第四章 金属材料(下)铸铁和有色金属.ppt

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1、第四章第四章 金属材料金属材料铸铁和有色金属铸铁和有色金属铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。磷等元素的多元铁基合金。第二节第二节 铸铁铸铁铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一。同时它具有优良的铸造性、切削加工性、减摩性、吸振性、低的缺口敏感性、生产简便、成本低廉等生产简便、成本低廉等优点，是是应用最广泛的材料之一应用最广泛的材料之一。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%。同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（碳含量大于2.11），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁成型制成零

2、件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。铸铁应用举例铸铁应用举例铸铁曲轴铸铁曲轴机床床身机床床身单缸柴油发动机缸体单缸柴油发动机缸体4.2.1 4.2.1 铸铁分类铸铁分类铸铁分类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分铸铁分类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分特征，可将铸铁分为特征，可将铸铁分为5类。类。1、灰口铸铁、灰口铸铁2、球墨铸铁、球墨铸铁3、白口铸铁、白口铸铁4、可锻铸铁、可锻铸铁5、合金铸铁、合金铸铁断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部

3、分以球状形式存在断断口口呈呈银银白白色色，碳碳除除少少量量溶溶于于铁铁素素体体外外，其其余余以以渗渗碳碳体形式存在体形式存在白白口口铸铸铁铁通通过过石石墨墨化化或或氧氧化化脱脱碳碳的的可可锻锻过过处处理理，石石墨墨呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。低合金、中合金（低合金、中合金（510%）和高合金）和高合金灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁球墨铸铁球墨铸铁铸铁铸铁名称名称石墨石墨形形态态基体基体组织组织编编 号号 方方 法法牌号牌号实实例例灰灰铸铁铸铁片状片状FHT+一一组组数字数字数字表示最低抗拉数字表示最低抗拉强强度度值值（Mpa）“HT”表示灰表示灰铸

4、铁铸铁代号代号HT100F+PHT150PHT200可可锻铸铁锻铸铁团团絮絮状状FKTH+两两组组数字数字KTB+两两组组数字数字KTZ+两两组组数字数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06球墨球墨铸铁铸铁球状球状FQT+两两组组数字数字第一第一组组数字表示最低抗拉数字表示最低抗拉强强度度值值，MPa；第二第二组组数字表示最低伸数字表示最低伸长长率率值值，%。“QT”表示表示 球墨球墨铸铁铸铁代号代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨蠕墨铸铁铸铁蠕蠕虫虫状状FRuT+一一组组数字数字数字表示最低抗拉数字表示最低抗拉强强度度值值,MPa。“R

5、uT”表示蠕墨表示蠕墨铸铁铸铁代号代号RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法铸铁的分类与牌号表示方法4.2.2 4.2.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)两种形式存在两种形式存在。在前面介绍过在前面介绍过Fe-FeFe-Fe3 3C C相图，按相图，按这张相图自液态冷却下来的这张相图自液态冷却下来的Fe-CFe-C合金合金固态一

6、般为固态一般为铁素体及渗碳体铁素体及渗碳体两相。两相。实实际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。才是稳定相。因此描述铁碳合金组织因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个，转变的相图实际上有两个，一个是一个是Fe-Fe-FeFe3 3C C系相图，另一个是系相图，另一个是Fe-GFe-G系相图。系相图。把两者迭合在一起，就得到一个双重把两者迭合在一起，就得到一个双重相图。相图。Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图L+GL+Fe3CFe-Fe3C和和Fe-G双重相图双重相图D1 1、铸铁的石墨化、铸铁的石墨化铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸

7、铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。也可以由渗碳体加热时分解得到。石墨化分三个阶段石墨化分三个阶段液液相相冷冷却却到到CD后后，开开始始析出一次石墨析出一次石墨（GI）DC液液相相冷冷却却ECF线线后后，开开始发生共晶转变始发生共晶转变第一阶段第一阶段LC+G共晶共晶AE1154C第二阶段第二阶段DC在在共共晶晶温温度度和和共共析析温温度度之之间间（1154738C），碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的溶溶解解度度降降低低，开开始始析析出出二二次次石石墨墨（GII）+GIIASAE11547

8、38C第三阶段第三阶段+G共析共析FP738CAS在在共共析析温温度度时时，发发生生共共析析转变转变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织铸铁的显微组织铸铁类型铸铁类型第一、二阶第一、二阶段石墨化段石墨化第三阶段第三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3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素（1）化学成分的影响）化

9、学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素碳和硅是强烈促进石墨化的元素碳、硅含量过低，易出现碳、硅含量过低，易出现白口组织，白口组织，力学性能和铸力学性能和铸造性能变差。造性能变差。碳、硅含量过高碳、硅含量过高,会使石墨会使石墨数量多且粗大，数量多且粗大，基体内铁基体内铁素体量增多，降低铸件的素体量增多，降低铸件的性能。性能。白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁碳、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麻口铸铁麻口铸铁碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C2.54.0%C，1.03.0%Si1.03.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用等元素对石墨化

10、有促进作用S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化等元素阻碍石墨化磷可微弱促进石墨化，磷可微弱促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降降低铸铁的强度，低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高只有耐磨铸铁中磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。（2）冷却速度的影响）冷却速度的影响 铸铸件件冷冷却却缓缓慢慢，有有利利于于碳碳原原子子的的充充分分扩扩散散，结结晶晶将将按按Fe-G相相图图进进行行，因因而促进石墨化。而促进石墨化。快冷时由于过冷度快冷时由于过冷度大，结晶将按大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行相图进行,不利不利于石墨化于石墨化铸件

11、壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 4.2.3 铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点钢的基体钢的基体+G（石墨）（石墨）基体组织有基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种三种。F+GF+P+GP+G 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性

12、能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶.切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点力学性能低。力学性能低。由于石由于石墨相当于钢基体中的墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易基体的连续性，且易导致应力集中。导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织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

13、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/Ce4.2.4 常用常用铸铁铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占类铸铁的总产量中，灰口铸铁占80%80%以上。以上。灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。1 1、成分和牌号、成分和牌号2.54.0%C，1.03.0%Si，0.251.0%Mn，0.020.20%S，0.050.50%PHT三位数字三位数字HT为灰铁汉语拼音的字首为灰铁汉语拼音的字首后续的三位

14、数表示直径为后续的三位数表示直径为30mm铸件铸件试样的最低抗拉强度试样的最低抗拉强度b（MPa）灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱灰铸铁齿轮箱2 2、组织特点、组织特点灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁（1 1）力学性能低）力学性能低其其抗抗拉拉强强度度和和塑塑性性韧韧性性都都远远远远低低于于钢钢。但但是是，灰灰口口铸铸铁铁在在受受

15、压压时时石石墨墨片片破破坏坏基基体体连连续续性性的的影影响响则则大大为为减减轻轻，其其抗抗压压强强度度是是抗抗拉拉强强度度的的2.52.54 4倍倍。所以常用所以常用灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件。（2 2）耐磨性与消震性好）耐磨性与消震性好由由于于铸铸铁铁中中石石墨墨有有利利于于润润滑滑及及贮贮油油，所所以以耐耐磨磨性性好好。同同样样，由由于于石石墨墨的的存在，存在，灰口铸铁的消震性优于钢灰口铸铁的消震性优于钢。（3 3）工艺性能好）工艺性能好由由于于灰灰口口铸铸铁铁含含碳碳量量高高，接接近近于于共共晶晶成成分分，故故熔熔点点比比较较低低，流流动

16、动性性良良好好，收收缩缩率率小小，因因此此适适宜宜于于铸铸造造结结构构复复杂杂或或薄薄壁壁铸铸件件。另另外外，由由于于石石墨墨使使切切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：3 3、性能特点、性能特点4 4、灰口铸铁的孕育处理、灰口铸铁的孕育处理细化片状石墨，提高力学性能细化片状石墨，提高力学性能目的目的细珠光体基体上分布着细小片状石墨细珠光体基体上分布着细小片状石墨组织组织原因原因在铸造之前向铁液中在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（或称

17、变质剂加入了孕育剂（或称变质剂硅硅铁和硅钙合金铁和硅钙合金），结晶时石墨晶核数目增多，石），结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。更为均匀地分布在基体中。结果结果不仅不仅强度有较大提高，而且塑性和韧性也有改善强度有较大提高，而且塑性和韧性也有改善。同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁对冷却速对冷却速度的敏感性显著减少度的敏感性显著减少，使各部位都能得到均匀一，使各部位都能得到均匀一致的组织。致的组织。举例举例HT250、HT300、HT350经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁，也称变质铸铁孕育处理

18、前孕育处理前孕育处理后孕育处理后5 5、灰口铸铁的热处理、灰口铸铁的热处理热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨的形态和分布状态，热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨的形态和分布状态，但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)将铸件缓慢加热至将铸件缓慢加热至500600C适当保温（每适当保温（每100mm截面保温截面保温2h）后，随）后，随炉缓冷至炉缓冷至150200C出炉空冷，内应力可以消除出炉空冷，内应力可以消除90%。灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：

19、消除白口组织退火（高温退火）消除白口组织退火（高温退火）将铸件加热至将铸件加热至850950C保温保温14h后，随炉缓冷至后，随炉缓冷至400500C出炉空冷，出炉空冷，最终得到最终得到铁素体或铁素体加珠光体基体铁素体或铁素体加珠光体基体，从而消除白口、降低硬度。，从而消除白口、降低硬度。表面淬火表面淬火针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表面进行淬火处理，淬火后表面组织为面进行淬火处理，淬火后表面组织为马氏体加石墨马氏体加石墨。6、用途、用途制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件,如如机床床身

20、、各种箱体、壳体、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体泵体、缸体。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)变速箱体变速箱体牌号牌号铸件壁厚铸件壁厚/mm/mm最小抗拉强度最小抗拉强度 b b/MPa/MPa显微组织显微组织用途用途基体石墨HT1002.5102030102030501301009080F+P粗粗片状片状适于制造适于制造载载荷小、荷小、对对摩擦和磨摩擦和磨损损无特殊无特殊要求的不重要的要求的不重要的简单铸简单铸件，如防件，如防护护罩、罩、盖、手盖、手轮轮、支架、以及、支架、以及钢锭钢锭模、冶模、冶矿设矿设备备中的高炉平衡中的

21、高炉平衡锤锤、炼炼炉重炉重锤锤等等HT1502.510203010203050175145130120F+P较较粗粗片状片状用于制造承受中等用于制造承受中等载载荷的荷的铸铸件，如机座、件，如机座、刀架、床身、工作台、箱体、刀架、床身、工作台、箱体、轴轴承座、承座、支架、支架、带轮带轮、端盖、端盖、泵泵体、体、阀阀体、体、阀阀盖、盖、进进排气管等排气管等HT2002.510203010203050220195170160P中等中等片状片状用于制造承受用于制造承受较较大大载载荷和要求一定气密荷和要求一定气密性或耐性或耐蚀蚀性等重要性等重要铸铸件，如机床床身、件，如机床床身、立柱、立柱、齿轮齿轮箱、

22、汽缸、活塞、刹箱、汽缸、活塞、刹车轮车轮、联轴联轴器器盘盘、中等、中等压压力力阀阀体等体等HT2504.010203010203050270240220200P较细较细片状片状适于制造汽缸、油缸、适于制造汽缸、油缸、衬衬筒、筒、泵泵体、体、阀阀体、体、齿轮齿轮箱体、箱体、齿轮齿轮、划、划线线平板、水平平板、水平仪仪、内燃机的活塞、内燃机的活塞环环等等HT300102030203050290250230S或或T细细小小片状片状适于制造承受高适于制造承受高载载荷、耐磨和高气密性荷、耐磨和高气密性重要重要铸铸件，如重型机床、剪床、件，如重型机床、剪床、压压力机力机及自及自动车动车床的床身、机座、机架

23、，高床的床身、机座、机架，高压压液液压压件，活塞件，活塞环环，受力，受力较较大的大的齿轮齿轮、凸、凸轮轮、衬衬套，大型套，大型发动发动机的曲机的曲轴轴、汽缸体、汽缸体、汽缸套等汽缸套等HT350102030203050340290260S或或T细细小小片状片状灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途二、二、球墨铸铁球墨铸铁在浇注前向铁水中加入在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，进行球化处理和孕育处理，则可获得则可获得石墨呈球状分布的铸铁石墨呈球状分布的铸铁，称为，称为球墨

24、铸铁，简称球墨铸铁，简称“球铁球铁”。1 1、成分和牌号、成分和牌号3.53.9%C 为了获得共晶成分的铸件为了获得共晶成分的铸件0.020.06%RE，0.030.06%Mg球化剂球化剂S0.06%硫与镁、稀土具有很强的亲和力硫与镁、稀土具有很强的亲和力2.02.6%Si镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理P0.1%，0.61.0%Mnl牌号表示：牌号表示：QT数字数字数字数字QT为球铁汉语拼音的字首为球铁汉语拼音的字首两组的数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率QT400172 2、组织特征、组织特征铁铁素素体体加加珠珠光光

25、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墨铸铁的显微组织由球墨铸铁的显微组织由球形石墨和球形石墨和金属基体金属基体两部分组成。随着成分和两部分组成。随着成分和冷却速度的不同，球铁在铸态下的冷却速度的不同，球铁在铸态下的金属基体可分为金属基体可分为铁素体、铁素体加铁素体、铁素体加珠光体、珠光体珠光体、珠光体三种。三种。3 3、性能特点、性能特点球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率高。与灰口铸铁相比，高。与灰口铸铁相比，具有较高的强度、硬度和塑性具有较高的强度、硬度和塑性。球状石墨直径越

26、小，越分散，力学性能越好。球状石墨直径越小，越分散，力学性能越好。铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低。珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁强度较高，但塑性和韧性较低强度较高，但塑性和韧性较低。强度是碳钢的强度是碳钢的7090%，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。屈强比屈强比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。承受震动、载荷大承受震动、载荷大的零件，的零件，如曲轴、如曲轴、传动齿轮传动齿轮等。

27、等。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4 4、用途、用途牌号牌号抗拉抗拉强强度度b/MPa屈服屈服强强度度0.2/MPa伸伸长长率率/%布氏硬度布氏硬度HBW基体基体组织组织应应用用举举例例QT400-1840025018120175F承受冲承受冲击击和振和振动动的零件，如汽的零件，如汽车车和拖拉机的和拖拉机的轮毂轮毂、驱动桥驱动桥壳体、壳体、农农机零件，中低机零件，中低压压阀门阀门及及输输气、气、输输水管道水管道QT400-1540025015120180FQT450-1045031010160210FQT500-75003207170230F+PQT5

28、50-55503505180250F+PQT600-36003703190270P+F负负荷大、受力复荷大、受力复杂杂的零件，如汽的零件，如汽车车、拖拉机的凸、拖拉机的凸轮轴轮轴、连连杆、曲杆、曲轴轴等等QT700-27004202225305PQT800-28004802245335P或或SQT900-29006002280360M回回或或T+S高高强强度度齿轮齿轮，如，如汽汽车车上的螺旋上的螺旋齿齿轮轮，拖拉机上的，拖拉机上的减速减速齿轮齿轮，内燃，内燃机曲机曲轴轴等等球墨铸件的分类、牌号、组织及用途球墨铸件的分类、牌号、组织及用途三、三、可锻铸铁可锻铸铁可可锻锻铸铸铁铁是是由由白白口口铸

29、铸铁铁经经长长时时间间石石墨墨化化退退火火而而获获得得的的一一种种高高强强度度铸铸铁铁，又又叫叫玛玛钢钢。白白口口铸铸铁铁中中的的渗渗碳碳体体在在退退火火过过程程中中分分解解出出团团絮絮状状石石墨墨，所所以以明明显显减减轻轻了了石石墨墨对对基基体体的的割割裂裂。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。KTKTHH、Z Z或或B B数字数字数字数字牌号中的牌号中的“KTKT”表示表示“可铁可铁”二字汉语拼音的大写字头；二字汉语拼音的大写字头；“H H”表示表示“黑心黑心”，“Z Z”表示珠光体基体，表示珠光体基体，“B B”表示白心表示白心

30、 ；牌号后面的两组数字分别表示牌号后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率最低抗拉强度和最低延伸率。KTH350KTH3501010KTZ550KTZ5500404KTB400KTB40005051 1、牌号表示：、牌号表示：通常是将白口铸件加热到通常是将白口铸件加热到900980900980温度，一般保温温度，一般保温60806080小时，小时，炉冷炉冷使其中渗碳体分解让使其中渗碳体分解让“第一阶段石第一阶段石墨化墨化”充分进行形成团絮状石墨。充分进行形成团絮状石墨。待待炉冷至炉冷至770770650650再长时间保温再长时间保温让让“第二阶段石墨化第二阶段石墨化”充分进行，充分进行，

31、这样处理后获得这样处理后获得“黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁”。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 可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。若取消第二阶段的若取消第二阶段的770770650650长时间保温，只让第一阶段石长时间保温，只让第一阶段石墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体加团絮状石墨的体共存的基体加团絮状石墨的“白心可锻铸铁白心可锻铸铁”。2 2、热处理、热处理 可锻铸铁的显微可锻铸铁的显微组织组织 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

32、可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火3、用途、用途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，如载荷的薄壁小型件，如汽车、汽车、拖拉机的前后轮壳拖拉机的前后轮壳、管接头、管接头、低压阀门低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件类别类别牌号牌号试样试样直径直径d/mm抗拉抗拉强强度度b/MPa屈服屈服强强度度0.2/MPa伸伸长长率率/%硬度硬度HBW应应用用举举例例铁铁素体可素体可锻锻铸铁铸铁KTH300-0612或153006不大于150弯弯头头、三、三通、螺通、螺丝丝扳手、汽扳手、汽车车及拖拉及拖拉机前后机前后轮轮壳、减速壳、减速器壳、制器壳、制动动器等器等K

33、TH330-083308KTH350-1035020010KTH370-1237012珠光体可珠光体可锻锻铸铁铸铁KTZ450-064502706150220曲曲轴轴、凸、凸轮轴轮轴、连连杆、活塞杆、活塞环环、耙片、耙片、万向接万向接头头、棘棘轮轮、传传动链动链条等条等KTZ550-045503404180230KTZ650-026504302210260KTZ700-027005302240290可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途四、四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕化剂为稀土硅铁镁合金

34、、蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G铁素体基体铁素体基体珠光体基体珠光体基体蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复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。杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓第三节第三节 有色金属有色金属在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其

35、他在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。非铁金属及其合金称为有色金属。与与钢钢铁铁等等黑黑色色金金属属材材料料相相比比，有有色色金金属属具具有有许许多多优优良良的的特特性性，如如特特殊殊的的电电、磁磁、热热性性能能，耐耐蚀蚀性性能能及及高高的的比比强强度度(强强度度与与密密度度之之比比)等等，是是现现代代工工业业中中不不可可缺缺少少的的材材料料，在在国国民民经经济中占有十分重要的地位。济中占有十分重要的地位。轿车材料组成铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特点，铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特点，因因而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业。

36、而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业。银、铜、铝等具有优良导电性和导热性的材料，银、铜、铝等具有优良导电性和导热性的材料，广泛应广泛应用于电器工业和仪表工业。用于电器工业和仪表工业。铀、钨、钼、镭、钍、铍等是原子能工业所必需的材料铀、钨、钼、镭、钍、铍等是原子能工业所必需的材料浙江三门核电站2号机组大亚湾核电站贵金属（合金）轻金属（合金）贵金属（合金）稀有金属（合金）有色金属（合金）变形有色金属（合金）铸造有色金属（合金）轴承有色金属（合金）印刷有色金属（合金）硬质有色金属（合金）按成形方法或用途分1 1、有色金属及合金分类、有色金属及合金分类散热器 铸造有色纯金属的牌号为铸造有色纯金属的

37、牌号为Z+该金属元素符号该金属元素符号+纯度百分含量数字纯度百分含量数字(或用一短横加顺序号或用一短横加顺序号)如如ZAl99.5和和ZTi-1。铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下:铸造有色合金的牌号为铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分含量数字主要合金元素符号及其名义百分含量数字+其他其他合金元素符号及其百分含量数字合金元素符号及其百分含量数字如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示，优质合金在牌号后标注字母表示，优质合金在牌号

38、后标注字母“A”。变形有色金属及其合金牌号表示方法不统一变形有色金属及其合金牌号表示方法不统一2 2、有色金属及合金牌号、有色金属及合金牌号第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 纯铝纯铝具有银白色金属光泽，密度小具有银白色金属光泽，密度小(2.72g/cm3)，熔点低，熔点低(660.4)。导电、导热性能优良导电、导热性能优良导电性仅次于银、铜和金，导热性比铁几乎大三倍。耐腐蚀耐腐蚀表面形成一层牢固致密的氧化膜，可以阻止进一步表面形成一层牢固致密的氧化膜，可以阻止进一步氧化，从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性氧化，从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性。具有具有面心立方晶格，无同素异构转变，

39、无磁性面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。易于铸造、易于切削和加工成形，应用范围广泛。易于铸造、易于切削和加工成形，应用范围广泛。一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 1、纯铝、纯铝铝合金既具有高强度又保持铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性纯铝的优良特性 。铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，等，此外还有此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等等辅加元素。辅加元素。2、铝合金、铝合金铝合金型材铝合金型材铝合金门窗铝合金门窗二、铝合金的分类二、铝合金的分类变形铝合金变形铝合金不能热处理强化不能热处理强化的铝合金的铝合金铸造铝合金铸造铝合金能热处

40、理强能热处理强化的铝合金化的铝合金温温度度AlFB，%铝合金分类示意图铝合金分类示意图+L+L+DL铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金分为铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金变形铝合金和铸造铝合金两大类。两大类。变形铝合金变形铝合金又分为又分为可热可热处理强化和处理强化和不可热处理不可热处理强化强化两类两类变形铝合金变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所以要求有良好的塑性变形能力。以要求有良好的塑性变形能力。铸造铝合金铸造铝合金则是将熔融的合金直接

41、浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具有良好的铸造流动性。有良好的铸造流动性。三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，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。l可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。l固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出l在室温下进行的时效称在室温下进行的时效

42、称自然时效自然时效；在加热条件下进；在加热条件下进行的时效称行的时效称人工时效人工时效。l时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。l温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途 l1、变形铝合金、变形铝合金l变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法l根据国标规定根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四，

43、变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量百万吨一次生产量二次回收量总用量lGB3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金锻铝合金：LD+序号序号铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属l常用变形铝合金常用变形铝合金l防锈铝合金防锈铝合金l主要是主要是Al-Mn和和Al-Mg系合金。系合金。lMn和和Mg主要作

44、用是主要作用是卫星天线（LF2）提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。汽化汽化器器(热热交换交换管为管为LF21)LF21)l常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有LF21（3A21），其抗蚀性，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。l常用的常用的Al-Mg系合金有系合金有LF5（5A05），其密度比纯，其密度比纯 铝小，强度比Al-Mn合金高

45、，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。l硬铝合金硬铝合金l主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。l可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。l强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.飞机翼梁(腹板为硬铝合金)l超硬铝合金超硬铝合金l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。l时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超

46、过硬铝合金.l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)等，主要用于工等，主要用于工作温度较低、受力较大的结作温度较低、受力较大的结构件构件,如飞机大梁如飞机大梁、起落架等起落架等.飞机主起落架l锻铝合金锻铝合金lAl-Cu-Mg-Si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.压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9

47、(2A90)等。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼l2、铸造铝合金、铸造铝合金包括：包括：lAl-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Si系铸造铝合金系铸造铝合金l又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.57712.

48、7%在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，ZL102ZL102组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次 固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。未变质处理 经变质处理 ZL102的铸态组织l加入其他合金元素的铝硅铸造加入其他合金元素的铝硅铸造合金称合金称复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。lAl-Si系铸造铝合金的铸造性能系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性

49、、耐热好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)l用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。lAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头l常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。lAl-Mg系铸造铝系铸造铝合金合金l这类合金的耐蚀性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度好，强度高，密

50、度小；但铸造性能差小；但铸造性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等(ZL102、301)lAl-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强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。化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)l常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.l主要用于制造形状复杂受力