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冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理第4章 模具材料与热处理第二节 金属材料特性4.2.1 钢冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理一、钢一、钢 1.1.化学成分对钢的力学性能的影响化学成分对钢的力学性能的影响2.钢的分类3.钢的牌号和应用钢的牌号和应用二、铸铁二、铸铁：三、三、非铁金属材料非铁金属材料四、四、粉末冶金材料粉末冶金材料Chapter 1 Chapter 1 金属材料特性金属材料特性主要内容主要内容冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1.4 1.4 金金 属属 材材 料料铸铁铸铁粉末粉末冶金材料冶金材料铝铝及其合金及其合金铜铜及其合金及其合金钢钢金属材料金属材料常用的金属材料包括常用的金属材料包括钢、铸铁、铜及其合金、铝及钢、铸铁、铜及其合金、铝及其合金、粉末冶金材料其合金、粉末冶金材料等，其中以钢和铸铁应用最为等，其中以钢和铸铁应用最为广泛。广泛。图图1-141-14 芜湖长江大桥芜湖长江大桥冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1.4.1 1.4.1 钢钢1.1.化学成分对钢的力学性能的影响化学成分对钢的力学性能的影响（1 1）杂质元素的影响：）杂质元素的影响：1)1)锰、硅的影响锰、硅的影响:有益元素有益元素.MnMn和和SiSi在钢中大部分溶于铁素体在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。起强化作用。MnMn能减轻能减轻S S的有害作用。的有害作用。FeSFeSMnMnMnSMnSFeFe 2)2)硫的影响硫的影响:有害元素有害元素.Fe FeS SFeSFeS，FeSFeS与与FeFe易形成低熔点的共晶体，可使钢引易形成低熔点的共晶体，可使钢引起热脆性。起热脆性。3)3)磷的影响磷的影响:有害元素有害元素.P P在钢中可溶于铁素体，使钢强度、硬度增加，塑性、韧性减在钢中可溶于铁素体，使钢强度、硬度增加，塑性、韧性减小，易使钢产生冷脆现象。但小，易使钢产生冷脆现象。但P P与与CuCu同时存在，可提高钢的同时存在，可提高钢的耐蚀性和耐磨性。耐蚀性和耐磨性。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理 (2)(2)合金元素的影响合金元素的影响l合金元素合金元素：是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入的元素：是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入的元素,对钢的力学性能有很大影响。对钢的力学性能有很大影响。1)1)对钢的强度的影响对钢的强度的影响:C C、SiSi、MnMn产生固溶强化，使钢的强度提高。产生固溶强化，使钢的强度提高。C C、N N、CrCr、AlAl形成碳化物或氮化物，使钢的强度和形成碳化物或氮化物，使钢的强度和 硬度提高。硬度提高。NbNb、V V、AlAl、TiTi可细化晶粒，提高钢的强度。可细化晶粒，提高钢的强度。2 2）对钢的韧性的影响）对钢的韧性的影响:NbNb、V V等元素可细化晶粒等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。从而也显著提高钢的韧性。C C、SiSi、MnMn一般使钢的韧性降低一般使钢的韧性降低。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(1)(1)按化学成分分类按化学成分分类:根据各种合金元素规定含量界限值根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为将钢分为1 1）非合金钢（碳素钢），）非合金钢（碳素钢），分普通碳素结构钢、优质碳素分普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于结构钢、碳素工具钢。含碳量小于0.25%0.25%为低碳钢，为低碳钢，0.250.250.6%0.6%为中碳钢，大于为中碳钢，大于0.6%0.6%为高碳钢，。为高碳钢，。2 2）低合金高强度结构钢，低合金高强度结构钢，3 3）合金钢。）合金钢。钢的分类钢的分类化学成分化学成分质量等级质量等级主要性能主要性能使用特性使用特性2.2.钢的分类钢的分类冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理表表1-2 1-2 部分合金元素规定质量分数界限值部分合金元素规定质量分数界限值 (%)(%)合金元素合金元素非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢CrCr0.300.300.300.500.300.50 0.500.50MnMn1.001.001.001.401.001.401.401.40MoMo0.050.050.050.100.050.100.100.10NiNi0.300.300.300.500.300.500.500.50SiSi0.500.500.500.900.500.900.900.90冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(2)(2)按主要质量等级分类按主要质量等级分类1)1)普通质量钢普通质量钢：即对生产过程中控制质量无特殊规定的、即对生产过程中控制质量无特殊规定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。一般用途的非合金钢和低合金钢。S S、P P含量均小于含量均小于0.045%0.045%。2)2)优质钢优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢即在生产过程中需要按规定控制质量的钢,并并达到比普通质量钢较高的质量要求。达到比普通质量钢较高的质量要求。S S、P P含量均小于含量均小于0.040%0.040%。3 3）特殊质量钢：）特殊质量钢：即在生产过程中需要严格控制质量和性即在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢能的钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。洁度等。S S、P P含量均小于含量均小于0.020%0.020%。按质量等级按质量等级普通质量钢普通质量钢优质钢优质钢特殊质量钢特殊质量钢冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(3)(3)按使用特性分类按使用特性分类可分为：可分为：工具钢，工具钢，工程结构用钢，工程结构用钢，机械结构用钢，机械结构用钢，不锈耐蚀钢，不锈耐蚀钢，耐热钢等。耐热钢等。工程工程结构用钢结构用钢耐热钢耐热钢不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢机械机械结构用钢结构用钢工具钢工具钢使用特性使用特性冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(1)(1)非合金钢非合金钢1)1)碳素结构钢碳素结构钢牌号牌号：例如例如 Q235FQ235F “Q”“Q”表示屈服点，表示屈服点，“235”235”表示屈服点值为表示屈服点值为235MPa,235MPa,“F”“F”表示脱氧方法（沸腾钢）。表示脱氧方法（沸腾钢）。碳素结构钢碳素结构钢w(Cw(C)为为0.06%0.38%0.06%0.38%。用途用途 ：主要用来制造：主要用来制造一般工程结构和普通机床零件一般工程结构和普通机床零件 ，通常轧制成各种通常轧制成各种型材、板材和线材型材、板材和线材等。等。3.3.钢的牌号和应用钢的牌号和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理牌号牌号质量质量等级等级化学成分化学成分(质量分数质量分数,%),%)力学性能力学性能C CMnMnSiSiS SP Pss/MPaMPabb/MPaMPa(%)(%)不大于不大于Q195Q1950.060.0.060.12120.250.250.500.500.030.030.0500.0500.00.045451951953153154304303333Q215Q215A A0.090.0.090.15150.250.250.550.550.300.300.0500.0500.00.045452152153353354504503131Q255Q255A A0.180.0.180.28280.400.400.700.700.300.300.0500.0500.00.045452552554104105505502424Q275Q2750.280.0.280.38380.500.500.800.800.350.350.0500.0500.00.045452752754904906306302020表表1-3 1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2)2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号：是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平均碳的质量分数（万分数）。均碳的质量分数（万分数）。例如例如45钢钢:表示平均表示平均w(C)为为0.45%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。若为沸腾钢，则在牌号后加若为沸腾钢，则在牌号后加“F”符号，如符号，如08F。若含锰量较高，则在数字后加若含锰量较高，则在数字后加“Mn”符号。符号。用途用途：主要用来制造比较重要的机械零件，主要用来制造比较重要的机械零件，如轴、连杆、弹簧等。如轴、连杆、弹簧等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理牌牌号号化学成分化学成分（质量分数，（质量分数，%）力学性能（不小于）力学性能（不小于）应用举例应用举例C CSiSiMnMn s s/MPMPa a b b/MPMPa a(%)(%)(%)(%)HBSHBS(热热轧）轧）08F0.050.110.030.250.502951753560131要求冷成形性和焊要求冷成形性和焊接性良好的零件，接性良好的零件，如冲压件、焊接件如冲压件、焊接件等。等。200.170.230.170.370.350.654102452555156同上，且用于要求同上，且用于要求内韧外硬的渗碳件。内韧外硬的渗碳件。600.570.650.170.370.500.806754001535255经淬火和中温回火经淬火和中温回火具有较高弹性的各具有较高弹性的各类弹簧等。类弹簧等。表表1-4 1-4 优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 牌号牌号：是用规定符号是用规定符号T T（碳字碳字的汉语拼音字首）和数字表的汉语拼音字首）和数字表示。示。例如例如 T10AT10A “10”“10”表示平均表示平均w(C)w(C)为为0.100.10%，“A”A”表示高级优质。表示高级优质。用途用途:用于制造不受冲击、用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具，如高硬度、耐磨的工具，如锉刀、手锯条、拉丝模等。锉刀、手锯条、拉丝模等。图图1-15丝锥丝锥冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理牌号牌号化学成分（质量分数，化学成分（质量分数，%）试样淬火试样淬火HRCHRC（不不小于）小于）应用举例应用举例C CSiSiMnMnT8T80.750.750.840.840.350.350.400.40（780780800800，水淬）水淬）6262承受冲击，要求较高硬承受冲击，要求较高硬度的工具。如压缩空气度的工具。如压缩空气工具等。工具等。T9AT9A0.850.850.940.940.400.40（760760780,780,水淬）水淬）6262韧性中等，硬度高的工韧性中等，硬度高的工具。如冲头、木工工具，具。如冲头、木工工具，凿岩工具。凿岩工具。T10T100.950.951.041.04不受剧烈冲击、高硬度、不受剧烈冲击、高硬度、耐磨的工具。如冲头、耐磨的工具。如冲头、手锯条等。手锯条等。T12AT12A1.151.151.241.24不受冲击、要求高硬度、不受冲击、要求高硬度、高耐磨的工具。如锉刀、高耐磨的工具。如锉刀、量具等。量具等。表表1-51-5 碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(2)(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号牌号：例如：例如 Q390AQ390A “QQ”表示屈服点，表示屈服点，“390390”表示屈服点值为表示屈服点值为390MPa390MPa，“A A”表示质量等级表示质量等级为为A A 级。级。用途用途：低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理，低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理，综合力学性能良好，用于桥梁、船舶、车辆、高压容综合力学性能良好，用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。器、管道、建筑物等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(3)(3)合金钢合金钢1 1）合金结构钢）合金结构钢 牌号牌号：例如例如 60Si2Mn60Si2Mn,“6060”表示平均表示平均w(C)=0.6%w(C)=0.6%，“Si2 Si2”表示平均表示平均w(Siw(Si)=2%)=2%，“MnMn ”表示平均表示平均w(Mnw(Mn)1.5%)1.5%。用途用途：合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢，常合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢，常用来制造用来制造重要的零件重要的零件，如，如齿轮、轴类、弹簧齿轮、轴类、弹簧等。等。例：渗碳钢，例：渗碳钢，20CrMnTi20CrMnTi；调质钢，调质钢，40CrMn40CrMn；弹簧钢，弹簧钢，60Si2Mn60Si2Mn。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2 2）合金工具钢）合金工具钢牌号牌号：例例1 1：低合金工具钢低合金工具钢:9SiCr9SiCr “9 9”表示平均表示平均w(C)=0.9%w(C)=0.9%，“SiSi”表示平均表示平均w(Si)1.5%w(Si)1.5%，“CrCr”表示平均表示平均 w(Cr)1.5%w(Cr)1.5%。用途用途：合金工具钢的力学性能：合金工具钢的力学性能 优于碳素工具钢，优于碳素工具钢，广泛用于制广泛用于制造各种刃具、量具、模具等。如造各种刃具、量具、模具等。如钻头、绞刀、量块和冲模等。钻头、绞刀、量块和冲模等。图图1-161-16 硬质合金冲模硬质合金冲模冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理例例1：高合金工具钢：高合金工具钢高速钢：高速钢：W18Cr4V平均平均w(C)w(C)为为0.70.70.8%0.8%，“W18”W18”表示平均表示平均 w(W)=18%w(W)=18%，“Cr4”Cr4”表示平均表示平均w(Cr)=4%w(Cr)=4%，“V”V”表示平均表示平均w(V)w(V)1.5%1.5%。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(4)(4)铸钢铸钢 即在凝固过程中即在凝固过程中不经历共晶转变不经历共晶转变的用于生产铸件的的用于生产铸件的铁基合金。铁基合金。性能特点性能特点：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，用途用途：主要用于制造承受：主要用于制造承受 重载荷及冲击载荷重载荷及冲击载荷的构件。的构件。如锻锤机架、齿轮、轧辊等。如锻锤机架、齿轮、轧辊等。在各类铸造合金中，在各类铸造合金中，铸钢的应用仅次于铸铁。铸钢的应用仅次于铸铁。主要主要分为分为：铸造碳钢和：铸造碳钢和 铸造合金钢。铸造合金钢。图图1-171-17 铸钢件铸钢件冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1)1)铸造碳钢铸造碳钢牌号牌号：例如例如 ZG230450450b450MPa；230s（0.2）230MPa；ZG“铸钢铸钢”汉语拼音首字母。汉语拼音首字母。性能特点性能特点：有一定的强度和较好的塑性、有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加韧性，焊接性能良好，切削加工性尚好。工性尚好。用途用途：作砧座、轴承盖、齿轮等。：作砧座、轴承盖、齿轮等。图图1-181-18 各种各种铸钢件铸钢件冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理牌号牌号化学成分（质量化学成分（质量分数，分数，%）力学性能（最小值）力学性能（最小值）主要特点及应用主要特点及应用C CSiSiMnMn s s(0.20.2)/MPaMPa b b/MPaMPa(%)(%)ZG2004000.200.500.8020040025塑性、韧性较好，强度、塑性、韧性较好，强度、硬度较低，焊接性良好，硬度较低，焊接性良好，但铸造性能差，用于受力但铸造性能差，用于受力不大，韧性要求较高的零不大，韧性要求较高的零件。如机座、机架等。件。如机座、机架等。ZG3406400.600.600.9034064010强度、硬度较高，塑性、强度、硬度较高，塑性、韧性较差，焊接性和铸造韧性较差，焊接性和铸造性能均差，用于受力较大性能均差，用于受力较大的耐磨零件。如齿轮、棘的耐磨零件。如齿轮、棘轮、车轮等。轮、车轮等。表表1-6 1-6 铸造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用铸造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2)2)铸造合金钢铸造合金钢 即为改善性能而添加的合金元素含量即为改善性能而添加的合金元素含量超过超过铸造碳钢范围的铸造碳钢范围的铸钢。铸钢。牌号牌号：例如例如 ZG30MnSi1ZG30MnSi1 30 W30 W（C C）为为0.3%0.3%左右。左右。Si WSi W（Si Si）为为0.91.4%0.91.4%MnMn WW（MnMn）为为0.91.4%0.91.4%主要特点主要特点：耐磨性高。：耐磨性高。用途用途：用于受力较大的耐磨零件，：用于受力较大的耐磨零件，如链轮、齿轮、承力支架等。如链轮、齿轮、承力支架等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1.4.2 1.4.2 铸铸 铁铁l铸铁铸铁：在凝固过程中在凝固过程中经经历共晶转变历共晶转变，用于生产，用于生产铸件的铁基合金的总称。铸件的铁基合金的总称。性能特点性能特点：良好的铸造性能、切削良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性和减加工性能、耐磨性和减震性，且熔炼工艺与设震性，且熔炼工艺与设备比较简单，成本低廉。备比较简单，成本低廉。用途用途：铸铁件占铸件总产铸铁件占铸件总产量的量的80%80%左右。左右。如如机床床身、箱体机床床身、箱体等。等。w(Si)1.0%3.0%w(Mn)0.5%1.3%w(P)0.3%w(S)0.15%w(C)2.5%4.0%铸铁的铸铁的化学成分化学成分冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1.1.铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图铸铁中，碳的存在铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体形式有渗碳体（FeFe3 3C C）和游离状态的石墨和游离状态的石墨（G G）两两种。种。铁碳合金实际上存在铁碳合金实际上存在两两种相图种相图：（1 1）FeFeFeFe3 3C C相图，相图，（2 2）FeFeGG相图。相图。图图1-19 1-19 铁碳双重相图铁碳双重相图 冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理二、铁碳合金相图图4-13简化后的Fe-相图冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1.Fe-相图中的特性点表4-3Fe-相图中的特性点冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2.Fe-相图中的特性线（1）ACD线（2）ECF线（3）GS线（4）GP线（5）ES线（6）PSK线 （7）PQ线冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理表4-4Fe-相图中的特性线冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理3.Fe-相图中的各区域组织表4-5 Fe-相图中的各区域组织冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理4.铁碳合金的分类表4-6铁碳合金的分类冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2.2.2.2.铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程(三个过程三个过程三个过程三个过程)第一阶段：高温石墨化阶段，第一阶段：高温石墨化阶段，“一次结晶析出石墨一次结晶析出石墨GG”11541154：L L4.26 4.26 A A2.082.08+G+G(共晶共晶)第二阶段：中间石墨化阶段，第二阶段：中间石墨化阶段，“二次结晶析出二次结晶析出GG”1154-7381154-738：A GA G第三阶段：低温石墨化阶段，第三阶段：低温石墨化阶段，“共析反应析出共析反应析出GG”738738：A A0.680.68 F+G F+G(共析共析)冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理 铸铁的组织铸铁的组织：铸铁按石墨化程度的不铸铁按石墨化程度的不同可获得三种不同基体的组同可获得三种不同基体的组织：织：（1 1）珠光体）珠光体+石墨，石墨，（2 2）珠光体）珠光体+铁素体铁素体+石墨，石墨，（3 3）铁素）铁素体体+石墨石墨。铁素体铁素体+石墨石墨铁素体铁素体+珠光体珠光体+石墨石墨珠光体珠光体+石墨石墨铸铁组织铸铁组织冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理3.3.影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素主要有影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分化学成分和和冷却速度冷却速度。（1 1）化学成分）化学成分 碳和硅碳和硅 分别是分别是形成石墨形成石墨和和强烈促进强烈促进石墨化的元素，石墨化的元素，铸铁中碳、硅含量越高，石墨越容易析出。铸铁中碳、硅含量越高，石墨越容易析出。硫硫强烈强烈阻碍阻碍石墨化，且容易增加铸铁的热裂倾向，石墨化，且容易增加铸铁的热裂倾向，锰锰虽然虽然阻碍阻碍石墨化，但锰与硫能形成硫化锰，有利石墨化，但锰与硫能形成硫化锰，有利于于减弱减弱硫的不利影响，而且还能促进珠光体形成，强硫的不利影响，而且还能促进珠光体形成，强化基体，故铸铁中必须含一定量的锰。化基体，故铸铁中必须含一定量的锰。磷磷是是微弱促进微弱促进石墨化的元素，但会增加铸铁的冷脆性石墨化的元素，但会增加铸铁的冷脆性。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理（2)2)冷却速度冷却速度1 1）慢冷慢冷：利于石墨析出并长大，形成灰口，：利于石墨析出并长大，形成灰口，2 2）快冷：快冷：石墨来不及析出，石墨来不及析出，碳碳以以FeFe3 3C C存在，形成白口。存在，形成白口。注注：要要获获得得所所需需的的组组织织和和性性能能的的铸铸件件，应应根根据据铸铸件件的的壁壁厚厚，控控制制铸铸件件中中碳碳和和硅硅的的含含量量，配配合合以以适适当当的的含含锰锰量量，并严格控制硫、磷的含量。并严格控制硫、磷的含量。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理（3）变质处理（孕育处理）变质处理（孕育处理）l变质处理变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如如SiSiFeFe、SiSiCaCa合金，以增加石墨的结晶核心，合金，以增加石墨的结晶核心，促进石墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。促进石墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。l变质铸铁变质铸铁（孕育铸铁）（孕育铸铁）即经过变质处理后所获得的高强度铸铁。即经过变质处理后所获得的高强度铸铁。性能特点性能特点：强度较高，塑性、韧性得到改善。：强度较高，塑性、韧性得到改善。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理4.4.铸铁的分类、牌号及应用铸铁的分类、牌号及应用按碳的存在形式和石墨形态的不同，可以按碳的存在形式和石墨形态的不同，可以将铸铁分为将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型。等类型。铸铁铸铁按石墨形态按石墨形态按碳的存在形式按碳的存在形式白口铸铁白口铸铁 麻口铸麻口铸铁铁灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理铸铁中常见的石墨形态铸铁中常见的石墨形态（示意图示意图）铸铁中常见的石墨形态铸铁中常见的石墨形态 (1)(1)片状片状（2 2）球状）球状（3 3）团絮状）团絮状（4 4）蠕虫状）蠕虫状冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理(1)(1)白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁：碳以游离碳化物碳以游离碳化物的形式析出的铸铁，断口呈的形式析出的铸铁，断口呈白色。白口铸铁硬而脆，难白色。白口铸铁硬而脆，难以加工，很少用来制造零件，以加工，很少用来制造零件，有时利用其硬而耐磨的特点有时利用其硬而耐磨的特点制造某些耐磨零件，如球磨制造某些耐磨零件，如球磨机的衬板、磨球等。机的衬板、磨球等。（2 2）麻口铸铁）麻口铸铁麻口铸铁麻口铸铁：碳部分以游离碳化碳部分以游离碳化物形式析出，部分以石墨形物形式析出，部分以石墨形式析出的铸铁，断口呈灰白式析出的铸铁，断口呈灰白色相间。色相间。图图1-211-21 灰口铸铁灰口铸铁图图1-201-20 白口铸铁白口铸铁冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理（3 3）灰铸铁）灰铸铁灰铸铁灰铸铁：又称片墨铸铁，：又称片墨铸铁，碳主要以碳主要以片状石墨片状石墨形成或析出的铸铁。形成或析出的铸铁。1)1)灰铸铁的性能灰铸铁的性能力学性能力学性能较差（相比碳钢）。较差（相比碳钢）。工艺性能工艺性能铸造性能良好，切削加工性能良好，铸造性能良好，切削加工性能良好，不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。其它使用性能其它使用性能耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理2)2)灰铸铁的牌号及应用灰铸铁的牌号及应用牌号牌号：例如：例如 HT200HT200 “200”“200”：抗拉强度抗拉强度 b b200MPa200MPa，“HT”HT”：灰铁的汉语拼音首字母。灰铁的汉语拼音首字母。应用应用：用于制造机座、支架、用于制造机座、支架、缝纫机零件、车床床身等。缝纫机零件、车床床身等。图图1-221-22 灰铸铁件灰铸铁件冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理类类别别牌号牌号铸件壁铸件壁厚厚/cm/cm基体基体组织组织最小抗拉强度最小抗拉强度 b b/MPa/MPaHBSHBS应用举例应用举例普普通通灰灰铸铸铁铁HT100HT1002.5102.510102010202030203030503050F F13013010010090908080110167110167931409314087131871318212282122 负荷很小的不负荷很小的不重要零件。如重重要零件。如重锤、防护罩、盖锤、防护罩、盖板等板等普普通通灰灰铸铸铁铁HT150HT1502.5102.510102010202030203030503050F+PF+P175175145145130130120120136205136205119179119179110167110167105157105157 承受中等负荷件。承受中等负荷件。如机座、支架、如机座、支架、箱体、轴承座、箱体、轴承座、缝纫机零件等缝纫机零件等表表1-7 1-7 灰铸铁部分牌号、力学性能和应用灰铸铁部分牌号、力学性能和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理类类别别牌号牌号铸件壁铸件壁厚厚/cm/cm基体基体组织组织最小抗拉强度最小抗拉强度b/MPab/MPaHBSHBS应用举例应用举例孕孕育育铸铸铁铁HT250HT250410410102010202030203030503050P P270270240240220220200200174262174262164247164247157236157236150225150225 负荷较大的负荷较大的铸件，尤其是厚铸件，尤其是厚壁件。如机体、壁件。如机体、阀体液压缸等。阀体液压缸等。HT300HT300102010202030203030503050290290250250230230182272182272168251168251161241161241 载荷较大的载荷较大的重要铸件，尤其重要铸件，尤其是厚壁件。如齿是厚壁件。如齿轮、凸轮、重型轮、凸轮、重型机床床身、液压机床床身、液压件等件等续上表：续上表：冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理3 3）孕育铸铁）孕育铸铁l孕育铸铁孕育铸铁：铁液经孕育处理铁液经孕育处理后获得的亚共晶灰铸铁。后获得的亚共晶灰铸铁。性能特点性能特点：孕育铸铁性能对：孕育铸铁性能对壁厚的敏感性很小，组织和壁厚的敏感性很小，组织和性能的均匀性很好，性能的均匀性很好，应用应用：适用于制造载荷较大、：适用于制造载荷较大、耐磨性减震性要求较高的耐磨性减震性要求较高的重要铸件，特别是厚重要铸件，特别是厚大铸件。如机床床身、发动大铸件。如机床床身、发动机气缸体等。机气缸体等。图图1-231-23 孕育剂孕育剂冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理（）球墨铸铁（）球墨铸铁1)球墨铸铁球墨铸铁：铁液经过球化铁液经过球化处理和孕育处理，使石墨处理和孕育处理，使石墨大部分或全部呈球状的铸大部分或全部呈球状的铸铁。铁。2)化学成分、组织、性能化学成分、组织、性能：化学成分特点化学成分特点：高碳、硅，低锰、：高碳、硅，低锰、磷、硫。磷、硫。图图1-241-24 球墨铸铁球墨铸铁冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理组织组织：FG球，球，FPG球，球，PG球。球。性能性能：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁），：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁），同时具有灰铁的优良性能。同时具有灰铁的优良性能。3）球墨铸铁的牌号和应用）球墨铸铁的牌号和应用牌号牌号：例如例如 QT600QT6003 3 “QT”“QT”球铁的汉语拼音首字母，球铁的汉语拼音首字母，“600”600”抗拉强度抗拉强度 b b300Mpa300Mpa，“3”3”伸长率伸长率3%3%。应用应用：用于制造汽车曲轴、连杆、蜗轮、齿轮等零件。：用于制造汽车曲轴、连杆、蜗轮、齿轮等零件。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理 牌号牌号 基体基体机械性能机械性能应应用用举举例例 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa 5 5%a ak k kJmkJm2 2HBSHBSQT400-18QT400-18F F4004002502501818600600130130180180 汽汽车车、拖、拖拉机后拉机后桥桥壳壳QT500-7QT500-7F F+P P5005003503507 7170170230230 齿轮齿轮QT1200-1QT1200-1B B下下120012008408401 13003003838HRCHRC汽汽车车、拖、拖拉机拉机传动传动齿轮齿轮表表1-8 1-8 球墨铸铁部分牌号、力学性能和应用球墨铸铁部分牌号、力学性能和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理4）常用的球墨铸铁）常用的球墨铸铁目前应用最为广泛的是珠目前应用最为广泛的是珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。铁。（1 1）珠光体球墨铸铁）珠光体球墨铸铁 指指基体主要为珠光体基体主要为珠光体的球墨的球墨铸铁，强度、硬度高铸铁，强度、硬度高,耐磨性耐磨性好。好。（2 2）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁 指指基体主要为铁素体基体主要为铁素体的球墨的球墨铸铁，抗拉强度比珠光体球铁铸铁，抗拉强度比珠光体球铁低，但塑性、韧性较高，力学低，但塑性、韧性较高，力学性能优于可锻铸铁。性能优于可锻铸铁。图图1 1-2 25 5珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁图图1-26铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁图图1-27混混合合基基体体球球墨墨铸铸铁铁冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理（5 5）可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁：可锻铸铁：又称马铁或玛钢又称马铁或玛钢。是白口铸铁通过是白口铸铁通过石墨化退石墨化退火火处理，改变其金相组织或处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的成分而获得的有较高韧性的铸铁。铸铁。可锻铸铁中的碳主要以可锻铸铁中的碳主要以团团絮状石墨絮状石墨存在。存在。图图1-281-28 可锻铸铁可锻铸铁冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲：颜志勇第四章模具材料与热处理1 1）化学成分：化学成分：W(C)：2.42.8%，W(Si)：1.22.0%，W(Mn)：0.41.2%，W(S)0.1%，W(P)0.2%。2 2）性能特点性能特点：灰铸铁相比不仅有较高的强度，