鑄造材料化學市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、1金屬普通能夠分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬是指鐵、錳、鉻三種金屬 其單質(zhì)為銀白色，而非黑色。之所以稱它們黑色金屬是因為它們和它們合金表面常有灰黑色氧化物。有色金屬是指黑色金屬以外金屬 其中除少數(shù)有顏色外（銅為紫紅色、金為黃色），大多數(shù)為銀白色，有色金屬有60各種，又可分為九大類： 重金屬：銅、鉛、鋅等。 輕金屬：鋁、鎂等。 輕稀有金屬：鋰、鈹?shù)取?難熔稀有金屬：鎢、鈦、釩等。 稀散金屬：鎵、鍺等。 稀土金屬：鈧、釔及鑭系元素等。 放射性金屬：鐳、錒等。 貴金屬：金、銀、鉑等。 堿金屬：鉀、鈉等二 鑄造慣用金屬第1頁鋁含有主要性質(zhì)一、鋁和氧氣反應第2頁2.1 鋁第3頁在加熱時，鋁在氧氣里會猛

2、烈燃燒，同時放出大量熱，并發(fā)出刺眼白光，生成白色氧化鋁。第4頁二.鋁和氯氣反應第5頁第6頁 第7頁三.鋁和金屬氧化物反應第8頁第9頁四.鋁兩性鋁及鋁表面氧化膜與酸反應第10頁第11頁第12頁/10/1013鋁及鋁合金性能純鋁 強度低、塑性好，能夠進行各種壓力加工，含有良好加工性能和焊接性能。不宜直接用于作結(jié)構(gòu)材料。鋁合金依據(jù)鋁合金成份、組織和工藝特點，能夠 將其分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩大類。 變形鋁合金是將鋁合金鑄錠經(jīng)過壓力加工 （軋制、擠壓、模鍛等）制成半成品或模鍛 件，所以要求有良好塑性變形能力。 鑄造鋁合金則是將熔融合金直接澆鑄成 形狀復雜甚至是薄壁成型件，所以要求 合金含有良好鑄造

3、流動性。 第13頁/10/1014鋁合金強化方式 鋁合金不但可經(jīng)過冷變形提升強度，而且可用熱處理來大幅度地改進性能。 固溶強化：加入銅、鎂、鋅、硅、錳等合金元素和鋁都能形成有限固溶體，產(chǎn)生顯著固溶強化效果，使鋁合金強度有較大提升。 時效強化：鋁合金經(jīng)加熱到某一溫度淬火后，能夠得到過飽和鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和硬度隨時間延長而增高，但塑性、韌性則降低。 細化組織強化：在鋁合金中添加微量合金元素細化組織是提升鋁合金力學性能另一個伎倆。 第14頁/10/1015慣用形變鋁合金 第15頁/10/1016慣用鑄造鋁合金第16頁2.2 鐵第17頁 鐵主要化學性

4、質(zhì)第18頁第19頁第20頁第21頁第22頁第23頁/10/1024 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼按化學成份分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼（簡稱碳鋼）是含碳量（0.0218%C%9%，WMn13%），萊氏體鋼（高速鋼） 鋼淬火溫度降低。 縮小奧氏體區(qū)域元素：鉻(Cr)、鉬(Mo)、硅(Si)、鎢(W)等使A1、A3溫度降低，共析(S)點、共晶(E)點向左下方移動。形成鐵素體鋼鋼淬火溫度升高。 奧氏體區(qū)域改變，能夠改變鋼熱處理溫度、 金相組織成份，從而改變鋼材性能第29頁/10/1030 對奧氏體化影響 大多數(shù)合金元素（除鎳、鈷外）引入后，減緩了奧氏體成長速度，使得奧氏體化過程減慢。為了得到較均勻、含有足夠

5、數(shù)量合金元素奧氏體，充分發(fā)揮合金元素有益作用，需更高加熱溫度與較長保溫時間。 細化晶粒 除錳外，幾乎全部合金元素都能阻止奧氏體晶粒長大，尤其氏碳化物形成元素。形成碳化物以彌散質(zhì)點形式分布在奧氏體晶界上，對奧氏體晶粒長大起機械妨礙作用，有利于在淬火后取得細馬氏體。所以，與對應碳鋼相比，在一樣加熱條件下，合金鋼組織較細，力學性能更高。合金元素對熱處理和力學性能影響第30頁/10/1031合金元素對熱處理和力學性能影響對C曲線和淬透性影響 大多數(shù)合金元素（除鈷外）均使C曲線右移，臨界冷卻速度減小，從而提升鋼淬透性。合金元素對C曲線形狀也會有影響。 合金元素對鋼淬透性 影響，由強到弱可排成下 列次序：

6、鉬、錳、鎢、鉻、 鎳、硅、釩。 采取多元少許合金化元素， 對提升鋼淬透性更有效。對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度影響 除鈷、鋁外，多數(shù)合金元素使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms和Mf點下降，使相同條件下轉(zhuǎn)變馬氏體量降低。第31頁/10/1032合金元素對熱處理和力學性能影響提升回火穩(wěn)定性 因為合金元素溶入馬氏體，使原子擴散速度減慢，因而在回火過程中馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后也較難聚集長大，從而提升了鋼回火穩(wěn)定性。第32頁/10/1033合金元素對熱處理和力學性能影響合金元素對強度影響 （合金強化 路徑）固溶強化：強度和硬度提升，塑性和韌性降低；強化量與溶質(zhì)濃度相關(guān)。細晶強化：不但能夠提升強度，而且能夠改進鋼韌性

7、；強化量與晶粒大小相關(guān)。碳化物形成元素（如V、Ti、Nb），形成碳化物含有細化晶粒作用。彌散強化：高度彌散第二相粒子妨礙位錯運動。合金元素對塑性和韌性影響 普通而言，除了細晶強化能同時提升強度和塑性韌性，其它強化方式都會降低塑性和韌性，危害最大是間隙固溶強化，彌散強化脆化作用最小，所以是最廣泛采取強化方法之一。第33頁/10/1034鑄 鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%鐵碳合金。鑄鐵熔煉簡便、成本低廉，即使強度、塑性和韌性較低，但含有優(yōu)良鑄造性能、很高減摩和耐磨性、良好消震性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列優(yōu)點。鑄鐵廣泛應用于機械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和國防等工業(yè)部門。鑄鐵中碳除少許

8、固溶于鐵素體外，其余既能夠形成石墨，也能夠形成滲碳體。依據(jù)碳在鑄鐵中存在形式，其種類有：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵。第34頁/10/1035鑄鐵分類 依據(jù)碳在鑄鐵中存在形式，鑄鐵可分為：白口鑄鐵 碳大部分或全部以滲碳體形式存在，因斷裂時斷口呈白亮顏色，故稱白口鑄鐵。灰口鑄鐵 碳大部分或全部以游離石墨形式存在，因斷裂時斷口呈暗灰色，故稱為灰鑄鐵。麻口鑄鐵 碳一部分以滲碳體形式存在，另一部分以游離態(tài)石墨形式存在，斷口上呈黑白相間麻點。第35頁/10/1036鑄鐵分類 依鑄鐵中石墨形態(tài)，可分為：灰鑄鐵，石墨呈片狀；球墨鑄鐵，石墨呈球狀；可鍛鑄鐵，石墨呈團絮狀；蠕墨鑄鐵，石墨呈蠕蟲狀。第36頁/10

9、/1037慣用鑄鐵1）灰口鑄鐵灰口鑄鐵是價格最廉價、應用最廣泛一個鑄鐵，在各類鑄鐵總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80%以上。成份大致范圍：C：2.54.0%；Si：1.03.0%；Mn：0.251.0%；S：0.020.20%；P：0.050.50%。含有上述成份范圍液體鐵水在進行遲緩冷卻凝固時，將發(fā)生石墨化，析出片狀石墨。其斷口外貌呈淺煙灰色，所以稱為灰口鑄鐵。普通灰口鑄鐵組織是由片狀石墨和鋼基體兩部分組成。依據(jù)不一樣階段石墨化程度不一樣，灰口鑄鐵有三種不一樣基體組織。第37頁/10/1038灰口鑄鐵 灰口鑄鐵第一、二階段石墨化過程均充分進行，其組織類型主要取決于第三階段石墨化程度。鐵素體灰口鑄鐵 若

10、第三階段石墨化過程得到充分進行，最終得到組織是鐵素體基體上分布著片狀石墨。珠光體鐵素體灰口鑄鐵 若第三階段即共析階段石墨化過程僅部分進行，取得組織是珠光體鐵素體基體上分布著片狀石墨。珠光體灰口鑄鐵 若第三階段石墨化過程完全被抑制，取得組織是珠光體基體上分布片狀石墨。第38頁/10/1039灰口鑄鐵性能機械性能低，其抗拉強度和塑性韌性都遠遠低于鋼 灰口鑄鐵中片狀石墨（相當于微裂紋）存在，不但在其尖端處引發(fā)應力集中，而且破壞了基體連續(xù)性，造成抗拉強度很差，塑性和韌性幾乎為零。但灰口鑄鐵抗壓性能很好，慣用于制造機床床身、底座等耐壓零部件。耐磨性與消震性好 因為鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好

11、。一樣因為石墨存在，灰口鑄鐵消震性優(yōu)于鋼。工藝性能好因為灰口鑄鐵含碳量高，靠近于共晶成份，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，所以適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復雜或薄壁鑄件。另外，因為石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵可切削加工性優(yōu)于鋼。第39頁/10/1040球墨鑄鐵球狀石墨在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑進行球化處理和孕育處理，則可取得石墨呈球狀分布鑄鐵，稱為球墨鑄鐵。 球墨鑄鐵大致化學成份：C：3.63.9%；Si：2.03.2%；Mn：0.30.8%；P：0.1%；S：0.07%；Mg：0.030.08%。球墨鑄鐵在鑄態(tài)下金屬基體可分為鐵素體、鐵素體-珠光體、珠光體、貝氏體基等。與灰口鑄鐵

12、相比，球墨鑄鐵含有較高抗拉強度和彎曲疲勞極限，也含有相當良好塑性及韌性。 珠光體+鐵素體基球墨鑄鐵 鐵素體基球墨鑄鐵 第40頁/10/1041其它鑄鐵蠕墨鑄鐵鋼基體上分布著蠕蟲狀石墨鑄鐵，是由液體鐵水經(jīng)變質(zhì)處理和孕育處理隨之冷卻凝固后所取得一個鑄鐵。強度和韌性高于灰口鑄鐵，但不如球墨鑄鐵。耐磨性很好。可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火而取得一個高強度鑄鐵。含有較高強度和一定塑性、韌性，但實際上并不能進行鑄造。合金鑄鐵 向灰口鑄鐵和球墨鑄鐵鐵液中加入一些合金元素，可取得含有一些特殊性能合金鑄鐵。熔煉簡便、成本低廉，含有良好使用性能。第41頁2.3 鎂第42頁鎂主要化學性質(zhì)第43頁第44頁第45

13、頁2.8 銅第46頁銅主要化學性質(zhì)一.銅和空氣反應第47頁 第48頁第49頁第50頁/10/1051銅合金黃銅銅鋅合金或以鋅為主要合金元素銅合金稱為黃銅。 黃銅含有良好塑性和耐腐蝕性，良好變形加工性能和鑄造性能，在工業(yè)中有很強應用價值。第51頁/10/1052青銅青銅原指銅錫合金，不過，工業(yè)上習慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等特殊元素組成合金也叫青銅。 青銅實際上包含錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。 青銅也可分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。 第52頁/10/1053白銅 普通白銅僅含銅和鎳。普通白銅中加入鋅、錳、鐵等元素后分別叫做鋅白銅、錳白銅、鐵白銅。 銅與鎳無限固溶，含有很好強度和優(yōu)良塑性，能進行冷熱變形。 錳含量高錳白銅可制作熱電偶絲。 工業(yè)用白銅包含結(jié)構(gòu)用白銅和電工用白銅兩種。 白銅線是國際上應用比較廣泛一個耐蝕性材料和裝飾結(jié)構(gòu)材料，用于制作耐蝕、彈性元件、醫(yī)療器械和日用裝飾品等。 第53頁2.4 慣用合金元素第54頁使晶粒細化第55頁第56頁第57頁第58頁第59頁第60頁第61頁2.5 稀土元素第62頁一.稀土元素和氧氣作用第63頁第64頁二.稀土元素與水和酸作用第6