金属材料及热处理课件.pptx

1绪绪论论世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根如生产一根“轴”)材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料指钢铁、有色金属等材料指钢铁、有色金属等材料非金属材料无机无机高分子材料（陶瓷、水泥、高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），木材等），有机有机高分子材料（如塑料、橡胶），高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料料。现在新材料-纳米材料、智能材料纳米材料、智能材料第1页/共131页2材料按材料按物质结构物质结构不同分不同分：金属材料金属材料、非金属材料非金属材料（有机高分子材料和陶瓷（有机高分子材料和陶瓷料料)、复合材料复合材料材料按材料按用途用途不同分不同分：机械工程材料机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料、土木工程材料、电工材料、电子材料材料按材料按功能功能不同分不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等结构材料、功能材料、磁性材料等第2页/共131页3材料发展概括材料发展概括 天工开物天工开物明朝科学家：宋应星明朝科学家：宋应星 箸箸 石器时代石器时代陶器时代陶器时代铜器时代：铜器时代：司母戊鼎司母戊鼎（公元前（公元前11111616世纪）世纪）1130780110011307801100战国编钟战国编钟（前前475475221221年）年）6565个个 总重总重2500Kg2500Kg天然石，兽骨，树枝天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒泥巴（日晒原始陶器；火烧原始陶器；火烧瓷器用具瓷器用具）铁器时代铁器时代沧州大狮沧州大狮（公元公元953953年年 ）重）重50T,50T,长长5.3m,5.3m,宽宽3m3m人工复合材人工复合材料料塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等本草纲目本草纲目农政全书农政全书李时珍李时珍徐光启徐光启智能材料智能材料第3页/共131页4沧州铁沧州铁狮狮铸造于铸造于公公元元953953年。年。铁狮子通铁狮子通高高5.785.78米，米，身长身长6.56.5米，体宽米，体宽3.173.17米，米，重约重约4040吨吨第4页/共131页5本课程的性质和目的本课程的性质和目的是高等工科院校机械类专业必修的一门专业技术基础课。2、目的：a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。b熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；了解它们之间成分、组织、性能、热处理的关系。c具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。d为后续课程和从事技术工作打下基础。1、性质：特点：杂，多，广，逻辑性差。特点：杂，多，广，逻辑性差。本课学习本课学习方法方法是是：预习预习、笔记、笔记、复习、讨论问题、复习、讨论问题本教材的本教材的重点重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理：常见的材料牌号及应用，钢的热处理第5页/共131页6第一章第一章 钢铁材料生产简介钢铁材料生产简介第6页/共131页7一、炼铁一、炼铁 1.1.原料：原料：空气提供氧气，助燃作用。铁矿石铁,我国常用的是 Fe2O3（赤铁矿）、Fe3O4（磁铁矿）、Fe2O3.3H2O（褐铁矿）、（伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质）。焦炭还原剂、提供热能（炼焦厂生产）。CO2CO2Q、CO2CCOQFe2O3COFeCO2Q第7页/共131页8熔剂造渣剂，去除杂质，（石灰厂生产）CaCO3（石灰石）、CaO（生石灰）（举例：家用磷钒净水作用）。CaCO3CaOCO2CaOSiO2CaSiO3（）CaOFeSCaS（）FeOFeO+CO第8页/共131页92.2.设备：设备：高炉。（衡量质量指标系数：焦炭比）。组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。第9页/共131页103.3.产品：产品：生铁：炼钢 制造铁制品等。高炉煤气：日用燃料等。炉铁渣：水泥、玻璃（提纯）。第10页/共131页11二、炼钢：二、炼钢：1.1.原料：原料：生铁铁的来源。氧气精炼提纯的作用。FeO2FeOFeOSiSiO2FeFeOCCOFeFeOMnMnOFeSiO2MnOMnSiO2（）第11页/共131页12造渣剂（熔剂）（生石灰）主要去除S、P等杂质。（举例：家用磷钒净水作用）FeSFeSCaOFeSCaS（）FeOPO2P2O5FeP2O5Fe3（PO4）2CaOFe3（PO4）2Ca3（PO4）2（）FeO第12页/共131页132.2.设备：设备：转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。第13页/共131页143.3.产品：产品：钢锭（简称钢包）：有特镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、沸腾钢（F）。钢渣。煤气。第14页/共131页15第二章第二章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能Mechanicspropertiesofmetals金属材料的性能金属材料的性能使用性能使用性能力学、物理、化学力学、物理、化学工艺性能工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能力学性能：受外力作用下所表现出的性能受外力作用下所表现出的性能。判据判据 如：如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节第一节强强度度与与塑塑性性一、强度一、强度strength 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂和断裂 的能力的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P3强度判据：屈服点屈服点（屈服强度）、（屈服强度）、抗拉强度抗拉强度第15页/共131页16L0LKd0拉断拉断前前试样试样拉断拉断后后试样试样试样按试样按GB639786制取，制取，分长试样分长试样L0=10d0短试样短试样L0=5d0说明说明：bkse拉伸力拉伸力FO伸长量伸长量LFsFbFe低碳钢的力低碳钢的力伸长曲线伸长曲线FF第16页/共131页17说明说明：单位面积上的内力称应力单位面积上的内力称应力。读sigmsigmL长度长度Length 单位单位：mmmmA截面积截面积 Area Area 单位单位：mmmm2 2 F外力外力Force 单位单位：N s屈服点的值屈服点的值 单位：MPa（兆帕）megapascal屈服点屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s表示抗拉强度抗拉强度概念：试样拉断前所承受的最大拉应力试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示 补充：bb表示抗弯强度抗弯强度注：s(塑性材料）、b（脆性材料（脆性材料）是设计与是设计与选材的重要依据选材的重要依据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。第17页/共131页18补充资料：补充资料：GB/T2282002金属材料金属材料室温拉伸试室温拉伸试验方法验方法规定：断后伸长率规定：断后伸长率A表示；表示；断面收缩率断面收缩率Z表示；表示；屈服强度屈服强度Re表示；表示；抗拉强度抗拉强度Rm表示；表示；此规定代替此规定代替GB228-87，从，从2002年年7月执行月执行。第18页/共131页19二、二、塑性塑性plasticityplasticity概念概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据判据：断后伸长率断后伸长率、断后断面收缩率、断后断面收缩率断后伸长率断后伸长率Percentageelongationafterfracture概念概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号用符号 表示，读作 代儿特其中：其中：L Lk k断后试样长度断后试样长度 L Lo o试样原始长度试样原始长度断后断面收缩率断后断面收缩率概念概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号用符号 表示，读作扑洒哎说明说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小表示塑性大小。、越越大，材料的塑性越好。通常认为大，材料的塑性越好。通常认为 0.9%后，后，其其HB，b、ak二、二、状态图中状态图中的特性点、线、的特性点、线、区域组织区域组织请打开教材请打开教材40页，二部分页，二部分。第53页/共131页54钢铁力学性能与碳含量钢铁力学性能与碳含量WC的关系的关系第54页/共131页55特性特性点点：见表见表22特性特性线线：1、ACD线；线；2、AECF线线固相线固相线液相线液相线（其中（其中AEAE线是线是碳钢碳钢固线）固线）3、ECF线线共晶转变线共晶转变线LLd4、GS线线（又称（又称A3线）线）5、ES线（又称线（又称Acm线）线）6、PSK线线共析转变线共析转变线Ap（又称（又称A1线）线）第55页/共131页56三、合金的结晶过程分析三、合金的结晶过程分析亚共析钢亚共析钢共析钢过共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A第56页/共131页57三、合金的结晶过程分析三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+AF+PPP+Fe3CA+Fe3C0.772.11、共析钢、共析钢WC=0.77%123P、亚共析钢、亚共析钢123412344LL+AAF+AAPP+F冷却曲线冷却曲线过共析钢过共析钢WC=1.0%状态图的应用：状态图的应用：自己看自己看P45第57页/共131页58第五章第五章 碳钢碳钢 carbon-steelcarbon-steel重点是常见牌号的含义、性能、应用。重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢非合金钢是指是指WC2.11%，并含有少量，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。等元素的铁碳合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响（一）、常存元素对碳钢性能的影响（了解）了解）1、锰、锰Mn作用作用：脱氧，：脱氧，FeO还原还原Fe；与；与S作用作用MnS降低热脆性；降低热脆性；提高强度、硬度提高强度、硬度。有益元素有益元素2、硅、硅Si作用作用：与钢液中：与钢液中FeO生生成炉渣，提高钢质量；成炉渣，提高钢质量；溶于溶于F中，固溶强化。中，固溶强化。有益元素有益元素。第58页/共131页593、硫、硫S作用作用：形成：形成FeS(熔点熔点1190），在晶界），在晶界处，处，在在11001200时，压力加工，产生时，压力加工，产生脆裂。脆裂。“热脆热脆”。有有害元素害元素4、磷、磷P作用作用：全部溶于：全部溶于F中，固溶中，固溶强化；强化；、HB，在低温，在低温下引起脆断下引起脆断“冷脆冷脆”。有害元素有害元素（二）、碳钢分类、牌号、用途（二）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容掌握内容）1、分类、分类（1）按钢中）按钢中含碳量含碳量多少分多少分：低低碳钢碳钢中中碳钢碳钢高高碳钢碳钢Wc0.7%，随，随WC，淬透性，淬透性。第77页/共131页78（3）对力学性能的影响）对力学性能的影响：淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部力学性能底，受力易变形。力学性能底，受力易变形。二、回火二、回火tempering1、概念：、概念：淬火后的工件，再加热到淬火后的工件，再加热到A1以下某一温度、以下某一温度、保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。2、目的、目的：（1）使工件获得要求的力学性能；（）使工件获得要求的力学性能；（2）稳定工件尺）稳定工件尺寸；（寸；（3）消除或减少内应力；（）消除或减少内应力；（4）改善工件的切削加工性。）改善工件的切削加工性。3、回火方法、回火方法（组织转变、性能、应用）（组织转变、性能、应用）（1）低温回火）低温回火（150250）lowtemperaturetempering获得组织获得组织M回回；5865HRC；用于；用于高碳钢、高碳钢、工具工具钢（刀具、量具、模具钢（刀具、量具、模具）、）、滚动轴承钢滚动轴承钢。（2）中温回火）中温回火第78页/共131页79（2）中温回火）中温回火（350500）；mediumtemperaturtempering回火后回火后b、s较高，内应力消除，较高，内应力消除，ak较好较好。回火组织：回火组织：T回回；用于弹簧钢制造的；用于弹簧钢制造的弹性件、锻模弹性件、锻模。（3）高温回火）高温回火(500650)；hightemperatuertempering回火组织：回火组织：S回回；特点是；特点是综合力学性能好。应用广泛，综合力学性能好。应用广泛，汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构零件，如：汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构零件，如：轴轴、齿轮齿轮等。等。淬火淬火+高温回火称高温回火称调质处理调质处理，简称：，简称：调质调质。trawn说明说明：回火组织与等温冷却转变组织的区别：回火组织与等温冷却转变组织的区别：S回回、T回回是是粒状，而粒状，而S、T是片状；是片状；正火与调质硬度很接近，但结构正火与调质硬度很接近，但结构件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。第79页/共131页804、回火脆性回火脆性：一般来讲，随回火温度一般来讲，随回火温度，其，其、HB，、ak，但在但在250250350350之间其之间其ak的现象的现象，称称“回火脆性回火脆性”。碳化碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。1、退火、正火、淬火、回火简称退火、正火、淬火、回火简称“四把火四把火”的概的概念、工艺、目的、应用念、工艺、目的、应用。小结小结：2、回火后的组织性能、应用如何？回火后的组织性能、应用如何？作业：作业：P60第80页/共131页81第五节第五节钢的钢的表面热处理表面热处理和和化学热处理化学热处理简介简介一、表面热处理一、表面热处理surfaceheat-treatment1、概念、概念：将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火：将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火（喷水），表面层获得（喷水），表面层获得M，而心部保持了原有的韧性、塑，而心部保持了原有的韧性、塑性且达到表面耐磨的工艺。性且达到表面耐磨的工艺。2、应用、应用：齿轮、凸轮、套筒齿轮、凸轮、套筒、顶杆顶杆等，等，WC=0.4%0.5%较好。较好。3、方法、方法：按加热方式不同，：按加热方式不同，分为：分为：感应加热感应加热和和火焰加热火焰加热（1）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火原理原理“集肤效应集肤效应”第81页/共131页82高频加热：高频加热：200KHZ300KHZ；0.32.5mm,小件；轴；齿轮小件；轴；齿轮中频加热：中频加热：1KHZ10KHZ；210mm；较大件，凸轮，曲轴；较大件，凸轮，曲轴工频加热：工频加热：50HZ；硬度层；硬度层1020mm；应用大件；应用大件特点特点：a、生产率高，加热速度快生产率高，加热速度快；b、淬火后晶粒细、硬淬火后晶粒细、硬度高度高；c、加热不氧化、不脱碳、不变形加热不氧化、不脱碳、不变形；d、有较高疲劳强度有较高疲劳强度；e、缺点是设备投资大。缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。应用大批量生产小件，齿轮等。（2）、火焰加热）、火焰加热用乙炔用乙炔氧气混合气体燃烧的火焰。氧气混合气体燃烧的火焰。特点特点：操作简单，效率低；表面层：操作简单，效率低；表面层2 26mm6mm，工作表面严重，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用氧化，质量难以控制。应用 单件、小批生产。单件、小批生产。第六节第六节化学热处理化学热处理简介简介Thermochemicaltreatment一、概念一、概念：是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中：是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。织和性能的热处理工艺。第82页/共131页83二、工艺方法二、工艺方法1、渗碳、渗碳：向工件表面深入碳原子过程，：向工件表面深入碳原子过程，WC，渗碳层，渗碳层0.52mm.（1）目的）目的：提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；：提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；“外强里韧外强里韧”。（2）应用）应用：低碳钢，低合金钢：低碳钢，低合金钢。（3）方法）方法：气体渗碳，固体渗碳。：气体渗碳，固体渗碳。（4）热处理）热处理：渗碳、淬火：渗碳、淬火+低温回火。低温回火。2、氮化、氮化：向工件表面渗入活性氮原子：向工件表面渗入活性氮原子形成硬度极高的合金形成硬度极高的合金氮化物。氮化物。（1）目的）目的：提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性：提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性。（2）应用）应用：含较高合金元素的钢，：含较高合金元素的钢，V、W、AI、Mo、Cu等等（3）方法）方法：离子渗氮：离子渗氮氨气氨气第七节第七节钢的热处理新工艺、新技术钢的热处理新工艺、新技术P59自己看自己看。第83页/共131页84本章总结本章总结：1、什么是热处理？分类；为什么要进行热处理？、什么是热处理？分类；为什么要进行热处理？2、加热、冷却时组织如何转变的？冷却速度对、加热、冷却时组织如何转变的？冷却速度对组织有何影响？组织有何影响？3、“四把火四把火”的概念、工艺、应用，工序安的概念、工艺、应用，工序安排排。4、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么？有、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么？有何特点，应用如何何特点，应用如何？第84页/共131页85第七章第七章 合合 金金 钢钢p62alloy-steel一、合金元素对钢的影响（一）对钢热处理的影响1、对钢加热转变的影响：使奥氏体均匀（除钴、镍）细致（除锰）2、对钢冷却转变的影响：提高淬透性（除钴）3、对过冷奥氏体向马氏体转变影响：（除钴、铝）使马氏体转变温度降低，残留奥氏体较碳钢多4、对淬火钢回火转变温度影响:（1）提高回火稳定性 （2）产生二次硬化现象第85页/共131页861、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，力学性能力学性能。二、对钢力学性能影响三、对钢工艺性能影响2、与、与碳碳作用：作用：固溶于铁素体；固溶于铁素体；形成碳化物，形成碳化物，HB、b.总的看来：总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求性，提高综合力学性能，满足使用要求。1、铸造性能 降低金属流动性，增加偏析倾向，降低铸造性能2、锻造性能 含大量碳化物的合金钢，在锻造时使塑性降低，变形抗力增大，降低锻造性能3、焊接性能 硫、磷含量高的合金钢焊接性能差，钛、锆、铌、钒等合金元素改善焊接性能4、切削加工性能 合金钢且学性能差，适量的硫、磷、铝可改善第86页/共131页87二、分类w1、按含合金元素量多少：w（1）低合金钢W含量10%w2、按用途分：（1）合金结构钢轴、齿轮、钢筋、型钢等（2）合金工具钢刀具、模具、手用工具等（3）特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等第87页/共131页第一节第一节合金结构钢合金结构钢一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢：GB/T15911994（原：低合金钢（原：低合金钢）牌号：标出牌号：标出化学元素化学元素和和含量含量，含碳量含碳量WC两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字含元素量的含元素量的%1.5%不标出不标出1.52.5%用用2表示表示2.53.5%用用3表示表示主加元素主加元素WC的万分之几的万分之几例如：例如：40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi合金元素总量合金元素总量5%，主要用于，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶桥梁、井架、电视塔架、船舶等等。第88页/共131页891、成分、成分：WC0.2%；合金元素强化铁素体。；合金元素强化铁素体。2、性能、性能：良好的：良好的、ak，较高的，较高的b、s；3、钢号、用途、钢号、用途：Q295；Q345；Q390；Q420；Q460常用的是：常用的是：Q345代替旧标准代替旧标准16Mn4、热处理、热处理：热轧后，正火状态使用。：热轧后，正火状态使用。二、合金渗碳钢二、合金渗碳钢GB307799P681、成分、成分：WC0.25%；目的保证；目的保证心部心部有良好的有良好的塑性、韧性塑性、韧性。2、性能、性能：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性，-1，良好的良好的、ak，抗冲击。抗冲击。3、钢号、用途、钢号、用途：见见P68表表7-3统一数字代号：统一数字代号：20Cr-A20202;20CrMnTi-A26202第89页/共131页904、热处理、热处理：渗碳、淬火：渗碳、淬火+低温回火，低温回火，58HRC62HRC三、合金调质钢三、合金调质钢GB/T3077991、成分、成分：Wc=0.25-0.50%；过高，过高，ak；过低，淬不硬，；过低，淬不硬，不高。不高。2、性能、性能：具有良好的综合力学性能。：具有良好的综合力学性能。3、钢号、用途、钢号、用途：P71表表74代号代号40Cr-A204024、热处理、热处理：淬火：淬火+高温回火高温回火S回回四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢GB1222841、成分、成分：Wc=0.5-0.7%过低，过低，e不高，屈服比不高，屈服比低；过高低；过高-1、ak2、性能、性能：具有高的：具有高的b；高的屈强比；高的屈强比s/b，-1、足够的足够的、ak3、钢号、用途：、钢号、用途：；P72表表7-560Si2Mn如汽车如汽车和火车用板簧，缓冲卷簧和火车用板簧，缓冲卷簧第90页/共131页914、热处理：、热处理：（1）冷成形弹簧）冷成形弹簧：当：当d8mm,200250去应力退去应力退火；淬火火；淬火+中温回火。中温回火。五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 （专用）应用在高速运转中。应用在高速运转中。1、成分、成分：Wc=0.95-1.1%,目的保证高硬度、耐磨性；目的保证高硬度、耐磨性；加加Wcr=0.4-1.6%，提高淬透性。，提高淬透性。2、性能、性能：较高的：较高的-1，HB，e一定的一定的ak3、钢号、用途、钢号、用途：常用的常用的GCr15小型套圈，直径小型套圈，直径12%1、铬不锈钢、铬不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，2、铬镍不锈钢、铬镍不锈钢：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9另：铁素体不锈钢：另：铁素体不锈钢：1Cr17容器，日用品容器，日用品二、耐磨钢二、耐磨钢GB568098P84表表7-13、又称又称“高锰钢高锰钢”，强烈冲击力作用下发生，强烈冲击力作用下发生硬化硬化现象。现象。如牌号：如牌号：ZGMn131；ZGMn132；等应用；等应用防弹板、铁道防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。三、耐热钢三、耐热钢自己阅自己阅P81表表7-12小结：小结：作业作业P85第94页/共131页第八章第八章铸铸铁铁p86castiron本章重点：铸铁的本章重点：铸铁的分类分类、常用的、常用的牌号牌号、应用应用。一、什么是铸铁？一、什么是铸铁？GB561195一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁。补充补充：生铁生铁：pigiron铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁（Ironmaking)工艺，分工艺，分铸造生铁铸造生铁和和炼钢生铁炼钢生铁（WSi1.25%)两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢steelmaking。特点特点：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。用广泛。第95页/共131页二、铸铁分类二、铸铁分类按按碳碳的存在形式分的存在形式分1、白口铸铁、白口铸铁whitecast-iron碳以碳以碳化物碳化物（Fe3C)形式出现。形式出现。断口断口：银白色银白色，硬而脆硬而脆；很难切削加工，很少直接用于零件；很难切削加工，很少直接用于零件.2、灰口铸铁、灰口铸铁graycast-iron碳以碳以石墨石墨形式出现。形式出现。断口断口：呈：呈灰色灰色；常用材料；常用材料。按按石墨石墨的的形状形状不同，又分为不同，又分为：（1）灰灰铸铸铁铁片片状石墨状石墨（2）球墨铸铁球墨铸铁球球状石墨状石墨（3）可锻铸铁可锻铸铁团絮状石墨团絮状石墨（4）蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕虫状石墨蠕虫状石墨3、麻口铸铁、麻口铸铁mottledcast-iron碳以碳以Fe3C+石墨石墨形式出现。形式出现。断口断口：白色白色与与灰色灰色之之间；此类铸铁脆性很大，很少使用间；此类铸铁脆性很大，很少使用。白口白口灰口灰口麻口麻口另另：合金铸铁：合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。第96页/共131页第一节第一节铸铁的石墨化及影响因素铸铁的石墨化及影响因素一、铸铁石墨化一、铸铁石墨化铸铁中石墨的形成过程称为铸铁中石墨的形成过程称为“石墨化石墨化”。石墨石墨“G”表示，表示，graphite是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列；是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列；性能：性能：、ak很低，硬度为很低，硬度为3HBS；实践证明实践证明：冷却速度冷却速度快快Fe3C冷却速度冷却速度慢慢G二、石墨化影响因素二、石墨化影响因素1、化学成分、化学成分：随：随C、SiG核核，有利于，有利于G析出析出；S阻碍阻碍G，促进白口化，所以严格控制。，促进白口化，所以严格控制。2、冷却速度、冷却速度：V原子来不急扩散，原子来不急扩散，G难以进行；易白口难以进行；易白口。V小小易得到灰口。所以易得到灰口。所以设计时：合理选择设计时：合理选择铸件壁厚。铸件壁厚。薄薄件件白口白口厚大件厚大件灰口灰口第97页/共131页98第二节第二节灰铸铁灰铸铁graycast一、成分、组织、性能一、成分、组织、性能1、成分、成分：Wc=2.6%3.5%；Wsi=1.13%；Mn=0.61.3%2、组织、组织（1）F+片状片状G；（；（2）F+P+片状片状G；（；（3）P+片片G3、性能：、性能：（1）力学性能）力学性能：压压高；高；b低；低；、ak较差；较差；（2）其他性能）其他性能：铸造：铸造性好；减振性好；减性好；减振性好；减摩性好；切削加工性摩性好；切削加工性好；低的缺口敏感性好；低的缺口敏感性。第98页/共131页99二、灰铸铁的牌号、用途二、灰铸铁的牌号、用途GB943988牌号牌号：HTb MPa灰铸铁灰铸铁简称简称“灰铁灰铁”，汉语拼音字母，汉语拼音字母首首如：如：HT150；HT200；见表；见表81P89；主；主要应用于要应用于床身、箱体、底座等。床身、箱体、底座等。三、热处理三、热处理1、消除应力退火、消除应力退火2、消除白口组织改善切削加工性能退火、消除白口组织改善切削加工性能退火3、表面淬火、表面淬火如车床导轨如车床导轨第99页/共131页第三节第三节球墨铸铁球墨铸铁nodulargraphitecast-iron一、成分、组织、性能一、成分、组织、性能1、成分、成分：在金属液中加入球化剂：在金属液中加入球化剂稀土镁合金稀土镁合金球化处球化处理使理使G变为变为球状球状。2、组织、组织：基体是（：基体是（F，F+P，P）+球状球状石墨石墨G3、性能、性能：较高的：较高的b、-1，但，但、ak比钢差。比钢差。二、牌号、用途二、牌号、用途GB134888牌号：牌号：QT =%b=MPa球墨铸铁球墨铸铁简称简称球铁球铁（汉语拼音字母字首）（汉语拼音字母字首）如：如：QT40018；QT6003；见；见P92表表8-2第100页/共131页球墨铸铁金相组织照片球墨铸铁金相组织照片三、热处理三、热处理1、退火、退火（1）去应力退火）去应力退火（2）石墨化退火：）石墨化退火：低温退火、高温低温退火、高温退火两种。退火两种。2、正火、正火3、调质、调质4、等温淬火、等温淬火第101页/共131页102第四节第四节可锻铸铁可锻铸铁malleablecast-iron又称又称马铁马铁；玛钢玛钢一、成分、生产过程一、成分、生产过程1、成分：、成分：Wc=2.22.8%,Wsi=11.8;含碳、硅量低含碳、硅量低；2、生产过程：首先浇注成白口铸铁件，然后再经过可、生产过程：首先浇注成白口铸铁件，然后再经过可锻化（石墨化）退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁锻化（石墨化）退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁。据退火后断口颜据退火后断口颜色不同又分：色不同又分：白心可锻铸铁；白心可锻铸铁；黑心可锻铸铁；黑心可锻铸铁；第102页/共131页103二、性能、牌号、用途二、性能、牌号、用途1、性能、性能：、ak比灰铸铁好，但不能锻造比灰铸铁好，但不能锻造。2、牌号、牌号：KTH（或（或Z）=%b MPa可锻铸铁可锻铸铁（可铁可铁）珠珠光体光体黑黑心（铁素体心（铁素体）如：如：KTH30006；用：；用：湾头、三通管件、阀门湾头、三通管件、阀门。KTZ55004；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。轮等。见见P93表表83。GB944088第103页/共131页104第五节第五节合金铸铁合金铸铁Alloycast-iron一、耐蚀铸铁一、耐蚀铸铁二、耐热铸铁二、耐热铸铁三、耐磨铸铁三、耐磨铸铁四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁自己看！自己看！了解其性能特点、应用。了解其性能特点、应用。小结小结：1、掌握概念、分类；、掌握概念、分类；2、常用铸铁材料的牌号、性能、应用、常用铸铁材料的牌号、性能、应用。作业作业：p96p96第104页/共131页105第九章第九章有色金属及其合金有色金属及其合金Nonferrousmetals第一节第一节铝及铝合金铝及铝合金一、纯铝一、纯铝 Alaluminium银白色，轻金属，熔点银白色，轻金属，熔点660，面心立方晶格，没有同素异构转变，面心立方晶格，没有同素异构转变。1、性能特点、性能特点（1）密度密度小小2.72g/cm3；（2）导热、导电性好；导热、导电性好；（3）抗大气腐蚀（抗大气腐蚀（Al2O3膜膜)；（4）塑性、韧性好，易加塑性、韧性好，易加工成形。工成形。（5）无铁磁性；无铁磁性；（6）强度较低，应用受限强度较低，应用受限。2、纯铝牌号、纯铝牌号GB/T819096工业纯铝工业纯铝：L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7七种，七种，号数越大，纯度越低。从号数越大，纯度越低。从99.7%98%。第105页/共131页106二、铝合金的分类：二、铝合金的分类：按成分及工艺不同按成分及工艺不同变形变形铝合金铝合金铸造铸造铝合金铝合金三、变形铝合金三、变形铝合金1、分类、牌号、特点、应用、分类、牌号、特点、应用厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、带材、管材、线材等。厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、带材、管材、线材等。防锈铝合金防锈铝合金LF硬铝铝合金硬铝铝合金LY超硬铝合金超硬铝合金LC锻铝铝合金锻铝铝合金LD、HB；、akGB/T3190-96；见表；见表520；P140牌号采用国际四位数字符表示；牌号采用国际四位数字符表示；新新牌号：牌号：5A05LF5（代号）；（代号）；2A11对应对应代号代号LY11；7A04LC4等。等。第106页/共131页（1）防锈铝合金防锈铝合金LFAl-Mg、Al-Mn合金；合金；不能进行热处理强化不能进行热处理强化。特点特点：耐蚀性、塑性好，抛光性好耐蚀性、塑性好，抛光性好；适用小件，冲压件。；适用小件，冲压件。LF5（2）LYAl-Mg-Cu合金合金；通过热处理强化。通过热处理强化。特点特点：较高的硬度、强度较高的硬度、强度；但；但抗蚀性差抗蚀性差（在海水）；用铆钉、（在海水）；用铆钉、骨架、隔框等。如骨架、隔框等。如LY1、LY11等。等。（3）LCAlCuMgZn合金；合金；热处理强化热处理强化。特点特点：强度高，一定的塑性强度高，一定的塑性；但；但抗蚀性差抗蚀性差；通过在外边包一层；通过在外边包一层铝锌合金，提高耐磨性。铝锌合金，提高耐磨性。如如LC4受力的框架、飞机梁等。受力的框架、飞机梁等。（4）LDAlCuMgSi合金；合金；热处理强化热处理强化特点特点：具有良好的锻造性，较高强度、力学性能具有良好的锻造性，较高强度、力学性能；在热态下易；在热态下易压力加工。如压力加工。如LD7模锻件、高温下工作结构件模锻件、高温下工作结构件。第107页/共131页2、热处理、热处理（1）淬火）淬火 获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，足够的塑性获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，足够的塑性。（2）时效）时效自然时效自然时效放在露天中的一种方法。放在露天中的一种方法。人工时效人工时效加热加热280300（退火）目的是消除加（退火）目的是消除加工硬化、稳定尺寸工硬化、稳定尺寸.时效硬化时效硬化：淬火后铝合金随时间延长而发生淬火后铝合金随时间延长而发生、HB升升高的现象，称为时效硬化高的现象，称为时效硬化。四、铸造铝合金四、铸造铝合金P100表表94第108页/共131页1091、分类、牌号、应用、分类、牌号、应用GB/T117395教材教材142；四、铸造铝合金四、铸造铝合金代号代号：ZL合金顺序号合金顺序号合金类别合金类别铸铸造造铝铝合金合金如如ZL101，ZL104，ZL202，ZL301，ZL401等等合金类别：合金类别：1AlSi2AlCu3AlMg4Al-Zn牌号牌号：ZAlSi7Mg-ZL101仪表、壳体等；仪表、壳体等；ZAlSi9Mg-ZL104汽缸体零件；汽缸体零件；ZAlZn6Mg-ZL401压力铸造零件，形状复杂零件压力铸造零件，形状复杂零件。2、热处理、热处理了解内容，自己看了解内容，自己看第109页/共131页110第二节第二节铜及其合金铜及其合金一、纯铜一、纯铜：紫铜，紫铜，玫瑰红色玫瑰红色，表面氧化膜后呈紫色。，表面氧化膜后呈紫色。1、特点、特点：（1）=8.9g/cm3，熔点，熔点1083；属贵金属。；属贵金属。面心晶格面心晶格（2）良好的导电性、导热）良好的导电性、导热性；性；导电性仅次于导电性仅次于银银（3）塑性好，易热、冷加工；）塑性好，易热、冷加工；=45%50%（4）较高的抗蚀性（）较高的抗蚀性（Cu2O膜膜)（5）抗磁性）抗磁性可制造磁学仪器、定向仪器等。可制造磁学仪器、定向仪器等。2、纯铜牌号、纯铜牌号GB523185T1、T2、T3、T4号数越大，纯度越低；号数越大，纯度越低；T199.95%;T499.5%;用于用于电线、电缆，油管、电器开关电线、电缆，油管、电器开关等件。等件。第110页/共131页111二、铜合金二、铜合金 白铜白铜黄铜黄铜青铜青铜在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。CuNi合金；精密件，仪表；如合金；精密件，仪表；如B19等等。CuZn合金合金 CuSn合金（一）黄铜（一）黄铜brassGB523285按成分不同分：按成分不同分：普通黄铜普通黄铜WZn39%特殊黄铜特殊黄铜：加入：加入Pb、Sn、Al1、普通黄铜、普通黄铜（1）特点：颜色随）特点：颜色随Zn，由黄红色，由黄红色淡黄色；淡黄色；（2）牌号牌号：HWCu=%黄铜黄铜如；如；H62；H70；H90等。等。见见P103第111页/共131页2、特殊黄铜、特殊黄铜 加：Si改善铸造性；改善铸造性；Al提高强度、硬度、耐