《常用鑄造合金》課件

常用鑄造合金鑄造合金是工業(yè)生產(chǎn)中重要的材料，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子等領(lǐng)域。了解常用鑄造合金的特性和應(yīng)用，對(duì)于工程師設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品至關(guān)重要。鑄造合金簡(jiǎn)介定義鑄造合金是專門為鑄造而設(shè)計(jì)的金屬材料，包含多種元素。應(yīng)用鑄造合金廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車、航空航天等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)相比純金屬，鑄造合金具有更高的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐磨性等。鑄造合金的分類鐵合金主要成分為鐵，如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。有色金屬合金主要成分為銅、鋁、鎂、鋅等。特殊合金具有特殊性能的合金，如鈦合金、鎳合金、鈷合金等。鑄鐵合金鐵基合金以鐵為主要成分，含碳量2.11%～6.67%。性能特點(diǎn)高強(qiáng)度、耐磨損、抗沖擊，易于加工。應(yīng)用廣泛機(jī)械制造、建筑工程、汽車制造等行業(yè)。分類灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵?；诣T鐵灰鑄鐵灰鑄鐵是指主要由鐵、碳和硅組成的鑄鐵。碳以石墨形式存在，呈片狀或團(tuán)狀?；诣T鐵具有良好的減震性能，易于加工，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑等領(lǐng)域。性能特點(diǎn)灰鑄鐵具有良好的流動(dòng)性和鑄造性能，易于鑄造復(fù)雜形狀的零件。具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，但抗沖擊性能較差。球墨鑄鐵強(qiáng)度高球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，可與碳鋼相比擬。韌性好球墨鑄鐵的斷裂韌性高，能夠承受沖擊載荷和振動(dòng)載荷。耐磨性強(qiáng)球墨鑄鐵的表面硬度高，耐磨性好，適用于制造磨損部件?？慑戣T鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)退火處理而得到的。退火處理過(guò)程使碳化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，形成球狀或團(tuán)狀石墨，并具有良好的韌性。性能特點(diǎn)可鍛鑄鐵具有良好的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗沖擊性能。應(yīng)用領(lǐng)域可鍛鑄鐵常用于制造各種機(jī)械零件，如齒輪、軸承、曲軸等。有色金屬鑄造合金銅合金銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，以及優(yōu)良的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域。鋁合金鋁合金具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。鎂合金鎂合金是密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有良好的減震性能和電磁屏蔽性能，廣泛應(yīng)用于汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。鋅合金鋅合金具有良好的流動(dòng)性和易于加工的特點(diǎn)，可用于制造各種精密零件和裝飾件，在汽車、電子、五金等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。鋁合金輕便性鋁合金的密度較低，比重約為2.7，比鋼材輕約三分之一，具有較好的輕便性。耐腐蝕性鋁合金的表面容易形成一層致密的氧化膜，具有良好的耐腐蝕性。可塑性鋁合金具有良好的可塑性和延展性，易于加工成各種形狀。強(qiáng)度鋁合金的強(qiáng)度取決于合金元素的種類和含量。銅合金種類銅合金種類繁多，例如黃銅、青銅、白銅等。黃銅以其良好的機(jī)械性能和耐腐蝕性應(yīng)用廣泛；青銅以其優(yōu)異的耐磨性和潤(rùn)滑性被用于各種機(jī)械部件；白銅因其耐腐蝕性和優(yōu)美外觀而應(yīng)用于裝飾領(lǐng)域。性能銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性和良好的機(jī)械性能。其機(jī)械性能可以通過(guò)合金化元素和熱處理工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同的應(yīng)用需求。應(yīng)用銅合金廣泛應(yīng)用于電力、機(jī)械、建筑、化工、航空航天等領(lǐng)域。例如，電線電纜、機(jī)械零件、管道、儀器儀表等。特點(diǎn)銅合金具有良好的可加工性，可以進(jìn)行鍛造、鑄造、擠壓、拉拔等加工工藝，這使其能夠制成各種形狀和尺寸的零件。鎂合金輕量化鎂合金密度低，強(qiáng)度高，可用于制造汽車零部件，降低車輛重量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。耐腐蝕鎂合金具有良好的耐腐蝕性能，可用于制造電子產(chǎn)品外殼，提高產(chǎn)品壽命。高強(qiáng)度鎂合金強(qiáng)度高，可用于制造自行車車架，提高自行車強(qiáng)度和剛度。輕合金密度低輕合金密度低，可減輕產(chǎn)品重量，降低運(yùn)輸成本，提高效率，尤其適用于航空航天等領(lǐng)域。高強(qiáng)度輕合金強(qiáng)度高，可抵抗各種載荷，例如拉伸、彎曲、剪切等，確保產(chǎn)品安全可靠。良好加工性能輕合金具有良好的加工性能，可塑性好，易于成型，方便生產(chǎn)加工。鋁合金強(qiáng)度高鋁合金強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，重量輕，加工性能好。廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車、機(jī)械制造、建筑、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?？苫厥绽娩X合金可回收利用，有利于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約。鎂合金輕質(zhì)密度低，重量輕，約為鋁合金的三分之二。強(qiáng)度高具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，可滿足機(jī)械零件的強(qiáng)度要求。易加工可通過(guò)鑄造、鍛造、擠壓等多種工藝成形。耐腐蝕具有良好的耐腐蝕性能，可用于潮濕環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)中。重合金高密度重合金的密度高，通常大于4.5g/cm3。這使得它們具有高比重，能夠承受高負(fù)荷。例如，鎢合金的密度高達(dá)19.3g/cm3，非常適合制造穿甲彈頭和平衡配重。高強(qiáng)度重合金的強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度都較高。例如，鎳基合金具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，適合制造高性能發(fā)動(dòng)機(jī)部件和航空航天零部件。耐高溫重合金通常具有良好的耐高溫性能，能夠在高溫環(huán)境下保持其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。例如，鈦合金能夠承受高達(dá)600℃的高溫，常用于航空航天和醫(yī)療器械行業(yè)。耐磨損重合金的硬度高，抗磨損性能強(qiáng)，能夠承受較高的摩擦和沖擊。例如，鈷合金的硬度很高，耐磨損性能優(yōu)異，適合制造刀具、模具和軸承。鈦合金高強(qiáng)度鈦合金具有很高的強(qiáng)度和硬度，使其成為航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。生物相容性鈦合金與人體組織具有良好的生物相容性，在醫(yī)療植入物方面有廣泛應(yīng)用。耐腐蝕性鈦合金對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)具有良好的耐腐蝕性，適合于惡劣環(huán)境的應(yīng)用。鎳合金高強(qiáng)度鎳合金具有優(yōu)異的強(qiáng)度和硬度，在高溫下保持良好的機(jī)械性能，適合制造耐磨損部件。耐腐蝕耐腐蝕性強(qiáng)，可用于制造耐酸堿腐蝕的設(shè)備，延長(zhǎng)部件壽命。高溫性能具有良好的高溫強(qiáng)度和蠕變性能，適合制造高溫工作環(huán)境下的部件。磁性一些鎳合金具有磁性，可用于制造磁性材料。鈷合金11.高溫強(qiáng)度鈷合金具有優(yōu)異的抗氧化性、抗腐蝕性，并可在高溫環(huán)境中保持優(yōu)異的機(jī)械性能。22.抗磨損性鈷合金的耐磨性高于其他許多合金，使其成為在高負(fù)荷條件下工作部件的理想材料。33.磁性特性某些鈷合金具有良好的磁性特性，可應(yīng)用于磁性材料和磁性設(shè)備。44.抗沖擊性鈷合金具有良好的抗沖擊性能，能夠承受突然的力或沖擊，使其在航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。鑄鐵合金的性能特點(diǎn)強(qiáng)度高鑄鐵具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度較低，易脆裂。耐磨性好鑄鐵的硬度較高，耐磨性較好，常用于制作磨損較大的機(jī)械零件。耐熱性強(qiáng)鑄鐵具有較高的熔點(diǎn)和抗氧化性，能夠承受高溫環(huán)境，常用于制作高溫工作環(huán)境的部件。減震性能好鑄鐵具有較好的阻尼性能，能夠吸收振動(dòng)，常用于制作減震器等零件。有色金屬鑄造合金的性能特點(diǎn)良好的導(dǎo)電性銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，常用于電力設(shè)備、電子元件等領(lǐng)域。優(yōu)異的耐腐蝕性某些銅合金具有良好的耐腐蝕性，適合在潮濕環(huán)境中使用。輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等行業(yè)。良好的焊接性能錫鉛合金具有良好的焊接性能，常用于電子元件的焊接。輕合金的性能特點(diǎn)密度低輕合金的密度比鋼鐵等重金屬合金低很多。它們重量輕，易于加工和運(yùn)輸，特別適用于航空航天、汽車等需要減輕重量的領(lǐng)域。強(qiáng)度高輕合金經(jīng)過(guò)特殊的合金化和熱處理，可以獲得較高的強(qiáng)度和硬度。這些合金能夠承受較大的載荷，在結(jié)構(gòu)件和機(jī)械部件中發(fā)揮重要作用。重合金的性能特點(diǎn)高強(qiáng)度重合金具有很高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受高負(fù)荷和沖擊。耐高溫重合金具有良好的耐高溫性能，可以在高溫環(huán)境下保持其性能。耐腐蝕重合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性，能夠抵抗各種腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。高密度重合金的密度較高，具有良好的質(zhì)量和重量比。鑄造合金的應(yīng)用領(lǐng)域汽車工業(yè)鑄造合金廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、底盤等關(guān)鍵部件。例如，鑄鐵合金用作氣缸體、缸蓋等部件，鋁合金用作車身、輪轂等部件，鎂合金用作輕量化部件等。航空航天鑄造合金在航空航天領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，例如，鈦合金用作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身等部件，鎳合金用作高溫部件等。鑄造合金的高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕性能在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。機(jī)械制造鑄造合金在機(jī)械制造領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，例如，鑄鐵合金用作機(jī)床床身、機(jī)架等部件，鋁合金用作模具、機(jī)殼等部件。其他領(lǐng)域鑄造合金還應(yīng)用于醫(yī)療器械、建筑材料、電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域，例如，鑄造不銹鋼用作醫(yī)療器械，鑄造銅合金用作建筑裝飾等。鑄造合金的選擇原則11.使用性能確定合金的機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐高溫性等，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。22.加工性能選擇易于鑄造、加工的合金，降低生產(chǎn)成本，提高效率。33.成本因素綜合考慮合金的成本、價(jià)格和供應(yīng)情況，選擇性價(jià)比高的合金。44.環(huán)境友好性選擇環(huán)保、可回收的合金，減少對(duì)環(huán)境的污染。鑄造合金的加工工藝熔煉鑄造合金的加工工藝從熔煉開始。熔煉是將原材料加熱到液態(tài)狀態(tài)。澆注熔化的合金被澆注到鑄造模具中，形成鑄件的形狀。清理鑄件從模具中取出后，需要進(jìn)行清理，去除澆口、冒口和飛邊。熱處理熱處理可以改善鑄件的機(jī)械性能和使用性能。表面處理表面處理可以提高鑄件的耐腐蝕性、美觀性。鑄造合金的熱處理熱處理是指通過(guò)加熱、保溫和冷卻來(lái)改變鑄造合金的組織結(jié)構(gòu)，從而提高其力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能的過(guò)程。1退火消除內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性能2正火細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性3淬火提高硬度和強(qiáng)度4回火降低硬度，提高韌性5表面處理改善耐腐蝕性，提高耐磨性常用的熱處理方法包括退火、正火、淬火和回火等。熱處理工藝的選擇取決于鑄造合金的類型、性能要求和應(yīng)用領(lǐng)域。鑄造合金的表面處理1機(jī)械加工去除毛刺，提高表面光潔度2熱處理改變合金的組織結(jié)構(gòu)，提高性能3涂層增加抗腐蝕性，提高耐磨性4表面噴涂增加裝飾性，提高抗氧化性鑄造合金的表面處理可以提高其耐腐蝕性、耐磨性、抗氧化性等性能，延長(zhǎng)其使用壽命。鑄造缺陷及其控制措施砂型缺陷鑄造砂型缺陷可能導(dǎo)致鑄件表面粗糙、尺寸誤差、氣孔等缺陷，影響鑄件性能。冷隔缺陷冷隔缺陷是由于金屬液冷卻過(guò)快導(dǎo)致的，會(huì)導(dǎo)致鑄件內(nèi)部出現(xiàn)空洞或裂紋，影響鑄件強(qiáng)度。氣孔缺陷氣孔缺陷是由于鑄件內(nèi)部存在氣體導(dǎo)致的，會(huì)導(dǎo)致鑄件強(qiáng)度降低，影響鑄件性能。縮孔缺陷縮孔缺陷是由于金屬液冷卻收縮導(dǎo)致的，會(huì)導(dǎo)致鑄件內(nèi)部出現(xiàn)空洞或裂紋，影響鑄件強(qiáng)度。鑄造合金的環(huán)境友好性減少污染排放鑄造行業(yè)應(yīng)減少有害物質(zhì)排放，例如煙塵、廢氣和廢水，并開發(fā)低排放鑄造工藝。提高資源利用率回收和再利用鑄造廢料，降低原材料消耗，減少資源開采對(duì)環(huán)境的影響。采用環(huán)保材料開發(fā)和使用環(huán)保型鑄造合金，降低材料的毒性和環(huán)境危害。鑄造合金的檢測(cè)與分析化學(xué)成分分析確定合金的化學(xué)成分，確保符合設(shè)計(jì)要求，比如使用光譜分析法進(jìn)行分析，可提供元素含量的信息。顯微組織分析觀察合金的顯微結(jié)構(gòu)，了解合金的性能與使用情況，通過(guò)顯微鏡觀察金相組織，可了解合金的晶粒大小、形狀和分布。力學(xué)性能測(cè)試評(píng)估合金的強(qiáng)度、硬度、韌性等重要性能，例如拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試、沖擊試驗(yàn)等，可評(píng)估合金的力學(xué)性能。其他性能測(cè)試根據(jù)具體需求，還可以進(jìn)行耐腐蝕性能、耐高溫性能、耐磨性能等測(cè)試，可全面了解合金的性能。鑄造合金的質(zhì)量控制嚴(yán)格要求原材料、生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)檢測(cè)等環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定認(rèn)證體系通過(guò)第三方認(rèn)證，確保產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)鑄造合金的發(fā)展趨勢(shì)11.高性能化不斷提高強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性和耐高溫性等性能，以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料性能的更高要求。22.輕量化開發(fā)密度更低、強(qiáng)度更高的輕合金，以降低產(chǎn)品重量，提高燃油效率，減少環(huán)境污染。33.智能化利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鑄造合金的智能化設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。44.綠色化采用環(huán)保的生產(chǎn)工藝，減少資源消耗和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)鑄造合金的綠色可持續(xù)發(fā)展。鑄造合金的研究前沿增材制造3D打印技術(shù)為鑄造合金的生產(chǎn)提供了新的可能性，可以制造復(fù)雜形狀的零件。高熵合金研究人員正在開發(fā)高熵合金，這種合金具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性。微觀結(jié)構(gòu)控制對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)的精確控制可以顯著提高其性能。計(jì)算材料學(xué)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以幫助預(yù)測(cè)合金的性能，從而加速合金開發(fā)過(guò)程。本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)理解鑄造合金的分類掌握常見的鑄造合金的分類，包括鑄鐵合金、有色金屬鑄造合金、輕合金和重合金。熟悉鑄造合金的性能深入了解不同類型鑄造合金的性能特點(diǎn)，如力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。掌握鑄造合金的應(yīng)用領(lǐng)域了解各種鑄造合金在機(jī)械、航空、電子等領(lǐng)域的應(yīng)用，并分析其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。掌握鑄造合金的加工工藝熟悉鑄造合金的加工工藝，包括熔煉、鑄造、熱處理、表面處理等。本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)11.鑄造合金分類重點(diǎn)掌握鑄造合金的基本分類，以及不同類型合金的特性。22.性能特點(diǎn)深入了解不同鑄造合金的性能特點(diǎn)，包括機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。33.應(yīng)用領(lǐng)域掌握