金属材料铸铁及有色金属.ppt

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1、第二节 铸铁,铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。,5.2 铸 铁,例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。,5.2 铸 铁,一、铸铁的石墨化过程1、Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）双重相图 铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（G）两种形式存在。,5.2 铸 铁,石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）,5.2 铸 铁,存在两个

2、铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图,5.2 铸 铁,2、铸铁的石墨化过程铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。,台车式石墨化退火炉,5.2 铸 铁,3、影响石墨化的因素 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高，会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。,5.2 铸 铁,冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。,而快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行，不

3、利于石墨化。,5.2 铸 铁,二、铸铁的特点及分类,工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点钢的基体+G（石墨）基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体。,5.2 铸 铁,2、铸铁的性能特点 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。由于铸铁碳含量高，成分接近于共晶。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,5.2 铸 铁,3、铸铁的分类与牌号表示方法,三、常用铸铁,（一）灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。1、组织灰铸铁

4、的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。,5.2 铸 铁,灰铸铁的显微组织,常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。,5.2 铸 铁,2、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火(又称人工时效)消除白口组织退火 表面淬火,立式加工中心,5.2 铸 铁,3、用途 制造承受压力和震动的零件，如机床 床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,5.2 铸 铁,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,（二）可锻铸

5、铁 石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。1、组织：基体（F、P）团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。2、性能：强度为碳钢的00%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻。,5.2 铸 铁,可锻铸铁的显微组织,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,5.2 铸 铁,3、用途用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等,5.2 铸 铁,（三）球墨铸铁石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。1、组织：基体（F、F+P、P）+球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还

6、进行孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。,5.2 铸 铁,球墨铸铁的显微组织,5.2 铸 铁,2、性能与热处理强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2/b)高,约为0.70.8,而钢一般只0.30.5。球墨铸铁可进行各种热处理，热处理特点是：奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。淬透性比碳钢高 奥氏体中碳含量可控热处理有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。,5.2 铸 铁,3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。,（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金

7、、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状G,5.2 铸 铁,蠕墨铸铁的显微组织（铁素体基体）,蠕墨铸铁中的石墨,5.2 铸 铁,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。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。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。,5.2 铸 铁,第三节 有色金属及其合金,在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。,5.3 有色金属及其合金,有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、

8、磁、热性能，耐蚀性能及高的 比强度（强度与密度 之比）等，已成为现 代工业中不可缺少的 金属材料。,5.3 有色金属及其合金,一、铝及铝合金,（一）铝及铝合金的性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72），熔点低（660.4），导电、导热性能优良。抗大气腐蚀性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,5.3 有色金属及其合金,铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。,5.3 有色金属及其合金,（二）铝合金的分类根据铝合金的成分和生产加工方法可将铝合金分为变形铝合金和

9、铸造铝合金两大类。,铝合金分类示意图,变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类。,5.3 有色金属及其合金,（三）变形铝合金 1.变形铝合金牌号表示方法 防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金：LY+序号 超硬铝合金：LC+序号 锻铝合金：LD+序号,2.常用变形铝合金 防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。,卫星天线（LF2）,5.3 有色金属及其合金,汽化器（热交换管为LF21）,常用的Al

10、-Mn系合金有 LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（5A05），其密度比纯,铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。,5.3 有色金属及其合金,硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。,5.3 有色金属及其合金,超硬铝合金属Al-Z

11、n-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。,飞机主起落架,常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。,5.3 有色金属及其合金,锻造铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好，力学性能高；用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7（2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90）等。用于制造150225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,压气机叶片,5.3 有色金属及其合

12、金,5.3 有色金属及其合金,（四）铸造铝合金 包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号1.Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。,5.3 有色金属及其合金,Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。,活塞(裙部为铝硅合金),5.3 有色金属及其合金,2.Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好

13、，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。,主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。,汽缸头,5.3 有色金属及其合金,3.Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。,主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301),5.3 有色金属及其合金,4.Al-Zn系铸造

14、铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,大型空压机活塞(ZL401),常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,5.3 有色金属及其合金,二、铜及铜合金,（一）铜及铜合金的性能特点纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性，塑性好。,5.3 有色金属及其合金,铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分

15、为黄铜、青铜、白铜三大类。,5.3 有色金属及其合金,（二）黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,5.3 有色金属及其合金,普通黄铜的显微组织,5.3 有色金属及其合金,1、普通黄铜 铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H（黄）+表示铜平均百分含量的数字，如H68。,单相黄铜塑性好。常用牌号有H80、H70、H 68。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好，强度高。常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。,5.3 有色金属及其合金,2、特殊黄铜 在普通黄

16、铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni 等元素形成特殊黄铜。加工特殊黄铜的牌号为：H（黄）+主加元素符号（Zn除外）+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,黄铜制品,5.3 有色金属及其合金,常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。,5.3 有色金属及其合金,（三）青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分

17、含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn)。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,青铜制品,5.3 有色金属及其合金,1、锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。锡青铜铸造流动性差，铸件 密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜具有良好的耐蚀性，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,5.3 有色金属及其合金,常用牌号有QSn4-3、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,5.3 有色金属及其合金,2、铝青铜 以铝为主加元素的铜合 金，铝含

18、量为511%。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,大型水力发电设备中的抗磨环,5.3 有色金属及其合金,3、铍青铜以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.72.5%。有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的弹性件、耐磨件，如精 密弹簧、膜片，高速、高压轴承及 防爆工具、航海罗盘等重要机件。,铍

19、青铜制品,5.3 有色金属及其合金,（四）白铜 以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等。,5.3 有色金属及其合金,特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5（康铜）、BMn43-0.5（考铜）。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。,5.3 有色金属及其合金,