机械设计时常用的金属材料培训.ppt

《机械设计时常用的金属材料培训.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计时常用的金属材料培训.ppt（76页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,常用金属材料培训,常用金属材料,金属材料分为两大类：铁合金（钢、铸铁和铁合金）非铁合金除铁合金外的所有金属及合金。金属材料中 95为钢铁，是应用最多的工程材料。,碳素钢（碳钢）,碳素钢的合金元素含量低，GB/1330491规定，Cr0.30、Mn1.0、Mo0.05、Si0.50、Ti0.05、W0.10、V0.04。碳素钢中的碳质量分数 2.11，钢中还含有C、Si、Mn、S、P等合金元素。,碳素钢的分类,按碳质量分数分类按质量分类按用途分类,碳素钢中各元素对钢性能的影响,C的影响：碳质量分数小于0.9时，随碳质量分数的增加，钢的强度、硬度呈直线上升，而塑性、韧性下降。当碳质量分数大于0.

2、9时，硬度继续上升，而强度开始下降，塑性、韧性继续下降。Mn和Si：有益元素。通常Mn含量在0.250.80，最高达0.701.2。Mn与S、O可形成MnO、MnS，起到脱氧去硫的作用，从而可降低钢的热脆性；Mn和Si可溶于铁素体中形成固溶体，从而提高钢的强度和硬度。S和P：有害元素。S与Fe形成的FeS与Fe在钢中形成低熔点的共晶体（熔点983），分布在晶界上，在10001200对钢进行加热锻造时，共晶体将熔化，使钢产生热脆开裂现象。P与Fe形成的Fe3P极脆。含P量高时，在室温或较低温度进行加热时易变脆开裂，称为冷脆。,一碳素结构钢（GB70088）,约占钢总产量的 7080，大部分作工程

3、结构件。牌号：Q+S+质量等级+脱氧方法质量等级为 A、B、C、D四个等级。脱氧方法：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）；Z、TZ在牌号中不标出。如：Q215-AF表示S215MPa，质量为A级的沸腾钢；Q235-Bb表示S235MPa，质量为B级的半镇静钢。用途：Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，通常轧制成型材，如钢板、钢管等，用于桥梁、建筑、车辆行业；Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。这类钢一般在热轧状态使用，不再进行热处理。,二优质碳素结构钢,用平炉或电炉冶炼。其中 S0.035、P0.035，化学成分加以严格控制，塑性、韧性较高

4、，多用于制造重要的零件。这类钢 HBS、S、b高，经热处理后力学性能较好。钢的牌号用 2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数。45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢。数字后加F的为沸腾钢，如08F；数字后加Mn的为含锰量较高的钢,如45Mn。牌号自08，1080，中间为5进制。08、10钢，含碳量很低，塑性很好，可用来作冲压件。1525钢，低碳钢，b不高，而塑性韧性较好，具有良好的冲压性和可焊性，可用来制作冲压件、螺钉、螺帽等。经渗碳淬火后可获得表面硬度高而心部韧性好的零部件，常用作渗碳用钢，亦称碳素渗碳钢。3050钢，中碳钢，经调质处理后使用，可获得既有一定强度和硬度，又有一定

5、塑性和韧性良好配合的综合力学性能，亦称碳素调质钢，可制作锻件、热冲压件、冷镦件、齿轮、轴类等零件。5580钢，含碳量较高，强度高而塑性低，具有一定的耐磨性，经热处理后有很高的弹性极限，常用于制造各种弹性零件，亦称碳素弹簧钢。也可用作耐磨零件和机车车轮等。,三.碳素工具钢（GB129886）,碳素工具钢含碳量较高（0.651.35）。碳素工具钢按S、P含量分为2组：第一组是高级优质钢：S0.020,P0.030；第二组是优质钢：S0.030，P0.035。碳素工具钢的牌号是用“碳或T+数字”表示，数字表示钢的平均碳质量分数的千分数。如碳12或T12表示钢的平均碳质量分数为1.2的碳素工具钢。若是

6、高级优质碳素工具钢，则在钢号数字后加一个“高”或“A”，如T8A或碳8高。如有T8Mn或T8MnA，则表示碳质量分数为0.8,含Mn量较高的碳素工具钢或高级碳素工具钢。碳素工具钢一般经淬火+低温回火后使用，硬度大于64HRC。随着碳质量分数的增加，热处理后钢的耐磨性提高，而塑性、韧性降低。由于碳素工具钢的淬透性不高，故适用于小尺寸的模具、刀具和量具等。T7、T8硬度高，韧性较高，可制作冲头、凿子、锤子等工具；T12、T13等硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。工作温度一般不超过180，否则硬度急剧下降。,四.铸造碳钢,用于铸造的碳素钢称为铸造铸钢，简称铸钢。对于形状复杂

7、，而性能要求较高的零件，用锻件及铸件的材料达不到要求时，可选用铸钢件来制造。铸钢一般是亚共析钢，碳质量分数在0.150.60之间.铸钢的牌号是“ZG”加2组数字组成，第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。如ZG230450表示S为230MPa和b为450MPa。常用牌号有：ZG200400、ZG230450、ZG270500、ZG310570、ZG340640。,五.低淬透性含钛优质碳素结构钢,这类钢淬透性很低，含钛量较高，Ti=0.030.12,不含其他合金元素。广泛用于制造汽车、拖拉机的小模数齿轮和轴等零件。牌号以2位数字加D、Ti表示。数字表示平均碳质量分数为万分数，D表示低淬

8、透性，Ti表示含钛量。如55DTi表示平均碳质量分数为0.55的低淬透性含钛优质碳素结构钢。,低合金钢与合金钢,低合金钢与合金钢是以合金元素含量多少区分的；,低合金钢与合金钢的分类,合金钢的编号,编号方法原则采用“数字+化学元素符号+数字”的方法。,（1）合金结构钢编号,前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，用化学符号表示，后面的数字表示合金元素平均含量的百分数。合金元素的平均含量四舍五入。如0.370.45C，0.801.10Cr的铬钢，以40Cr表示；含0.570.65C，1.52.0Si、0.801.10Mn的硅锰钢，以60Si2Mn表示。如含S、P量低

9、的高级优质钢，则在钢号的末尾加以符号“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳质量分数为0.20、Cr=2.0、Ni=4.0的高级优质合金钢。,（2）滚动轴承钢与易切钢,滚动承钢牌号为“G+平均铬质量分数的千分数”组成，碳质量分数不标出。如GCr15（滚铬15）表示平均含铬量为1.5的滚动轴承钢。易切钢为“Y”+碳质量分数的万分数。如Y12、Y20分别表示平均碳质量分数为0.12、0.20的易切钢。,（3）合金工具钢,合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别的是平均碳质量分数1.0时不标出，1.0时以千分数表示。如9SiCr表示平均碳质量数为0.9，Si、Cr的平均含量1.5；CrM

10、n表示平均碳质量分数1.0，Cr、Mn平均含量1.5。对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。如W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.70.8、含钨量为18、含铬量为4、含钒量1.5。,（4）特殊性能钢,牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。如9Cr18表示碳质量分数为0.9，含铬量为18。当平均碳质量分数0.03及0.08时，在钢号前分别标以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数0.03、含铬量为18、含镍量为10；又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数0.08、平均含铬量为19、平均含镍量为9。,3合金元素在钢中的作用,常用的合金元素有：Mn、Si、Cr、Ti、Ni

11、、V、Mo、W、等。,3合金元素在钢中的作用,（1）合金元素对钢的基本相的影响（2）合金元素对Fe-C状态图的影响（3）合金元素对热处理的影响,（3）合金元素对热处理的影响,1）金元素对钢加热时奥氏体化的影响2）合金元素对过冷奥氏体转变的影响3）合金元素对马氏体转变的影响4）合金元素对淬火钢回火转变及性能的影响,合金钢回火转变特点,提高合金钢的回火稳定性：较高温度回火时仍能保持较高强度和硬度。合金钢有2次淬火和2次硬化现象：合金元素含量较高，残余奥氏体稳定，加热到500600温度范围回火时也不分解，而在冷却时有部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度提高，这种现象称为2次淬火。含W、Mn、V、C

12、r、Ti等合金元素量高时，在500600回火，会直接从马氏体中析出弥散分布、颗粒细小的特殊碳化物、使钢的硬度不但不会下降，反而有所升高，这种现象称为2次硬化。,合金钢回火转变特点,回火脆性：淬火后，在某一温度范围回火后出现脆化现象，称为回火脆性。在250350回火产生的脆性，称为低温回火脆性或第一类回火脆性；在500650回火产生的脆性，称为高温回火脆性或第二类回火脆性。第一类回火脆性与回火后的冷却速度无关，无法消除。应避开此温度范围。第二类回火脆性与冷却速度有关，快速通过500650，抑制脆化出现。防止第二类回火脆性的主要措施有：第一，冶炼时提高钢的纯度，减少杂质元素的含量；第二，采用回火时

13、快速冷却，抑制元素偏聚；第三，在钢中加入适量的Mo、W，也可阻止杂质元素偏聚；第四，采用二次淬火改善杂质元素的分布情况。,二.合金结构钢,1工程结构钢,（1）低合金结构钢低碳、低合金，C0.2，合金元素总量3.0，可分为F-P钢，低碳B钢和低碳M钢。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。Mn是基本强化元素，1.8时，除固溶强化外，还可细化F晶粒，提高强度、改善塑性。Ti、Nb、V等生成微细碳化物起到细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的强度和韧性。少量Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。一般不进行热处理，在热轧正火状态使用。（2）船钢和锅炉钢专用于造船和锅炉制造的低合金结构钢，有专用牌号。船钢含P量不

14、能太低，以保证一定的抗蚀性，碳质量分数不能太高，以提供良好的焊接工艺。锅炉钢Si含量不能太低，以保证Si氧化膜覆盖于钢的表面，提高钢的强度、韧性和抗氧化性，碳质量分数不能太高，便于焊接。,机器结构用钢之（1）合金调质钢,是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。组织为S回。C为0.300.50。含有较多的Mn、Cr、Si、Ni、B等，可固溶强化F，增加淬透性；另外含有少量的Mo、W、V等元素，形成特殊碳化物，细化晶粒，提高回火稳定性，防止第二类回火脆性。按淬透性大小可分三类：1）低淬透性合金调质钢主要40Cr、40MnB等。合金元素总量2.5，淬透性低，综合力学性能及工艺性能好，可用于制造

15、中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连杆、齿轮。2）中淬透性合金调质钢主要牌号35CrMo、40CrNi。合金元素总量不大于3.5，可用于制作大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。3）高淬透性合金调质钢主要牌号40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素总量达4.0以上，淬透性高，可用于制作汽轮机的主轴、叶轮等。,机器结构用钢之（2）合金渗碳钢,渗碳+直接淬火+低温回火，表层为高碳M回+Ar+合金渗碳体，硬度HRC6066。心部为F+T+少量低碳M，硬度HRC 2540；具有表硬，心强韧的特点。C：0.100.25。合金Cr2.0、Ni4.5、Mn2.0、B0.005。合金元素具有固溶强化、提高淬透

16、性作用；此外加入V、Mo、W、Ti等强碳化物形成元素，细化晶粒、抑制渗碳时A的长大，改善渗碳能力。可分三类:1）低淬透性合金渗碳钢：如15Cr、20CrMn等。经渗碳后淬火与低温回火后心部强度较低，强度与韧性配合较差，主要用于制造受力不大，强度、耐磨性要求不高的零件。2）中淬透性合金渗碳钢：如20CrMnTi、20Mn2TiB等。合金元素含量4.0，淬透性较好，热处理后表面硬度高，而心部强韧性好，用作承受冲击载荷的齿轮、轴和凸轮盘等。3）高淬透性合金渗碳钢：如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等。合金元素总量4.06.0，淬透性大，经渗碳+淬火+低温回火后心部强度很高，强度与韧性配合很好

17、，可制造重载、大截面、强韧性和耐磨性要求高的重要零件，如内燃机车、飞机、坦克用的齿轮、轴、曲轴、连杆等。,机器结构用钢之（3）合金弹簧钢,是一种用于制造各种弹簧或类似零件的专用结构钢。C：0.50.7，以保证钢具有高强度、高硬度和韧性。常用的有65Mn、60Si2Mn、55SiMnMoV。有热轧态和冷轧态两种。1）热轧态：用于制造250的弹簧，绕制或热压成型后，再淬火和中温回火（450550），组织为S回，4348HRC。2）冷拉态：用于制造截面2的弹簧，采用冷拉钢丝冷卷成型。成型后在200250油槽中进行消除应力退火后即可使用。,机器结构用钢之（4）滚动轴承钢,用来制造轴承的滚珠、滚针、内外

18、套圈和一些工、量、模具等。C：0.91.1，Cr：0.51.65，高碳获得高硬度和耐磨性；铬可提高淬透性，细化碳化物，提高耐磨性和韧性。热处理工艺：球化退火、淬火和低温退火。轴承钢锻造后的组织为：S+Fe3C（少量）。精密轴承，淬火后要进行一次冷处理（-60-80），减少Ar含量，然后再低温回火，消除冷处理内应力。,机器结构用钢之（5）易切钢,在钢中加入一定量的S、Pb、Ca、Se、P等合金元素，从而提高钢的可切削性能，这类钢称为易切钢。易切钢的主要合金元素是S，与Mn可形成MnS，切削加工时能自动断屑，切削抗力小，MnS还具有润滑作用，可作为刀具和切屑的润滑剂，延长刀具寿命，降低工件表面粗糙

19、度。,三.合金工具钢,用于制造刃、模、量具等工具。要求高硬度和耐磨性，并有一定韧性和较小的变形。分为刃具钢、模具钢和量具钢 3类。,1合金刃具钢,用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。分为低速和高速刃具钢。低速刃具钢有碳素工具钢和低合金刃具钢高速刃具钢都是高合金钢。高速钢在高速切削过程中，刀具刃部工作温度可达 600，必须选用合金元素含量高的高速钢，使之在600左右工作时硬度仍在HRC60以上，保持良好切削性能，又称“锋钢”。高速钢按其所含的主要合金元素可分为 W系（如W18Cr4V）和Mo系（如W6Mo5Cr4V2）。共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素W、Mo、Cr

20、、V等。,高速钢的热处理以 W18Cr4V为例,工艺流程为：下料锻造退火切削加工淬火后三次高温回火喷丸磨削成品。退火：等温退火。加热：860880，保温34h，随炉缓冷至500550出炉空冷。退火组织：S+细粒状合金碳化物，硬度为207225HBS。淬火：合金元素总含量高，导热性很差，采用分级预热。常用的是在盐浴炉中加热以防氧化和脱碳。淬火加热温度：12701280，目的：使合金元素尽可能多地溶入A，从而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，提高其红硬性和回火稳定性。尺寸小，形状简单工件油淬；形状复杂、变形量小工件分级淬火或等温淬火。组织：M淬+细粒状合金碳化物+较多Ar，硬度为6364H

21、RC。回火：淬火后必须立即回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少Ar量。常用550570回火三次，每次保温1h。使碳化物（W2C、VC等）呈细小弥散状从马氏体中析出，形成第二相弥散强化（即二次硬化）。回火组织：M回+细粒状合金碳化物+少量Ar（12），硬度6366HRC,2合金模具钢,专用于制造模具的钢。可分为：冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢等。,3合金量具钢,用于制造各种测量工具如量规、千分尺等。要求高硬度（大于 62HRC）与耐磨性，热处理变形小，存放和使用过程中，尺寸稳定，始终保持高精度，并有足够韧性和良好加工性。简单量具选用碳素工具钢；高精量具采用低合金工具钢。量具钢的热处理工艺为淬火

22、+低温回火。组织：M回+Ar。对于精度高的量具，通常在淬火后立即进行冷处理（-80），使Ar转变，然后再低温回火，另外在精加工前进行一次去应力退火（时效处理），以进一步稳定组织，消除量具的残余内应力。,四.特殊性能钢,指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢，主要有：高强钢、耐磨钢、耐热钢、耐蚀钢（不锈钢）等。1高强度钢：b1500Mpa，并具有一定强度和韧性。用于航空、火箭导弹等。2耐磨钢：主要指在冲击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。主要成分为：1.01.3C、11.014Mn（Mn/C=1012），常用牌号ZGMn13。可用作制造防弹板、保险箱钢板、挖掘机的铲齿、轧辊、拖拉机、坦

23、克履带、破碎机锷板等。3.耐热钢：金属材料的耐热性包括高温抗氧化性和热强性2个方面，具有良好耐热性能的钢称为耐热钢。,（3）常用耐热钢,1）奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600750使用。广泛用于汽轮机、航空、舰艇、火箭、石油等部门的高温装置的重要构件。一般要进行固溶处理和时效处理后使用。2）铁素体耐热钢：可在低于650工作。与奥氏体不锈钢相比，合金元素含量较低，工艺性好，价格低廉，故被广泛使用，如15CrMo、1Cr17等可长期在580650使用。3）马氏体耐热钢：一般含Cr量高，有较高的抗氧化性和热强性，淬透性好。一般用于600650以下受力较大的零

24、件，如各种汽轮机叶片等。大多调质处理后在回火索氏体下使用。4）珠光体耐热钢：合金元素总量35，常用Cr12MoV、15CrMo等。在500以下工作，广泛用于动力、石油等部门作为锅炉及管道材料、汽轮机叶片等。,4耐蚀钢（不锈钢）,将具有抵抗空气、水、酸碱或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢1）奥氏体不锈钢（铬镍不锈钢，18-8型）常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等，碳为0.080.15,Cr为1719，Ni为810。是单相奥氏体组织，塑性和耐蚀性均较好。2）铁素体不锈钢：典型的是1Cr17钢，C：0.12，含Cr：1618。含铬量高使钢形成单相铁素体，提高抵抗电化学腐蚀的能力，塑性好，强度低，

25、并具有抗高温氧化性，但不能通过热处理强化，应进行去应力退火，消除冷变形或焊接后的内应力。3)马氏体不锈钢：常用1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13碳质量分数低，耐蚀性和韧性较好，适用于制造高温下在酸、碱、盐中承受冲击的零件。3Cr13、4Cr13碳质量分数增加，则硬度较高，适用于制造在一定腐蚀介质要求高强度的零件。7Cr17、8Cr17碳质量分数和含铬量都增加，硬度、耐磨性提高，适用于制造耐蚀性的工、刃、量具等。,第三节 铸铁,1铸铁的成分 铸铁是碳质量分数较高的铁碳合金，常含有C、Si、Mn、S、P五大元素。常用铸铁成分大致为：

26、2.54.0C、1.03.0Si、0.51.4Mn、0.020.2S、0.010.5P。此外，还含有一定量的合金元素如Cr、Mo、V、Cu、Al等，含有合金元素的铸铁，称合金铸铁。2铸铁的特性 强度、塑性、韧性比钢差，不能进行锻造。但具有优良铸造性和切削加工性，良好的减摩性、耐磨性、消震性以及缺口敏感性低，并且生产工艺及设备简单，价格低廉，因此，铸铁被广泛地应用于机械制造、冶金、石油化工、交通等工业部门。,3铸铁的分类,三.灰铸铁,（1）灰铸铁的组织 灰铸铁的组织可看作钢的基体上加片状石墨，基体分为3种，即P、P+F、F基体。,灰铸铁的性能特点,灰铸铁的抗拉强度只有碳素结构钢的1/3。灰铸铁在

27、凝固冷却过程中析出比体积较大的石墨，使铸铁的收缩率减少；石墨片分割了金属基体，从而使切屑容易脆断，使得灰铸铁的切削加工性良好，但抗拉强度、塑性和韧性极低；由于石墨能起润滑作用以及石墨脱落后的孔洞能起储油作用，故使灰铸铁有优良的减摩性，并具有良好的减震性及低的缺口敏感性。,化学成分,C：2.54.0。Si：1.03.0。硅有1/3碳当量作用，一般根据力学性能要求确定。Mn：0.51.2，锰低则强度和硬度低；锰过高则不利于石墨化。硫使铸铁产生热脆，磷使铸铁产生冷脆。一般控制S0.15；P0.12。,牌号与应用,以“HT”表示，后面数字表示最低抗拉强度的值。如HT200表示最低抗拉强度为200MPa

28、。HT100只用于不重要的铸件，如一般机器底座、外罩和重锤等。HT200用于承受一定载荷，强度、硬度要求高，形状复杂，中等壁厚的重要铸件，如中、小型发动机的汽缸、机床床身、泵体和阀体。HT250、HT300、HT350强度高，组织致密，用于承受重载荷、动载荷、形状复杂、壁厚大的大型重要铸件，如精密和重型机床床身、大型发动机汽缸、结构复杂的重要箱体、高压阀及大模数齿轮。,4孕育处理,工艺过程：先熔炼碳硅含量较低的铁水，出炉时在出铁糟中加入含硅量为75的细颗粒硅铁，称为孕育剂（加入量为铁水重量的0.250.60），作为铸铁结晶时的人工晶核。由出炉的铁水将其冲入铁水包中，适当搅拌后即可。由于孕育处理

29、降低铁水温度，铁水出炉温度可适当提高，孕育处理后应尽快浇注，停留时间长会降低孕育效果。组织特点:致密，石墨数量较少，呈细小片状均匀分布，基体为珠光体基体。性能特点：强度较高，比一般灰铸铁高近一倍，且整个截面性能均匀，特别适用于大截面或壁厚相差悬殊的高强铸件。,5热处理,热处理只改变灰铸铁的基体组织，不改变石墨形状，灰铸铁一般不采用热处理来提高灰铸铁的力学性能。常用热处理有：（1）消除内应力退火（2）降低硬度、改变切削加工性退火（3）表面淬火 有些大型铸件的工作表面要求较高的硬度和耐磨性，需采用表面淬火。表面淬火部位的组织：极细的M+片状石墨，硬度可达59-61HRC，提高了耐磨性。,四.球墨铸

30、铁,即金属基体加球状石墨的铸铁。铸态球墨铸铁是F+P基体，经各种处理后，可得到F、P、S回和B下基体。常用球墨铸铁为：F、F+P、P三种基体，显微组织如图。,1、球墨铸铁性能,特点：抗拉强度和屈服强度较高，并有一定的塑性和韧性，有较高疲劳强度，屈强比S/b达0.7。原因：石墨呈球状，对基体的削弱作用减小，基体强度利用率可达8090(灰铁只有4050)，且无尖端应力集中。改性处理：可通过热处理改变基体组织，显著提高强度和塑性，在承受冲击载荷时具有一定的韧性。,2、生产工艺,在铁水中加入球化剂（常用镁、稀土或稀土镁）与孕育剂（常用75SiFe），使石墨结晶时呈球状。在球化处理与孕育处理过程中会导致

31、浇包中的铁水温度降低50100，铁水出炉温度必须1400，孕育后尽快浇注，以防孕育衰退。,3、化学成分要求,C与Si：一般C：3.63.9，Si：2.02.8。Mn：阻碍石墨化，一般为0.60.8。铁素体球铁0.30.6。S与P：S强烈阻碍石墨化，且与Mg合成MgS，降低球化效果，易产生夹渣和引起铸件脆性，其含量应0.07。P0.1。,4、牌号与应用,以“QT”后接2组数字表示。第一组为抗拉强度，第二组为最低延伸率。如QT400-15表示球铁抗拉强度不低于400MPa，延伸率不低于15。GB134888规定球铁有8个牌号。前3个为铁素体基体，塑性较高强度较低，后3个分别为珠光体、回火索氏体、下

32、贝氏体，强度较高而塑性较低。优点：优良力学性能，生产工艺简单成本低，可代替锻钢制造重要零件。如曲轴、凸轮轴、活塞等。缺点：收缩率大，铸件内应力和白口倾向大。,5、热处理球墨铸铁热处理仅改变基体组织而不改变石墨形状。,（1）退火1）消除内应力退火：用于只保持铸态组织的铸件。工艺：将铸件加热到500600，保温28h，然后随炉冷却。2）高温退火：用于铸态存在自由渗碳体而要获得铁素体基体球铁的处理。3）低温退火：用于铸态为F+P基体而获得铁素体基体球铁的处理。,5、热处理,（2）正火：增加基体珠光体的含量，提高强度和耐磨性。1）高温正火：用于获得珠光体基体球铁。2）低温正火：可获得F+P基体球铁，组

33、织比较细密，强度稍低，但塑性韧性较高。正火后一般还要进行去应力退火。,5、热处理,（3）调质处理：对于截面大、受力复杂、综合力学性能要求高的铸件，要进行调质处理。最终组织为S回+G球状。（4）等温淬火：对于一些要求综合力学性能较高，且外形复杂，热处理易变形、开裂的零件，采用等温淬火，获得B下球铁。（5）表面淬火：用于零件摩擦表面的强化，如曲轴轴颈、凸轮工作表面和齿轮齿面等。淬火后需低温回火，表层基体为M回。,五.可锻铸铁组织,石墨形状呈团絮状的铸铁称为可锻铸铁，生产上常用的有F、P基体2种。,五.可锻铸铁性能,由于可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的切割作用小，无明显应力集中现象，其力学性能高于灰

34、铸铁。铁素体基具有较好的塑性，延伸率可达12；珠光体基具有较高的强度，抗拉强度可达700MPa。：可锻铸铁并不可锻，仍属铸造合金。,五.可锻铸铁牌号与应用,以“KT”后接基体种类、最低抗拉强度和最低延伸率表示。铁素体基用黑心“KTH”表示，有4个牌号；珠光体基用“KTZ”表示，有4个牌号；白心可锻铸铁“KTB”生产中应用较少。如KTH37012表示铁素体可锻铸铁b370MPa，12；KTZ450-06表示珠光体可锻铸铁b450MPa，6。可锻铸铁主要用于承受一定冲击载荷，大批量生产的形状复杂而薄壁的小型零件，如阀体、管接头、万向节壳体等。,六.其他铸铁,1冷硬铸铁实质上是高碳低硅，再加入少量B

35、、Cr、Mo的低合金铸铁经表面激冷处理获得的，表面有一定深度的白口组织，心部均为灰口组织的铸铁。2耐磨铸铁耐磨铸铁按耐磨机理分为抗磨铸铁和减摩铸铁2种。,六.其他铸铁,3蠕墨铸铁组织：石墨形状呈蠕虫状的铸铁。基体：常用的有F、F+P、P三种基体。牌号：以“RuT”表示，后面数字表示最低抗拉强度。目前仅有RuT200、RuT300、RuT340、RuT380、RuT420。用途：目前主要用于制造强度要求高，组织致密，承受热疲劳载荷，形状复杂的零件，如制动盘、排气管、活塞环、钢锭模等。,蠕墨铸铁,第四节 非铁金属及合金,是除钢铁外，所有其他金属的统称（即有色金属）。如铜、铝、锡、铅、镁等。非铁合金

36、是以一种非铁金属为基础，加入一种或几种其他元素熔炼而成的一种新的组成物。生产上常用的有铜合金、铝合金、轴承合金及钛合金等。,一.铜及铜合金,纯铜：又称紫铜，:8.94g/cm3，面心立方，熔点1083。:纯铜具有良好的导电、导热及抗蚀性，塑性很好，可进行各种冷、热加工。:纯铜无同素异构转变，不能用热处理方法强化，因而常用合金化方法强化。:纯铜易产生冷、热脆性，因此，要严格控制杂质的含量:纯铜代号以“T”表示，后面数字为序号，数字越大纯度越低。,铜合金,以铜为主要元素，加入少量其他元素形成的合金。强度比纯铜高，并具有许多优良的物理化学性能，常用作工程结构材料。在铜合金中，除Cu-Ni合金形成无限

37、固溶体外，其余常用铜合金都形成有限固溶体，第二相（强化相）多为电子化合物。,铜合金的分类及编号,铜合金的牌号,普通黄铜以“H+数字”表示，数字表示平均含铜百分数。如H80，表示Cu=80的普通黄铜。特殊黄铜以“H+主加元素+铜百分数+主加元素百分数”表示。如HSn62-1，表示Cu=62%，Sn=1%，其余为Zn的锡黄铜。青铜以代号“Q+主加元素+主加元素、辅加元素含量百分数”表示。如QSn7-0.2，表示Sn=7%，P=0.2%的锡青铜。铸造铜合金以“ZCu+主要合金元素及其含量百分数”表示。如ZCuZn38，表示Zn=38%，其余为铜的铸造黄铜；如ZCuZn16Si4，表示Zn=16%，S

38、i=4%，其余为铜的铸造黄铜。,黄铜（Cu-Zn合金，GB523285）,Cu-Zn二元合金为普通黄铜。Cu-Zn+其他合金元素的黄铜，为特殊黄铜。,普通黄铜,普通黄铜Zn45%。当Zn36%时，室温组织为固溶体单相组织。如H96、H80、H68等。有一定强度，色泽美观，塑性很好，可进行冷热加工，适于制作各种冲压零件，如弹壳、套筒等。当Zn=3641%时，室温组织为+的双相组织，塑性差、硬而脆。当加热至456时转变为无序固溶体，具有良好的塑性，可进行热加工变形，强度高，适用于加工承受一定载荷的零件，如阀杆、螺钉等。,特殊黄铜,在黄铜中加入Al、Sn、Mn、Pb元素，形成锡黄铜、铝黄铜、锰黄铜、

39、铅黄铜等特殊黄铜。合金元素溶入Cu中形成固溶体，细化晶粒，提高合金的强度、耐磨性和改善耐蚀性及切削加工性。Sn：提高黄铜在海水中的耐蚀性，提高强度、硬度，用于制造海轮零件；Al：在合金表面形成钝化氧化膜，提高黄铜在海水中的耐蚀性，并显著提高合金的强度和硬度，用于制造高强度、耐蚀管材和海轮零件；Mn：固溶强化，广泛用于造船业；Pb：提高切削加工及耐蚀性，价格低廉，制造各类标准件。,青铜（GB523385）,Cu-Sn合金，但由于铜合金的发展，现已把除Cu-Zn（黄铜）、Cu-Ni（白铜）以外的铜合金统称为青铜。包括：锡青铜、铝青铜、铍青铜（硅青铜、铅青铜）等。,铝及铝合金纯铝,物理性能：银白色，

40、2.7g/cm3，面心立方晶格，熔点660.24。机械性能：强度低，导电、导热性好，仅次于银和铜。工艺性能：纯铝的铸造性能、可锻性及切削加工性能优良。用途：制造电线、电缆。强化方式：一般用固溶强化或冷变形强化提高其强度。分类：按纯度高低，可分为高纯度铝和工业纯铝。含铝量高于99.93%的为高纯铝，以“LG+数字”表示，如LG1、LG2、LG3等表示,数字愈大则纯度愈高。工业纯铝以“L+序号”表示，如L1、L2、L3等,序号愈大纯度愈低。,铝合金,铝合金中，常用元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn等，这些元素与铝形成有限固溶体，铝合金二元共晶状态图，如图所示。,铝合金,根据成分及生产工艺特点，分为

41、形变铝合金和铸造铝合金2类。成分位于C左边的合金，在加热时能形成单相固溶体，塑性较高，适于压力加工，故称为形变铝合金。成分位于C右边的合金，都形成两相共晶组织，塑性差，熔点低、流动性好，适于铸造生产，故称为铸造铝合金。,铸造铝合金,形变铝合金,铝合金的牌号,铸铝合金牌号以“ZL+3位数”表示，第1位数表示合金系列：1铝硅合金，2铝铜合金，3铝镁合金，4铝锌合金；后2位数为序号，如ZL101、ZL201、ZL301、ZL401等。形变铝合金牌号以“L”+“F”、“Y”、“C”、“D”表示，分别为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）和锻铝合金（LD），后面数字为序号。如LF5、LF21；LY1、LY11；LC4、LC6；LD5、LD7。,