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1、课题五 铸铁、有色金属 等其他材料 1教 学 重 点1、灰铸铁，球墨铸铁的牌号，性能及应用。 2、常用黄铜和青铜的牌号，性能及用途 3、硬质合金的分类；牌号，及应用。 4、工程塑料和复合材料的定义、特性、分类教 学 难 点1、铸铁的石墨化。 2、根据零件的使用需要，正确选用合适的 有色金属材料牌号。 3、粉末冶金材料（含硬质合金）的性能特 点及应用。 4、工程塑料化学名称较难记忆。 本课题重点与难点2铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金 总称。具有良好的铸造性、耐磨性、减震性、切 削加工性等，且制造容易、价格便宜。铸铁按碳的存在形式分为：1.白口铸铁：Fe3C2.灰口铸铁：G3.麻口铸铁：F
2、e3C+G此外，为满足耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能 的需求，在铸铁中加入铬、钼、铜、铝、硅等合 金元素就得到合金铸铁。 3.5.1 铸铁 1、铸铁的石墨化及其影响因素 3石墨的形状、数量、大小及分布对铸铁的组 织和性能有重要影响。铸铁中碳原子以石墨（G）形式析出的过程称 为石墨化。石墨是碳的一种结晶形式，具有六方晶格， 强度、硬度、塑性和韧性极低，接近于零，硬度 仅为35HBS。3.5.1 铸铁 1）铸铁的石墨化 4（1）化学成分的影响 3.5.1 铸铁 2）影响石墨化的因素 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳、硅的含 量越高，越容易进行石墨化，得到灰口铸铁组织。硫是强烈阻止石墨化的元素。一
3、般Ws0.15。锰是阻止石墨化的元素。一般WMn0.61.3。磷是微弱促进石墨化的元素。一般WP0.3。 （2）冷却速度的影响 53.5.1 铸铁 2、灰铸铁的成分、组织与性能 成份：一般为 Wc=2.5%4.0%,Wsi=1.0%3.0%,WMn=0.5%1.4%,Ws0.15 %,Wp0.30%。 组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素 体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。 性能：取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分 布。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优 良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、 减摩性和低的缺口敏感性。63.5.1 铸铁 3
4、、灰铸铁的孕育处理 在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，使大量高度弥 散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的 石墨片和细片珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁 有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较 均匀。 4、灰铸铁的牌号、性能及用途 牌号用“HT+数字”表示。HT是“灰铁”两字的汉语 拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例： HT150。灰铸铁的性能性能特点是生产简单、应用广泛，其产 量占整个铸铁产量的80%以上。73.5.1 铸铁 5、灰铸铁的热处理 灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形 状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、
5、 改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。 1）去应力退火工艺为：加热至500600，保温一段时间后，随炉 冷至200以下出炉空冷。 2）消除白口、降低硬度退火加热到850900，保温25h，然后随炉冷却至250 400出炉空冷。 3）表面淬火 主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有 火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。 83.5.1 铸铁 6、球墨铸铁的成分、组织与性能 成份：球墨铸铁的化学成分一般为：Wc=3640 ，Wsi=2028，WMn0.608，Ws0 04，Wp01，WMg0.030.05，WRE003 0.05。 组织：分为铁素体球墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁 、
6、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种。 性能：力学性能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近，屈 强比达到0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好 ，仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、 低的缺口敏感性、切削加工性等。 但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。 93.5.1 铸铁 7、球墨铸铁的牌号、性能及用途 牌号用“QT+A组数字-B组数字”表示。 QT是“球铁”两字的汉语拼音字首 A组数字表示最低的抗拉强度值（MPa） B组数字表示最低伸长率。例：QT600-3。 广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件。 103.5.1 铸铁 8、球墨铸铁的热处理 热处理比钢的加热温度
7、略高些、保温时间长些、加热速 度和冷却速度要慢些。 1、退火分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸 造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。 2、正火分为高温正火和低温正火。目的是增加基体组织中的珠 光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。3 、调质处理 目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。 4、等温淬火目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和 较好的韧性。113.5.1 铸铁 9、可锻铸铁 可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温经 长时间石墨化退火。 1、可锻铸铁的成分、组织与性能 成份：较低的碳、硅含量，一般Wc=2.22.8，Wsi=
8、1.2 1.8，WMn0.408，Wp01，Ws0.2 。 组织：分为铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）、珠光体 可锻铸铁两种。 性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多。可锻铸铁并不可锻。 2、可锻铸铁的牌号、性能及用途牌号用“KT+表示类别的字母+A组数字-B组数字”表示。 表示类别的字母有H、B、Z。例：KTH370-12。用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件。123.5.1 铸铁 10、蠕墨铸铁 通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育 剂而生产制得的。 1、蠕墨铸铁的成分、组织与性能 成份：Wc=3.53.9，Wsi=2.22.8，WMn0.4 08，Wp01，Ws0.2。
9、 组织：分为铁素体、铁素体-珠光体和珠光体三种。 性能：力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。减震性、铸造 性能、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。 2、蠕墨铸铁的牌号、性能及用途牌号用“RuT+一组数字”表示，RuT是“蠕铁”两字的汉 语拼音字首， 一组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例 ：RuT420。133.5.2 有色金属及其合金 1、铝及其合金 1）工业纯铝 铝及其合金是航空工业中的主要结构材料，是有色 金属中应用最广泛的结构材料。纯铝呈银白色，是一种轻金属，面心立方晶格、无 同素异晶转变，熔点低、密度小，具有优良的加工工艺 性能、电导性、热导性和耐大气腐蚀能力。其牌号用l表
10、示。最后两位数字表示铝的最低 百分含量，第二位字母表示原始纯铝的改型情况，如 lA35。工业纯铝是WAl=99.0099.80%的纯铝，主要用来制 作电线、电缆、散热片、配置合金等。143.5.2 有色金属及其合金 2）铝合金 1、铝合金的分类与牌号 1）铝合金的分类 分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理 强化的铝合金。 2）铝合金的牌号 (1)变形铝合金牌号。采用四位字符牌号，铝合金的牌号 用28系列表示。 第一位数字：铝合金的 组别； 第二位字母：原始合金的改型情况，A为原始合 金，BY为原始合金的改型合金。最后两位数字：区分 同一组中不同的
11、铝合金。例：5A02。 (2)铸造铝合金牌号。用“Z+Al+元素符号+数字”表示。 数字是主加合金元素百分含量。例：ZAlSi9Mg。 153.5.2 有色金属及其合金 2、铝合金的热处理 固溶处理和时效。 固溶处理是将能热处理强化的铝合金加热至高温单相区 ，经保温第二相溶解形成单相固溶体后，迅速水冷至 室温，得到过饱和的固溶体的工艺。 时效是将经固溶处理后的铝合金，在室温或加热到一定 的温度，其性能随时间发生变化的现象。铝合金经固溶处理后，强度和硬度不会明显升高，塑 性会显著提高。但这种组织是不稳定的，经时效处理， 强度和硬度显著升高，塑性下降。163.5.2 有色金属及其合金 3、变形铝合
12、金 防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金 锻铝合金 4、铸造铝合金Al-Si系铸造铝合金(硅铝明) Al-Cu系铸造铝合金 Al-Mg系铸造铝合金 Al-Zn系铸造铝合金 173.5.2 有色金属及其合金 2、铜及其合金 1）工业纯铜 纯铜呈紫红色，熔点1083，密度为8.96 g/cm3， 面心立方晶格、无同素异晶转变，良好的电导性、热导 性、耐蚀性、抗磁性和加工工艺性能。工业纯铜的代号用“T”加顺序号表示，共有T1、T2 、T3、T4四个牌号。序号越大，纯度越低。纯铜主要用于制作电线、电缆、导热材料及配置合 金。183.5.2 有色金属及其合金 2）铜合金 铜合金分为黄铜、青铜和白铜。白铜是铜
13、镍合金，主要用来制作精密机械和仪表中 的耐蚀零件、热电偶等，价格高。 1、黄铜 (1)普通黄铜的组织和性能。当Wzn32时，形成单相固溶体，随锌含量增加 ，其强度增加塑性改善，适于冷热变形加工；当Wzn32时，组织中出现硬而脆的相，使强度 升高而塑性急剧下降；当 Wzn45时，全部为相组织，强度急剧下降， 合金已无使用价值。还具有较好的耐蚀性和较好的铸造性能。193.5.2 有色金属及其合金 (2)普通黄铜的牌号、性能及用途。压力加工黄铜的牌号用“H+数字”表示。如H68。 铸造普通黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同。单相黄铜H68，有较高的强度，冷、热变形能力，较 好的耐蚀性，用于制造形状复
14、杂、耐蚀的零件。双相黄铜H62，有较高的强度，可进行热变形加工， 广泛用于制作热轧、热压零件或由棒材经机加工制造各 种零件。铸造普通黄铜ZCuZn38，具有铸造性能好，组织致密 ，主要用于一般的结构件和耐蚀零件。203.5.2 有色金属及其合金 2、特殊黄铜 在普通黄铜中加入其他合金元素的黄铜。加入的合金元素有铅、锡、铝、硅、锰、铁、镍等， 以改善切削加工性、提高耐蚀性、铸造性能和力学性能 等。压力加工特殊黄铜的牌号用“H+主加合金元素符号+ 铜的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例：HPb59- 1。 铸造特殊黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同，例： ZCuZn16Si4。213.5.2
15、有色金属及其合金 3、青铜 （1）锡青铜以锡为主要添加元素的铜基合金。 常用锡青铜一般Wsn314，其中压力加工锡青铜 Wsn7%。锡青铜的耐磨性好、无磁性和冷脆现象，可用于制作 轴承、轴套等耐磨零件及弹簧等弹性元件。锡青铜的铸造收缩率小，用于铸造形状复杂、致密性 要求不高，耐磨、耐蚀的零件。 （2）无锡青铜是含铝、铍、硅、铅、锰等合金元素的铜基合金。主 要有：铝青铜、铍青铜等。223.5.2 有色金属及其合金 3、轴承合金简介 1）轴承合金的性能和组织特点 轴承支承轴进行工作，会与轴颈产生摩擦。为减少 轴承对轴颈的磨损，对轴承合金有如下要求：较高的抗压强度和疲劳强度；摩擦系数小、表面能储存润
16、滑油，耐磨性好；良好的抗蚀性、热导性和较小的膨胀系数；良好的磨合性；加工性能好，原料来源广，价格便宜。组织特点:软基体上分布硬质点或硬基体上分布软质 点。233.5.2 有色金属及其合金 2）常用轴承合金简介 锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 铅基轴承合金（铅基巴氏合金） 铜基轴承合金 铝基轴承合金 243.5.3 粉末冶金材料简介 1、粉末冶金的特点与工艺 1）粉末冶金的特点 粉末冶金与一般的熔炼铸造相比， 有以下特 点1）能生产具有特殊性能的材料和制 品。 2）无切屑或少切屑的精密加工。 但金属粉末成本高、模具费用高、 制品大小和形状受到一定限制、制 品的韧性和强度较差。2、粉末冶金工艺简介 253.5.3 粉末冶金材料简介 2、粉末冶金材料简介 含油轴承材料 摩擦材料 铁基结构材料 以碳钢或合金钢粉末为主要成分，用粉末冶金法制 作结构零件用的材料。具
