工程材料 第六章 金属材料.ppt

第六章第六章 金属材料金属材料第一节第一节 钢铁材料的生产及铸锭组织钢铁材料的生产及铸锭组织第二节第二节 碳钢碳钢第三节第三节 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途第四节第四节 合金钢合金钢第五节第五节 合金结构钢合金结构钢第六节第六节 合金工具钢合金工具钢第七节第七节 特殊性能钢特殊性能钢第八节第八节 铸铁铸铁第九节第九节 有色金属及其合金有色金属及其合金第一节第一节 钢铁材料的生产及铸锭组织钢铁材料的生产及铸锭组织钢铁生产加工过程简图钢铁生产加工过程简图第二节第二节 碳钢碳钢一、杂质元素对性能的影响一、杂质元素对性能的影响合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶硫的影响：硫的影响：有害元素，形有害元素，形成低熔点的共晶体，导致成低熔点的共晶体，导致“热脆性热脆性”锰、硅的影响：锰、硅的影响：有益有益 元素，强化固溶体元素，强化固溶体比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 磷元素：有害元素，造磷元素：有害元素，造 成成“冷脆性冷脆性”钢中钢中TiN夹杂夹杂钢中钢中氧化物夹杂氧化物夹杂氮的影响：造成氮的影响：造成“时效脆性时效脆性”氧的影响：易成为氧的影响：易成为“疲劳裂纹源疲劳裂纹源”钢中钢中钢中钢中白点白点白点白点钢的钢的钢的钢的氢脆断口氢脆断口氢脆断口氢脆断口氢的影响：造成氢的影响：造成“氢脆氢脆”或或“白点白点”第三节第三节 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途一、碳素结构钢一、碳素结构钢Q235AF、Q235BZQ+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号钢钢钢钢板板板板齿齿轮轮加加工工方钢方钢二、优质碳素结构钢二、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示，如牌号用两位数字表示，如4545钢钢三、三、碳素工具钢碳素工具钢丝丝锥锥锉刀锉刀牌号：牌号：T+T+数字数字 如如T8T8第四节第四节 合金钢合金钢一、合金元素在钢中的主要作用一、合金元素在钢中的主要作用对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响1.1.对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响溶于铁素体起固溶溶于铁素体起固溶强化作用。强化作用。形成合金渗碳体及形成合金渗碳体及特殊化合物。特殊化合物。2.2.对铁碳相图的影响对铁碳相图的影响锰对奥氏体相区的锰对奥氏体相区的影响影响铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响（1 1）对奥氏体相区的影响）对奥氏体相区的影响扩大奥氏体相区扩大奥氏体相区缩缩小小奥奥氏氏体体相相区区（2 2）对）对E E点和点和S S点的影响点的影响所有的元素都使所有的元素都使E E点和点和S S点左移点左移3.3.对相变过程的影响对相变过程的影响（1 1）对钢加热时奥氏体化过程的影响）对钢加热时奥氏体化过程的影响奥氏体形成速度奥氏体形成速度晶粒长大倾向晶粒长大倾向（2 2）对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响）对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响对对C C曲线影响曲线影响对对MMs s和和MMf f点的影响点的影响(3)(3)对淬火钢回火转变过程的影响对淬火钢回火转变过程的影响淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化 提高耐回火性提高耐回火性高速钢高速钢产产生生二二次次硬硬化化 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性第五节第五节 合金结构钢合金结构钢 一、低合金高强度结构钢一、低合金高强度结构钢低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用南京长江大桥南京长江大桥1 1、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.10.25%C 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性：提高淬透性：Cr Cr、MnMn、NiNi、B B 强化铁素体：强化铁素体：Cr Cr、MnMn、Ni Ni 细化晶粒：细化晶粒：W W、MoMo、TiTi、V V 二、合金渗碳钢二、合金渗碳钢渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱渗渗碳碳炉炉渗碳件渗碳件渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮2 2、性能特点、性能特点 表硬里韧。表硬里韧。良好的热处理性能良好的热处理性能,如如淬透性和渗碳能力。淬透性和渗碳能力。3、常用的渗碳钢牌号和用途常用的渗碳钢牌号和用途低淬透性钢：低淬透性钢：20、20Cr活塞销活塞销活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴用于受力小的耐用于受力小的耐磨件，如柴油机磨件，如柴油机的活塞销、凸轮的活塞销、凸轮轴等。轴等。中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽汽汽汽车车车车变变变变速速速速箱箱箱箱齿齿齿齿轮轮轮轮高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA4、热处理特点及组织热处理特点及组织渗碳件的加工工艺路线为：渗碳件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织使用状态下组织使用状态下组织心部：心部：MM回回+F+F表层：表层：MM回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A(少量少量)三、合金调质钢三、合金调质钢调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴 1 1、成分特点、成分特点 中碳：中碳：0.250.5%C0.250.5%C 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性提高淬透性:MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B 强化铁素体强化铁素体:MnMn、SiSi、CrCr、NiNi 细化晶粒细化晶粒:Ti:Ti、V V 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W:W、MoMo 调质件（螺杆）调质件（螺杆）2 2、性能特点、性能特点良好的综合力学性能良好的综合力学性能良好的淬透性良好的淬透性3 3、常用调质钢钢号、常用调质钢钢号柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴低淬透性钢：低淬透性钢：常用常用 45、40Cr,用于用于制造较小的齿轮、轴、制造较小的齿轮、轴、螺栓等。螺栓等。中淬透性钢：中淬透性钢：常用常用40CrNi，用于制造用于制造大中型零件。大中型零件。合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴高淬透性钢：高淬透性钢：常用常用40CrNiMo,40CrNiMo,用于制用于制 造大截面重载荷零件，如造大截面重载荷零件，如 曲轴等。曲轴等。4、热处理及组织特点、热处理及组织特点 加工工艺路线为：下料加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工 调调质质精加工精加工装配装配 使用状态下的组织为使用状态下的组织为：S回回调质处理车间调质处理车间回火索氏体回火索氏体四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢1 1、成分特点、成分特点 含碳量：含碳量：0.450.7%C 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性、强化铁素提高淬透性、强化铁素体：体：提高提高 s/s/b b：SiSi 细化晶粒细化晶粒：V V汽车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝弹簧丝弹簧丝2 2、性能特点、性能特点 高的高的 s s,s s/b b；高的高的 -1-1；足够的韧性；足够的韧性 高的淬透性高的淬透性。3 3、常用的合金弹簧钢、常用的合金弹簧钢大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧 Si、Mn弹簧钢，如弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大用于制造较大截面弹簧。截面弹簧。Cr、V弹簧钢，如弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。耐热的弹簧。汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧 冷成型弹簧：冷拔冷成型弹簧：冷拔冷冷成型成型定型处理定型处理(250300)。热成型弹簧：热成型弹簧：热成型热成型淬火淬火+中温回火中温回火4 4、热处理特点、热处理特点五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承1 1、成分特点、成分特点 高碳：高碳：0.951.10%C 合金元素：以合金元素：以Cr为主为主,加加入入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是的主要作用是提高淬透性提高淬透性2 2、性能特点、性能特点圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承 高而均匀的硬度高而均匀的硬度 和耐磨性。和耐磨性。高的高的 b和接触疲和接触疲 劳强度。劳强度。足够的韧性、淬足够的韧性、淬 透性和耐蚀性透性和耐蚀性.3 3、常用滚动轴承钢、常用滚动轴承钢向心向心向心向心球轴球轴球轴球轴承承承承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大大型型轴轴承承应用最广的是GGr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GGr15SiMn4 4、热处理及组织、热处理及组织轴承生产车间轴承生产车间 热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火 组织：组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)第六节第六节 合金工具钢合金工具钢一、刃具钢一、刃具钢切削加工切削加工 用来制造各用来制造各种切削刀具种切削刀具的钢种的钢种。碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料1 1、成分特点、成分特点 高碳高碳：(0.651.35%C)随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。提高，但韧性下降。2 2、性能要求、性能要求切削加工的基本形式切削加工的基本形式（1 1）高硬度、高耐磨性）高硬度、高耐磨性（2 2）高热硬性）高热硬性（3 3）高淬透性）高淬透性(4)足够的韧性和塑性3 3、常用的合金工具钢及用途、常用的合金工具钢及用途低合金工具钢制品低合金工具钢制品低合金刃具钢：低合金刃具钢：9SiCr、CrWMn用于长丝锥、长用于长丝锥、长铰刀、拉刀等铰刀、拉刀等高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等高速钢铣刀高速钢铣刀4 4、刃具钢的加工工艺路线及热处理特点、刃具钢的加工工艺路线及热处理特点（1 1）低合金刃具钢）低合金刃具钢丝丝锥锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手工艺路线：下料工艺路线：下料 球化球化退火退火 机械加工机械加工 淬火淬火+低温回火低温回火 磨平面磨平面 抛槽抛槽 开口开口 使用状态下的组织为使用状态下的组织为:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)（2 2）高速钢）高速钢 加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造等温等温退火退火机加工机加工淬火淬火+三次回火三次回火喷砂喷砂磨削磨削W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织使用状态下组织使用状态下组织M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）少量）二、模具钢二、模具钢1 1、冷作模具钢、冷作模具钢汽车冲压模具汽车冲压模具（1 1）成分特点）成分特点 高硬度和高耐磨性高硬度和高耐磨性 足够的韧性与抗足够的韧性与抗 疲劳性能疲劳性能 良好的工艺性能良好的工艺性能高碳、高鉻高碳、高鉻（2 2）性能要求）性能要求（3 3）常用冷作模具钢）常用冷作模具钢Cr12钢钢冷冷冷冷冲压件冲压件冲压件冲压件用于负荷轻、尺寸小、用于负荷轻、尺寸小、形状简单的模具：形状简单的模具：T8AT8A,T10AT10A,T12AT12A 形状复杂的大型冷作模形状复杂的大型冷作模具选用具选用Cr12Cr12型钢型钢（4 4）加工及热处理）加工及热处理Cr12型模具钢也是莱氏体钢，型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火需进行锻造、退火,目的同高目的同高速钢。速钢。最终热处理为最终热处理为:淬火淬火+低温回火低温回火使用状态下的组织使用状态下的组织:M回回+颗粒颗粒状碳化物状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模冲压模具冲压模具2 2、热作模具钢、热作模具钢曲轴模具曲轴模具曲轴模具曲轴模具热热模锻曲轴毛坯模锻曲轴毛坯（1 1）性能要求）性能要求 高温下良好的综合力高温下良好的综合力 学性能。学性能。抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。高的淬透性和良好的高的淬透性和良好的导热性。导热性。（2 2）常用钢种）常用钢种5CrNiMo、5CrMnMo热镦模热镦模凸缘模凸缘模三、量具钢三、量具钢渐开线花键渐开线花键环规、塞规环规、塞规矩形花键环规、矩形花键环规、塞规塞规光面量规光面量规（1 1）性能要求）性能要求 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性 尺寸稳定性尺寸稳定性 良好的耐蚀性良好的耐蚀性（2 2）量具用钢的热处理特点）量具用钢的热处理特点量规量规淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。下限温度淬火及冷处理。目的是减下限温度淬火及冷处理。目的是减少少A。长时间低温时效，以消除内应力，长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。降低马氏体的正方度。第七节第七节 特殊性能钢特殊性能钢一、不锈钢一、不锈钢1 1 金属腐蚀的类型与防腐金属腐蚀的类型与防腐化学腐蚀：金属在非化学腐蚀：金属在非 电解质中电解质中 的腐蚀。的腐蚀。电化学腐蚀：金属在电化学腐蚀：金属在化化工工管管道道的的腐腐蚀蚀裂解管裂解管内壁的内壁的高温腐高温腐蚀减薄蚀减薄电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液Zn-Cu原电池原电池示意图示意图ZnZn防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。减小电极电位差。减小电极电位差。使表面形成致密的钝化膜使表面形成致密的钝化膜.牺牲阳极保护阴极。牺牲阳极保护阴极。l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少达的损失至少达400亿元以上亿元以上.2 2 常用不锈钢常用不锈钢（1 1）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢不锈钢棒不锈钢棒 主要主要是是Cr13Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr131Cr134Cr13 随含碳量提高，强度、硬随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降度提高，耐蚀性下降.1Cr131Cr13、2Cr132Cr13 热处理热处理:淬火淬火+高温回火高温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织:S:S回回汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮1Cr13、2Cr13具有具有耐大气、蒸汽腐蚀耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合能力及良好的综合力学性能。力学性能。用于要求塑韧性用于要求塑韧性较高的耐蚀件，较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等.医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀 3Cr13、4Cr13 热处理：淬火热处理：淬火+低温回火。低温回火。使用状态下的组织：使用状态下的组织：MM回回。具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。（2 2）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢主要是主要是18-818-8型鉻镍不锈钢型鉻镍不锈钢 性能特点：良好的耐蚀性，塑性和焊接性能好，性能特点：良好的耐蚀性，塑性和焊接性能好，无磁性，强度和塑性很低。无磁性，强度和塑性很低。不不锈锈钢钢带带 热处理工艺热处理工艺固溶热处理：固溶热处理：获得单一组织。获得单一组织。稳定化退火：稳定化退火：消除晶间腐蚀。消除晶间腐蚀。去应力退火：去应力退火：消除残余应力。消除残余应力。反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L)常用钢种常用钢种 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道.发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹 应力腐蚀应力腐蚀 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易力腐蚀易在含在含ClCl的介质中发生，裂纹为树枝状的介质中发生，裂纹为树枝状.（3 3）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢属于鉻不锈钢，组织为单相铁素体，耐腐蚀性好，强属于鉻不锈钢，组织为单相铁素体，耐腐蚀性好，强度低，塑性和焊接性好，用于耐蚀性要求高而强度要度低，塑性和焊接性好，用于耐蚀性要求高而强度要求低的构件。求低的构件。（4 4）双相不锈钢）双相不锈钢组织由奥氏体和铁素体组成。组织由奥氏体和铁素体组成。优点：优点：优良的耐应力腐蚀、晶间腐蚀、点蚀性能。优良的耐应力腐蚀、晶间腐蚀、点蚀性能。较高的屈服强度和良好的韧性。较高的屈服强度和良好的韧性。焊接性能好，变形及热裂倾向小。焊接性能好，变形及热裂倾向小。热导率高，线胀系数小。热导率高，线胀系数小。二、耐热钢二、耐热钢1.1.概述概述耐热性指标：耐热性指标：抗氧化性；抗氧化性；热强度；持久强度。热强度；持久强度。高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物提高耐热性的途径：提高耐热性的途径：提高再结晶温度；形成第二相；减少晶界。提高再结晶温度；形成第二相；减少晶界。2.2.常用耐热钢常用耐热钢（1 1）珠光体耐热钢）珠光体耐热钢锅炉管锅炉管15CrMo正火组织正火组织常用钢种：常用钢种：15CrMo、12Cr1MoV热处理：正火热处理：正火+高温回火高温回火组织：组织：F+PF+P用途：用途：600600以下的以下的锅炉零件，压力容器，锅炉零件，压力容器，热交换器。热交换器。（2 2）马氏体耐热钢）马氏体耐热钢汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压锅炉安全泄压阀阀(2Cr13)常用钢种：常用钢种：Cr12Cr12型、型、Cr13Cr13型和型和4Cr9Si24Cr9Si2热处理：调质热处理：调质组织：组织：S S回回用途用途：600600以下工作受力较大的零件，如以下工作受力较大的零件，如 汽轮机叶片和汽车阀门等。汽轮机叶片和汽车阀门等。（3 3）奥氏体耐热钢）奥氏体耐热钢过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱典型牌号：典型牌号：1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti热处理：热处理：固溶处理固溶处理组织：组织：A用途：用途：广泛应用于航空、舰广泛应用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片、发动机气阀造汽轮机叶片、发动机气阀及炉管等。及炉管等。第八节第八节 铸铁铸铁一、概述一、概述1.1.铸铁的石墨化过程（铸铁的石墨化过程（Fe-FeFe-Fe3 3C C和和和和Fe-GFe-G双重相图）双重相图）双重相图）双重相图）L+GL+Fe3C铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组铸铁的显微组织织 铸铁类型铸铁类型 第一阶段第一阶段石墨化石墨化 第二阶段第二阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行 F+G灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行 F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Le+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Le白口铸铁白口铸铁SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响影响 影响石墨化的因素影响石墨化的因素化学成分的影响化学成分的影响冷却速度的影响冷却速度的影响冷速快，容易冷速快，容易出现白口。出现白口。碳和硅促进石墨化碳和硅促进石墨化2.2.铸铁的分类及特点（灰口铸铁）铸铁的分类及特点（灰口铸铁）铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状FHT+一组数字一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值，单位单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200可可 锻锻 铸铸 铁铁 团团絮絮状状FKTH+两组数字两组数字KTB+两组数字两组数字KTZ+两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低伸长率值，伸长率值，%铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状FQT+两组数字两组数字 第第一一组组数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强度值，强度值，MPa；第第二二组组数数字字表表示示最最低低伸伸长长率值，率值，%。“QT”表表示示 球球墨墨铸铸铁铁代代号号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状FRuT+一组数字一组数字数数字字表表示示最最低低抗抗拉拉强强度度值值,MPa。“RuT”表表示示蠕蠕墨墨铸铸铁铁代代号号 RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类铸铁的分类与牌号表示方法（续）与牌号表示方法（续）铸铁的分类铸铁的分类工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织铸铁的组织与性能特点铸铁的组织与性能特点组织特点：组织特点：钢的基体钢的基体+G+G（石墨）（石墨）F+GF+P+GP+G 铸造性能好铸造性能好 减摩性能好减摩性能好 减震性能好减震性能好 切削加工性能好切削加工性能好 力学性能低力学性能低铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较性能性能特点：特点：二、灰铸铁二、灰铸铁铁铁素素体体灰灰铸铸铁铁珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片的的三三维维形形貌貌1.1.显显微微 组组织织2.2.孕育处理孕育处理硅铁硅铁硅钙硅钙孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后目的：细化片状石墨目的：细化片状石墨孕育剂：硅铁或硅钙合金孕育剂：硅铁或硅钙合金3.3.热处理热处理灰铸铁件灰铸铁件汽汽缸缸套套活活塞塞环环只改变基体组织，不改只改变基体组织，不改变石墨形态。变石墨形态。常用热处理：常用热处理：消除内应力退火消除内应力退火 消除铸件白口消除铸件白口 表面淬火表面淬火4.4.用途用途大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体制造承受压力和震制造承受压力和震动的零件，如机床动的零件，如机床床身、各种箱体、床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。壳体、泵体、缸体。三、可锻铸铁三、可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 1.1.组织组织基体（基体（F F、P P）+团絮状团絮状G G铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁。2.2.性能性能名为可锻，实为不可锻。名为可锻，实为不可锻。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火 可锻铸铁的显可锻铸铁的显 微组织微组织 3.3.用途用途可锻铸铁管件可锻铸铁管件用于制造形状复杂且承受振动用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门。低压阀门。四、球墨铸铁四、球墨铸铁硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁石墨呈球状的灰口铸铁。石墨呈球状的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。由液态铁水经石墨化得到。球化剂：镁、稀土、稀土镁球化剂：镁、稀土、稀土镁1.1.组织组织基体（基体（F F、F+PF+P、P P）+球状球状G G铁铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁 珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 2.2.性能与热处理性能与热处理强度是碳钢的强度是碳钢的70%70%90%90%，球墨铸铁的突出特点是球墨铸铁的突出特点是屈强比屈强比(0.20.2/b b)高高,约为约为0.70.8,0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.50.30.5。制制品品(轧轧辊辊与与辊辊环环)组织组织组织组织贝贝氏氏体体基基球球墨墨铸铸铁铁可进行各种热处理：退火、正火、淬火可进行各种热处理：退火、正火、淬火+回火、等温淬火回火、等温淬火特点：特点：淬火时加热温度比钢高淬火时加热温度比钢高 淬透性比钢好淬透性比钢好 加热速度不能太快加热速度不能太快核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴3.用途用途承受震动、承受震动、载荷大的零载荷大的零件，如曲轴、件，如曲轴、传动齿轮等。传动齿轮等。五、蠕墨铸铁五、蠕墨铸铁蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体1.蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的显微组织显微组织2.2.性能性能蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰灰铸铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁3.3.应用应用玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。压泵的泵体等。六、特殊性能铸铁六、特殊性能铸铁1.1.耐磨铸铁耐磨铸铁减磨铸铁减磨铸铁抗磨铸铁抗磨铸铁抗磨白口铸铁抗磨白口铸铁激冷铸铁激冷铸铁中锰耐磨铸铁中锰耐磨铸铁2.2.耐热铸铁耐热铸铁3.3.耐蚀铸铁耐蚀铸铁第九节第九节 有色金属及合金有色金属及合金一、铝及其合金一、铝及其合金1.1.概述概述铝合金分类铝合金分类示意图示意图分类：分类：铸造镁合铸造镁合金金和和变形镁合金变形镁合金两大类，变形镁两大类，变形镁合金又分为合金又分为可热可热处理强化处理强化和和不可不可热处理热处理两类。两类。铝合金的强化铝合金的强化 固溶处理固溶处理+时效时效加热固溶淬火过饱和时效析出固溶处理固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效：时效：将过饱和的固溶体加热到固相线以下某温将过饱和的固溶体加热到固相线以下某温 度保温，以析出弥散强化相的热处理度保温，以析出弥散强化相的热处理。自然时效自然时效人工时效人工时效含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d 细晶强化细晶强化方法：增大冷却速度；变质处理。方法：增大冷却速度；变质处理。时效时间时效时间屈服强度屈服强度时效峰时效峰过时效过时效亚亚时效时效铝铝合合金金的的热热处处理理2.2.变形铝合金变形铝合金全世界铝的用量全世界铝的用量百万吨百万吨一次生产量二次回收量总用量（1 1）牌号表示方法）牌号表示方法根据国标规定：变形铝及铝合金可直接引用根据国标规定：变形铝及铝合金可直接引用国际国际四位数字体系四位数字体系牌号或采用国标规定的牌号或采用国标规定的四四位字符位字符牌号。牌号。铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝铝铝铝合合合合金金金金制制制制品品品品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属GB 3190-82GB 3190-82中的旧牌号中的旧牌号仍可继续使用，表示方法仍可继续使用，表示方法为为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+LF+序号序号硬铝合金：硬铝合金：LY+LY+序号序号超硬铝合金：超硬铝合金：LC+LC+序号序号锻铝合金：锻铝合金：LD+LD+序号序号（2 2）常用变形铝合金）常用变形铝合金 防锈铝合金防锈铝合金卫星天线卫星天线（LF2）汽化汽化汽化汽化器器器器(热热热热交换交换交换交换管为管为管为管为LF21LF21)包括包括Al-Al-MnMn和和Al-MgAl-Mg系合金系合金抗蚀性好，不能热处抗蚀性好，不能热处理强化，常利用加工理强化，常利用加工硬化提高其强度。硬化提高其强度。硬铝合金硬铝合金飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)主要主要是是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。强度、硬度高，耐热性好，耐蚀性低于防锈铝，塑强度、硬度高，耐热性好，耐蚀性低于防锈铝，塑性低、韧性差。性低、韧性差。注意两点：注意两点：耐蚀耐蚀性低；性低；控制淬火控制淬火加热温度。加热温度。飞飞机机主主起起落落架架 超硬铝合金超硬铝合金属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并系合金，并含有少量含有少量Cr和和Mn。时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)，主要用于工作，主要用于工作温度较低、受力较大的温度较低、受力较大的结构结构件件,如飞机大梁、起落架等如飞机大梁、起落架等.压气机叶片压气机叶片压气机叶片压气机叶片 锻铝合金锻铝合金Al-Si-Mg-Cu系合金系合金 可可锻性好，力学性能高锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等.lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于。用于制造制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。超音速飞机蒙皮等。美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高高比强铝合金机翼比强铝合金机翼3.3.铸造铝合金铸造铝合金（1 1）Al-Al-SiSi系铸造合金系铸造合金57712.7%l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金，称为金，称为简单硅铝明简单硅铝明.未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织用钠盐变质剂进行变质处理用钠盐变质剂进行变质处理（2 2）Al-CuAl-Cu系铸造合金系铸造合金汽缸头汽缸头这类合金具有较高的热这类合金具有较高的热强性；但铸造性能、抗强性；但铸造性能、抗蚀性差，比强度低于优蚀性差，比强度低于优质硅铝明。质硅铝明。主要用于制造在主要用于制造在200-300200-300条件下工作、要求条件下工作、要求较高强度的零件，如增压器的导风叶轮、内燃较高强度的零件，如增压器的导风叶轮、内燃机的汽缸头等。机的汽缸头等。（3 3）Al-MgAl-Mg系铸造合金系铸造合金鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差能差,耐热性低。耐热性低。常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)ZL301(ZAlMg10)、L303(ZAlMg5Si1)L303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造等。主要用于制造外形简单、承受冲外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件介质下工作的零件,如如舰船配件、氨用舰船配件、氨用泵体泵体等。等。（4 4）Al-ZnAl-Zn系铸造合金系铸造合金大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差强化；但密度大，耐蚀性较差。常用代号为常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。二、铜及铜合金二、铜及铜合金1.1.概述概述铜管铜管铜与铜与黄铜带黄铜带强化方式：强化方式：固溶强化固溶强化过剩相强化过剩相强化时效强化时效强化分类：分类：黄铜黄铜白铜白铜青铜青铜2.2.黄铜黄铜(1)(1)普通黄铜普通黄铜铜和锌的二元合金铜和锌的二元合金牌号：牌号：H+H+表示铜平表示铜平均百分含量的数字均百分含量的数字 从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和和+两种组织，两种组织，分别称分别称单相黄铜单相黄铜和和两相黄铜两相黄铜。单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 普通黄铜的显微组织普通黄铜的显微组织 冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套单相黄铜塑性好。单相黄铜塑性好。常用牌号有常用牌号有H80、H70、H 68。适于制造冷变形零件，如适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强度强度高高.常用牌号有常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等弹簧、导管、散热器等。（2 2）特殊黄铜）特殊黄铜黄黄铜铜制制品品黄铜棒黄铜棒黄铜棒黄铜棒在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。等元素形成特殊黄铜。加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为：H(黄黄)+主加元素符号主加元素符号(Zn除除外外)+铜平均百分含量铜平均百分含量+主加主加元素平均百分含量元素平均百分含量,如如HPb59-1.特殊黄铜强度、耐蚀性比普特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。通黄铜好，铸造性能改善。常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等等.主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。旋桨、轴承、衬套及阀体等。3.3.青铜青铜（1 1）锡青铜）锡青铜锡青铜锭锡青铜锭Cu-Sn相图相图是以是以锡锡为主加元素的铜合为主加元素的铜合金，锡含量一般为金，锡含量一般为314%314%。锡青铜铸造流动性差，铸锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但件密度低，易渗漏，但体体积收缩率积收缩率在有色金属中最在有色金属中最小小 。（2 2）铝青铜）铝青铜大型水力发电设备中的抗磨环大型水力发电设备中的抗磨环以以铝铝为主加元素为主加元素的铜合金，铝含的铜合金，铝含量为量为511%。强度、硬度、耐强度、硬度、耐 磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。性能好，但焊接性能差。l常用牌号有常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等等.l主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等.（3 3）鈹青铜）鈹青铜铍青铜制品铍青铜制品以以铍铍为主加元素的铜合金，铍含量为为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格l较贵。较贵。常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。l用于重要的弹性件、耐磨用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工高速、高压轴承