金屬材料焊接工藝 第3版 教案 26 鑄鐵的類型與性能

授課教案首頁(yè)學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)課√內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)26授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第六章鑄鐵的焊接1、鑄鐵的類型與性能教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解鑄鐵的類型2、了解鑄鐵的性能能力目標(biāo)：掌握鑄鐵的組織素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：強(qiáng)調(diào)白口組織和灰鑄鐵的組織差異。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：（1）．工業(yè)上常用鑄鐵有哪幾種？其中的石墨形態(tài)有何不同？（2）影響鑄鐵組織的因素有哪些？課后小結(jié)：通過(guò)考核同學(xué)們對(duì)以上知識(shí)能基本掌握。填表說(shuō)明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容習(xí)題課鑄鐵是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。工業(yè)常用鑄鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.0%～4.5%之間，是以Fe、C、Si為主要組成元素并含有較多Mn、S、P等雜質(zhì)的多元合金。鑄鐵具有良好的鑄造性能，便于鑄造生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件；另外還具有成本低，減摩性、減振性和切削加工性好等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。能力知識(shí)點(diǎn)1鑄鐵的種類及成分特點(diǎn)按用途分為工程結(jié)構(gòu)件用鑄鐵和特殊鑄鐵（抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐腐蝕鑄鐵）；按碳的存在形式及石墨形態(tài)不同分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵共五大類。白口鑄鐵中碳絕大部分以滲碳體（FeC3）的形式存在，其斷口呈亮白色，故稱之為白口鑄鐵。滲碳體性能硬而脆，其硬度為800HBW左右，因而白口鑄鐵切削加工困難；主要用于煉鋼原料，很少用于制造機(jī)械零件?；诣T鐵中石墨以片狀形式存在，其斷口呈灰色。灰鑄鐵的強(qiáng)度低、塑性差；但灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好、減振性好、收縮率低、流動(dòng)性好，且成本低廉，可以鑄造形狀復(fù)雜的機(jī)械零件，至今仍是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種鑄鐵；常用于各種機(jī)床的床身及拖拉機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等鑄件的生產(chǎn)。填表說(shuō)明：1.本頁(yè)可續(xù)頁(yè)；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程時(shí)間分配方法及手段球墨鑄鐵中石墨以球狀形式存在；在高溫鐵液中加入球化劑（稀土金屬、鎂合金和硅鐵等）經(jīng)球化處理后獲得；強(qiáng)度接近于碳鋼，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通過(guò)熱處理改善性能；廣泛用于機(jī)械制造業(yè)中，常用于制造曲軸、大型管道、受壓閥門和泵的殼體、汽車減速器外殼及齒輪、渦輪、蝸桿等?？慑戣T鐵中石墨以團(tuán)絮狀形式存在；是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火獲得的；與灰鑄鐵相比，具有較好的強(qiáng)度和塑性，耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼；主要用于管類零件和農(nóng)機(jī)具等。蠕墨鑄鐵中石墨以蠕蟲狀形式存在；生產(chǎn)方式與球墨鑄鐵相似；具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)；主要用來(lái)制造大功率柴油機(jī)氣缸蓋、電動(dòng)機(jī)外殼等。能力知識(shí)點(diǎn)2鑄鐵的組織及性能鑄鐵的基體組織一般為鐵素體、珠光體或二者的混合組織，可以認(rèn)為鑄鐵是在鋼的基體上加上石墨。性能主要取決于石墨的形狀、大小、數(shù)量和分布等。石墨的強(qiáng)度、硬度極低（抗拉強(qiáng)度＜20MPa，硬度HBW≈3），塑性、韌性幾乎等于零，其力學(xué)性能遠(yuǎn)低于基體組織，故石墨相當(dāng)于在基體組織中存在無(wú)數(shù)個(gè)“小裂紋”，不僅降低了鋼的有效承載面積，而且在尖角處還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，促使基體在較低應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展甚至斷裂，因此鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性比鋼小得多。但正是由于鑄鐵中石墨的存在，使其具有優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、減振性、耐磨性和低的缺口敏感性。在灰鑄鐵中，由于片狀石墨對(duì)基體有較大的割裂作用，通過(guò)改變基體組織不能顯著提高其塑性和韌性，所以生產(chǎn)中只能通過(guò)改變基體組織中珠光體的數(shù)量，以改善鑄鐵的硬度和耐磨性，而鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性等，則主要由石墨決定。填表說(shuō)明：1.本頁(yè)可續(xù)頁(yè)；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程時(shí)間分配方法及手段球墨鑄鐵中由于石墨呈球狀分布，對(duì)基體的分割作用大為減小，故可有效利用基體的強(qiáng)度達(dá)70%～80%，因此其力學(xué)性能明顯優(yōu)于灰鑄鐵。球墨鑄鐵還可以通過(guò)合金化或熱處理等途徑來(lái)強(qiáng)化或改變基體組織，以達(dá)到提高力學(xué)性能的目的鑄鐵中碳的存在狀態(tài)和基體組織決定于鑄件的冷卻速度（壁厚）及化學(xué)成分。圖6-1為鑄件壁厚及化學(xué)成分對(duì)鑄鐵組織的影響，當(dāng)鑄件壁厚增加時(shí)會(huì)降低冷卻速度。元素的石墨化作用：促進(jìn)石墨化的元素如C、Si、Al、Ti、Ni、Cu、P等和阻礙石墨化的元素如S、V、Mo、Cr、Mn等，如圖6-2所示。碳和硅是灰鑄鐵中最重要的元素，碳是形成石墨的基礎(chǔ)，硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，在鑄造中當(dāng)冷卻速度一定時(shí)，增加碳、硅的質(zhì)