第5节铸铁及有色金属

4.2.1概述本节主要内容分类石墨化概念及其影响因素灰口铸铁总的性能特点4.2.2常用灰口铸铁各自的生产工艺各自的性能特点牌号及主要用途1.3.2铸铁1.概述铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。本部分内容:1.铸铁的分类2.灰口铸铁的性能特点

3.铸铁的石墨化二灰口铸铁的性能特点①优良的铸造性能

收缩小——G有补缩作用；流动性好——成分接近共晶点②优良的切削加工性

不缠刀——G易断屑：刀具磨损小——G是一种固态润滑剂③良好的减摩性G是一种固态润滑剂；G处可储存液态润滑剂④良好的减震性

G吸收震动波⑤较低的缺口敏感性G本身是一种缺陷；G有一定的止裂作用⑥较低力学性能，但抗压性能不低于钢G有切割作用；G有缩减作用⑦锻压性能和焊接性能很差塑性、韧性低；含碳量太高三铸铁的石墨化1.石墨化的概念

定义：铸铁中碳原子以石墨形态析出的过程称为石墨化。石墨析出途径：

L→G；A→G；Fe3C→3Fe+G2.影响石墨化的因素

影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。

影响石墨化的因素五常用灰口铸铁本节内容学习方法：通过横向比较和归纳来掌握各种灰口铸铁的性能、工艺、牌号和应用。一、灰铸铁1.组织：钢基体+片状石墨2.工艺：直接浇注（或经孕育处理）3.成分：C：3.0%～3.8%Si：1.5%～3.0%4.性能特点：铸造性能最好力学性能最差（有效承载面积只有30-50%），5.热处理：由于这种铸铁中G的破坏作用很大，一般不进行以提高强度为目的的热处理，主要进行消除内应力退火，有时进行表面淬火6.孕育处理——铸铁石墨细晶强化

为了细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械性能，并使其均匀一致。通常在浇注前往铁水中加和少量强烈促进石墨化的物质，即孕育剂）进行处理，这一处理过程称为孕育处理。经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁7.牌号及应用类别牌号用途举例铁素体灰铸铁HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等铁索体—珠光体灰铸铁HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件珠光体灰铸铁HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250孕育铸铁HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等HT350

灰铸铁的应用

二、球墨铸铁1.组织：钢基体+球状石墨2.工艺：球化处理3.成分：3.6%～3.9%C，2.2%～3.1%Si4.性能特点：力学性能最好（有效承载面积可达70-90%），铸造性能较差5.热处理：与钢相同，可进行各种热处理。退火、正火、调质、等温淬火等6.牌号及应用基体类型牌号用途举例铁素体QT400-15QT400-10阀体，汽车、内燃机车零件，机床零件，减谴器壳铁素体+珠光体QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦珠光体QT700-2QT800-2柴油机曲轴、凸轮轴．汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的主轴等下贝氏体QT900-2汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮．柴油机凸轮轴三、可锻铸铁1.组织：钢基体+团絮状石墨2.工艺：先浇注成白口铸铁件，再进行石墨化退火3.成分：2.4~2.8%C，1.4~1.8%Si

4.性能特点：力学性能好，铸造性能差5.热处理：一般不热处理6.牌号及应用类别牌号应用举例黑心可锻铸铁KTH300-06KTH330-08KTH350—10KTH370—12汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等珠光体可锻铸铁KTZ550-04KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等四、蠕墨铸铁1.组织：钢基体+蠕虫状石墨2.工艺：蠕化处理3.成分：碳=3.0%~4.0%硅=2.0%~3.0%4.性能特点：力学性能较好（耐热性突出），铸造性能稍差5.热处理：与灰铸铁类似6.牌号及应用基体类型牌号用途举例FRuT260汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等F+PRuT300排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件、纺织机零件，钢锭模等。F+PRuT340重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等PRuT380活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等PRuT4201.3.3有色金属及其合金概述铝及铝合金铜及铜合金滑动轴承合金1.3.2.1概述1.定义:

除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。

2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti、Ra、Nb等。半金属;Si、Te、B等。

1.3.2.2铝及铝合金1.铝及铝合金的性能特点2.纯铝3.铝合金的分类4.提高铝及铝合金强度的主要途径5.常用铝合金一铝及铝合金的性能特点（1）优良的物理性能（2）抗大气腐蚀性能好

（3）加工性能好，比强度高

（1）优良的物理性能密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低；纯铝的密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃，导电性仅次于Cu、Au、Ag。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。

（2）抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱溶液。（3）加工性能好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，并有良好的低温性能，纯铝的强度低，σb=70Mpa，虽经冷变形强化，强度可提高到150～250Mpa，但也不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500～600Mpa，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。注：比强度=σb/（密度）二纯铝应用：轻，密度低→配置铝合金抗大气腐蚀→包覆材料导电导热性好→导线、电容加工性能好→包装材料强度低→不能作为承受载荷的结构材料应用纯铝的分类高纯铝有L01～L05五种，数字越大，纯度越高；

99.93%-99.999%工业纯铝有L7～L1七种，数字越小，纯度越高。

98.0%-99.7%工业高纯铝有LG1～LG5五种，数字越大，纯度越高；99.85%-99.90%）铝合金的分类形变铝合金铸造铝合金——也可热处理强化不能热处理强化铝合金

能热处理强化铝合金变形强化（加工硬化）：适合于纯铝和

不能热处理强化铝合金；时效强化（重点）：可热处理强化铝合金；变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金。

四铝合金的强化方式（一）铝合金的时效强化1.概念:在固溶处理后的合金随时间延续而发生进一步强化的现象。2.背景资料:

1906年德国Duralumin首次发现。1910年德国A·Welmer发明并获专利。1916年用于制造飞机。1938年Guinier–Preston建立学说。3.时效强化的步骤：固溶处理（淬火）时效得到过饱和的相过饱和相中析出强化相4.种类自然时效人工时效五.常用的铝合金形变铝合金铸造铝合金一)形变铝合金

(deformationaluminumalloy)形变铝合金依据其性能特点可分为四种：⑴防锈铝合金——LF⑵硬铝合金——LY⑶超硬铝合金——LC⑷锻造铝合金——LD其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其它三种为可热处理强化铝合金。1.防锈铝合金LF成分：Al-Mn系、Al-Mg系性能：具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良的耐蚀性能和良好的焊接性能。防锈铝只能用冷变形来强化，一般在退火态或冷作硬化态使用。应用：常用代号F2、LF3等，广泛用于民用和航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。

2.硬铝合金LY成分：Al–Cu–Mg性能：强度较高，塑性好，可时效强化。应用：常用代号有LY16、LY17。主要用于飞机构件，如飞机蒙皮(2A12)、挤压成形螺旋桨、叶片(2A11)等重要零件。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)3.超硬铝合金LC成分：Al–Cu–Mg–Zn性能：强度最高，具有良好的热塑性，但疲劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆wZn=1%的铝锌合金，零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；应用：常用LC4、LC9等；用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机壁板、大梁、起落架部件等。4.锻造铝合金LD成分：Al–Cu–Mg–Si性能：热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效后使用；应用：常用LD2、LD5、LD6、LD10等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等。压气机叶片二)铸造铝合金

(castaluminumalloy)

——与形变铝合金相比合金含量较高

铸造铝–硅合金ZL1××铸造铝–铜合金ZL2××铸造铝–镁合金ZL3××铸造铝–锌合金ZL4××种类代号1.铸造铝–

硅合金(又称硅铝明)(

ZL101～ZL111):良好的铸造性能，密度较小，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性；——用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等；制造低、中强度的形状复杂的铸件，如电机壳体、气缸体、风机叶片、发动机活塞等。活塞(裙部为铝硅合金)2.铸造铝

–铜合金

(

ZL201～ZL203):有高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。汽缸头3.铸造铝

–

镁合金

(

ZL301、ZL302):有高的强度和耐蚀性,密度小，但铸造性能和耐热性较差。——船舶零件、氨用泵体

鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)船舶零件4.铸造铝

–

锌合金(

ZL401、ZL402):具有较好的铸造性，价格便宜，能自淬火，但耐蚀性差，密度大。主要用于制造形状复杂的汽车、拖拉机的发动机和仪器仪表零件。

大型空压机活塞(ZL401)汽车零件1.3.3.3铜及铜合金1、铜及铜合金的特性2、铜及铜合金的分类3、黄铜4、白铜5、青铜一铜及铜合金的特性(1)优异的物理、化学性能纯铜的密度为8.96g/cm3，熔点为1083℃，面心立方晶格,有抗磁性，无同素异晶转变。纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。(2)良好的加工性能塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。(3)某些特殊机械性能例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。(4)色泽美观

二铜及铜合金分类1、工业纯铜分类①分类纯铜呈紫红色，常称紫铜。分末加工产品（铜锭、电解铜）和加工产品（铜材）两种。分末加工产品的代号有Cu-1、Cu-2两种；加工产品代号有T1、T2、T3三种。代号中数字越大，表示杂质含量越多，导电性越差。②用途主要用于制作各种导电材料、导热材料及配制各种铜合金。2.铜合金的分类黄铜

:Cu–Zn

白铜

:Cu–Ni

青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金。三黄铜(brass)普通黄铜(commonbrass)：Cu–Zn

特殊黄铜(specialbrass)：Cu–Zn+少量Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等一)普通黄铜(commonbrass)1.黄铜的牌号(Z)

H

90含铜量WCu=90%黄铜铸造2.常用的黄铜装饰黄铜---H90弹壳黄铜---H70(H68)日用黄铜---H62(H59)法兰阀闸阀冷凝器管二)特殊黄铜(specialbrass)1.定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。2.牌号:H

Al

59-3含铝量WAl=3%含铜量WCu=59%3.常用的特殊黄铜海军黄铜---HSn62-1易切削黄铜---HPb59-14.黄铜的自裂与脱锌:自裂---应力腐蚀:黄铜在塑性变形后产生较大应力,在潮湿空气中或在微量氨的气份中发生应力腐蚀。含锌量越高,应力腐蚀倾向越大。脱锌---锌的电极电位远低于铜,所以在盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。5.黄铜的热处理:去应力退火:在200～300℃左右退火,提高塑性和弹性极限,消除应力腐蚀。再结晶退火:在500～700℃左右退火,消除加工硬化,恢复塑性。四青铜(bronze)普通青铜(锡青铜)：Cu——Sn(tinbronze)特殊青铜(无锡青铜)：Cu——其它合金元素(tin–freebronze)青铜牌号的表示方法Z

Q

Sn10–1其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn=10%青铜铸造锡青铜的性能和应用锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差；锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件。常用锡青铜：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹