铸铁和非铁合金.ppt
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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,共析石共析反应,共析石 墨
2、(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)形式存在形式存在:在不同条件下,铁碳合金
3、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,也可用作耐磨铸件、冷硬铸铁轧辊或车轮,也可作为炼钢原料。可
4、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(RUT):G呈呈蠕虫状蠕虫状 可锻铸铁可锻铸铁(KT):
5、):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 Cr Cr、W W、MoMo、V V、MnMn、P P、S S
6、(大多(大多为碳化物形成元素)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
7、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 (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
8、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
9、)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
10、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、稀金、稀土镁钛合金土镁钛合金等;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.可锻铸铁可锻铸铁完全白口铸铁,经长时间石墨化退火(900980)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
11、成分: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
12、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
13、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%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
14、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)
15、;,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)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
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