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1、第二章第二章 铸铁铸铁第一节第一节 铸铁的分类铸铁的分类 铸铁是铁碳合金的一个大类，另一个大类就是钢铸铁是铁碳合金的一个大类，另一个大类就是钢。铸铁与钢的根本区别在于含碳量的不同，铸铁与钢的根本区别在于含碳量的不同，钢的含碳量低钢的含碳量低（2.11%，一般为，一般为2.5% 4.0%）。）。 工业上使用的铸铁，并不是单纯的铁、碳二元合金，工业上使用的铸铁，并不是单纯的铁、碳二元合金，而是而是以铁和碳为主要元素并含有较以铁和碳为主要元素并含有较 多量的硅、一定量的多量的硅、一定量的锰及少量磷和硫的亚共晶合金。锰及少量磷和硫的亚共晶合金。常用合金铸件的生产课件 铸铁的基体结构与钢相似，有铁素体、
2、铁素体铸铁的基体结构与钢相似，有铁素体、铁素体+珠光珠光体、珠光体三种体、珠光体三种，大部分，大部分碳以石墨形态存在碳以石墨形态存在，并分布于，并分布于基体之中，铸铁与钢在组织上的区别就在于铸铁中有石基体之中，铸铁与钢在组织上的区别就在于铸铁中有石墨存在。墨存在。 只有一种铸铁，碳是以化合状态（即只有一种铸铁，碳是以化合状态（即Fe3C）存在）存在，形成珠光体与形成珠光体与Fe3C组成的结构，其断口呈银白色，称白组成的结构，其断口呈银白色，称白口铸铁，其特点是硬而脆，难以切削加工，故白口铸铁口铸铁，其特点是硬而脆，难以切削加工，故白口铸铁在生产中应用较少，仅利用其硬度高、抗磨损的特点，在生产中
3、应用较少，仅利用其硬度高、抗磨损的特点，制造一些耐磨性要求高的轧棍、破碎机的压板、碾砂轮制造一些耐磨性要求高的轧棍、破碎机的压板、碾砂轮的轮缘等，制造可锻铸铁时先铸成自口铁的铸件，然后的轮缘等，制造可锻铸铁时先铸成自口铁的铸件，然后退火而成。退火而成。 按铸铁中碳的存在形态（反映在截面颜色），可将按铸铁中碳的存在形态（反映在截面颜色），可将铸铁分为灰口铸铁、白口铸铁、麻口铸铁三类。铸铁分为灰口铸铁、白口铸铁、麻口铸铁三类。常用合金铸件的生产课件灰口铸铁：大量的碳以游离态（石墨）存在，断口灰口铸铁：大量的碳以游离态（石墨）存在，断口呈灰黑色，应用最广。呈灰黑色，应用最广。白口铸铁：大量的碳以化合
4、态（白口铸铁：大量的碳以化合态（Fe3C）存在，断口）存在，断口呈银白色，既硬又脆，难以进行机械加呈银白色，既硬又脆，难以进行机械加工，很少用于制造零件。工，很少用于制造零件。麻口铸铁：大部分碳化合态存在，少量以石墨形态麻口铸铁：大部分碳化合态存在，少量以石墨形态存在，断口为银白色基体散布着一些黑存在，断口为银白色基体散布着一些黑点，既硬又脆，难以加工，极少用。点，既硬又脆，难以加工，极少用。铸铁铸铁常用合金铸件的生产课件 灰口铸铁按石墨的形状不同，可分为灰铸铁、可锻铸灰口铸铁按石墨的形状不同，可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁四种。铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁四种。灰口铸铁灰口铸铁 灰铸铁
5、：石墨呈片层状灰铸铁：石墨呈片层状可锻铸铁：石墨团絮状可锻铸铁：石墨团絮状球墨铸铁：石墨呈球状球墨铸铁：石墨呈球状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状常用合金铸件的生产课件第二节第二节 灰铸铁灰铸铁 灰铸铁是应用最广的一种铸铁，灰铁铸件约占铸铁件灰铸铁是应用最广的一种铸铁，灰铁铸件约占铸铁件总产量的总产量的80%以上。以上。灰铸铁中的碳以片层状石墨形状存在，灰铸铁中的碳以片层状石墨形状存在，因其断口为灰黑色，故称灰口铸铁。铸铁通常占机器设备因其断口为灰黑色，故称灰口铸铁。铸铁通常占机器设备总重量的总重量的50%以上以上。一、灰铸铁的性能一、灰铸铁的性能 灰铸铁显微组织由金属基体（铁素体
6、、珠光体）和片灰铸铁显微组织由金属基体（铁素体、珠光体）和片状石墨组成状石墨组成，相当于在钢的基体中嵌入大量的石墨片，相当于在钢的基体中嵌入大量的石墨片，力力学性能较差，抗拉强度较低，塑性、韧性几乎为学性能较差，抗拉强度较低，塑性、韧性几乎为0，属脆，属脆性材料性材料。灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，与钢的抗。灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，与钢的抗压强度近似。压强度近似。常用合金铸件的生产课件1可焊性差可焊性差，焊接区易产生难加工的白口组织，易产，焊接区易产生难加工的白口组织，易产生裂纹；生裂纹；2铸造性能好铸造性能好，铸件缺陷少；，铸件缺陷少；3切削性能好切削性能好，因含有石墨，润滑性
7、好，且产生崩碎，因含有石墨，润滑性好，且产生崩碎切屑，对刀具磨损小；切屑，对刀具磨损小；4减振性好减振性好，石墨有缓冲作用，阻止振动能量传播，石墨有缓冲作用，阻止振动能量传播，适于制造机床床身、底座适于制造机床床身、底座等；等；5耐磨性好耐磨性好，石墨本身就是良好的固体润滑剂，脱落，石墨本身就是良好的固体润滑剂，脱落后在摩擦面上形成大量显微凹坑，能起储存润滑油的作后在摩擦面上形成大量显微凹坑，能起储存润滑油的作用，使摩擦面上保持油膜连续。适于制造导轨、衬套、用，使摩擦面上保持油膜连续。适于制造导轨、衬套、活塞环等；活塞环等；6缺口敏感性缺口敏感性小，石墨已在金属基体上形成大量的缺小，石墨已在金
8、属基体上形成大量的缺口，故外来缺口影响甚微。口，故外来缺口影响甚微。常用合金铸件的生产课件二、灰铸铁的组织二、灰铸铁的组织灰铸铁按基体组织可分为铁素体灰铸铁、铁素体灰铸铁按基体组织可分为铁素体灰铸铁、铁素体+珠珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁三种。光体灰铸铁、珠光体灰铸铁三种。1铁素体基体灰铸铁铁素体基体灰铸铁铁素体基体的灰铸铁的石墨铁素体基体的灰铸铁的石墨片粗大、量多，几乎所有的碳都片粗大、量多，几乎所有的碳都转变成了石墨，石墨片对基体的转变成了石墨，石墨片对基体的割裂作用大，故力学性能差，应割裂作用大，故力学性能差，应用较少。用较少。常用合金铸件的生产课件3珠光体基体灰铸铁珠光体基体灰铸铁珠光体
9、基体上分布着均匀、细小的石墨片，对基体珠光体基体上分布着均匀、细小的石墨片，对基体的割裂作用较轻，故强度、硬度较高，多用于重要机件，的割裂作用较轻，故强度、硬度较高，多用于重要机件，如床身等。如床身等。2铁素体铁素体+珠光体基体灰铸铁珠光体基体灰铸铁珠光体与铁素体混合基体上分珠光体与铁素体混合基体上分布着较粗大的石墨，故强度较低，布着较粗大的石墨，故强度较低，铸造性能、切削性能、减振性优于铸造性能、切削性能、减振性优于珠光体基体灰铸铁，适用于一般机珠光体基体灰铸铁，适用于一般机件，如齿轮箱等，是应用最广的灰件，如齿轮箱等，是应用最广的灰铸铁。铸铁。常用合金铸件的生产课件三、影响铸铁组织和性能的
10、因素三、影响铸铁组织和性能的因素铸铁的组织和性能与石墨化程度有关，影响石墨化的铸铁的组织和性能与石墨化程度有关，影响石墨化的主要因素有化学成分和冷却速度。主要因素有化学成分和冷却速度。1化学成分化学成分主要是碳和硅。碳是形成石墨的元素，碳和硅都是促主要是碳和硅。碳是形成石墨的元素，碳和硅都是促进石墨化的元素，碳和硅含量越高，析出的石墨就越多、进石墨化的元素，碳和硅含量越高，析出的石墨就越多、越粗大。越粗大。2冷却速度冷却速度石墨析出需要高温条件，冷却速度快，则会阻碍石墨石墨析出需要高温条件，冷却速度快，则会阻碍石墨化。铸件的冷却速度主要取决于铸件壁厚及铸型材料的蓄化。铸件的冷却速度主要取决于铸
11、件壁厚及铸型材料的蓄热能力。热能力。常用合金铸件的生产课件 四、灰铸铁的牌号和应用四、灰铸铁的牌号和应用 与钢不同，灰铸铁的牌号不能用化学成分表示，而与钢不同，灰铸铁的牌号不能用化学成分表示，而是用力学性能来表示。是用力学性能来表示。牌号牌号基体基体石石墨墨应应用用举举例例HT100铁铁素体素体粗片状粗片状下水管、底座、外罩、手下水管、底座、外罩、手轮轮、重、重锤锤等要求等要求强强度不高的工件度不高的工件HT150铁铁素体素体和和珠珠光体光体较较粗片状粗片状水水泵泵壳、壳、阀阀体、体、阀阀盖、油盖、油泵泵壳、底座、刀架等壳、底座、刀架等HT200较细较细珠光体珠光体中等片状中等片状气缸盖、气缸
12、体、气缸盖、气缸体、飞轮飞轮、一般机床的床身、一般机床的床身、轴轴承座等承座等HT250细细珠光体珠光体较细较细片状片状薄壁缸体、缸盖、机床立柱、横梁、床身、箱体、活塞等薄壁缸体、缸盖、机床立柱、横梁、床身、箱体、活塞等HT300细细珠光体珠光体细细小片状小片状机床机床导轨导轨，受力，受力较较大的床身、立柱，液大的床身、立柱，液压阀压阀体，大型体，大型发动发动机机缸体、缸盖，缸体、缸盖，蜗轮蜗轮，泵泵壳等壳等HT350细细珠光体珠光体细细小片状小片状机床机床导轨导轨、工作台，水、工作台，水泵泵缸体、缸体、阀阀体、凸体、凸轮轮，大型，大型发动发动机缸机缸体、缸盖、体、缸盖、衬衬套，需要表面淬火的
13、套，需要表面淬火的铸铁铸铁件等件等常用合金铸件的生产课件五、灰铸铁的孕育处理五、灰铸铁的孕育处理为了提高灰铸铁的力学性能，尽量使石墨片细化，为了提高灰铸铁的力学性能，尽量使石墨片细化，对其进行孕育处理。孕育处理就是在铁水中加入孕育剂对其进行孕育处理。孕育处理就是在铁水中加入孕育剂（常用含硅（常用含硅75%的硅铁），增加石墨结晶核，可得到珠的硅铁），增加石墨结晶核，可得到珠光体基体灰铸铁，石墨片细小，且受冷却速度影响小。光体基体灰铸铁，石墨片细小，且受冷却速度影响小。孕育铸铁适于较高强度、高耐磨性、高气密性铸件。孕育铸铁适于较高强度、高耐磨性、高气密性铸件。常用合金铸件的生产课件第三节第三节 可
14、锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁又称玛铁、玛钢，是白口铸铁经石墨化退火可锻铸铁又称玛铁、玛钢，是白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁而成的一种铸铁。其。其石墨呈团絮状石墨呈团絮状，对基体的割裂作用大，对基体的割裂作用大大减轻，应力集中也明显降低，大减轻，应力集中也明显降低，故抗拉强度提高，且有一故抗拉强度提高，且有一定的塑性和韧性，但仍不可锻造定的塑性和韧性，但仍不可锻造。一、生产过程一、生产过程首先需铸造出全白口的铸件，再进行长时间的高温退首先需铸造出全白口的铸件，再进行长时间的高温退火，使渗碳体（火，使渗碳体（Fe3C）分解成）分解成Fe和和C原子，原子，C原子通过扩原子通过扩散聚集到一起形成团絮状
15、石墨。故可锻铸铁生产周期长，散聚集到一起形成团絮状石墨。故可锻铸铁生产周期长，成本高。成本高。 常用合金铸件的生产课件第一阶段石墨化第一阶段石墨化第二阶段石墨化第二阶段石墨化第三阶段石墨化第三阶段石墨化A铁素体基体可锻铸铁铁素体基体可锻铸铁B珠光体基体可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁常用合金铸件的生产课件二、牌号及应用二、牌号及应用可锻铸铁根据热处理工艺、组织和性能的不同，又分为可锻铸铁根据热处理工艺、组织和性能的不同，又分为黑心可锻铸铁（黑心可锻铸铁（KTH）、珠光体可锻铸铁（）、珠光体可锻铸铁（KTZ）和白心可）和白心可锻铸铁（锻铸铁（KTB）。）。黑心可锻铸铁其实为铁素体可锻铸黑心可锻铸铁其实
16、为铁素体可锻铸铁，因石墨量大，其断口为灰黑色，表铁，因石墨量大，其断口为灰黑色，表面因退火时脱碳而呈灰白色，故称其为面因退火时脱碳而呈灰白色，故称其为黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁。珠光体可锻铸铁的退火时间比铁珠光体可锻铸铁的退火时间比铁素体可锻铸铁短，强度高而塑性、韧素体可锻铸铁短，强度高而塑性、韧性低。性低。常用合金铸件的生产课件白心可锻铸铁是在氧化性介质中退火，表面脱碳层白心可锻铸铁是在氧化性介质中退火，表面脱碳层约约1.52.0mm厚，内部组织为珠光体和团絮状石墨，因厚，内部组织为珠光体和团絮状石墨，因石墨数量少而呈白亮色，故称其为白心可锻铸铁。白心石墨数量少而呈白亮色，故称其为白心可锻铸
17、铁。白心可锻铸铁因生产工艺复杂，退火时间长，性能一般，所可锻铸铁因生产工艺复杂，退火时间长，性能一般，所以应用少。以应用少。可锻铸铁牌号由可锻铸铁牌号由3个字母（个字母（KTH、KTZ、KTB）+3位数位数+2位数，中间位数，中间3位数表示抗拉强度，最后位数表示抗拉强度，最后2位数表示位数表示延伸率。如延伸率。如KTH350-10，KTZ45006。由于可锻铸铁的力学性能远高于灰口铸铁，所以可由于可锻铸铁的力学性能远高于灰口铸铁，所以可以用于承受冲击和振动的零件。例如：汽车、拖拉机的以用于承受冲击和振动的零件。例如：汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳、转向机构，曲轴、连杆、凸轮、齿轮、后桥壳、轮壳、转
18、向机构，曲轴、连杆、凸轮、齿轮、活塞，扳手等，但大中型零件不宜采用。活塞，扳手等，但大中型零件不宜采用。常用合金铸件的生产课件第四节第四节 球墨铸铁球墨铸铁 由于由于石墨呈球状石墨呈球状，对基体的割裂，对基体的割裂作用降到了最低程度，同时作用降到了最低程度，同时大大减轻大大减轻了片状石墨边缘造成的应力集中，因了片状石墨边缘造成的应力集中，因此，球墨铸铁的强度、塑性和韧性比此，球墨铸铁的强度、塑性和韧性比灰口铸铁高得多，与钢相当，具有良灰口铸铁高得多，与钢相当，具有良好的耐磨性、消震性好的耐磨性、消震性，球墨铸铁的铸，球墨铸铁的铸造性能没有灰口铸铁好，但比钢的铸造性能没有灰口铸铁好，但比钢的铸造
19、性能好得多。造性能好得多。常用合金铸件的生产课件一、球墨铸铁的生产一、球墨铸铁的生产球墨铸铁中的球形石墨是在凝固期间直接结晶而成的，球墨铸铁中的球形石墨是在凝固期间直接结晶而成的，这要求铁水有较高的含碳量和一定的球化剂与孕育剂。球这要求铁水有较高的含碳量和一定的球化剂与孕育剂。球墨铸铁的含碳量为：墨铸铁的含碳量为：3.6% 4.0%，球化剂为，球化剂为Mg或或Mg+RE（稀土），孕育剂为含（稀土），孕育剂为含75%Si的硅铁。的硅铁。另外，球墨铸铁中另外，球墨铸铁中S和和P的含量应严格控制，一般的含量应严格控制，一般S0.03%，P0.1%。S过多会造成球化不良，过多会造成球化不良，P过多将造
20、过多将造成球铁的塑性、韧性降低。成球铁的塑性、韧性降低。由于球化剂有阻碍石墨化的作用，为了避免铸件出现由于球化剂有阻碍石墨化的作用，为了避免铸件出现白口组织，球化处理后还要进行孕育处理。白口组织，球化处理后还要进行孕育处理。常用合金铸件的生产课件二、组织和性能二、组织和性能 铁素体球墨铸铁塑性、韧性较高，铁素体球墨铸铁塑性、韧性较高，珠光体球墨铸铁强度、硬度较高，铁珠光体球墨铸铁强度、硬度较高，铁素体素体+珠光体球墨铸铁介于两者之间。珠光体球墨铸铁介于两者之间。球墨铸铁强度、塑性韧性远远高球墨铸铁强度、塑性韧性远远高于灰铸铁，也优于可锻铸铁，铸造性于灰铸铁，也优于可锻铸铁，铸造性能、切削性能、
21、减振性、耐磨性等良能、切削性能、减振性、耐磨性等良好，疲劳强度与中碳钢接近，热处理好，疲劳强度与中碳钢接近，热处理性能好。性能好。铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 常用合金铸件的生产课件三、牌号及应用三、牌号及应用球墨铸铁的牌号与可锻铸铁相似，由球墨铸铁的牌号与可锻铸铁相似，由QT+3位数位数+2位数，如位数，如QT500-7。由于球墨铸铁具有优良的力学性能和铸造性能，所由于球墨铸铁具有优良的力学性能和铸造性能，所以它的应用范围很广，主要用来制造载荷较大、受力复以它的应用范围很广，主要用来制造载荷较大、受力复杂的机器零件。杂的机器零件。例如，铁素体球墨铸铁多用于制造受
22、压阀门、机器例如，铁素体球墨铸铁多用于制造受压阀门、机器底座、汽车后桥壳、加速器壳等；底座、汽车后桥壳、加速器壳等；珠光体球墨铸铁多用于制造汽车、拖拉机中的曲轴、珠光体球墨铸铁多用于制造汽车、拖拉机中的曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴、缸套、活塞等；连杆、齿轮、凸轮轴、缸套、活塞等；贝氏体球墨铸铁多用于制造汽车、拖拉机的蜗轮、贝氏体球墨铸铁多用于制造汽车、拖拉机的蜗轮、伞齿轮等。伞齿轮等。常用合金铸件的生产课件四、热处理四、热处理球墨铸铁与钢一样，也可通过热处理改变基体组织，球墨铸铁与钢一样，也可通过热处理改变基体组织，达到改善性能的目的。达到改善性能的目的。球墨铸铁可以进行各种热处理，如退火、正火、
23、调球墨铸铁可以进行各种热处理，如退火、正火、调质、等温淬火以及表面淬火和化学热处理（氮化、渗铝、质、等温淬火以及表面淬火和化学热处理（氮化、渗铝、渗硫、渗硼等）。渗硫、渗硼等）。 常用合金铸件的生产课件第五节第五节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的石墨形似蠕虫状，与蠕墨铸铁的石墨形似蠕虫状，与灰口铸铁的片状石墨相比，边缘处的灰口铸铁的片状石墨相比，边缘处的石墨圆滑，应力集中大为减小，所以石墨圆滑，应力集中大为减小，所以蠕墨铸铁的力学性能高于灰口铸铁。蠕墨铸铁的力学性能高于灰口铸铁。可用来代替高强度灰口可用来代替高强度灰口铸铁、合金铸铁、黑心可锻铸铁及铁素体球铁铸铁、合金铸铁、黑心可锻铸铁及铁素体球
24、铁。此。此外，蠕墨铸铁的还具有优良的抗热疲劳性能，铸造外，蠕墨铸铁的还具有优良的抗热疲劳性能，铸造性能、减震能力和导热性能都优于球铁，并接近于性能、减震能力和导热性能都优于球铁，并接近于灰口铸铁。灰口铸铁。 常用合金铸件的生产课件蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁相似，即要求高碳蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁相似，即要求高碳（3.5%3.9%C）、高硅）、高硅(2.1% 2.8%Si)、低硫、低硫(0.1%S)、低磷低磷(0.1%)。蠕墨铸铁的生产过程与球墨铸铁大致相同，不同的是蠕墨铸铁的生产过程与球墨铸铁大致相同，不同的是向铁水中加入的是蠕化剂。我国目前采用的蠕化剂主要有：向铁水中加入的是蠕化剂。我
25、国目前采用的蠕化剂主要有：稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金。稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金。蠕墨铸铁的牌号用蠕墨铸铁的牌号用RuT表示，后面的数字表示最小抗表示，后面的数字表示最小抗拉强度值。如拉强度值。如RuT420，表示最小抗拉强度为，表示最小抗拉强度为420MPa的的蠕墨铸铁。蠕墨铸铁。 常用合金铸件的生产课件铝及铝合金铝及铝合金铝的密度小、熔点低、导电、导热性优良、无磁性。铝的密度小、熔点低、导电、导热性优良、无磁性。纯铝的强度很低，但塑性很好，便于塑性加工成形。纯铝的强度很低，但塑性很好，便于塑性加工成形。工业纯铝主要用作配制铝合金，制作电线、电缆及日工业纯铝主要用作配制铝
26、合金，制作电线、电缆及日用器皿等。用器皿等。铝合金根据加工方法分为铸造铝合金与变形铝合金两铝合金根据加工方法分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。大类。 常用合金铸件的生产课件一、铸造铝合金一、铸造铝合金铸造铝合金中加入合金元素的量较多，按照主要合铸造铝合金中加入合金元素的量较多，按照主要合金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金四个大类，其中铝硅合金应用最广铝镁合金、铝锌合金四个大类，其中铝硅合金应用最广。类别类别主要用途主要用途铝铝硅合金硅合金形状复形状复杂杂的砂型、金属型和的砂型、金属型和压压力力铸铸造零件，如造零件，
27、如飞飞机、油机、油泵泵壳壳体、内燃机活塞、要求气密性的零件、体、内燃机活塞、要求气密性的零件、仪仪器的零件等。器的零件等。铝铜铝铜合金合金砂型砂型铸铸造在造在175300以下工作的零件，如活塞、支臂、中以下工作的零件，如活塞、支臂、中等承等承载载零件等。零件等。铝镁铝镁合金合金砂型砂型铸铸造的在大气或海水中工作的零件，承受大振造的在大气或海水中工作的零件，承受大振动载动载荷、荷、工作温度低于工作温度低于150的零件。的零件。铝锌铝锌合金合金压压力力铸铸造的零件，工作温度不超造的零件，工作温度不超过过200，结结构复构复杂杂的汽的汽车车、飞飞机零件。机零件。常用合金铸件的生产课件二、变形铝合金二
28、、变形铝合金变形铝合金按性能特点分为四类：防锈铝，硬铝，超变形铝合金按性能特点分为四类：防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝硬铝，锻铝。类别类别性能特点性能特点主要用途主要用途防防锈铝锈铝抗抗蚀蚀性、性、焊焊接性、塑性及低温力学接性、塑性及低温力学性能良好。性能良好。强强度度较较低，切削加工性低，切削加工性能能较较差。差。 不可不可热处热处理理强强化材料。化材料。主要用于主要用于焊焊接零件、构件、容器、接零件、构件、容器、管道、管道、飞飞机蒙皮，以及深冲和弯曲机蒙皮，以及深冲和弯曲件，在航空工件，在航空工业业中中应应用广泛。用广泛。硬硬铝铝可可热处热处理理强强化，化，强强度高，与高度高，与高强强度度钢钢
29、接近。接近。可制作可制作铆钉铆钉、螺旋、螺旋桨桨叶片、叶片、飞飞机翼机翼肋、梁等。肋、梁等。超硬超硬铝铝室温室温强强度最高的度最高的铝铝合金，但耐合金，但耐蚀蚀性性差，高温差，高温软软化快。化快。主要用作受力大的重要主要用作受力大的重要结结构件和承构件和承受高受高载载荷的零件。如荷的零件。如飞飞机大梁、起机大梁、起落架落架锻铝锻铝具有具有优优良的良的热热塑性，适宜塑性，适宜锻锻造，造，铸铸造性能、耐造性能、耐蚀蚀性性较较好，力学性能与好，力学性能与硬硬铝铝相近。相近。主要用作航空及主要用作航空及仪仪表表业业中形状复中形状复杂杂、要求比要求比强强度高的度高的锻锻件。如叶件。如叶轮轮、框、框架、支
30、杆等。架、支杆等。常用合金铸件的生产课件第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 纯铜外观呈紫红色，导电、导热性能很好，塑性高，纯铜外观呈紫红色，导电、导热性能很好，塑性高，强度低，低温下塑性、韧性好。主要用于导电材料、电真强度低，低温下塑性、韧性好。主要用于导电材料、电真空器件、仪器、仪表等。空器件、仪器、仪表等。铜合金按颜色分为：黄铜和青铜（包括白铜）。铜合金按颜色分为：黄铜和青铜（包括白铜）。一、黄铜一、黄铜黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。力学性能较好、。力学性能较好、耐蚀性好、焊接性好，可用于制造蜗轮、衬套、轴、耐蚀耐蚀性好、焊接性好，可用于制造蜗轮、衬套、
31、轴、耐蚀零件、弹壳、热交换器、导管、散热器等零件。零件、弹壳、热交换器、导管、散热器等零件。常用合金铸件的生产课件二、青铜二、青铜青铜是铜与锌以外的元素作为主要合金元素的合金。青铜是铜与锌以外的元素作为主要合金元素的合金。青铜又分为锡青铜和无锡青铜，无锡青铜有铝青铜、铍青铜又分为锡青铜和无锡青铜，无锡青铜有铝青铜、铍青铜、铅青铜、硅青铜等青铜、铅青铜、硅青铜等。锡青铜耐磨性、铸造性能、切削性能、抗磁性、弹性、锡青铜耐磨性、铸造性能、切削性能、抗磁性、弹性、耐蚀性好，适于制造轴套、化工耐磨件、抗磁零件等。耐蚀性好，适于制造轴套、化工耐磨件、抗磁零件等。铝青铜力学性能高、耐磨性、耐蚀性好，适于制造
32、耐铝青铜力学性能高、耐磨性、耐蚀性好，适于制造耐磨、耐蚀零件。磨、耐蚀零件。铍青铜强度、硬度、耐磨性、弹性高，导电、导热性、铍青铜强度、硬度、耐磨性、弹性高，导电、导热性、耐蚀性好，适于制造耐磨件、弹性元件、轴承、衬套等。耐蚀性好，适于制造耐磨件、弹性元件、轴承、衬套等。常用合金铸件的生产课件白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。电工白铜具有极高的电阻、电阻温度系数极小，广电工白铜具有极高的电阻、电阻温度系数极小，广泛用于制造电阻器、热电偶、补偿导线和精密测量仪器泛用于制造电阻器、热电偶、补偿导线和精密测量仪器等；等；耐蚀结构用白铜在腐蚀介质中具有较高的化学稳定耐
33、蚀结构用白铜在腐蚀介质中具有较高的化学稳定性，适于制造船舶用耐蚀零件及高温高压下工作的管道。性，适于制造船舶用耐蚀零件及高温高压下工作的管道。常用合金铸件的生产课件第三节第三节 其它非铁金属与合金其它非铁金属与合金 一、钛及钛合金一、钛及钛合金钛的密度小、熔点高。钛的突出优点是强度高，耐热钛的密度小、熔点高。钛的突出优点是强度高，耐热性好，耐腐蚀性能优异。性好，耐腐蚀性能优异。纯钛具有良好的力学性能，常用来制造飞机蒙皮、构纯钛具有良好的力学性能，常用来制造飞机蒙皮、构架、发动机部件，柴油机活塞，耐海水腐蚀的管道、阀门架、发动机部件，柴油机活塞，耐海水腐蚀的管道、阀门等。等。但是，钛合金的高温强
34、度较差，不能用做高温零件，但是，钛合金的高温强度较差，不能用做高温零件，且钛的化学性质非常活泼，熔炼、浇注、焊接和部分热处且钛的化学性质非常活泼，熔炼、浇注、焊接和部分热处理都要在真空中进行，加工工艺复杂、价格昂贵。理都要在真空中进行，加工工艺复杂、价格昂贵。常用合金铸件的生产课件二、镍及镍合金二、镍及镍合金镍基高温合金用以制造喷气发动机涡轮盘及叶片；镍基高温合金用以制造喷气发动机涡轮盘及叶片；镍铜系耐蚀合金可制造高压充油电缆、油槽、医疗器镍铜系耐蚀合金可制造高压充油电缆、油槽、医疗器材；材；镍锰系是电真空材料；镍锰系是电真空材料；镍中添加硅、钨或锆和钙或钡可做阴极材料等。镍中添加硅、钨或锆和
35、钙或钡可做阴极材料等。常用合金铸件的生产课件三、镁及镁合金三、镁及镁合金镁及镁合金的主要优点是密度小，比强度、比模量镁及镁合金的主要优点是密度小，比强度、比模量高，抗振能力强，可承受较大的冲击载荷，切削加工和高，抗振能力强，可承受较大的冲击载荷，切削加工和抛光性能好，是航空航天、仪器仪表、交通运输等的重抛光性能好，是航空航天、仪器仪表、交通运输等的重要结构材料。要结构材料。但镁的化学性质活泼，抗腐蚀性能差，熔炼技术复但镁的化学性质活泼，抗腐蚀性能差，熔炼技术复杂，冷变形困难，缺口敏感性大，目前以铸造镁合金的杂，冷变形困难，缺口敏感性大，目前以铸造镁合金的应用为主。应用为主。近年来研究出的近年来
36、研究出的Mg-Li合金，有超合金之称，强度合金，有超合金之称，强度高，塑性、韧性好，易焊接，缺口敏感性小。高，塑性、韧性好，易焊接，缺口敏感性小。常用合金铸件的生产课件四、难熔金属四、难熔金属难熔金属主要有钨、钼、钽、铌、钒、铼，前四种难熔金属主要有钨、钼、钽、铌、钒、铼，前四种有重要的工业价值。有重要的工业价值。钨的多用于生产硬质合金、穿甲弹芯等。钨的多用于生产硬质合金、穿甲弹芯等。钼是高速工具钢、高温合金中的重要组元，钼合金钼是高速工具钢、高温合金中的重要组元，钼合金顶头可用于不锈钢穿管机上，钼板、钼丝主要用于电子顶头可用于不锈钢穿管机上，钼板、钼丝主要用于电子工业做微波管热电子阴极、真空
37、炉中辐照屏等。工业做微波管热电子阴极、真空炉中辐照屏等。常用合金铸件的生产课件第五章第五章 非金属材料非金属材料 第一节第一节 陶瓷材料陶瓷材料 一、陶瓷材料的种类一、陶瓷材料的种类陶瓷材料陶瓷材料泥制品泥制品水泥水泥耐火材料耐火材料先进陶瓷先进陶瓷玻璃玻璃建筑陶瓷建筑陶瓷日用陶瓷日用陶瓷结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷常用合金铸件的生产课件传统的陶瓷材料是工业、基本建设和日常生活所必需传统的陶瓷材料是工业、基本建设和日常生活所必需的基础材料。的基础材料。此后发展出来的碳、氮化合物等陶瓷材料就被称为此后发展出来的碳、氮化合物等陶瓷材料就被称为“先进陶瓷先进陶瓷”，又称，又称“新型陶瓷新型陶瓷”
38、、“精细陶瓷精细陶瓷”或或“现代现代陶瓷陶瓷”。 先进陶瓷对电子技术、空间技术、能源工程等新技术先进陶瓷对电子技术、空间技术、能源工程等新技术的发展起着重要的作用。的发展起着重要的作用。根据材料的性能和其主要应用范围，先进陶瓷大致分根据材料的性能和其主要应用范围，先进陶瓷大致分为两大类：结构陶瓷（包括工具陶瓷）和功能陶瓷。为两大类：结构陶瓷（包括工具陶瓷）和功能陶瓷。 常用合金铸件的生产课件 二、结构陶瓷二、结构陶瓷结构陶瓷是指在高温下作为结构材料使用的陶瓷，结构陶瓷是指在高温下作为结构材料使用的陶瓷，也称高温陶瓷或工程陶瓷，其种类很多，有氧化物、碳也称高温陶瓷或工程陶瓷，其种类很多，有氧化物
39、、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。它具有在高温下强化物、氮化物、硼化物、硅化物等。它具有在高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐磨损、耐烧蚀等特性。度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐磨损、耐烧蚀等特性。结构陶瓷大致可分为两大类结构陶瓷大致可分为两大类: 1500以上高温下短以上高温下短时间使用（几秒到几十分钟）和时间使用（几秒到几十分钟）和1200以上的高温下长以上的高温下长期使用（几百到数千小时）的陶瓷。前者用于卫星的端期使用（几百到数千小时）的陶瓷。前者用于卫星的端头帽、喷管喉衬、航天器中大热流部件等。后者主要用头帽、喷管喉衬、航天器中大热流部件等。后者主要用于各种新型热机中的耐热部件，或其
40、他领域的高温结构于各种新型热机中的耐热部件，或其他领域的高温结构件、耐腐蚀部件、切削刀具等。件、耐腐蚀部件、切削刀具等。常用合金铸件的生产课件三、功能陶瓷三、功能陶瓷功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷，是现代信息、自动化等工业某种使用功能的先进陶瓷，是现代信息、自动化等工业的基础材料。在耐热性、化学稳定性等方面优于金属和的基础材料。在耐热性、化学稳定性等方面优于金属和有机高分子材料，又称为电子陶瓷。有机高分子材料，又称为电子
41、陶瓷。它们的特点是它们的特点是: 品种多、产量大、价格低、应用广、品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。功能全、技术高、更新快。常用合金铸件的生产课件四、其它先进陶瓷四、其它先进陶瓷1生物陶瓷生物陶瓷与金属材料、有机高分子材料相比，生物陶瓷具有与生与金属材料、有机高分子材料相比，生物陶瓷具有与生物机体有较好的相容性和生物活性、耐侵蚀性、耐磨损性等物机体有较好的相容性和生物活性、耐侵蚀性、耐磨损性等独特性能。独特性能。2多相复合陶瓷多相复合陶瓷包括纤维（或晶须）补强的陶瓷基复合材料，异相颗粒包括纤维（或晶须）补强的陶瓷基复合材料，异相颗粒弥散的复相陶瓷；两种或两种以上主晶相组合
42、的多相复合陶弥散的复相陶瓷；两种或两种以上主晶相组合的多相复合陶瓷及梯度功能复合材料。瓷及梯度功能复合材料。3纳米陶瓷纳米陶瓷先进陶瓷从目前的微米级（从粉体到显微结构）向纳米先进陶瓷从目前的微米级（从粉体到显微结构）向纳米级尺度发展，由于制备科学上的进展以及工艺上的可行性，级尺度发展，由于制备科学上的进展以及工艺上的可行性，已成为其发展趋势之一。已成为其发展趋势之一。常用合金铸件的生产课件第二节第二节 高分子材料高分子材料一、高分子材料的种类一、高分子材料的种类高分子材料通过聚合反应合成，高分子是指由许多原高分子材料通过聚合反应合成，高分子是指由许多原子通过化学键连接而成的分子量很大的化合物，
43、其分子主子通过化学键连接而成的分子量很大的化合物，其分子主链上的原子都直接以价键连接，且链上的成键原子都共享链上的原子都直接以价键连接，且链上的成键原子都共享成键原子，高分子又称聚合物、高聚物、大分子等。成键原子，高分子又称聚合物、高聚物、大分子等。绝大多数高分子材料加热可熔融，冷后重新凝固，称绝大多数高分子材料加热可熔融，冷后重新凝固，称为热塑性树脂；另一类高分子材料加热不熔融，也不溶于为热塑性树脂；另一类高分子材料加热不熔融，也不溶于溶剂，为热固性树脂，如酚醛树脂，环氧树脂等。溶剂，为热固性树脂，如酚醛树脂，环氧树脂等。高分子材料的种类很多，天然高分子材料有木材、皮高分子材料的种类很多，天
44、然高分子材料有木材、皮革等；合成、半天然高分子材料有塑料、橡胶等。制造工革等；合成、半天然高分子材料有塑料、橡胶等。制造工业中用得最多的是塑料。业中用得最多的是塑料。常用合金铸件的生产课件高高分分子子分分类类按来源分：天然高分子、合成高分子、半天然高分子按来源分：天然高分子、合成高分子、半天然高分子按性能及应用分：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂按性能及应用分：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂按主链结构分：无机高分子、元素有机高分子、碳链按主链结构分：无机高分子、元素有机高分子、碳链高分子、杂链高分子高分子、杂链高分子二、高分子材料的成型加工方法二、高分子材料的成型加工方法高分子材料常用的成型方法有：注射、压
45、注、压制、高分子材料常用的成型方法有：注射、压注、压制、挤出、吹塑、压延、拉丝等。挤出、吹塑、压延、拉丝等。常用合金铸件的生产课件1注射成型注射成型高分子材料在注射机加热料筒中塑化后，由螺杆或注高分子材料在注射机加热料筒中塑化后，由螺杆或注塞注射入闭合模具的模腔中经冷却形成制品的成型方法。塞注射入闭合模具的模腔中经冷却形成制品的成型方法。 常用合金铸件的生产课件2压制成型压制成型高分子材料在闭合模腔内借助加热和压力作用，固化高分子材料在闭合模腔内借助加热和压力作用，固化而形成制品的成型方法。而形成制品的成型方法。 常用合金铸件的生产课件3挤出成型挤出成型借助挤出机螺杆的挤压作用，使受热熔融的高
46、分子材借助挤出机螺杆的挤压作用，使受热熔融的高分子材料在压力推动下，强制通过口模而成为具有恒定截面积连料在压力推动下，强制通过口模而成为具有恒定截面积连续型材的成型方法。挤出成型工艺可生产管、棒、丝、板、续型材的成型方法。挤出成型工艺可生产管、棒、丝、板、薄膜等制品。薄膜等制品。常用合金铸件的生产课件4压延成型压延成型将加热塑化的高分子材料通过三个以上的相向转动的将加热塑化的高分子材料通过三个以上的相向转动的辊筒的间隙使其成为连续片状材料的一种成型法方法。压辊筒的间隙使其成为连续片状材料的一种成型法方法。压延成型主要用于生产片材、薄膜、人造革及涂层等软化温延成型主要用于生产片材、薄膜、人造革及
47、涂层等软化温度较低的高分子材料。度较低的高分子材料。常用合金铸件的生产课件5纤维的制作纤维的制作熔融高分子材料在旋转螺杆的挤压下进入喷丝头，经熔融高分子材料在旋转螺杆的挤压下进入喷丝头，经过小孔成丝状喷出并迅速冷凝成丝。过小孔成丝状喷出并迅速冷凝成丝。 常用合金铸件的生产课件第三节第三节 复合材料复合材料 一、复合材料的定义一、复合材料的定义复合材料是由两种或两种以上的组分材料通过适当的复合材料是由两种或两种以上的组分材料通过适当的制备工艺复合在一起的新材料，其既保留原组分材料的特制备工艺复合在一起的新材料，其既保留原组分材料的特性，又具有原单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。性，又具有原
48、单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。在单一材料不能满足需要时，人们常把两种或两中以在单一材料不能满足需要时，人们常把两种或两中以上的材料组合起来，使复合后的材料在强度、刚度等性能上的材料组合起来，使复合后的材料在强度、刚度等性能上有大幅度提高。随科学技术的进步，在高新技术领域里，上有大幅度提高。随科学技术的进步，在高新技术领域里，复合材料的应用将愈来愈多。复合材料的应用将愈来愈多。 常用合金铸件的生产课件从理论上说，金属材料、陶瓷材料或高分子材料相互从理论上说，金属材料、陶瓷材料或高分子材料相互之间或同种材料之间均可复合形成新的复合材料。之间或同种材料之间均可复合形成新的复合材料。如在高分
49、子材料如在高分子材料/高分子材料、陶瓷材料高分子材料、陶瓷材料/高分子材料、高分子材料、金属材料金属材料/高分子材料、金属材料高分子材料、金属材料/金属材料、陶瓷材料金属材料、陶瓷材料/金属材料、陶瓷材料金属材料、陶瓷材料/陶瓷材料之间的复合已获得许多种陶瓷材料之间的复合已获得许多种高性能新型复合材料。高性能新型复合材料。复合材料通常由基体材料和增强材料两部分组成，基复合材料通常由基体材料和增强材料两部分组成，基体一般选用强度韧性好的材料，如聚合物、橡胶、金属等，体一般选用强度韧性好的材料，如聚合物、橡胶、金属等，而增强材料则选用高强度、高弹性模量的材料，如玻璃纤而增强材料则选用高强度、高弹性
50、模量的材料，如玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等。维、碳纤维和硼纤维等。常用合金铸件的生产课件二、复合材料的分类二、复合材料的分类 复合材料复合材料按性能高低分按性能高低分常用（普通）复合材料常用（普通）复合材料先进复合材料先进复合材料按基体材料的种类分按基体材料的种类分聚合物基复合材料聚合物基复合材料金属基复合材料金属基复合材料复合材料陶瓷复合材料陶瓷石墨基复合材料（碳石墨基复合材料（碳- -碳复合材料）碳复合材料）混凝土基复合材料混凝土基复合材料按用途分按用途分结构复合材料结构复合材料功能复合材料功能复合材料智能复合材料智能复合材料按增强材料的种类分按增强材料的种类分颗粒增强颗粒增强晶须增强晶须增
51、强纤维增强纤维增强随机分布随机分布择优分布择优分布热固性复合材料热固性复合材料热塑性复合材料热塑性复合材料橡胶橡胶单层复合材料单层复合材料多层复合材料多层复合材料短纤维短纤维长纤维长纤维层板复合层板复合混杂复合混杂复合按增强材料的形状分按增强材料的形状分零维（颗粒状）零维（颗粒状）一维（纤维状）一维（纤维状）二维（片状或平面织物）二维（片状或平面织物）三维（三向编织体）三维（三向编织体）常用合金铸件的生产课件三、复合材料的应用三、复合材料的应用 下表是主要金属基复合材料的典型应用情况下表是主要金属基复合材料的典型应用情况增增强强体体基体基体主要主要应应用用硼硼纤维纤维铝铝、铁铁合金、金合金、金
52、属化合物属化合物航天器构件、航天器构件、导弹导弹构件、构件、发动发动机机风风扇及扇及压压气机叶气机叶片片碳碳纤维纤维（含石（含石墨墨纤维纤维）铝铝、镁镁合金、合金、铜铜、铅铅卫卫星天星天线线、空、空间间站构件、直升站构件、直升飞飞机构件、机构件、电电刷、刷、集成集成电电路基板、蓄路基板、蓄电电池极板、核装置隔板池极板、核装置隔板碳化硅碳化硅纤维纤维铝铝、钛钛合金、金合金、金属化合物属化合物飞飞机或机或导弹导弹构件、构件、轻轻重武器支架、重武器支架、军军用便用便桥桥构件、构件、传动轴传动轴、发动发动机叶片及其他耐机叶片及其他耐热热件件碳化硅晶碳化硅晶须须、颗颗粒粒铝铝、镁镁、钛钛合金、合金、金属化合物金属化合物发动发动机活塞、型材、机活塞、型材、齿轮齿轮、连连杆、杆、飞飞机蒙皮、机蒙皮、发发动动机叶片、火箭机叶片、火箭发动发动机壳体、耐磨件、耐机壳体、耐磨件、耐热热构件构件氧化氧化铝纤维铝纤维铝铝、镁镁合金合金汽汽车发动车发动机机连连杆、活塞杆、活塞销销、型材、型材氧化氧化铝铝短短纤维纤维铝铝、镁镁合金合金汽汽车发动车发动机活塞、型材机活塞、型材钨丝钨丝高温合金高温合金发动发动机机涡轮涡轮叶片叶片自增自增强强型定向凝固共晶高温合金型定向凝固共晶高温合金发动发动机机涡轮涡轮叶片叶片常用合金铸件的生产课件
