机械工程材料_第7章_铸铁及有色金属_-_河北工业大学

1、n一.铸铁 ： Fe3C为亚稳相，加热易于分解为铁和石墨。即 Fe3C 3Fe C（石墨）含碳量为100C。石墨为稳定相，为特殊的简单 六方晶格。图图1 石墨的晶体结构石墨的晶体结构n 铁石墨相图4石墨化过程n第一阶段石墨化第一阶段石墨化在共晶温度及其温度（在共晶温度及其温度（1154）范围内从液体结晶形成石墨，包括过共晶铸铁液体按匀范围内从液体结晶形成石墨，包括过共晶铸铁液体按匀晶转变方式形成一次石墨和在晶转变方式形成一次石墨和在1154通过共晶反应形成通过共晶反应形成共晶石墨共晶石墨,共晶反应式为共晶反应式为LCAE+G共晶共晶n第二阶段石墨化第二阶段石墨化在在1154-738温度范围内温

2、度范围内,由奥氏体由奥氏体析出二次石墨。析出二次石墨。n第三阶段石墨化第三阶段石墨化在在738(PSK线线)通过共析反应析出通过共析反应析出共析石墨共析石墨,其反应式为其反应式为:AsF+G共析共析n在高温条件下，由于原子具有较高的扩散能力，第一阶在高温条件下，由于原子具有较高的扩散能力，第一阶段和第二阶段石墨化比较容易进行。但是在较低温度下段和第二阶段石墨化比较容易进行。但是在较低温度下进行的第三阶段石墨化，则常因铸铁的成分或冷却条件进行的第三阶段石墨化，则常因铸铁的成分或冷却条件的不同可能全部或部分受到抑制，从而得到不同的基体的不同可能全部或部分受到抑制，从而得到不同的基体组织，即组织，即

3、F+G、F+P+G和和P+G。 5二、分类二、分类n按照按照石墨化程度石墨化程度,铸铁可以分为灰口铸铁、麻口铸铁可以分为灰口铸铁、麻口铸铁和白口铸铁三大类。铸铁和白口铸铁三大类。 由于由于白口铸铁白口铸铁、麻口铸铁麻口铸铁中均含有很脆的莱氏体组织，中均含有很脆的莱氏体组织，主要用作耐磨材料。主要用作耐磨材料。 而而灰口铸铁灰口铸铁的组织由石墨和基体两部分组成，可以看成的组织由石墨和基体两部分组成，可以看成是钢基体上分布着石墨夹杂。由于具有较好的工艺性能和力是钢基体上分布着石墨夹杂。由于具有较好的工艺性能和力学性能，所以灰口铸铁是使用较多的工程材料学性能，所以灰口铸铁是使用较多的工程材料 灰口铸

4、铁分类灰口铸铁分类:（按石墨存在形态划分）（按石墨存在形态划分）n铸铁是铸铁是C2.11的的FeC合金，除合金，除C外，铸铁外，铸铁含有较多的含有较多的Si、Mn等元素，等元素， Si、C是强烈促进是强烈促进石墨化元素。石墨化元素。n根据石墨的形态，灰口铸铁可以分为灰（口）铸根据石墨的形态，灰口铸铁可以分为灰（口）铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。n灰口铸铁灰口铸铁 石墨呈片狀石墨呈片狀n可锻铸铁可锻铸铁 石墨呈团絮狀石墨呈团絮狀n球墨铸铁球墨铸铁 石墨呈球狀石墨呈球狀n蠕墨铸铁蠕虫状蠕墨铸铁蠕虫状7分类：孕育处理后的灰口铸铁叫做分类：孕育处理后的灰口铸铁叫

5、做孕育铸铁孕育铸铁。 未处理的未处理的为为普通灰口铸铁普通灰口铸铁。成分：成分： 2.54.0C, 1.03.0Si，0.51.4Mn牌号：牌号： HT100 、HT150 、HT200 、（、（普通灰口铸普通灰口铸铁）铁）HT250 、HT300 、HT350 、HT400（孕育铸铁）（孕育铸铁）“HT” 表示表示“灰铁灰铁”的拼音字头的拼音字头,后面的数字表示最低抗后面的数字表示最低抗拉强度。拉强度。如：如：HT100 :100表示表示 b 100MPa二、灰口铸铁二、灰口铸铁灰口铸铁的热处理灰口铸铁的热处理（三）灰口铁的热处理：灰口铁的热处理不能改变石墨的形（三）灰口铁的热处理：灰口铁的

6、热处理不能改变石墨的形态和分布，对提高灰口铁整体机械性能作用不大，灰口铁态和分布，对提高灰口铁整体机械性能作用不大，灰口铁的热处理主要的热处理主要消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。表面耐磨性等。消除内应力退火（人工时效）消除内应力退火（人工时效） 加热到加热到500550，保温后缓冷到，保温后缓冷到150250后后出炉空冷。出炉空冷。消除铸件白口，降低硬度，提高切削加工性能。消除铸件白口，降低硬度，提高切削加工性能。 铸件表层和薄壁处易于产生白口铁组织难于加工，需要进铸件表层和薄壁处易于产生白口铁组织难于加工，需要进行行高温退火高温退火（

7、共析温度以上，（共析温度以上，850-950 )，使，使Fe3C分解分解成石墨，以降低硬度，以提高切削加工性能。成石墨，以降低硬度，以提高切削加工性能。表面淬火表面淬火 机床导轨，缸体内壁为了提高硬度可进行表面淬火机床导轨，缸体内壁为了提高硬度可进行表面淬火（四）用途四）用途 灰口铁是价格便宜，应用最广泛的铸铁材料。灰口铁是价格便宜，应用最广泛的铸铁材料。用来制造机械性能要求较高的铸件，如机床床身、气缸、用来制造机械性能要求较高的铸件，如机床床身、气缸、曲轴、凸轮等。曲轴、凸轮等。图图2 灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织根据基体的差异，灰口铸铁分为铁素体基体、珠光体基体和根据基体的差异，灰

8、口铸铁分为铁素体基体、珠光体基体和铁素体和珠光体混合基体三种铸铁铁素体和珠光体混合基体三种铸铁 三、可锻铸铁（不可锻，因有一定的三、可锻铸铁（不可锻，因有一定的 %,故称为可故称为可锻铸铁）锻铸铁）可锻铸铁中含有团絮状石墨，具有较高的强度、塑性和冲击韧可锻铸铁中含有团絮状石墨，具有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代用碳钢。按退火方法不同，有黑心和白心两种性，可以部分代用碳钢。按退火方法不同，有黑心和白心两种类型。黑心可锻铸铁依靠白口铸铁的石墨化退火来获得；白心类型。黑心可锻铸铁依靠白口铸铁的石墨化退火来获得；白心可锻铸铁利用氧化脱碳退火来制取。我国主要生产黑心可锻铸可锻铸铁利用氧化脱碳退火

9、来制取。我国主要生产黑心可锻铸铁，后者已很少生产。铁，后者已很少生产。牌号：牌号： KT300-6、KT330-8、KT350-10、KT370-12 、KTZ450-5 、KTZ500-4 、KTZ600-3 、KTZ700-2 黑心可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体黑心可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体 。 “KT”表示表示FG(F基体基体) ,“KTZ”表示表示P+G（P基体）基体）如：如：KT300-6：“300”表示表示 b 300Mpa，“6”表示表示 6成分特点：成分特点：C：2.22.8；Si：1.22.0，Mn：0.41.2由于可锻铸铁中石墨呈团絮状，可锻铸铁可用来制造形状复杂、

10、由于可锻铸铁中石墨呈团絮状，可锻铸铁可用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件。如汽车。拖拉机后轮壳、制动器承受冲击和振动载荷的零件。如汽车。拖拉机后轮壳、制动器等。等。可锻铸铁显微组织可锻铸铁显微组织珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁 牌号牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2 、QT800-2 、QT1200-1 “QT”表示球墨铸铁，石墨呈球状分布于基体组织表示球墨铸铁，石墨呈球状分布于基体组织中。如：中。如： QT400-17400表示表示 b 400MPa， 17表示表示17，组，组 织为织为F + G 。成

11、分特点成分特点 ：成分要求严格，：成分要求严格，C：3.63.9，Si：2.02.8；Mn；0.60.9应用应用n良好的铸造性能、减磨性、消震性和切削加工性能。良好的铸造性能、减磨性、消震性和切削加工性能。可与某些钢媲美。可与某些钢媲美。n高强度、高耐磨的高强度、高耐磨的P+G球墨铸铁可作拖拉机曲轴、球墨铸铁可作拖拉机曲轴、连杆、齿轮。连杆、齿轮。n高韧性、高塑性的高韧性、高塑性的F+G球墨铸铁可作受压阀门、机球墨铸铁可作受压阀门、机器底座等。器底座等。四、球墨铸铁图图3 球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织15球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理n与钢一样，球墨铸铁可以进行多种热处理以改善与钢一

12、样，球墨铸铁可以进行多种热处理以改善组织性能。但由于它的硅、碳、锰含量较高，热组织性能。但由于它的硅、碳、锰含量较高，热处理具有其特点，如共析转变温度较高处理具有其特点，如共析转变温度较高, 淬透性淬透性比碳钢较好等。因此中、小铸件可采用油淬，并比碳钢较好等。因此中、小铸件可采用油淬，并较易实现等温淬火工艺，获得下贝氏体基体。较易实现等温淬火工艺，获得下贝氏体基体。n对铸件综合机械性能要求较高时，应在保证完全对铸件综合机械性能要求较高时，应在保证完全奥氏体化的条件下，尽量采用较低的加热温度，奥氏体化的条件下，尽量采用较低的加热温度，以获得碳含量较低的马氏体基体组织。以获得碳含量较低的马氏体基体

13、组织。n球墨铸铁的热处理工艺主要有退火、正火、调质、球墨铸铁的热处理工艺主要有退火、正火、调质、等温淬火等。等温淬火等。 2 铜及铜合金铜及其合金按其表面颜色，分为纯铜、黄铜、青铜及其合金按其表面颜色，分为纯铜、黄铜、青铜和白铜，其中后三种均为铜合金。铜和白铜，其中后三种均为铜合金。一、工业纯铜一、工业纯铜 （含（含Cu为为99.599.95）工业纯铜分冶炼产品（铜锭）及加工产品（铜材）工业纯铜分冶炼产品（铜锭）及加工产品（铜材）两种。铜锭按杂质含量分为一号铜（两种。铜锭按杂质含量分为一号铜（Cu-1）、）、二号铜（二号铜（Cu-2）、三号铜（）、三号铜（Cu-3）、四号铜）、四号铜（Cu-4

14、）四个牌号，后面的数字越大，铜的纯）四个牌号，后面的数字越大，铜的纯度越低。加工产品有纯铜（牌号有度越低。加工产品有纯铜（牌号有T1、T2、T3，“T”为为“铜铜”的汉语拼音字首）、无氧铜（牌号的汉语拼音字首）、无氧铜（牌号有有TU1和和TU2）、磷脱氧铜（牌号有）、磷脱氧铜（牌号有TP1和和TP2）和银铜（牌号为和银铜（牌号为TAg0.1）四类。）四类。17黄铜黄铜： Cu-Zn合金合金(一一)普通黄铜普通黄铜: H68、H90、ZH68n“H”表示黄铜，表示黄铜，68表示含表示含Cu68，其余为其余为Zn ；n“Z” 或或“ZH”表示铸造黄铜，用作奖章等表示铸造黄铜，用作奖章等,如如ZH6

15、2n（二）特殊黄铜（二）特殊黄铜 : HPb59-1（铅黄铜）（铅黄铜） 、HSi80-3 （硅黄（硅黄铜）铜） 、HSn62-1（锡黄铜）、（锡黄铜）、HMn58-2（锰黄铜）（锰黄铜）n牌号表示方法是牌号表示方法是“H”除除Zn以外的主加元素符号铜含量以外的主加元素符号铜含量主加元素的含量主加元素的含量 n如铅黄铜如铅黄铜 - HPb59-1表示含表示含Cu59，Pb1，；良，；良好的耐蚀性。好的耐蚀性。n还有：铸造特殊黄铜还有：铸造特殊黄铜ZCuZn40Mn3Fe1、ZCuZn25Al6Fe3Mn3n如如ZCuZn40Mn3Fe1表示含表示含Zn 40，3.04.0%Mn、0.51.5%

16、Fe,余余Cu18青铜青铜青铜原指青铜原指Cu-Sn合金。但工业上都习惯称含铝、硅、铅、合金。但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金为青铜。或指除铍、锰等的铜合金为青铜。或指除Zn和和Ni以外的其它元以外的其它元素作为主加元素的铜合金。素作为主加元素的铜合金。根据添加的元素不同，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青根据添加的元素不同，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜等。铜等。青铜的牌号是：青铜的牌号是：“青青”字的汉语拼音字首字的汉语拼音字首“Q”主加元主加元素符号主加元素质量百分数其它元素质量百分数素符号主加元素质量百分数其它元素质量百分数.如如锡青铜：锡青铜：QSn4-3 3.54.5Sn,

17、2.7-3.3%Zn,其余为其余为Cu的的锡青铜锡青铜。铝青铜：铝青铜：QAl7：6.08.0Al,其余为其余为Cu的的铝青铜铝青铜。铍青铜：铍青铜：QBe2:1.9-2.2%Be, 0.2-0.5%Ni, 余为余为Cu的的铍青铜。铍青铜。硅青铜：硅青铜：QSi3-1: 2.75-3.5%Si, 1.0-1.5Mn，其余为，其余为Cu的的硅青铜。硅青铜。19白铜白铜n白铜是以镍为主加元素的铜合金。白铜是以镍为主加元素的铜合金。n白铜也分为简单白铜也分为简单白铜白铜和和特殊白铜特殊白铜，Cu-Ni二元合金称为二元合金称为简单白铜简单白铜（如（如B30，B19，B5），在简单白铜的基础上），在简单

18、白铜的基础上再添加其它合金元素的再添加其它合金元素的Cu-Ni基合金称为基合金称为特殊白铜特殊白铜，如，如锌白铜（锌白铜（BZn15-20）、锰白铜（）、锰白铜（BMn30-12、BMn40-1.5）等。）等。n在固态下，在固态下，Cu与与Ni无限互溶，因此无限互溶，因此简单白铜简单白铜的组织为单的组织为单相固溶体，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能，冷、相固溶体，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能，冷、热加工性能优良，主要用于制造蒸汽和海水环境中工作热加工性能优良，主要用于制造蒸汽和海水环境中工作的精密仪器、仪表零件、冷凝器和热交换器。的精密仪器、仪表零件、冷凝器和热交换器。n特殊白铜特殊白铜中

19、锰白铜的电阻率高，电阻温度系数小，是制中锰白铜的电阻率高，电阻温度系数小，是制造低温热电偶、热电偶补偿导线及电阻器的理想材料。造低温热电偶、热电偶补偿导线及电阻器的理想材料。 3 铝及铝合金n一工业纯铝一工业纯铝 (含含98.099.0Al)n工业纯铝分冶炼产品（铝锭）和加工产品（铝材）两种。工业纯铝分冶炼产品（铝锭）和加工产品（铝材）两种。铝锭一般用于冶炼铝合金或轧制成铝材。铝锭一般用于冶炼铝合金或轧制成铝材。n铝锭的牌号铝锭的牌号是用是用“铝铝”的汉语拼音字首的汉语拼音字首“L”加顺序号数加顺序号数字表示，牌号有：特一号铝（字表示，牌号有：特一号铝（L00）、特二号铝（）、特二号铝（L0）

20、、）、一号铝（一号铝（Ll）、二号铝（）、二号铝（L2）、三号铝（）、三号铝（L3）、四号铝）、四号铝（L4）、五号铝（）、五号铝（L5）、六号铝（）、六号铝（L6），数字越大，表），数字越大，表示杂质含量越高。示杂质含量越高。n高纯铝高纯铝的牌号有的牌号有LG1、LG2、LG3、LG4、LG5，“G”是是“高高”字的汉语拼音字首，后面的数字越大，纯度越字的汉语拼音字首，后面的数字越大，纯度越高，它们的含铝量在高，它们的含铝量在99.8599.99%之间。高纯铝主要用之间。高纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。于科学研究及制作电容器等。21二、铝合金二、铝合金“L”代表代表Al合金合金根据铝合

21、金的成分和生根据铝合金的成分和生产加工方法的不同，可产加工方法的不同，可以把铝合金分为以把铝合金分为变形变形（或形变）铝合金（或形变）铝合金和和铸铸造铝合金造铝合金两类。两类。位于位于D点以左的合金可得点以左的合金可得到单相固溶体，塑性变到单相固溶体，塑性变形能力好，适宜于压力形能力好，适宜于压力加工，称为加工，称为变形铝合金变形铝合金。 位于位于D点以右的合金，有点以右的合金，有共晶组织存在，铸造性共晶组织存在，铸造性能好，称为能好，称为铸造铝合金铸造铝合金。合金元素对铝的合金元素对铝的强化作强化作用用主要表现为固溶强化、主要表现为固溶强化、时效强化和细化组织强时效强化和细化组织强化。化。

22、22( (一一) )变形铝合金变形铝合金n1.防锈铝合金防锈铝合金：代号为代号为“LF”，“铝、防铝、防”的汉语拼音字首。的汉语拼音字首。主要有主要有Al-Mn系和系和Al-Mg系两种合金。系两种合金。 “ LF ” 有有LF2 、LF21 、LF5、LF6 、LF11等，可作油箱等；等，可作油箱等；n2.硬铝合金硬铝合金：代号为代号为“LY”，是，是“铝、硬铝、硬”的汉语拼音字首。的汉语拼音字首。为为AL-Cu-Mg系合金系合金。根据硬铝合金的特性和用途，可将其根据硬铝合金的特性和用途，可将其分为低强度硬铝（分为低强度硬铝（LY1、LY10）、中强度硬铝（）、中强度硬铝（LY11）、高）、高

23、强度硬铝（强度硬铝（LY12、LY6）、耐热硬铝（）、耐热硬铝（LY2）等。可）等。可制作可制作可作铆钉，飞机大梁等。作铆钉，飞机大梁等。n3.超硬铝合金：超硬铝合金：代号为代号为“LC”，是，是“铝、超铝、超”的汉语拼音字的汉语拼音字首。属首。属Al-Zn-Mg-Cu系合金，可形成系合金，可形成CuAl2、CuMgAl2、MgZn2和和Al2Mg3Zn3等多种强化相。等多种强化相。有有LC4、LC6等制作飞等制作飞机大型结构件。机大型结构件。n4.锻铝合金锻铝合金 ：为：为AL-Mg-Si-Cu系合金系合金,用用“ LD ”表示。表示。加入加入的合金元素种类多，含量少，具有良好的热塑性，适于

24、锻造。的合金元素种类多，含量少，具有良好的热塑性，适于锻造。有有LD2、LD5、LD10等制作飞机，形状复杂强度高的零件。等制作飞机，形状复杂强度高的零件。（二）铸造铝合金（二）铸造铝合金 “ZL”表示铸造铝合表示铸造铝合金金u根据主加合金元素的不同，铸造铝合金一般分为四大类，根据主加合金元素的不同，铸造铝合金一般分为四大类，即即Al-Si系、系、Al-Cu系、系、Al-Mg系和系和Al-Zn系系;u牌号用牌号用“铸、铝铸、铝”二字的汉语拼音字首二字的汉语拼音字首“ZL”三位数三位数字表示，第一位数字代表合金系（字表示，第一位数字代表合金系（1为为Al-Si系，系，2为为Al-Cu系，系，3为为Al-Mg系，系，4为为Al-Zn系），后两位为顺序号。系），后两位为顺序号。u AL-Si铸造合金铸造合金uAl-Si系