第5节铸铁及有色金属

1、4.2.1 4.2.1 概述概述本节主要内容本节主要内容分类分类石墨化概念及其影响因素石墨化概念及其影响因素灰口铸铁总的性能特点灰口铸铁总的性能特点4.2.2 4.2.2 常用灰口铸铁常用灰口铸铁各自的生产工艺各自的生产工艺各自的性能特点各自的性能特点牌号及主要用途牌号及主要用途1.3.2 铸铁铸铁二二 灰口铸铁的性能特点灰口铸铁的性能特点G有补缩作用；流动性好有补缩作用；流动性好成成 分接近共晶点分接近共晶点GG是一种固态润滑剂是一种固态润滑剂G是一种固态润滑剂；是一种固态润滑剂； G处可储存液态润滑剂处可储存液态润滑剂G吸收震动波吸收震动波 G本身是一种缺陷；本身是一种缺陷；G有一定的止裂

2、作用有一定的止裂作用 G有切割作用；有切割作用；G有缩减作用有缩减作用三三 铸铁的石墨化铸铁的石墨化影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。影响石墨化的因素五五 常用灰口铸铁常用灰口铸铁本节内容学习方法：通过本节内容学习方法：通过横向比较和归横向比较和归纳纳来掌握各种来掌握各种灰口铸铁的性能、工艺、灰口铸铁的性能、工艺、牌号和应用。牌号和应用。一、一、 灰铸铁灰铸铁1.1.组织：钢基体组织：钢基体+ +片状石墨片状石墨2.2.工艺：直接浇注（或经孕育处理）工艺：直接浇注（或经孕育处理）3.3.成分：成分：C C：3.0%3.0%3.8% 3.8% Si S

3、i： 1.5%1.5%3.0% 3.0% 4.4.性能特点：铸造性能最好性能特点：铸造性能最好 力学性能最差（力学性能最差（有效承载面有效承载面 积只有积只有30-50%），），5.5.热处理：由于这种铸铁中热处理：由于这种铸铁中G G的破坏作用很大，的破坏作用很大， 一般不进行以提高强度为目的的热处理，一般不进行以提高强度为目的的热处理， 主要进行消除内应力退火，有时进行表主要进行消除内应力退火，有时进行表 面淬火面淬火 6.6.孕育处理孕育处理铸铁石墨细晶强化铸铁石墨细晶强化 为了细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械为了细化灰铸铁的组织，提高铸铁的机械 性能，性能， 并使其均匀一致。通常在浇注

4、前往铁并使其均匀一致。通常在浇注前往铁 水中加和少量强烈促进石墨化的物质水中加和少量强烈促进石墨化的物质 ，即孕育，即孕育 剂）进行处理，这一处理过程称为孕育处理。剂）进行处理，这一处理过程称为孕育处理。 经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁经过孕育处理的灰铸铁称孕育铸铁7.7.牌号及应用牌号及应用类类 别别牌号牌号用用 途途 举举 例例铁素体铁素体灰铸铁灰铸铁HTl00HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等支架等铁索体铁索体珠光珠光体灰铸铁体灰铸铁HT150HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、

5、阀体、管路附件及一般工作条件要作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件求的零件珠光体珠光体灰铸铁灰铸铁HT200HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等等HT250HT250孕育铸铁孕育铸铁HT300HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等曲轴、汽缸体、汽缸盖

6、等HT350HT350退火、正火、退火、正火、调质、等温淬火等调质、等温淬火等基体类型基体类型牌号牌号用途举例用途举例铁素体铁素体QT400-15QT400-15QT400-10QT400-10阀体，汽车、内燃机车零件，机阀体，汽车、内燃机车零件，机床零件，减谴器壳床零件，减谴器壳铁素体铁素体+ +珠光体珠光体QT500-7QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦珠光体珠光体QT700-2QT700-2QT800-2QT800-2柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的主轴等铣床、车床的主轴等下贝

7、氏体下贝氏体QT900-2QT900-2汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮柴油机凸轮轴齿轮柴油机凸轮轴三、可锻铸铁三、可锻铸铁1.组织：组织：钢基体钢基体+团絮状石墨团絮状石墨2.工艺：先浇注成白口铸铁件，再进行石墨化工艺：先浇注成白口铸铁件，再进行石墨化 退火退火3.成分：成分：2.42.8%C，1.41.8%Si 4.性能特点：力学性能好，铸造性能差性能特点：力学性能好，铸造性能差5.热处理：一般不热处理热处理：一般不热处理6.牌号及应用牌号及应用类类 别别牌号牌号应用举例应用举例黑心可黑心可锻铸铁锻铸铁KTH300-06KTH300-06KTH330-08KTH

8、330-08KTH350KTH3501010KTH370KTH3701212汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等板和农具等珠光体珠光体可锻铸可锻铸铁铁KTZ550-04KTZ550-04KTZ700-02KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等活塞环等四四 、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁 1.1.组织：钢基体组织：钢基体+ +蠕虫状石墨蠕虫状石墨2.2.工艺：蠕化处理工艺：蠕化处理3.3.成分：碳成分：

9、碳=3.0%4.0%=3.0%4.0%硅硅=2.0%3.0% =2.0%3.0% 4.4.性能特点：力学性能较好（耐热性突出），铸造性能稍差性能特点：力学性能较好（耐热性突出），铸造性能稍差5.5.热处理：与灰铸铁类似热处理：与灰铸铁类似6.6.牌号及应用牌号及应用基体类型基体类型牌牌 号号用用 途途 举举 例例 F FRuT260RuT260汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等F+PF+PRuT300RuT300排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件、排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件、纺织机零件，钢锭模等。纺织机零件，钢锭模等。 F+

10、PF+PRuT340RuT340重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等模具、飞轮等P PRuT380RuT380活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等钢珠研磨盘吸泥泵体等 P PRuT420 RuT420 1.3.3 1.3.3 有色金属及其合金有色金属及其合金1.定义定义 : 除黑色金属除黑色金属 ( 钢、铁钢、铁 ) 以外的所有以外的所有 金属。金属。 2.性能特点性能特点:具有独特的性能。具有独特的性能。3.分类分类重金属重金属(密度密度3.5); Cu、Ni 等。

11、等。轻金属轻金属(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。等。半金属半金属; Si、Te、B 等。等。 但也但也密度）密度）二二 纯铝纯铝应用：应用：l 轻，密度低轻，密度低 配置铝合金配置铝合金l 抗大气腐蚀抗大气腐蚀 包覆材料包覆材料l 导电导热性好导电导热性好 导线、电容导线、电容l 加工性能好加工性能好 包装材料包装材料l 强度低强度低 不能作为承受载荷的结构材料应用不能作为承受载荷的结构材料应用 纯铝的分类纯铝的分类高纯铝高纯铝有有L01L01L05L05五种，数字越大，纯度越高；五种，数字越

12、大，纯度越高； 99.93%-99.999%工业纯铝工业纯铝有有L7L7L1L1七种，数字越小，纯度越高。七种，数字越小，纯度越高。 98.0%-99.7%工业高纯铝工业高纯铝有有LG1LG1LG5LG5五种，数字越大，纯度越高；五种，数字越大，纯度越高； 99.85%-99.90%）铝合金铝合金的分类的分类形变铝合金形变铝合金铸造铝合金铸造铝合金也可也可热处理热处理 强化强化不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金 能热处理能热处理 强化铝合金强化铝合金 变形强化（加工硬化）：适合于纯铝和变形强化（加工硬化）：适合于纯铝和 不能热处理强不能热处理强 化铝合金；化铝合金； 时效强化（重点）时效

13、强化（重点）：可热处理强化铝合金；：可热处理强化铝合金； 变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金。变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金。 四四 铝合金的强化方式铝合金的强化方式（一）铝合金的（一）铝合金的时效强化时效强化1.概念概念: 在固溶处理后的合金随时间延在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步强化的现象。续而发生进一步强化的现象。2.背景资料背景资料: 1906年德国年德国 Duralumin首次发现。首次发现。 1910年德国年德国A Welmer 发明并获专利。发明并获专利。 1916年用于制造飞机。年用于制造飞机。 1938年年 Guinier Preston 建立学说。建立学说

14、。3.时效强化的步骤：时效强化的步骤： 固溶处理（淬火）固溶处理（淬火） 时效时效得到过饱和得到过饱和的相的相过饱和相中过饱和相中析出强化相析出强化相4.种类种类自然时效自然时效人工时效人工时效五五.常用的铝合金常用的铝合金形变铝合金依据其性能特点可分为四种：形变铝合金依据其性能特点可分为四种： 防锈铝合金防锈铝合金LFLF 硬铝合金硬铝合金 LYLY 超硬铝合金超硬铝合金 LCLC 锻造铝合金锻造铝合金 LD LD 其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其它三其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其它三种为可热处理强化铝合金。种为可热处理强化铝合金。 成分：成分： Al-MnAl-Mn系、系

15、、Al-MgAl-Mg系系性能：性能： 具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良的耐蚀性能和良好的焊接性能。防锈铝只能用的耐蚀性能和良好的焊接性能。防锈铝只能用冷变形来强化，一般在退火态或冷作硬化态使冷变形来强化，一般在退火态或冷作硬化态使用。用。应应 用：用：常用代号常用代号F2F2、LF3LF3等，等，广泛用于广泛用于民用和民用和航空航航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。李架等。 2.2.硬铝合金硬铝合金LYLY成分：成分：Al Cu Mg 性能：性能：强度较高，塑性好，可时效强化。强度较高，塑性

16、好，可时效强化。应用：应用：常用代号有常用代号有LY16LY16、LY17LY17。主要用于飞。主要用于飞机构件，如飞机蒙皮机构件，如飞机蒙皮(2A12)(2A12)、挤压成形螺、挤压成形螺旋桨、叶片旋桨、叶片(2A11)(2A11)等重要零件。等重要零件。飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金) )3.3.超硬铝合金超硬铝合金LCLC成分：成分：Al Cu Mg Zn性能：性能：强度最高，具有良好的热塑性，但疲强度最高，具有良好的热塑性，但疲劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高；表劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高；表面通常包覆面通常包覆w wZnZn=1%=1%的铝锌合金，零构件也要

17、的铝锌合金，零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；一般采用淬火加进行阳极化防腐蚀处理；一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺；人工时效的热处理强化工艺；应用：应用：常用常用LC4LC4、LC9LC9等；用于工作温度较低、等；用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机壁板、大梁、受力较大的结构件，如飞机壁板、大梁、起落架部件等。起落架部件等。 4.4.锻造铝合金锻造铝合金LDLD成分：成分：Al Cu Mg Si性能：性能：热塑性好，可用锻压方法来制造形热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效状较复杂的零件；一般在淬火加人工时效后使用；后使用；应用：应用：常用常用LD2LD2

18、、LD5LD5、LD6LD6、LD10LD10等；主要等；主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等。框架等。压气机叶片压气机叶片二二) 铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )与形变铝合金相比合金含量较高与形变铝合金相比合金含量较高铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 Z L 1 铸造铝铸造铝 铜合金铜合金 Z L 2 铸造铝铸造铝 镁合金镁合金 Z L 3 铸造铝铸造铝 锌合金锌合金 Z L 4 种类种类 代号代号1.铸铸造造铝铝 硅硅合金合金(又称又称硅铝

19、明硅铝明)( ZL101ZL111 ) : 良好的铸造性能，良好的铸造性能，密度较小，具有优良的耐蚀密度较小，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性；性、耐热性和焊接性；用于制造形状复杂但强用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等；制造低、度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等；制造低、中强度的形状复杂的铸件，如电机壳中强度的形状复杂的铸件，如电机壳体、气缸体、风机叶片、发动机活塞等。体、气缸体、风机叶片、发动机活塞等。 活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )2.铸铸造造铝铝 铜铜合金合金 ( ZL201ZL203 ) : 有高的强度、塑性及耐热性有高的强度、塑性及耐热性,但

20、铸但铸造性能和耐蚀性较差。主要用于制造造性能和耐蚀性较差。主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，较高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。汽缸头汽缸头3.铸铸造造铝铝 镁镁合金合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有高的强度和耐蚀性有高的强度和耐蚀性,密度小，但铸造密度小，但铸造性能和耐热性较差。性能和耐热性较差。船舶零件、氨用船舶零件、氨用泵体泵体 鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及及抗空架件抗空架件( (ZL301)ZL301)船舶零件船舶零件4.铸铸造造铝铝 锌锌合金合金 ( ZL401、ZL

21、402 ) : 具有较好的铸造性，价格便宜，能自淬具有较好的铸造性，价格便宜，能自淬火，但耐蚀性差，密度大。火，但耐蚀性差，密度大。主要用于制造形主要用于制造形状复杂的汽车、拖拉机的发动机和仪器仪表状复杂的汽车、拖拉机的发动机和仪器仪表零件。零件。 大型空压机活塞大型空压机活塞( (ZL401)ZL401)汽车零件汽车零件1、铜及铜合金的特性、铜及铜合金的特性2、铜及铜合金铜及铜合金的分类的分类3、黄铜、黄铜4、白铜、白铜5、青铜、青铜(1) 优异的物理、化学性能优异的物理、化学性能 纯铜的密度为纯铜的密度为8.96g/cm3，熔点为熔点为1083，面心立方晶格，面心立方晶格,有抗磁性，无同素

22、异晶转有抗磁性，无同素异晶转变。变。 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。磁性物质。 (2) 良好的加工性能良好的加工性能 塑性很好，容易冷、热成形；铸塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。造铜合金有很好的铸造性能。 (3) 某些特殊机械性能某些特殊机械性能 例如优良的减摩性和耐磨性例如优良的减摩性和耐磨性(如如青铜及部分黄铜青铜及部分黄铜)，高的弹性极限和疲劳极限，高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等如铍青铜等)。 (

23、4) 色泽美观色泽美观 分类分类 纯铜呈紫红色，常称紫铜。分末加工产品纯铜呈紫红色，常称紫铜。分末加工产品（铜锭、电解铜）和加工产品（铜材）两种。分末加（铜锭、电解铜）和加工产品（铜材）两种。分末加工产品的代号有工产品的代号有Cu-1、Cu-2两种；加工产品代号有两种；加工产品代号有T1、T2、T3三种。代号中数字越大，表示杂质含量越多，三种。代号中数字越大，表示杂质含量越多，导电性越差。导电性越差。用途用途 主要用于制作各种导电材料、导热材料及配主要用于制作各种导电材料、导热材料及配制各种铜合金。制各种铜合金。2.铜合金的分类铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青

24、铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金。铜合金。Cu Zn Cu Zn +少量少量 Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn 等等( Z ) H 90含铜量含铜量 WCu = 90%黄铜黄铜铸造铸造v装饰黄铜装饰黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管1.定义定义:在黄铜中加入在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。2.牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59%海军

25、黄铜海军黄铜 - HSn62 - 1易切削黄铜易切削黄铜 - HPb59 - 14.黄铜的自裂与脱锌黄铜的自裂与脱锌:v自裂自裂 - 应力腐蚀应力腐蚀 : 黄铜黄铜在塑性变形后产在塑性变形后产 生较大应力生较大应力,在在潮湿空气潮湿空气中或在中或在微微 量氨量氨的气份中发生应力腐蚀。含的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。应力腐蚀倾向越大。v脱锌脱锌 - 锌的电极电位远低于铜锌的电极电位远低于铜 , 所以在所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。5.黄铜的热处理黄铜的热处理 :去应力退火去应力退火 : 在在200300左右退左右退 火火,提

26、高塑性和弹性极提高塑性和弹性极 限限,消除应力腐蚀。消除应力腐蚀。再结晶退火再结晶退火 : 在在500700左右退左右退 火火,消除加工硬化消除加工硬化,恢复恢复 塑性。塑性。Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%主加元素锡其含主加元素锡其含量为量为WSn = 10%青铜青铜铸造铸造锡青铜的性能和应用锡青铜的性能和应用锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但

27、在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差；锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造中的耐蚀性较差；锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件。形状复杂的零件。常用锡青铜：常用锡青铜：QSn4-3QSn4-3、QSn6.5-0.4QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1ZCuSn10Pb1等，等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。1.铝青铜铝青铜 : QAl7等；等；强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨种。主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。等。2.铍青铜铍青铜 : QBe2等；等；铜合金中性能最好的一种，唯一可铜合金中性能最好的一种，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产