機械工程材料-第7章-鑄鐵及有色金屬---河北工業(yè)大學

機械工程材料

鑄鐵及有色合金河北工業(yè)大學材料學院1一.鑄鐵：Fe3C為亞穩(wěn)相，加熱易于分解為鐵和石墨。

即Fe3C3Fe＋C（石墨）含碳量為100％C。石墨為穩(wěn)定相，為特殊的簡單

六方晶格。圖1石墨的晶體結(jié)構(gòu)§1鑄鐵2鐵－石墨相圖3石墨化過程第一階段石墨化——在共晶溫度及其溫度（≥1154℃）范圍內(nèi)從液體結(jié)晶形成石墨，包括過共晶鑄鐵液體按勻晶轉(zhuǎn)變方式形成一次石墨和在1154℃通過共晶反應形成共晶石墨,共晶反應式為LC’→AE'+G共晶第二階段石墨化——在1154-738℃溫度范圍內(nèi),由奧氏體析出二次石墨。第三階段石墨化——在738℃(PSK線)通過共析反應析出共析石墨,其反應式為:As→F+G共析在高溫條件下，由于原子具有較高的擴散能力，第一階段和第二階段石墨化比較容易進行。但是在較低溫度下進行的第三階段石墨化，則常因鑄鐵的成分或冷卻條件的不同可能全部或部分受到抑制，從而得到不同的基體組織，即F+G、F+P+G和P+G。4二、分類按照石墨化程度,鑄鐵可以分為灰口鑄鐵、麻口鑄鐵和白口鑄鐵三大類。由于白口鑄鐵、麻口鑄鐵中均含有很脆的萊氏體組織，主要用作耐磨材料。而灰口鑄鐵的組織由石墨和基體兩部分組成，可以看成是鋼基體上分布著石墨夾雜。由于具有較好的工藝性能和力學性能，所以灰口鑄鐵是使用較多的工程材料5灰口鑄鐵分類:（按石墨存在形態(tài)劃分）鑄鐵是C％>2.11％的Fe－C合金，除C外，鑄鐵含有較多的Si、Mn等元素，Si、C是強烈促進石墨化元素。根據(jù)石墨的形態(tài)，灰口鑄鐵可以分為灰（口）鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵?；铱阼T鐵－石墨呈片狀可鍛鑄鐵－石墨呈團絮狀球墨鑄鐵－石墨呈球狀蠕墨鑄鐵－蠕蟲狀67分類：孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵。未處理的為普通灰口鑄鐵。孕育處理（變質(zhì)處理）目的：得到珠光體＋細片G，從而提高強度。孕育劑（人工晶核）：硅合金；碳（石墨）作用：細化組織晶粒，細化G，防止白口產(chǎn)生成分：2.5～4.0％C,1.0～3.0％Si，0.5～1.4％Mn牌號：HT100、HT150、HT200

、（普通灰口鑄鐵）‖HT250、HT300、HT350、HT400（孕育鑄鐵）“HT”表示“灰鐵”的拼音字頭,后面的數(shù)字表示最低抗拉強度。如：HT100:100表示b≥100MPa

灰鑄鐵的性能灰鑄鐵具有較高的強度和耐磨性，優(yōu)良的減震性和良好的切削性能，但塑性較低?；诣T鐵斷面呈暗黑色。二、灰口鑄鐵8灰口鑄鐵的熱處理（三）灰口鐵的熱處理：灰口鐵的熱處理不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高灰口鐵整體機械性能作用不大，灰口鐵的熱處理主要消除鑄件內(nèi)應力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。●消除內(nèi)應力退火（人工時效）加熱到500℃～550℃，保溫后緩冷到150℃～250℃后出爐空冷?！裣T件白口，降低硬度，提高切削加工性能。鑄件表層和薄壁處易于產(chǎn)生白口鐵組織難于加工，需要進行高溫退火（共析溫度以上，850-950℃)，使Fe3C分解成石墨，以降低硬度，以提高切削加工性能?！癖砻娲慊饳C床導軌，缸體內(nèi)壁為了提高硬度可進行表面淬火（四）用途－灰口鐵是價格便宜，應用最廣泛的鑄鐵材料。用來制造機械性能要求較高的鑄件，如機床床身、氣缸、曲軸、凸輪等。9圖2灰口鑄鐵的顯微組織根據(jù)基體的差異，灰口鑄鐵分為鐵素體基體、珠光體基體和鐵素體和珠光體混合基體三種鑄鐵10三、可鍛鑄鐵（不可鍛，因有一定的δ%,故稱為可鍛鑄鐵）可鍛鑄鐵中含有團絮狀石墨，具有較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代用碳鋼。按退火方法不同，有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠白口鑄鐵的石墨化退火來獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來制取。我國主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵，后者已很少生產(chǎn)。牌號：KT300-6、KT330-8、KT350-10、KT370-12、KTZ450-5、KTZ500-4、KTZ600-3、KTZ700-2黑心可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體?！癒T”表示F＋G(F基體),“KTZ”表示P+G（P基體）如：KT300-6：“300”表示b≥300Mpa，“6”表示δ≥6％成分特點：C％：2.2％～2.8％；Si％：1.2～2.0％，Mn％：0.4～1.2％由于可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀，可鍛鑄鐵可用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的零件。如汽車。拖拉機后輪殼、制動器等。11可鍛鑄鐵顯微組織珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵12牌號：QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2、QT800-2、QT1200-1

“QT”表示球墨鑄鐵，石墨呈球狀分布于基體組織中。如：QT400-17－400表示b≥400MPa，17表示δ％≥17％，組織為F+G。成分特點：成分要求嚴格，C％：3.6～3.9％，Si％：2.0～2.8％；Mn％；0.6～0.9％應用良好的鑄造性能、減磨性、消震性和切削加工性能?？膳c某些鋼媲美。高強度、高耐磨的P+G球墨鑄鐵可作拖拉機曲軸、連桿、齒輪。高韌性、高塑性的F+G球墨鑄鐵可作受壓閥門、機器底座等。四、球墨鑄鐵13圖3球墨鑄鐵的顯微組織14球墨鑄鐵的熱處理與鋼一樣，球墨鑄鐵可以進行多種熱處理以改善組織性能。但由于它的硅、碳、錳含量較高，熱處理具有其特點，如共析轉(zhuǎn)變溫度較高,淬透性比碳鋼較好等。因此中、小鑄件可采用油淬，并較易實現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體。對鑄件綜合機械性能要求較高時，應在保證完全奧氏體化的條件下，盡量采用較低的加熱溫度，以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織。球墨鑄鐵的熱處理工藝主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等。15

§2銅及銅合金銅及其合金按其表面顏色，分為純銅、黃銅、青銅和白銅，其中后三種均為銅合金。一、工業(yè)純銅（含Cu為99.5～99.95％）工業(yè)純銅分冶煉產(chǎn)品（銅錠）及加工產(chǎn)品（銅材）兩種。銅錠按雜質(zhì)含量分為一號銅（Cu-1）、二號銅（Cu-2）、三號銅（Cu-3）、四號銅（Cu-4）四個牌號，后面的數(shù)字越大，銅的純度越低。加工產(chǎn)品有純銅（牌號有T1、T2、T3，“T”為“銅”的漢語拼音字首）、無氧銅（牌號有TU1和TU2）、磷脫氧銅（牌號有TP1和TP2）和銀銅（牌號為TAg0.1）四類。16黃銅：Cu-Zn合金(一)普通黃銅:H68、H90、ZH68“H”表示黃銅，68表示含Cu％＝68％，其余為Zn；“Z”或“ZH”表示鑄造黃銅，用作獎章等,如ZH62（二）特殊黃銅

:HPb59-1（鉛黃銅）、HSi80-3（硅黃銅）、HSn62-1（錫黃銅）、HMn58-2（錳黃銅）牌號表示方法是“H”＋除Zn以外的主加元素符號＋銅含量＋主加元素的含量如鉛黃銅-HPb59-1表示含Cu％＝59％，Pb％＝1％，；良好的耐蝕性。還有：鑄造特殊黃銅–ZCuZn40Mn3Fe1、ZCuZn25Al6Fe3Mn3如ZCuZn40Mn3Fe1表示含Zn％＝40％，3.0~4.0%Mn、0.5~1.5%Fe,余Cu17青銅青銅原指Cu-Sn合金。但工業(yè)上都習慣稱含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅合金為青銅?；蛑赋齔n和Ni以外的其它元素作為主加元素的銅合金。根據(jù)添加的元素不同，青銅分為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。青銅的牌號是：“青”字的漢語拼音字首“Q”＋主加元素符號＋主加元素質(zhì)量百分數(shù)＋其它元素質(zhì)量百分數(shù).如錫青銅：QSn4-33.5～4.5％Sn,2.7-3.3%Zn,其余為Cu的錫青銅。鋁青銅：QAl7：6.0～8.0％Al,其余為Cu的鋁青銅。鈹青銅：QBe2:

1.9-2.2%Be,0.2-0.5%Ni,余為Cu的鈹青銅。硅青銅：QSi3-1:2.75-3.5%Si,1.0-1.5Mn，其余為Cu的硅青銅。18白銅白銅是以鎳為主加元素的銅合金。白銅也分為簡單白銅和特殊白銅，Cu-Ni二元合金稱為簡單白銅（如B30，B19，B5），在簡單白銅的基礎上再添加其它合金元素的Cu-Ni基合金稱為特殊白銅，如鋅白銅（BZn15-20）、錳白銅（BMn30-12、BMn40-1.5）等。在固態(tài)下，Cu與Ni無限互溶，因此簡單白銅的組織為單相固溶體，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能，冷、熱加工性能優(yōu)良，主要用于制造蒸汽和海水環(huán)境中工作的精密儀器、儀表零件、冷凝器和熱交換器。特殊白銅中錳白銅的電阻率高，電阻溫度系數(shù)小，是制造低溫熱電偶、熱電偶補償導線及電阻器的理想材料。19§3鋁及鋁合金一．工業(yè)純鋁(含98.0％～99.0％Al)工業(yè)純鋁分冶煉產(chǎn)品（鋁錠）和加工產(chǎn)品（鋁材）兩種。鋁錠一般用于冶煉鋁合金或軋制成鋁材。鋁錠的牌號是用“鋁”的漢語拼音字首“L”加順序號數(shù)字表示，牌號有：特一號鋁（L00）、特二號鋁（L0）、一號鋁（Ll）、二號鋁（L2）、三號鋁（L3）、四號鋁（L4）、五號鋁（L5）、六號鋁（L6），數(shù)字越大，表示雜質(zhì)含量越高。高純鋁的牌號有LG1、LG2、LG3、LG4、LG5，“G”是“高”字的漢語拼音字首，后面的數(shù)字越大，純度越高，它們的含鋁量在99.85~99.99%之間。高純鋁主要用于科學研究及制作電容器等。20二、鋁合金－“L”代表Al合金根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)加工方法的不同，可以把鋁合金分為變形（或形變）鋁合金和鑄造鋁合金兩類。位于D點以左的合金可得到單相固溶體，塑性變形能力好，適宜于壓力加工，稱為變形鋁合金。位于D點以右的合金，有共晶組織存在，鑄造性能好，稱為鑄造鋁合金。合金元素對鋁的強化作用主要表現(xiàn)為固溶強化、時效強化和細化組織強化。21(一)變形鋁合金1.防銹鋁合金：代號為“LF”，“鋁、防”的漢語拼音字首。主要有Al-Mn系和Al-Mg系兩種合金。“LF”有LF2、LF21、LF5、LF6、LF11等，可作油箱等；2.硬鋁合金：代號為“LY”，是“鋁、硬”的漢語拼音字首。為AL-Cu-Mg系合金。根據(jù)硬鋁合金的特性和用途，可將其分為低強度硬鋁（LY1、LY10）、中強度硬鋁（LY11）、高強度硬鋁（LY12、LY6）、耐熱硬鋁（LY2）等?？芍谱骺勺縻T釘，飛機大梁等。3.超硬鋁合金：代號為“LC”，是“鋁、超”的漢語拼音字首。屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，可形成CuAl2、CuMgAl2、MgZn2和Al2Mg3Zn3等多種強化相。有LC4、LC6…等制作飛機大型結(jié)構(gòu)件。4.鍛鋁合金：為AL-Mg-Si-Cu系合金,用“LD”表示。加入的合金元素種類多，含量少，具有良好的熱塑性，適于鍛造。有LD2、LD5、LD10…等制作飛機，形狀復雜強度高的零件。22（二）鑄造鋁合金－“ZL”表示鑄造鋁合金根據(jù)主加合金元素的不同，鑄造鋁合金一般分為四大類，即Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系;牌號用“鑄、鋁”二字的漢語拼音字首“ZL”＋三位數(shù)字表示，第一位數(shù)字代表合金系（1為Al-Si系，2為Al-Cu系，3為Al-Mg系，4為Al-Zn系），后兩位為順序號。

AL-Si鑄造合金Al-Si系鑄造鋁合金俗稱硅鋁明，是一種應用最廣的鑄造鋁合金。具有優(yōu)良的鑄造工藝性能，收縮率較小，強度中等，并可以焊接，適于鑄造在常溫下工作、形狀復雜的零件，如可制作形狀復雜的飛機零件.牌號：ZL101(ZAlSi7Mg)、ZL102(ZAlSi12)、ZL105(ZAlSi2Cu1Mg)、ZL108(ZAlSi5Cu2Mg1)成分特點：含Si％＝10～13％232.AL-Cu鑄造合金:ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL202(ZAlCu10)…等“2”表示AL-