金属材料焊接工艺 第3版 教案 26 铸铁的类型与性能

授课教案首页学年第学期机械工程学院材料技术系（部）焊接技术及自动化教研室课程名称金属材料焊接工艺任课教师授课形式理论教学课√内实践□理实一体□习题复习□考核评价□其他活动□课时安排2课时序号26授课日期月日月日月日月日授课班级教学内容：第六章铸铁的焊接1、铸铁的类型与性能教学目标：知识目标：1、了解铸铁的类型2、了解铸铁的性能能力目标：掌握铸铁的组织素质目标：1、培养学生良好的操作习惯2、具有与人沟通、与人合作的社会交往能力重点难点及解决方法：强调白口组织和灰铸铁的组织差异。授课地点：教室教学媒体：投影仪设备及材料：其它资源：学习效果评价方式：课堂提问及作业作业和思考题：（1）．工业上常用铸铁有哪几种？其中的石墨形态有何不同？（2）影响铸铁组织的因素有哪些？课后小结：通过考核同学们对以上知识能基本掌握。填表说明：1.序号，指该课程授课的顺序号，应与授课计划一致；2.授课形式在相应的选项打“√”。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段一、教学组织1．复习引入10分钟2．讲解45分钟3．提问20分钟4.小结15分钟二、教学内容习题课铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。工业常用铸铁中碳的质量分数在3.0%～4.5%之间，是以Fe、C、Si为主要组成元素并含有较多Mn、S、P等杂质的多元合金。铸铁具有良好的铸造性能，便于铸造生产形状复杂的机械零部件；另外还具有成本低，减摩性、减振性和切削加工性好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。能力知识点1铸铁的种类及成分特点按用途分为工程结构件用铸铁和特殊铸铁（抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁）；按碳的存在形式及石墨形态不同分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁共五大类。白口铸铁中碳绝大部分以渗碳体（FeC3）的形式存在，其断口呈亮白色，故称之为白口铸铁。渗碳体性能硬而脆，其硬度为800HBW左右，因而白口铸铁切削加工困难；主要用于炼钢原料，很少用于制造机械零件。灰铸铁中石墨以片状形式存在，其断口呈灰色。灰铸铁的强度低、塑性差；但灰铸铁抗压强度高、耐磨性好、减振性好、收缩率低、流动性好，且成本低廉，可以铸造形状复杂的机械零件，至今仍是工业中应用广泛的一种铸铁；常用于各种机床的床身及拖拉机、汽车发动机缸体、缸盖等铸件的生产。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段球墨铸铁中石墨以球状形式存在；在高温铁液中加入球化剂（稀土金属、镁合金和硅铁等）经球化处理后获得；强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通过热处理改善性能；广泛用于机械制造业中，常用于制造曲轴、大型管道、受压阀门和泵的壳体、汽车减速器外壳及齿轮、涡轮、蜗杆等。可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在；是由一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火获得的；与灰铸铁相比，具有较好的强度和塑性，耐磨性和减振性优于碳钢；主要用于管类零件和农机具等。蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在；生产方式与球墨铸铁相似；具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点；主要用来制造大功率柴油机气缸盖、电动机外壳等。能力知识点2铸铁的组织及性能铸铁的基体组织一般为铁素体、珠光体或二者的混合组织，可以认为铸铁是在钢的基体上加上石墨。性能主要取决于石墨的形状、大小、数量和分布等。石墨的强度、硬度极低（抗拉强度＜20MPa，硬度HBW≈3），塑性、韧性几乎等于零，其力学性能远低于基体组织，故石墨相当于在基体组织中存在无数个“小裂纹”，不仅降低了钢的有效承载面积，而且在尖角处还会产生应力集中，促使基体在较低应力作用下产生裂纹扩展甚至断裂，因此铸铁的强度、塑性和韧性比钢小得多。但正是由于铸铁中石墨的存在，使其具有优良的铸造性、切削加工性、减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。在灰铸铁中，由于片状石墨对基体有较大的割裂作用，通过改变基体组织不能显著提高其塑性和韧性，所以生产中只能通过改变基体组织中珠光体的数量，以改善铸铁的硬度和耐磨性，而铸铁的强度、塑性和韧性等，则主要由石墨决定。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段球墨铸铁中由于石墨呈球状分布，对基体的分割作用大为减小，故可有效利用基体的强度达70%～80%，因此其力学性能明显优于灰铸铁。球墨铸铁还可以通过合金化或热处理等途径来强化或改变基体组织，以达到提高力学性能的目的铸铁中碳的存在状态和基体组织决定于铸件的冷却速度（壁厚）及化学成分。图6-1为铸件壁厚及化学成分对铸铁组织的影响，当铸件壁厚增加时会降低冷却速度。元素的石墨化作用：促进石墨化的元素如C、Si、Al、Ti、Ni、Cu、P等和阻碍石墨化的元素如S、V、Mo、Cr、Mn等，如图6-2所示。碳和硅是灰铸铁中最重要的元素，碳是形成石墨的基础，硅是强烈促进石墨化的元素，在铸造中当冷却速度一定时，增加碳、硅的质