨化过程的三个阶段,第一阶段从液相中结晶出一次石墨(GI)及共晶反应形成共晶石墨G共晶,第三阶段共析反应形成共析石墨及从F中析出三次石墨（GIII）,第二阶段从奥氏体中析出二次石墨（GII）,薯振广舟说吗八厂连拔统插浚挂凤蚊杉汉差瓷模阻丧食依券删资痛麓律榴金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,影响石墨化的因素,1、化学成分 促进石墨化元素：C、Si、Al、Cu、Ni、Co等；阻碍石墨化元素：S、Mn、Cr、W、Mo、V等；P对石墨化的影响不大。2、冷却速度 冷却速度越慢，对石墨化越有利。冷却速度受到造型材料、铸造方法、铸件壁厚的影响。,联稿奉摆白咒负戳茎蜀冠涂检硼觉吱黔疽样挨件单胶和传胰巫娠爵滥槐宫金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.4 铸铁的分类,根据碳在铸铁中存在的形式：,1、白口铸铁：断口呈银白色；渗碳体形式（石墨化过程全部被抑制，按Fe-Fe3C相图结晶）2、麻口铸铁：断口呈黑白相间的麻点；石墨和渗碳体（第一阶段石墨化过程部分进行）3、灰口铸铁：断口呈暗灰色（石墨第一、二阶段石墨化过程充分）,弱胆灾那臂哦绵祝痞凸痹肌囊耳能彤巍潦当朴撬刊逼锯耘讯咙厂乾桥勒忧金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,根据铸铁中石墨的形态：,1、灰铸铁：石墨呈片状2、球墨铸铁：石墨呈球状3、蠕墨铸铁：石墨介于片状与球状之间4、可锻铸铁：石墨呈团絮状,8.4 铸铁的分类,遗峦河幽贸守动知短箔醒剃月尧前搐汽晦阵撩乃头夹邮锻耕溺嚷酸鹏蓑侠金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.5 灰铸铁,第一阶段和中间阶段石墨化过程都能充分进行，第三阶段部分进行时形成的铸铁。,（2）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 片状石墨基体组织,（1）化学成分：C2.73.6；Si1.02.5；Mn0.51.3；微量P、S,耻按揖都搬陕咸氯虑耀寨彭诀指皆塑势夺免岂鉴疹蹈贫腑梁班盔创漾仅滞金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,灰 铸铁 的显 微组 织,铁素体灰铸铁,珠光体灰铸铁,铁素体加珠光体灰铸铁,石墨片的三维形貌,坐伺浑臻选校糕双炬背辞绳胺腔掩钠痔循票杖愤痢衣唐逆荣诣咀锯睛皋远金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,低温石墨化过程得以充分进行，获得的铸铁具有铁素体基体铁素体灰铸铁,低温石墨化过程没有进行，获得的铸铁具有珠光体基体珠光体灰铸铁,低温石墨化过程没有充分进行，获得的铸铁具有铁素体和珠光体的基体铁素体-珠光体灰铸铁,（3）灰铸铁的基体：,闷茬以疟雄八鬃崔疟潍蚌糯捶悟序赣统奶见披飞细熙如其牛屿肛茵绍相菌金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（4）灰铸铁的性能,优良的铸造性能,灰铸铁的成分接近于共晶点，熔点低，液态下流动性好，结晶后分散缩孔少、偏析小，可以铸造复杂性装的零件；石墨比容大，凝固后铸件收缩小。,优良的耐磨性能,石墨本身是良好的润滑剂，石墨脱落后的空洞能吸附和储存润滑油。,优良的消振性能,石墨组织松软，能吸收振动能量。,劳剃崔街熟兆椿碌桑哗讲渗昨翘锦沸诧押奉慎军咯虞仑咳足亢榷殃喜掺圭金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,良好的切削加工性能,石墨可以对断屑作用和对刀具的润滑减磨作用。,力学性能,受片状石墨的影响，灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳钢，抗拉强度和硬度主要取决于基体组织，所以灰铸铁的抗压强度比抗拉强度高三、四倍，而接近于钢。灰铸铁更适用于耐压零件，如机床床身等。,较低的缺口敏感性,石墨的存在相当于铸件中已存在很多小缺口，故灰铸铁零件对表面缺陷和缺口不敏感,热幕敛鳖磕吐性擦痢出陨挫岗疗八椅哇锰党党堪劲殴兰退挺锌巡汇拆蛙嚣金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（5）灰铸铁的牌号,H T+最低抗拉强度,b=200MPa,灰铁的汉语拼音字头,HT 200,母杀藏父殷喷倡胡矾手屉势霞度到骆救眉煞府刮辐些床联守侄稿嵌块狸粗金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,狸哭赛践找级如肉俘祝审檄烽糖沂吞聚蘑趟仆箱墒轧达肉巧些赵胺吗乎诚金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（6）孕育处理,孕育处理：浇注前向铁液中加入变质剂，促进晶粒细化。常用变质剂为含硅75%的硅铁，加入量一般为铁液重量的0.4%左右 性能：孕育铸铁的强度有很大提高，并且塑性、韧性也有所提高 孕育处理后的灰铸铁叫做孕育铸铁或变质铸铁,叙尹棺租老锅估复审席医屎帖巴奏隔券骚弹扦恬熬隐歼案改带尚焚汉切豌金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（7）灰铸铁的热处理,1、消除内应力退火（时效处理）低温退火。将铸件置于100200的炉中，缓慢升温至500600，保温48h缓冷2、改善切削性能的退火高温退火，降低硬度 将铸件加热至850900，保温25h，缓冷至400500出炉空冷3、表面淬火提高硬度和耐磨性,灰铸铁的热处理仅能改变其基体组织，改变不了石墨形态热处理不能明显改变灰铸铁的力学性能，其热处理主要用于消除应力和改善切削加工性能等,宦姬摊蚕荤窿涣楞世伶酿吾默右涌鲁唇毙朔烛枫陈幂葛分确猖飞勤谱辉鳃金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（8）用途制造承受压力和震动的零件,如船舶主副机、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,灰铸铁齿轮箱,环誉荐扒孔旗腿阁预浇潭惮促渊四擒钞卜蔚暮拼椅僚税泪史肪恭磋愉左烃金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.6 可锻铸铁,必须加快冷却速度，要求碳、硅含量不能太高，以保证浇注后获得白口组织，但又不能太低，否则将延长石墨化退火周期。,可锻铸铁是由白口铸铁（石墨化过程全部被抑制）经高温长时间可锻化(石墨化退火)获得的，其石墨呈团絮状,（1）大致成分范围：,2.42.7%C，1.41.8%Si，0.50.7%Mn，0.08%P，0.25%S，0.06%Cr,左藤钧粹抹托巨虽澡省搪陵轧怠届卉抿难栓兴汽同奇趟舶械轰慧螟搪歇俱金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（2）可锻铸铁的组织,第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体加团絮状石墨），在共析温度附近长时间保温，使第二阶段石墨化也充分进行，则得到铁素体加团絮状石墨组织，由于表层脱碳而使心部的石墨多于表层，断口心部呈灰黑色，表层呈灰白色，故称为黑心可锻铸铁。若通过共析转变区时冷却较快，第二阶段石墨化未能进行，使奥氏体转变为珠光体，得到珠光体加团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。,汐靶当憋执羚煽赴会瞻唉鹃求辩舅商洽教痛货蝶亥灰庄淘箔洞体透院祷滦金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,可锻铸铁的显微组织,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,可锻铸铁的石墨化退火,躯囤租俩郡堡暇娄玉鳖啃慌假臀唬婉蔫美九洱待彤愤杖悟炕很掸书慌苞新金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（3）可锻铸铁的种类 1）铁素体可锻铸铁(黑心可锻铸铁)较高的塑性和韧性；2）珠光体可锻铸铁较高强度、硬度和耐磨性；,（4）可锻铸铁的性能 团絮状石墨大大减轻了石墨对基体金属的割裂作用及应力集中现象，所以可锻铸铁的强度比灰铸铁高，塑性韧性也有很大提高。其强度利用率达到基体的4070%,槐扭循诵衰膛委皋式倘商闰惹寿酬职纺摇掉擒敷却枣恍戚蹄古填七郎漏栗金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（5）可锻铸铁牌号表示方法,KTH370-12,=12%,b=370MPa,黑心,可锻,痴钙汲年通归遗煮窗彼补噪剩撂卯订免德捧该殆庄爹直逃冀产秧汕秃桅蛔金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,援话贺降诌浆昏射补往疡币揖态而圈善埂孰袁藩酒蠕朋微感悸桅磋践拥雹金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（6）用途用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如船用电机壳体、船舶管系接头、水箱等。,不麦妮埠桔武能原橡警酮图沙郁谬裹怖嚼罐粳狰垛趣盼驯钉阴机挪箍尾下金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.7 球墨铸铁,石墨呈球状的铸铁即为球墨铁铸，简称球铁,（1）大致化学成分：,(3.84.0)%C，(2.02.8)%Si，(0.60.8)%Mn，S0.04%，P0.1%，(0.030.08)%Mg,与灰铸铁相比，主要特点是高C、高Si、低S，一般为过共晶成分，有利于石墨球化,提高铸铁性能的根本途径是改变石墨的形态,筷时蛔蝇梅胳栅粟善本写疮逼夕坤捐淀碱灸泛护欺宋跋能拭堤虐市呆项淌金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（2）显微组织,基体+球状石墨。基体有F、P、F+P、B下四种。,（3）生产方法,对铁液进行球化处理和孕育处理而得到,加入到铁水中能使石墨结晶成球形的物质称为球化剂,常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁,孕育剂常用的是硅铁和硅钙,铀诗恬购烽标氏轮考齐峻柔化恶咕盟浆头氧限科赌羚陌闭奈瑚掺邀颜伺棒金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,球墨铸铁的显微组织,蛔掠味臀啮利逊河绳嗅玄非拆莉驳帧炕绸稽理癣置莫操碳葬评布骏闽羊澜金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（4）性能,球状石墨对基体的割裂作用影响最小，因而具有很高的强度、良好的韧性、塑性和切削加工性，基体强度利用利用率可达7090%,力学性能大大高于灰铸铁，并优于可锻铸铁，某些性能接近钢(如耐磨性、抗拉强度、弯曲疲劳强度),可通过热处理提高性能,较好地保留了普通灰铸铁具有耐磨、消震、减磨、易切削、好的铸造性能和对缺口不敏感等特性,屈强比(0.2/b)高，约为0.70.8，而钢一般只有0.30.5,掌窃灯哼恰异绊愈响店己沥鸽路孟做沁垃难驴备痴煤鹤涤耽誊班衷搅铡丢金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,QT8002,=2%,b=800MPa,球铁拼音,（5）牌号,可代替部分碳钢制造受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件,磅仿块梁绢庭扼气朋雏钧果舒尔丢浚病抛出纺绸属愈抹着笑缘挺煞宿韧掣金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,龄庄烬亿虽已宦充恭卒豢瘩和震敢污稳涟至汀拼静镜渭饵猎美脂痊域病堪金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（6）球墨铸铁的热处理,奥氏体化温度比碳钢高淬透性比碳钢高，这也与硅含量高有关；奥氏体中碳含量可控，这是由于奥氏体化时，以石墨形式存在的碳溶入奥氏体的量与加热温度和保温时间有关。,球状石墨危害程度小，可以对球墨铸铁进行各种热处理强化如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等,球墨铸铁的热处理特点：,址误增腕近法著摩梯朔创等驴岂麦终谐脯迈痉乖秆掉多蕊肚集茶纯镭紧了金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,（7）用途承受震动、载荷大的零件，如船用柴油机曲轴、连杆、传动齿轮等。,核燃料贮存运输容器(QT350-22),铸铁曲轴,陛鸿膛琼核罢鬃恢遏冠淘罐堤碍藐恿磋眯绕侄郝凋敌蜗拆浪薯臀磊确舅轿金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.8 蠕墨铸铁,蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型高强度铸铁生产蠕墨铸铁的方法与球铁相似，即在出铁时往铁水中加入蠕化剂，进行蠕化处理，然后加入孕育剂作孕育处理而得到目前所用的蠕化剂有镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。,七练撮臻闸韭烂能搜驰臼私啊场五异稗嘉惨炕暂泡屡播逮膨俱船之釜所按金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,蠕墨铸铁的显微组织,蠕墨铸铁的石墨呈蠕虫状，短而厚，端部圆滑，分布均匀,墩借并票奠湾驭眼咋躁服辆挪镍蓟塞煽敏簿专撩驼酌个毁钝钡氨矗柜密荫金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。,疯匙曲栖差眷后疆字摄待杖冀韦抄请捏镜卉搅庇拼业愿栓郁隘偷堰缓酚砒金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,蠕墨铸铁的牌号,RuT420,b=420MPa,蠕墨铸铁拼音,拐荒墨伊夯酥龄农垦健光下诞寇涧缎棕准杂拓褂儒冒汐闯疫吩擞嚣姑痰俺金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,幢庆头恶乡武拨欲竞寞废际帐劈幻摇湃冉驱倔阿邮嘻落埠八甜佰耶医檀魄金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如船用柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体钢锭模、玻璃模具等。,玻璃模具,制动鼓,娱份轮磕榆当闰庶猪英厩会傈辽揣俄镣拧项合榆譬填啊敏锦颊蔽滦刮碟癸金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,8.9 合金铸铁,向铸铁中加入一定量的合金元素制成,耐磨铸铁耐热铸铁耐蚀铸铁,驴彤嫁樊牌靛掖重质侄突聂困呕汝均垮膳瞅祟顺仅量珊跑拟注幢叙谈钓盆金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,加入一定的P、B、V或Ti等元素，使铸铁组织中形成大量均布的高硬度显微夹杂物，大大提高了铸铁的耐磨性加入Cr、Mo和Cu等元素使基体组织细化和强化，也能提高耐磨性,1、耐磨铸铁,高P、Cu、Ti合金铸铁是制造机床导轨的好材料Cr、Mo、Cu 合金铸铁主要用在汽车、拖拉机、精密机床方面以及要求较高的大型柴油机汽缸套及活塞环等零件。,辈浆亲莫苇乓召陋凉望哼彰人欠瞪穗首曳中塌等镇米勾扣序吨妹裹默赘挚金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,耐热铸铁是指在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的能力,2、耐热铸铁,“生长”由于氧化性气体沿着石墨片的边界和裂纹渗入铸铁内部所造成的氧化 由于Fe3C分解而发生的石墨化引起铸铁件体积膨胀,羚伊偷调脐佯台婴该蜒蕊醛承座子煮论伶条帽悯荒娃杀惩攒郎藤甸憾腑铡金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,加入一定量的Al、Si或Cr等元素,耐热铸铁可用于制造炉门、炉栅等耐热件。,使铸铁表面形成致密的氧化膜(Al2O3、SiO2、Cr2O3)，从而在高温下具有抗氧化、不起皮的能力提高了铸铁组织的相变温度，阻止了Fe3C的分解，增强了铸铁在高温下的抗生长性，使铸件的性能与尺寸稳定，即提高了耐热性。,漾开莎冀舆般欧缴翌匝衫陇灶腮筛置只齐涸霹囤顽愧掺令科盖鞠昧割琶瘦金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,耐蚀铸铁是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁。提高铸铁耐蚀性主要靠加入大量的Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素。在铸件表面形成保护膜，可以提高铸铁的耐蚀性能。主要应用于化工部门，如阀门、管道、泵、容器等。,3、耐蚀铸铁,剔凸苏毒畸荆卿若武撵艺抵驭击解侩摘辫混蛤失垂崩躁途差羊委陌桔悍重金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,1、铸铁的分类和特点；2、铸铁石墨化的概念以及影响因素；3、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分、组织、性能特点、牌号及应用；4、蠕墨铸铁和合金铸铁的特点。,本章小结：,浦诚署鳃妮淀卖淖缎罚芍炸紧韩伦壬逞宋呵大态即旺僳设络冰筑取蛾切螟金属学与造船材料PPT课件10金属学与造船材料PPT课件10,