機(jī)械工程材料-第7章-鑄鐵及有色金屬---河北工業(yè)大學(xué)

機(jī)械工程材料

鑄鐵及有色合金河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)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(jiǎn)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(yīng)形成共晶石墨,共晶反應(yīng)式為L(zhǎng)C’→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(yīng)析出共析石墨,其反應(yīng)式為:As→F+G共析在高溫條件下，由于原子具有較高的擴(kuò)散能力，第一階段和第二階段石墨化比較容易進(jìn)行。但是在較低溫度下進(jìn)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(xué)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(qiáng)烈促進(jìn)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(tuán)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(xì)片G，從而提高強(qiáng)度。孕育劑（人工晶核）：硅合金；碳（石墨）作用：細(xì)化組織晶粒，細(xì)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(hào)：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(qiáng)度。如：HT100:100表示b≥100MPa

灰鑄鐵的性能灰鑄鐵具有較高的強(qiáng)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(duì)提高灰口鐵整體機(jī)械性能作用不大，灰口鐵的熱處理主要消除鑄件內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等?！裣齼?nèi)應(yīng)力退火（人工時(shí)效）加熱到500℃～550℃，保溫后緩冷到150℃～250℃后出爐空冷。●消除鑄件白口，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(jìn)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。●表面淬火機(jī)床導(dǎo)軌，缸體內(nèi)壁為了提高硬度可進(jìn)行表面淬火（四）用途－灰口鐵是價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。用來(lái)制造機(jī)械性能要求較高的鑄件，如機(jī)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(tuán)絮狀石墨，具有較高的強(qiáng)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(lái)獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來(lái)制取。我國(guó)主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵，后者已很少生產(chǎn)。牌號(hào)：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(diǎn)：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(tuán)絮狀，可鍛鑄鐵可用來(lái)制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件。如汽車。拖拉機(jī)后輪殼、制動(dòng)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(hào)：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(diǎn)：成分要求嚴(yán)格，C％：3.6～3.9％，Si％：2.0～2.8％；Mn％；0.6～0.9％應(yīng)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(qiáng)度、高耐磨的P+G球墨鑄鐵可作拖拉機(jī)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(jī)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(jìn)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝，獲得下貝氏體基體。對(duì)鑄件綜合機(jī)械性能要求較高時(shí)，應(yīng)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(hào)銅（Cu-1）、二號(hào)銅（Cu-2）、三號(hào)銅（Cu-3）、四號(hào)銅（Cu-4）四個(gè)牌號(hào)，后面的數(shù)字越大，銅的純度越低。加工產(chǎn)品有純銅（牌號(hào)有T1、T2、T3，“T”為“銅”的漢語(yǔ)拼音字首）、無(wú)氧銅（牌號(hào)有TU1和TU2）、磷脫氧銅（牌號(hào)有TP1和TP2）和銀銅（牌號(hào)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(jiǎng)?wù)碌?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(hào)表示方法是“H”＋除Zn以外的主加元素符號(hào)＋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(xí)慣稱含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅合金為青銅。或指除Zn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(hào)是：“青”字的漢語(yǔ)拼音字首“Q”＋主加元素符號(hào)＋主加元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)＋其它元素質(zhì)量百分?jǐn)?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(jiǎn)單白銅和特殊白銅，Cu-Ni二元合金稱為簡(jiǎn)單白銅（如B30，B19，B5），在簡(jiǎn)單白銅的基礎(chǔ)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(wú)限互溶，因此簡(jiǎn)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?zé)犭娕?、熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)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(hào)是用“鋁”的漢語(yǔ)拼音字首“L”加順序號(hào)數(shù)字表示，牌號(hào)有：特一號(hào)鋁（L00）、特二號(hào)鋁（L0）、一號(hào)鋁（Ll）、二號(hào)鋁（L2）、三號(hào)鋁（L3）、四號(hào)鋁（L4）、五號(hào)鋁（L5）、六號(hào)鋁（L6），數(shù)字越大，表示雜質(zhì)含量越高。高純鋁的牌號(hào)有LG1、LG2、LG3、LG4、LG5，“G”是“高”字的漢語(yǔ)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(xué)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)鋁的強(qiáng)化作用主要表現(xiàn)為固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化和細(xì)化組織強(qiáng)化。21(一)變形鋁合金1.防銹鋁合金：代號(hào)為“LF”，“鋁、防”的漢語(yǔ)拼音字首。主要有Al-Mn系和Al-Mg系兩種合金?！癓F”有LF2、LF21、LF5、LF6、LF11等，可作油箱等；2.硬鋁合金：代號(hào)為“LY”，是“鋁、硬”的漢語(yǔ)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(qiáng)度硬鋁（LY1、LY10）、中強(qiáng)度硬鋁（LY11）、高強(qiáng)度硬鋁（LY12、LY6）、耐熱硬鋁（LY2）等?？芍谱骺勺縻T釘，飛機(jī)大梁等。3.超硬鋁合金：代號(hào)為“LC”，是“鋁、超”的漢語(yǔ)拼音字首。屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，可形成CuAl2、CuMgAl2、MgZn2和Al2Mg3Zn3等多種強(qiáng)化相。有LC4、LC6…等制作飛機(jī)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(jī)，形狀復(fù)雜強(qiáng)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(hào)用“鑄、鋁”二字的漢語(yǔ)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(hào)。

AL-Si鑄造合金Al-Si系鑄造鋁合金俗稱硅鋁明，是一種應(yīng)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(qiáng)度中等，并可以焊接，適于鑄造在常溫下工作、形狀復(fù)雜的零件，如可制作形狀復(fù)雜的飛機(jī)零件.牌號(hào)：ZL101(ZAlSi7Mg)、ZL102(ZAlSi12)、ZL105(ZAlSi2Cu1Mg)、ZL108(ZAlSi5Cu2Mg1)成分特點(diǎn)：含Si％＝10～13％232.AL-Cu鑄造合金:ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL202(ZAlCu10)…等“2”表示AL-