铸铁和非铁合金

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1、3. 4 铸铸 铁铁 一一. 铸铁概述铸铁概述 概念概念： C 2.11的的Fe-C合金合金。 碳存在形式：间隙固溶于碳存在形式：间隙固溶于Fe、渗碳体（亚稳相，分解、渗碳体（亚稳相，分解为为Fe、C）、游离态石墨（稳定相，铁液或奥氏体中析）、游离态石墨（稳定相，铁液或奥氏体中析出）出）1、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程 3个阶段：个阶段： a、液态铸铁结晶出一次石墨（过共晶铸、液态铸铁结晶出一次石墨（过共晶铸 铁）铁） b、1154（ECF线）线）L奥氏体奥氏体+石石 墨墨 1154738 奥氏体奥氏体 二次石墨（二次石墨（ES线）线） 738奥氏体奥氏体+石墨石墨 共析反应，共析石共析

2、反应，共析石 墨（墨（ PSK线）线） 铁碳合金中，铁碳合金中，C 可以几种方式存在：可以几种方式存在： 1）以固溶方式存在于）以固溶方式存在于 、 中中-奥氏体与铁素体；奥氏体与铁素体； 2）以化合态的）以化合态的 Fe3C 形式存在；形式存在； 3）以游离态）以游离态 G 存在存在。 FeFe3 3C C 晶体结构晶体结构GG晶体结构晶体结构正交晶系正交晶系硬度高硬度高脆性大脆性大塑性低塑性低六方晶格六方晶格强度低强度低硬度低硬度低塑性低塑性低铸铁分类铸铁分类： 白口铸铁：白口铸铁：C 主要以主要以Fe3C形式存在；形式存在； 非白口铸铁：非白口铸铁：C 主要以主要以 G (石墨石墨)形式

3、存在形式存在: 在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡亚稳定平衡的的Fe-Fe3C相图相图和稳定平衡的稳定平衡的Fe-G相图相图，即铁碳合金相图应该是复线相图：Fe-Fe3C相图和FeG相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡还是稳定平衡）。1、以、以Fe-Fe3C相图结晶（白口铸铁）相图结晶（白口铸铁） 铸铁是铸铁是 C 2.11% 的铁碳铸造合金。的铁碳铸造合金。 碳绝大部分以碳绝大部分以Fe3C形式存在，断口呈银白形式存在，断口呈银白色，硬度高，脆性大，称为色，硬度高，脆性大，称为白口铸铁白口铸铁 可用作耐磨铸件、冷硬铸铁轧辊或车轮，也可用作耐磨铸

4、件、冷硬铸铁轧辊或车轮，也可作为炼钢原料。可作为炼钢原料。 根据碳的含量不同，可分为：根据碳的含量不同，可分为：# 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁2、以、以Fe-G相图结晶相图结晶 碳的含量大于碳的含量大于2.11的铁碳铸造合金，的铁碳铸造合金， C全全部或大部分以部或大部分以 G 形式存在，通常有较多的形式存在，通常有较多的Si、Mn、S、P等元素等元素 根据根据 G 形状的不同，非白口铸铁可分为形状的不同，非白口铸铁可分为 灰口铸铁灰口铸铁（HT）：）：G呈呈片状片状 球墨铸铁球墨铸铁（QT）：）：G呈呈球状球状 蠕墨铸铁蠕墨铸铁（RU

5、T)：G呈呈蠕虫状蠕虫状 可锻铸铁可锻铸铁（KT）：）：G呈呈团絮状团絮状 可锻铸铁是由含碳硅不高的白口铸铁可锻铸铁是由含碳硅不高的白口铸铁经石墨化退火处理得到经石墨化退火处理得到灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织F+G片F+P+G片P+G片球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 球墨铸铁管道接口球墨铸铁管道接口 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 2、铸铁中的合金元素、铸铁中的合金元素 促进石墨化的元素促进石墨化的元素 C C、SiSi、AlAl、CuCu、NiNi、Co Co （大（大多为非碳化物形成元素）多为非碳化物形成元素） 阻碍石墨化的元素阻碍石墨化的元素 CrC

6、r、W W、MoMo、V V、MnMn、P P、S S（大（大多为碳化物形成元素）多为碳化物形成元素）3、铸铁性能特点、铸铁性能特点 均是石墨化铸铁（均是石墨化铸铁（HTKTRUTQT），），性能为何性能为何相差很大相差很大呢呢？ 石墨的形态对其影响较大石墨的形态对其影响较大片状片状G灰口铸铁：灰口铸铁：G对基体严重割裂力学性能差对基体严重割裂力学性能差蠕墨铸铁：端部钝化力学性能较好蠕墨铸铁：端部钝化力学性能较好团絮状团絮状G铸铁：大大降低对基体的割裂力学性能明显铸铁：大大降低对基体的割裂力学性能明显改善改善球墨铸铁：对基体割裂作用最小球墨铸铁：对基体割裂作用最小因因G存在而产生的特殊性能存在

7、而产生的特殊性能切削加工性能切削加工性能铸造性能铸造性能耐磨性耐磨性减振性减振性对缺口不敏感对缺口不敏感二二. 灰口铸铁灰口铸铁1、成分、成分：C 2.5 4.0, Si 1.03.0, Mn, P, S等等 碳当量碳当量C.E.：将铸铁中所含元素按促进石墨：将铸铁中所含元素按促进石墨化能力折算成化能力折算成C时所相当的总碳量。时所相当的总碳量。 C.E. = C + 1/3 Si + 1/3 P2、牌号、牌号：HT XXX XXX表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度(MPa)如如 HT100，HT150，HT200 （普通灰口铸铁）（普通灰口铸铁） HT250，HT300，HT350，HT400

8、 (孕育铸铁孕育铸铁)3、影响灰口铸铁组织和性能的因素、影响灰口铸铁组织和性能的因素(1) 化学成分化学成分：主要控制C、Si含量C、Si过高，石墨片过多、过大；过低，出现白 口组织(2) 冷却速度冷却速度：影响石墨化程度4、孕育处理、孕育处理定义定义：铸铁溶液浇铸前加入少量孕育剂，以改善灰口铸铁力学性能的技术目的目的：细小、均匀石墨片；避免白口组织三三. 球墨铸铁球墨铸铁高强度铸铁，综合力学性能好（与钢相近）1. 成分成分：C、Si% 比比 HT 高，高，S% 低低 C 3.63.9%，Si 2.02.8， Mn0.60.8， S0.07, P0.1%。2. 生产生产： 熔化熔化 + 球化处

9、理球化处理 + 孕育处理孕育处理 + 浇注浇注 球化处理球化处理：加入球化剂；：加入球化剂； （Mg及其合金，稀土镁合金）及其合金，稀土镁合金） 孕育处理孕育处理：75硅铁合金。硅铁合金。 3. 牌号牌号： QT400-17，QT420-10 （F+球球G） QT500-5 （F+P+球球G） QT600-2，QT700-2，QT800-2 （P+球球G） QT1200-1 （下（下B + 球球G） 两组数字分别表示两组数字分别表示最低抗拉强度最低抗拉强度与与伸长率伸长率4. 组织组织：F，F+P，P，M，B + 球球G5. 性能性能：力学性能好于：力学性能好于HT，可以代替钢来生产某些，可以

10、代替钢来生产某些零件如曲轴、连杆等零件如曲轴、连杆等6. 热处理热处理：可采用钢的普通热处理工艺。：可采用钢的普通热处理工艺。四四. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 性能：性能：强度接近于强度接近于QT；耐热性较高；耐热性较高 生产：生产：一定成分的铁水进行蠕化处理。一定成分的铁水进行蠕化处理。 加入加入蠕化剂蠕化剂。蠕化剂目前主要。蠕化剂目前主要采用采用镁钛合镁钛合 金、金、稀土镁钛合金稀土镁钛合金等；等； 牌号牌号：RUT260，300，340，380，420 组织：组织：F + 蠕蠕G F+P+蠕蠕G P + 蠕蠕G 用途用途：用于汽缸盖、汽缸套、液压阀等；：用于汽缸盖、汽缸套、液压阀等；五五. 可锻

11、铸铁可锻铸铁 完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（900 980） 形成：形成：由由白口铸铁白口铸铁经经石墨化退火处理石墨化退火处理得到；得到； Fe3C 团絮状团絮状G + Fe 成分成分: C 2.2-2.8, Si1.2- 2.0, Mn 0.8-1.0 组织：组织：F 或或 P + 团絮状团絮状G； 牌号：牌号： KT 300-6, 330-8, 350-10, 370-12 (F+团团G) KTZ450-5, 500-4, 600-3, 700-2 (P+团团G) 性能：性能：强度、塑性和冲击韧性都较高强度、塑性和冲击韧性都较高六六. 合金铸铁合金铸铁 抗磨铸铁与减摩铸铁抗磨铸铁与减摩

12、铸铁 耐热铸铁耐热铸铁 耐蚀铸铁耐蚀铸铁 3-5 3-5 非铁金属及其合金非铁金属及其合金（掌握）除钢铁以外所有其它金属材料，其中比重小于4.5的非铁合金称为轻金属（如铝、镁、钛等）。种类与应用种类与应用 Al, Mg, Ti及合金及合金 比重小比重小 航空、航天、航海航空、航天、航海 Cu, Al, Ag及合金及合金 导电性好导电性好 电力电工电子超导电力电工电子超导 Ni, Mo, Nb, Co 耐高温耐高温 火箭、发动机火箭、发动机 Cu, Ti及其合金及其合金 耐蚀性好耐蚀性好 石油化工、航海军舰石油化工、航海军舰 Ra, U, Th 原子能发电与核燃料原子能发电与核燃料一、铝及其合金

13、一、铝及其合金 1、基本特性、基本特性 密度低、比强度高；密度低、比强度高； 导电性好；抗大气腐蚀；导电性好；抗大气腐蚀； 加工性能好：成型性好；可热处理、铸造加工性能好：成型性好；可热处理、铸造2、纯铝、纯铝 1）物理性能 熔点660，密度2.7g/cm3 , 具有良好的导电性（相当于铜的60%）和导热性。在大气中抗蚀性较高。 2）力学性能 强度硬度低（b=80100MPa、20HBS）、塑性较高、冷变形后强度增加不多，但塑性却急剧下降，因此铝不易作受力的结构材料。按杂质（按杂质（Fe,Si,Zn）含量不同，可分为：）含量不同，可分为： 高纯铝；高纯铝； 99.93%99.93%99.99%

14、99.99% 工业高纯铝：工业高纯铝： 98.85%98.85%99.9%99.9%； L00，L0 工业纯铝：工业纯铝： 98.0%98.0%99.0% 99.0% L1- L53、铝合金、铝合金 通过加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，使铝得到固溶强化、沉淀强化及组织强化，从而得到高强度的铝合金。 合金化合金化+ 冷变形冷变形 (+，或，或)热处理热处理提高强度提高强度 合金化：合金化： + Mn, Mg, Cu, Zn, Si 等，形成不同合金等，形成不同合金 冷变形：冷变形： 变形铝合金变形铝合金 热处理：热处理： 固溶处理固溶处理+时效时效（1 1）铝合金的固溶处理和时效）铝合金的固溶

15、处理和时效铝合金相图固溶处理：将成分位于相图中D与F 之间的合金加热到相区，经保温获得单相固 溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱和的固溶 体的热处理过程。时效（时效硬化）：在室温下放置或低温加热固溶体 时，其强度和硬度会明显升高的现象。（2）铝合金的分类）铝合金的分类按成分及制造工艺：形变铝合金（成分低于按成分及制造工艺：形变铝合金（成分低于 D，单相固溶体组织，塑性好）；，单相固溶体组织，塑性好）； 铸造铝合金铸造铝合金 变形铝合金变形铝合金特征特征: 含合金元素含量较少含合金元素含量较少, 用压力加工成型用压力加工成型 制造制造, 有的可热处理强化有的可热处理强化(固溶处理固溶处理+时效时效

16、)可分为可分为 防锈铝合金防锈铝合金：Al-Mg, Al-Mn系，系， LF5，LF21等，耐蚀性好等，耐蚀性好 硬铝合金硬铝合金：Al-Cu-Mg系合金，系合金， LY1，LY11等，强度高等，强度高 超硬铝合金超硬铝合金：Al-Mg-Zn-Cu系合金系合金 LC4，LC6等：强度最高等：强度最高 锻铝合金锻铝合金：Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金系合金 LD5,LD7,LD10，高强度与可锻性好，高强度与可锻性好铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金是指直接用来浇注各种形状机械零件的铸造铝合金是指直接用来浇注各种形状机械零件的铝合金。其合金元素含量一般高于形变铝合金。铝合金。其合金元素含量一般高

17、于形变铝合金。特征特征: 合金元素含量较高合金元素含量较高,合金流动性好，塑性差，合金流动性好，塑性差，经变质处理和热处理后可提高力学性能。用铸造经变质处理和热处理后可提高力学性能。用铸造方法生产。方法生产。Al-Si合金合金： ZL101, ZL l02, ZL101, ZL l02, 等等 铸造性能好，但强度和塑性较差铸造性能好，但强度和塑性较差Al-Cu合金合金：ZL201ZL201、ZL202ZL202、ZL203 ZL203 强度较高强度较高, , 耐热性好耐热性好Al-Mg合金合金: ZL301: ZL301、ZL302ZL302 强度高，密度低，耐蚀性好强度高，密度低，耐蚀性好A

18、l-Zn合金合金: ZL401: ZL401、ZL402 ZL402 铸态下强度高铸态下强度高 二、铜及其合金二、铜及其合金总体性能总体性能: 优异的物理（高强度）、化学性能（耐蚀）优异的物理（高强度）、化学性能（耐蚀） 良好的加工性能良好的加工性能 特殊力学性能：减摩、耐摩，高的弹性极限，疲劳特殊力学性能：减摩、耐摩，高的弹性极限，疲劳 极限极限 色泽美观色泽美观2工业纯铜工业纯铜(紫铜紫铜) 纯铜又称紫铜，熔点纯铜又称紫铜，熔点1083，密度，密度8.9g/cm3，呈面心立方晶，呈面心立方晶格。格。主要制作主要制作电导体及配制合金电导体及配制合金工业纯铜工业纯铜： T1 T2 T3 T4（

19、纯度依次降低）（纯度依次降低） 无氧铜（氧含量低）：用于制作电真空器件及高导电性导线无氧铜（氧含量低）：用于制作电真空器件及高导电性导线 纯铜强度低，不宜用作结构材料纯铜强度低，不宜用作结构材料3. 铜合金铜合金 分为分为黄铜、青铜和白铜黄铜、青铜和白铜三大类三大类 1) 黄铜黄铜 （Cu-Zn-M） 以以锌锌为主加合金元素的铜基合金称为黄铜。黄铜是为主加合金元素的铜基合金称为黄铜。黄铜是重有色金属重有色金属中中应用最为广泛应用最为广泛的金属材料。当黄铜中的金属材料。当黄铜中还含有除锌以外的其它合金元素（还含有除锌以外的其它合金元素（Pb、Sn、Mn等）等）时属于复杂黄铜。时属于复杂黄铜。 普

20、通普通(简单简单)黄铜黄铜 Cu-Zn二元合金二元合金 H80、H70，H68 （组织（组织: 单相单相 ） H62、H59 （组织（组织: + ） 复杂复杂 (多元多元) 黄铜黄铜 在在Cu-Zn基础上加入基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Ni等等 可提高性能（强度、耐蚀性、耐磨性等）可提高性能（强度、耐蚀性、耐磨性等）编号编号：H+主加元素符号主加元素符号+Cu%+辅加元素辅加元素%。 如如 HPb60-1：Cu60%、Pb1%，余为，余为Zn HSn70-1: 3) 青铜青铜 青铜青铜指除指除Zn, Ni外的其它铜合金外的其它铜合金, Cu与与Sn、A1、Si、Pb、Be、Mn等的铜基合

21、金分别为锡青铜、等的铜基合金分别为锡青铜、铝青铜，硅青铜。等铝青铜，硅青铜。等 编号编号 Q + 主加元素及含量主加元素及含量+ 其他元素含量其他元素含量 如如, QAl7 铝青铜铝青铜, 含含 Al 2%, 余为余为Cu QBe2 铍青铜铍青铜 QSn4-3: Sn4%, Zn3%, 余为余为Cu, 锡青铜锡青铜强度与耐蚀性排序：强度与耐蚀性排序：白铜白铜黄铜黄铜 白铜白铜 锡青铜锡青铜 铝青铜铝青铜 铍青铜铍青铜 应用应用：a）高级精密弹性零件及特殊要求的耐磨零件。 b）高速、高温、高压零件。 c）防爆合金，如炼油厂常用的防爆工具。2) 白铜白铜(Cu-Ni - ( M) 以以镍镍为主要合

22、金元素的铜基合金称为白铜。再加入为主要合金元素的铜基合金称为白铜。再加入其它合金元素（如其它合金元素（如Zn、Mn、Fe等）时称为复杂白等）时称为复杂白铜。铜。 普通白铜普通白铜： Cu-Ni二元合金，二元合金，Cu与与Ni无限固溶无限固溶 编号：编号：B+Ni%。例如，。例如，B19：Ni19 特殊白铜特殊白铜：加入：加入Zn、Mn、Fe等等 如如 BZn15-20: Ni15%、Zn20%的锌白铜的锌白铜 组织组织: 均为单相固溶体均为单相固溶体 ( ) 性能性能：具有很高的耐蚀性，优良的冷、热加工性。：具有很高的耐蚀性，优良的冷、热加工性。 应用应用：广泛用于制造精密仪器、仪表、化工机械

23、广泛用于制造精密仪器、仪表、化工机械及及 医疗器械中的关键零件。医疗器械中的关键零件。三、三、 钛及钛合金钛及钛合金1 1、纯钛、纯钛 密度低（密度低（4.5g/cm34.5g/cm3），熔点高），熔点高(1660)(1660)，线膨胀系数小，线膨胀系数小，导热性差，塑性好，强度低，易加工成形。优良的耐蚀性、导热性差，塑性好，强度低，易加工成形。优良的耐蚀性、抗氧化能力。抗氧化能力。工业纯钛：工业纯钛：TA1 TA2 TA3 TA1 TA2 TA3 （纯度逐渐降低）（纯度逐渐降低）2 2、钛合金、钛合金型钛合金型钛合金(TA(TA，合金元素溶入，合金元素溶入-Ti-Ti中中) ) 型钛合金型钛

24、合金(TB(TB，合金元素溶入合金元素溶入-Ti-Ti中中) ) + +型钛合金型钛合金(TC)(TC)钛合金按其退火后的组织可分为三个类型，即钛合金按其退火后的组织可分为三个类型，即型型、型型和和 + +型型。Ti-Ti- C5 .882Ti- C5 .882Ti C5 .882体心立方密排立方结构1 1） 型钛合金型钛合金 牌号牌号：TATA 型钛合金所含的合金元素主要为型钛合金所含的合金元素主要为铝铝和和锡锡，单相单相。 性能性能：室温强度不高，但温度在：室温强度不高，但温度在400400以下时的性能较以下时的性能较好，组织稳定，焊接性能好，焊缝韧性高，抗氧化、蠕好，组织稳定，焊接性能好

25、，焊缝韧性高，抗氧化、蠕变性好。变性好。 热处理热处理：固溶强化，退火（消除应力，消除加工硬：固溶强化，退火（消除应力，消除加工硬化）。化）。 应用应用：通常用于制造：通常用于制造350350以下经冲压或焊接成型的零以下经冲压或焊接成型的零件。件。 典型牌号典型牌号：TA7 (Ti-5A-2.5Sn)TA7 (Ti-5A-2.5Sn)2） 型钛合金型钛合金 型钛合金能热处理强化，焊接性及压力加工性均好，型钛合金能热处理强化，焊接性及压力加工性均好，但性能不稳定，冶炼工艺也较复杂，所以目前不常用。但性能不稳定，冶炼工艺也较复杂，所以目前不常用。3） +型钛合金型钛合金 +型钛合金的力学性能变化范

26、围宽，可适应各种型钛合金的力学性能变化范围宽，可适应各种不同的用途。可进行热处理强化。不同的用途。可进行热处理强化。 性能性能：与：与型钛合金相比，工艺性较好，便于压力成型钛合金相比，工艺性较好，便于压力成型，但焊接性差。高温下具有较大的热强度。型，但焊接性差。高温下具有较大的热强度。 应用应用：TC4（Ti-6Al-4V）用途最广，用量占现有钛合）用途最广，用量占现有钛合金的一半。常用来制造金的一半。常用来制造400下长期工作的零件。下长期工作的零件。四、镁及镁合金四、镁及镁合金1 1、纯镁、纯镁最轻的工程金属，易燃，力学性能低（不能用作结最轻的工程金属，易燃，力学性能低（不能用作结构材料）

27、构材料）密排六方结构密排六方结构2 2、镁合金、镁合金性能性能：密度低，比强度高，比刚度高密度低，比强度高，比刚度高 承受冲击载荷的能力较大（大于铝合金）承受冲击载荷的能力较大（大于铝合金） 优良的可切削加工性和可抛光性优良的可切削加工性和可抛光性分类：分类：）变形镁合金（）铸造镁合金（产品形态MBZM系系系系主要合金元素种类Zr-Zn-MgZr-RE-MgZn-Al-MgMn-Mg镁合金中合金元素的作用镁合金中合金元素的作用：铝：提高室温强度，改善铸造性，时效强化铝：提高室温强度，改善铸造性，时效强化锌：提高强度，改善耐蚀性、塑性锌：提高强度，改善耐蚀性、塑性锰：和有害杂质化合，消除对抗蚀性

28、的影响锰：和有害杂质化合，消除对抗蚀性的影响锆：细化晶粒，减小热裂倾向，提高力学性能锆：细化晶粒，减小热裂倾向，提高力学性能 稀土元素：提高耐热性，改善铸造性、焊接性稀土元素：提高耐热性，改善铸造性、焊接性锂：锂：Mg-LiMg-Li合金密度低（最轻，超轻合金），另合金密度低（最轻，超轻合金），另外提高塑性，改善焊接性能外提高塑性，改善焊接性能 五、轴承合金五、轴承合金性能性能：足够的强度、硬度足够的强度、硬度 足够的塑性、韧度，高的疲劳强度足够的塑性、韧度，高的疲劳强度 良好的磨合能力良好的磨合能力 高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，保持润滑油高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，保持润滑油 耐蚀性好，

29、导热性好，膨胀系数小耐蚀性好，导热性好，膨胀系数小组织特点组织特点：软基体上分布硬颗粒或硬基体上分布软颗：软基体上分布硬颗粒或硬基体上分布软颗粒粒分类分类：编号编号：ZCh+基体元素符号基体元素符号+主加元素质量分数主加元素质量分数+辅加元辅加元素质量分数，如：素质量分数，如：ZChSnSb11-6铜基铝基巴氏合金铅基锡基组元1 1、锡基轴承合金、锡基轴承合金软基体硬颗粒型软基体硬颗粒型常用牌号：常用牌号：ZChSnSb11-6ZChSnSb11-6性能、用途：性能、用途：2 2、铅基轴承合金、铅基轴承合金软基体硬颗粒型软基体硬颗粒型常用牌号：常用牌号：ZChPbSb16-6-2ZChPbSb16-6-2性能、用途：性能、用途：3、铜基轴承合金、铜基轴承合金硬基体软颗粒型硬基体软颗粒型种类有铅青铜、锡青铜；典型牌号：种类有铅青铜、锡青铜；典型牌号：ZQPb30 ， ZQSn10-1性能、用途性能、用途因强度低，承受压力小，所以在钢轴瓦上形成内衬，因强度低，承受压力小，所以在钢轴瓦上形成内衬，成为双金属轴承成为双金属轴承4、铝基轴承合金、铝基轴承合金：新型减摩材料：新型减摩材料