第5節(jié)鑄鐵及有色金屬

4.2.1概述本節(jié)主要內(nèi)容分類石墨化概念及其影響因素灰口鑄鐵總的性能特點(diǎn)4.2.2常用灰口鑄鐵各自的生產(chǎn)工藝各自的性能特點(diǎn)牌號(hào)及主要用途1.3.2鑄鐵1.概述鑄鐵是碳含量大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，所以應(yīng)用非常廣泛，是工程上最常用的金屬材料之一。它可用于制造各種機(jī)器零件，如機(jī)床的床身、床頭箱；發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸；軋機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等。本部分內(nèi)容:1.鑄鐵的分類2.灰口鑄鐵的性能特點(diǎn)

3.鑄鐵的石墨化二灰口鑄鐵的性能特點(diǎn)①優(yōu)良的鑄造性能

收縮小——G有補(bǔ)縮作用；流動(dòng)性好——成分接近共晶點(diǎn)②優(yōu)良的切削加工性

不纏刀——G易斷屑：刀具磨損小——G是一種固態(tài)潤(rùn)滑劑③良好的減摩性G是一種固態(tài)潤(rùn)滑劑；G處可儲(chǔ)存液態(tài)潤(rùn)滑劑④良好的減震性

G吸收震動(dòng)波⑤較低的缺口敏感性G本身是一種缺陷；G有一定的止裂作用⑥較低力學(xué)性能，但抗壓性能不低于鋼G有切割作用；G有縮減作用⑦鍛壓性能和焊接性能很差塑性、韌性低；含碳量太高三鑄鐵的石墨化1.石墨化的概念

定義：鑄鐵中碳原子以石墨形態(tài)析出的過程稱為石墨化。石墨析出途徑：

L→G；A→G；Fe3C→3Fe+G2.影響石墨化的因素

影響鑄鐵石墨化的因素可分為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因是化學(xué)成分，外因是冷卻速度。

影響石墨化的因素五常用灰口鑄鐵本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)方法：通過橫向比較和歸納來掌握各種灰口鑄鐵的性能、工藝、牌號(hào)和應(yīng)用。一、灰鑄鐵1.組織：鋼基體+片狀石墨2.工藝：直接澆注（或經(jīng)孕育處理）3.成分：C：3.0%～3.8%Si：1.5%～3.0%4.性能特點(diǎn)：鑄造性能最好力學(xué)性能最差（有效承載面積只有30-50%），5.熱處理：由于這種鑄鐵中G的破壞作用很大，一般不進(jìn)行以提高強(qiáng)度為目的的熱處理，主要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火，有時(shí)進(jìn)行表面淬火6.孕育處理——鑄鐵石墨細(xì)晶強(qiáng)化

為了細(xì)化灰鑄鐵的組織，提高鑄鐵的機(jī)械性能，并使其均勻一致。通常在澆注前往鐵水中加和少量強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的物質(zhì)，即孕育劑）進(jìn)行處理，這一處理過程稱為孕育處理。經(jīng)過孕育處理的灰鑄鐵稱孕育鑄鐵7.牌號(hào)及應(yīng)用類別牌號(hào)用途舉例鐵素體灰鑄鐵HTl00低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架等鐵索體—珠光體灰鑄鐵HT150承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、工作臺(tái)、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件珠光體灰鑄鐵HT200承受較大應(yīng)力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機(jī)座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等HT250孕育鑄鐵HT300床身導(dǎo)軌，車床、沖床等受力較大的床身、機(jī)座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等HT350

灰鑄鐵的應(yīng)用

二、球墨鑄鐵1.組織：鋼基體+球狀石墨2.工藝：球化處理3.成分：3.6%～3.9%C，2.2%～3.1%Si4.性能特點(diǎn)：力學(xué)性能最好（有效承載面積可達(dá)70-90%），鑄造性能較差5.熱處理：與鋼相同，可進(jìn)行各種熱處理。退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火等6.牌號(hào)及應(yīng)用基體類型牌號(hào)用途舉例鐵素體QT400-15QT400-10閥體，汽車、內(nèi)燃機(jī)車零件，機(jī)床零件，減譴器殼鐵素體+珠光體QT500-7機(jī)油泵齒輪，機(jī)車、車輛軸瓦珠光體QT700-2QT800-2柴油機(jī)曲軸、凸輪軸．汽缸體、缸套，活塞環(huán)，部分磨床、銑床、車床的主軸等下貝氏體QT900-2汽車的螺旋錐齒輪，拖拉機(jī)減速齒輪．柴油機(jī)凸輪軸三、可鍛鑄鐵1.組織：鋼基體+團(tuán)絮狀石墨2.工藝：先澆注成白口鑄鐵件，再進(jìn)行石墨化退火3.成分：2.4~2.8%C，1.4~1.8%Si

4.性能特點(diǎn)：力學(xué)性能好，鑄造性能差5.熱處理：一般不熱處理6.牌號(hào)及應(yīng)用類別牌號(hào)應(yīng)用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300-06KTH330-08KTH350—10KTH370—12汽車、拖拉機(jī)的后橋外殼、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、彈簧鋼板支座等，機(jī)床上用的扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣板和農(nóng)具等珠光體可鍛鑄鐵KTZ550-04KTZ700-02曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂，活塞環(huán)等四、蠕墨鑄鐵1.組織：鋼基體+蠕蟲狀石墨2.工藝：蠕化處理3.成分：碳=3.0%~4.0%硅=2.0%~3.0%4.性能特點(diǎn)：力學(xué)性能較好（耐熱性突出），鑄造性能稍差5.熱處理：與灰鑄鐵類似6.牌號(hào)及應(yīng)用基體類型牌號(hào)用途舉例FRuT260汽車、拖拉機(jī)底盤類零件、驅(qū)動(dòng)橋殼、閥體等F+PRuT300排氣管、變速箱體、汽缸蓋、紡織零件、液壓件、紡織機(jī)零件，鋼錠模等。F+PRuT340重型機(jī)床件、大型齒輪箱體、蓋、剎車鼓、玻璃模具、飛輪等PRuT380活塞環(huán)、氣缸套、制動(dòng)盤、玻璃模具、剎車鼓、鋼珠研磨盤吸泥泵體等PRuT4201.3.3有色金屬及其合金概述鋁及鋁合金銅及銅合金滑動(dòng)軸承合金1.3.2.1概述1.定義:

除黑色金屬(鋼、鐵)以外的所有金屬。

2.性能特點(diǎn):具有獨(dú)特的性能。3.分類重金屬(密度＞3.5);Cu、Ni等。輕金屬(密度＜3.5);Al、Mg等。貴重金屬;Au、Ag、Pt等。稀有金屬;W、Ti、Ra、Nb等。半金屬;Si、Te、B等。

1.3.2.2鋁及鋁合金1.鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)2.純鋁3.鋁合金的分類4.提高鋁及鋁合金強(qiáng)度的主要途徑5.常用鋁合金一鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)（1）優(yōu)良的物理性能（2）抗大氣腐蝕性能好

（3）加工性能好，比強(qiáng)度高

（1）優(yōu)良的物理性能密度小，熔點(diǎn)低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，磁化率低；純鋁的密度2.72g/cm3，僅為鐵的1/3，熔點(diǎn)為660.4℃，導(dǎo)電性僅次于Cu、Au、Ag。鋁合金的密度也很小，熔點(diǎn)更低，但導(dǎo)電、導(dǎo)熱性不如純鋁、鋁及鋁合金的磁化率極低，屬于非鐵磁材料。

（2）抗大氣腐蝕性能好鋁和氧的化學(xué)親和力大，在大氣中，鋁和鋁合金表面會(huì)很快形成一層致密的氧化膜，防止內(nèi)部繼續(xù)氧化。但在堿和鹽的水溶液中，氧化膜易破壞，因此不能用鋁及鋁合金制作的容器盛放鹽和堿溶液。（3）加工性能好，比強(qiáng)度高純鋁為面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，具有較高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于壓力加工成型，并有良好的低溫性能，純鋁的強(qiáng)度低，σb=70Mpa，雖經(jīng)冷變形強(qiáng)化，強(qiáng)度可提高到150～250Mpa，但也不能直接用于制作受力的結(jié)構(gòu)件，而鋁合金通過冷成型和熱處理，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到500～600Mpa，相當(dāng)于低合金鋼的強(qiáng)度，比強(qiáng)度高，成為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。注：比強(qiáng)度=σb/（密度）二純鋁應(yīng)用：輕，密度低→配置鋁合金抗大氣腐蝕→包覆材料導(dǎo)電導(dǎo)熱性好→導(dǎo)線、電容加工性能好→包裝材料強(qiáng)度低→不能作為承受載荷的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用純鋁的分類高純鋁有L01～L05五種，數(shù)字越大，純度越高；

99.93%-99.999%工業(yè)純鋁有L7～L1七種，數(shù)字越小，純度越高。

98.0%-99.7%工業(yè)高純鋁有LG1～LG5五種，數(shù)字越大，純度越高；99.85%-99.90%）鋁合金的分類形變鋁合金鑄造鋁合金——也可熱處理強(qiáng)化不能熱處理強(qiáng)化鋁合金

能熱處理強(qiáng)化鋁合金變形強(qiáng)化（加工硬化）：適合于純鋁和

不能熱處理強(qiáng)化鋁合金；時(shí)效強(qiáng)化（重點(diǎn)）：可熱處理強(qiáng)化鋁合金；變質(zhì)處理（細(xì)晶強(qiáng)化）：適合鑄造鋁合金。

四鋁合金的強(qiáng)化方式（一）鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化1.概念:在固溶處理后的合金隨時(shí)間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象。2.背景資料:

1906年德國(guó)Duralumin首次發(fā)現(xiàn)。1910年德國(guó)A·Welmer發(fā)明并獲專利。1916年用于制造飛機(jī)。1938年Guinier–Preston建立學(xué)說。3.時(shí)效強(qiáng)化的步驟：固溶處理（淬火）時(shí)效得到過飽和的相過飽和相中析出強(qiáng)化相4.種類自然時(shí)效人工時(shí)效五.常用的鋁合金形變鋁合金鑄造鋁合金一)形變鋁合金

(deformationaluminumalloy)形變鋁合金依據(jù)其性能特點(diǎn)可分為四種：⑴防銹鋁合金——LF⑵硬鋁合金——LY⑶超硬鋁合金——LC⑷鍛造鋁合金——LD其中防銹鋁合金為不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，其它三種為可熱處理強(qiáng)化鋁合金。1.防銹鋁合金LF成分：Al-Mn系、Al-Mg系性能：具有很高的塑性、較低或中等的強(qiáng)度、優(yōu)良的耐蝕性能和良好的焊接性能。防銹鋁只能用冷變形來強(qiáng)化，一般在退火態(tài)或冷作硬化態(tài)使用。應(yīng)用：常用代號(hào)F2、LF3等，廣泛用于民用和航空航天工業(yè)中，如制造油箱、管道、鉚釘、飛機(jī)行李架等。

2.硬鋁合金LY成分：Al–Cu–Mg性能：強(qiáng)度較高，塑性好，可時(shí)效強(qiáng)化。應(yīng)用：常用代號(hào)有LY16、LY17。主要用于飛機(jī)構(gòu)件，如飛機(jī)蒙皮(2A12)、擠壓成形螺旋槳、葉片(2A11)等重要零件。飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)3.超硬鋁合金LC成分：Al–Cu–Mg–Zn性能：強(qiáng)度最高，具有良好的熱塑性，但疲勞性能較差，耐熱性和耐蝕性也不高；表面通常包覆wZn=1%的鋁鋅合金，零構(gòu)件也要進(jìn)行陽極化防腐蝕處理；一般采用淬火加人工時(shí)效的熱處理強(qiáng)化工藝；應(yīng)用：常用LC4、LC9等；用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)壁板、大梁、起落架部件等。4.鍛造鋁合金LD成分：Al–Cu–Mg–Si性能：熱塑性好，可用鍛壓方法來制造形狀較復(fù)雜的零件；一般在淬火加人工時(shí)效后使用；應(yīng)用：常用LD2、LD5、LD6、LD10等；主要制造要求中等強(qiáng)度、高塑性和耐熱性的鍛件、模鍛件，如各種葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪、接頭、框架等。壓氣機(jī)葉片二)鑄造鋁合金

(castaluminumalloy)

——與形變鋁合金相比合金含量較高

鑄造鋁–硅合金ZL1××鑄造鋁–銅合金ZL2××鑄造鋁–鎂合金ZL3××鑄造鋁–鋅合金ZL4××種類代號(hào)1.鑄造鋁–

硅合金(又稱硅鋁明)(

ZL101～ZL111):良好的鑄造性能，密度較小，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性；——用于制造形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高的鑄件，如飛機(jī)、儀表殼體等；制造低、中強(qiáng)度的形狀復(fù)雜的鑄件，如電機(jī)殼體、氣缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等。活塞(裙部為鋁硅合金)2.鑄造鋁

–銅合金

(

ZL201～ZL203):有高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性,但鑄造性能和耐蝕性較差。主要用于制造較高溫度下工作的要求高強(qiáng)度的零件，如內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、增壓器導(dǎo)風(fēng)葉輪等。汽缸頭3.鑄造鋁

–

鎂合金

(

ZL301、ZL302):有高的強(qiáng)度和耐蝕性,密度小，但鑄造性能和耐熱性較差?！傲慵庇帽皿w

鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)船舶零件4.鑄造鋁

–

鋅合金(

ZL401、ZL402):具有較好的鑄造性，價(jià)格便宜，能自淬火，但耐蝕性差，密度大。主要用于制造形狀復(fù)雜的汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和儀器儀表零件。

大型空壓機(jī)活塞(ZL401)汽車零件1.3.3.3銅及銅合金1、銅及銅合金的特性2、銅及銅合金的分類3、黃銅4、白銅5、青銅一銅及銅合金的特性(1)優(yōu)異的物理、化學(xué)性能純銅的密度為8.96g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，面心立方晶格,有抗磁性，無同素異晶轉(zhuǎn)變。純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性也很好。銅及銅合金對(duì)大氣和水的抗蝕能力很高。銅是抗磁性物質(zhì)。(2)良好的加工性能塑性很好，容易冷、熱成形；鑄造銅合金有很好的鑄造性能。(3)某些特殊機(jī)械性能例如優(yōu)良的減摩性和耐磨性(如青銅及部分黃銅)，高的彈性極限和疲勞極限(如鈹青銅等)。(4)色澤美觀

二銅及銅合金分類1、工業(yè)純銅分類①分類純銅呈紫紅色，常稱紫銅。分末加工產(chǎn)品（銅錠、電解銅）和加工產(chǎn)品（銅材）兩種。分末加工產(chǎn)品的代號(hào)有Cu-1、Cu-2兩種；加工產(chǎn)品代號(hào)有T1、T2、T3三種。代號(hào)中數(shù)字越大，表示雜質(zhì)含量越多，導(dǎo)電性越差。②用途主要用于制作各種導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料及配制各種銅合金。2.銅合金的分類黃銅

:Cu–Zn

白銅

:Cu–Ni

青銅:除黃銅和白銅外的所有銅合金。三黃銅(brass)普通黃銅(commonbrass)：Cu–Zn

特殊黃銅(specialbrass)：Cu–Zn+少量Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等一)普通黃銅(commonbrass)1.黃銅的牌號(hào)(Z)

H

90含銅量WCu=90%黃銅鑄造2.常用的黃銅裝飾黃銅---H90彈殼黃銅---H70(H68)日用黃銅---H62(H59)法蘭閥閘閥冷凝器管二)特殊黃銅(specialbrass)1.定義:在黃銅中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。2.牌號(hào):H

Al

59-3含鋁量WAl=3%含銅量WCu=59%3.常用的特殊黃銅海軍黃銅---HSn62-1易切削黃銅---HPb59-14.黃銅的自裂與脫鋅:自裂---應(yīng)力腐蝕:黃銅在塑性變形后產(chǎn)生較大應(yīng)力,在潮濕空氣中或在微量氨的氣份中發(fā)生應(yīng)力腐蝕。含鋅量越高,應(yīng)力腐蝕傾向越大。脫鋅---鋅的電極電位遠(yuǎn)低于銅,所以在鹽水中黃銅極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。5.黃銅的熱處理:去應(yīng)力退火:在200～300℃左右退火,提高塑性和彈性極限,消除應(yīng)力腐蝕。再結(jié)晶退火:在500～700℃左右退火,消除加工硬化,恢復(fù)塑性。四青銅(bronze)普通青銅(錫青銅)：Cu——Sn(tinbronze)特殊青銅(無錫青銅)：Cu——其它合金元素(tin–freebronze)青銅牌號(hào)的表示方法Z

Q

Sn10–1其它合金元素含量為1%主加元素錫其含量為WSn=10%青銅鑄造錫青銅的性能和應(yīng)用錫青銅的性能：良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣、海水、蒸氣、淡水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在亞硫酸鈉、酸和氨水中的耐蝕性較差；錫青銅的鑄造收縮率很小，可鑄造形狀復(fù)雜的零件。常用錫青銅：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等，主要用于制造彈性元件、耐磨零件、抗磁及耐蝕零件，如彈