常用合金铸造的生产

1.2常用合金铸造的生产1.2.0概述1.2.1铸铁件的生产1.2.2铸钢件的生产1.2.3有色金属铸件的生产1.2.4铸造高温合金1.2.0概述铸造工艺（铸件生产工艺）合金种类--金属大类（黑色、有色）合金成分--合金充型能力合金收缩合金偏析合金熔炼--成分、杂质、气体控制形核剂合金浇注--浇注温度、速度、压力合金凝固--冷却速度、补缩控制铸件矫正--尺寸控制铸件热处理--组织控制、应力控制合金种类选择性能（结构强度）尺寸（几何形状）用途价格合金种类选择黑色金属：铸铁（碳在铸铁中形态）白口铸铁很少使用灰口铸铁广泛使用（石墨）价廉物美、性能合适麻口铸铁很少使用铸铁（石墨在铸铁中形态）普通灰口铸铁儒墨铸铁可锻铸铁球墨铸铁合金铸铁灰口铁：可锻铸铁（团絮状）球墨铸铁合金种类选择黑色金属：铸钢强度高于铸铁铸造碳素钢铸造合金钢有色金属：铸铜抗腐蚀工艺品铸铝轻抗腐蚀比强度比刚度高铸镁铸造铝镁铸造高温合金耐高温价高1.2.1铸铁件的生产1.2.1.1灰口铁铸件1.2.1.2可锻铸铁1.2.1.3球墨铸铁1.2.1铸铁件的生产1.2.1.1灰口铁铸件1）灰口铁2）灰口铁组织3）灰口铁性能4）影响灰口铁组织和性能的因素5）灰口铸铁热处理FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%温度1.2.1铸铁件的生产1.2.1灰口铁铸件1）灰口铁（HTXXXXXX

抗拉强度)

含碳量较高（2.7%-4.0%），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145-1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。断面呈深灰色，通常叫灰口铁。碳在这种铁的合金里是以片状的石墨形态存在，质较软，可进行切削加工。较耐磨，强度及延展性差，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能等优点。由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。见水易生锈。铸造易产生气孔。1.可获得比铸钢更薄而复杂的铸件，铸件中残余内应力及翘曲变形较铸钢小。2.对冷却速度敏感性大，因此薄截面容易形成白口和裂纹，而厚截面又易形成琉松，故灰铸铁件当壁厚超过其临界值时，随着壁厚的增加其力学性能反而显著降低。3.表面光洁，因而加工余量比铸钢小，表面加工质量不高对疲劳极限不利影响小。4.消振性高，常用来做承受振动的机座。5.不允许用于长时间在250度温度下工作的零件。6.不同截面上性能较均匀。适于做要求高、而截面不一的较厚〔大型)铸件。1.2.1铸铁件的生产1.2.1.1灰口铁铸件2）灰口铁组织

灰铸铁的金相组织主要由片状石墨、金属基体和晶界共晶物组成。

金属基体按组织特征,铸态或经热处理后的灰铸铁基体可以是铁素体、片状珠光体、粒状珠光体、托氏体、粒状贝氏体、针状贝氏体、马氏体（×500）

片层石墨组织：GB7216—87把灰铸铁的石墨形状分为六种。石墨大小分级1.2.1铸铁件的生产1.2.1.1灰口铁铸件3）灰口铁性能①力学性能②工艺性能③减震性④耐磨性⑤缺口敏感性3）灰口铁性能①力学性能灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。比如HT250退火态硬度大概209HB抗拉强度250MPaHT300退火态硬度大概231HB抗拉强度300MPaHT300退火态硬度大概253HB抗拉强度350MPa3）灰口铁性能②工艺性能：片层状石墨铸造流动性好不能锻压和冲压焊接性差机械加工性能好3）灰口铁性能③减震性片层状石墨阻止振动传递，减震性好。④耐磨性石墨润滑，石墨脱落形成显微凹坑存储润滑油，耐磨性好。⑤缺口敏感性片状石墨的存在使得存在大量缺陷，缺口敏感性低。1.2.1.1灰口铁铸件4）影响灰口铸铁组织和性能因素 ①化学成分 ②冷却速度 ③孕育处理灰口铸铁的化学成分、组织和性能

灰口铸铁的化学成分一般为：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

1)铁素体灰口铸铁（F+G片）：这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。2)铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G片）：此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造性能、切削加工性能和减振性较好，因此应用较广。灰口铸铁①化学成分

碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。

硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。

所以：当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。

铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。1）碳和硅3）锰硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。

使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。MnS一般控制在0.6~1.2%之间4）磷磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。2）硫硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高易促使碳以Fe3C

白口组织；硫量高热脆性；

在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。1）铸型材料2）铸件壁厚

铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。②冷却速度铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体+铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体+铁素体灰口铸铁：P+G片P+F+G片F+G片05015050100100150150表面表面中心160140170180硬度HB孕育处理

—熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。孕育铸铁：P细+G细片σb=250-400Mpa，HB=170-270，δ≈0冷却速度对其组织和性能的影响很小。常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。

绿色：普通铸铁黄色：孕育铸铁1.2.1.1灰口铁铸件5）灰口铸铁热处理热处理只能改变基体组织不能改变片层石墨形态一般不热处理灰口铸铁牌号及用途：1.2.1.2可锻铸铁1）可锻铸铁2）可锻铸铁的组织和性能3）可锻铸铁热处理1.2.1.2可锻铸铁1）可锻铸铁

可锻铸铁(malleablecastiron)，由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件，再经退火而成的铸铁，有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。化学成分：1.2.1.2可锻铸铁2）可锻铸铁的组织和性能黑心可锻铸铁：铁素体+团絮状石墨白心可锻铸铁：珠光体+团絮状石墨黑心可锻铸铁用于冲击或震动和扭转载荷的零件，常用于制造汽车后桥、弹簧支架、低压阀门、管接头、工具扳手等。珠光体可锻铸铁常用来制造动力机械和农业机械的耐磨零件，1.2.1.2可锻铸铁3）可锻铸铁热处理(1)升温阶段：“1”点温度一般为950℃左右或稍高些，此时铸铁组织由珠光体加莱氏体转变成奥氏体加莱氏体。(2)石墨化第一阶段(1-2)。渗碳体不断溶入奥氏体而逐渐消失，团絮状石墨逐渐形成。组织为奥氏体(γ)加团絮状石墨。(3)中间阶段(2-3)。指从高温冷却到稍低于共析温度(710-730℃的范围)的阶段。随着温度的降低，奥氏体中的碳逐渐脱溶，附着在已生成的团絮状石墨上，使石墨长大。到“3”点的组织为珠光体加团絮状石墨。这阶段冷得太慢会增加退火周期，太快会出现二次渗碳体。(4)石墨化第二阶段(3-4)。在710-730C处保温，可使共析珠光体逐渐分解成铁素体加石墨，石墨继续向已有的团絮状石墨上附着生长，到“4”点时组织为铁素体加团絮状石墨。这阶段所需时间的长短根据珠光体是否能分解完而定。这阶段亦可采用从750C左右开始，以3-5C/h的缓慢速度通过共析区，这样奥氏体可直接转变为铁素体加石墨。这个方法石墨化速度可快些，但控制冷却速度是个关键因素。(5)冷却阶段(4-室温)。到“4”点以后，再继续保温并不发生组织变化，可用较快速度冷却。为防止回火脆性，冷到500-600rC时即可出炉空冷。铁素体可锻铸铁显微组织如图2所示。1.2.1.3球墨铸铁1）球墨铸铁2）球墨铸铁组织和性能3）球铁的生产及用途1.2.1.3球墨铸铁1）球墨铸铁

铸铁中是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，其综合性能接近于钢，成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。1.2.1.3球墨铸铁2）球墨铸铁组织和性能组织：铁素体+球状石墨

石墨对金属基体的切口作用大为减少，基本消除了片状石墨引起的应力集中现象，使得金属基体的强度利用率达到70－90％，从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥。球墨铸铁鉴别的方法金相观察及理化实验法球墨铸铁灰铸铁1.2.1.3球墨铸铁2）球墨铸铁组织和性能强度优于可锻铸铁，接近铸钢；疲劳强度接近钢；耐磨性优于钢；可以热处理强化；铸造性能好；可以补焊；成本低。球化分级球化级别说明球化率（％）1级石墨呈球状，少量团絮，允许极少量团絮状≥952级石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状90－953级石墨大部分呈团状，余为团絮状，允许有极少量蠕虫状80－904级石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团状、团絮状70－805级石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状60－701.2.1.3球墨铸铁3）球墨铸铁生产球状石墨的生长条件

a、极低的硫、氧含量

b、限制反球化元素

c、保证必要的冷却速度

d、添加的球化元素第一组：镁、钇、铈、钙、镧、镤、钐、镝、镱、钬、铒第二组：钡、锂、铯、铷、锶、钍、钾、钠第三组：铝、锌、镉、锡最佳含量W(Mg)：(0.04-0.08)%

W(Ce):(0.07-0.12)%W(Y):(0.15-0.2)%铸铁作业1.2.2铸钢1.2.2.0概述1.2.2.1铸钢的结晶过程及铸态组织1.2.2.2铸钢件生产1.2.2.3合金铸钢1.2.2铸钢1.2.2.0概述1）铸钢：采用铸造方式生产的：含碳量在0.2%-0.7%之间的铁碳合金。1.2.2铸钢1.2.2.0概述1）铸钢：1.2.2铸钢1.2.2.0概述2）铸钢的特点1.2.2铸钢1.2.2.0概述2）铸钢的特点1.2.2铸钢1.2.2.0概述3）铸钢件1.2.2铸钢1.2.2.0概述4）铸钢的牌号及性能1.2.2铸钢1.2.2.1铸钢的结晶过程及铸态组织FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%温度1.2.2铸钢1.2.2.1铸钢的结晶过程及铸态组织1.2.2铸钢1.2.2.2铸钢件生产1）铸钢铸造工艺特点

（1）熔点高，容易氧化；（2）流动性差；（3）收缩率大。2）铸造工艺----因为其铸造工艺性差，浇注温度高，因此对铸造工艺要求严格。一般都应设置冒口和冷铁，采用顺序凝固原则。铸钢件的热处理----铸造后都应按工艺要求进行热处理。常见的热处理为退火和回火。标注代号：

ZG19Mn12Si7(zh.H)铸钢牌号正火代号回火代号3）工艺措施（1）提高型砂质量：强度，耐火度和透气性；（2）采用定向凝固原则，设置冒口和冷铁；（3）控制浇注温度，1500-1650C。

电弧炉炼钢1-倾炉液压缸

2-倾炉摇架

3-炉门

4-熔池

5-炉盖

6-电极

7-电极夹紧器

8-炉体

9-电弧

10-出钢槽感应电炉炼钢感应炉铸钢热处理

目的：细化晶粒；消除魏氏组织；消除铸造应力。铸钢力学性能比锻钢低（尤其冲击韧性）原因：（1）存在缩松，缩孔，裂纹，气孔等缺陷；晶粒粗大，存在魏氏组织。（2）铸造内应力大1.2.2.3合金铸钢铸造不锈钢1.2.3有色金属铸件的生产1）铸造铝合金2）铸造镁合金3）铸造铜合金铸造铝合金铝及铝合金概述1825年由丹麦化学家奥斯德发现。1827年德国化学家武勒重复了奥斯德的实验，并不断改进制取铝的方法。1854年德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制得铝锭。地壳中含量7%以上，在全部化学元素中含量占第三位(仅次于氧和硅)，在全部金属元素中占第一位。铝呈银白色，密度2.702g/cm3，熔点660.37℃，沸点2467℃。铝热法：用铝从其它氧化物中置换金属。如：

8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+795千卡高温下铝也与非金属反应，亦溶于酸或碱中。但与水、硫化物，浓硫酸、任何浓度的醋酸，以及一切有机酸类均无作用。

铝以化合态存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭土、铝土矿、明矾。铝由其氧化物与冰晶石（Na3AlF6）共熔电解制得。

纯铝大量用于电缆、日用器皿；其合金质轻而坚韧，是制造飞机、火箭、汽车的结构材料。固溶时效处理的一般步骤⑴固溶处理：

将合金加热到固溶线以上、固相线以下温度保温，获得成分均匀的固溶体组织。⑵淬火：

将固溶处理后的工件快冷到较低温度，得到过饱和单相固溶体。（与钢淬火组织不同）⑶时效：使过饱和固溶体中析出细小弥散沉淀相的过程。

自然时效：室温下时效；

人工时效：在高于室温（固溶温度与室温之差的15％到25％）进行时效。铝合金的固溶时效强化Al－4%Cu铸态组织及淬火态组织2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金铸造铝合金铝锌系合金铝镁系合金铝铜系合金铝硅系合金铸造、机械性能良好高温强度高（耐热），易腐蚀强度、塑性高，耐腐蚀，铸造时易氧化强度高，易腐蚀，价格低1）铸造铝合金铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号⑴Al-Si系铸造铝合金

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.577℃12.7%合金代号主

要化学成分,%机

械性能SiCuMg铸造方法热处理bMPa%HB铝硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90铝铜ZL2034.0~5.0JT4210660铝镁ZL3019.5~11.5ST4280920铝锌ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470铸造方法：SB——砂型变质；J——金属砂；S——砂型热处理：T1——不淬火，人工时效；T2——退火；

T4——淬火+自然时效；T6——淬火+人工时效铸造铝合金铸造铝合金组元及作用铸造铝合金铸造流程1

铝合金的熔化1．1坩埚、锭模及熔炼工具的准备1．2原材料1．3中间合金的配制1．4铝合金的配制1．5合金的除气或精炼处理1．6合金的变质和孕育处理：2

铝合金的浇注2．1浇注前的准备工作：2．2浇注操作

铸造铝合金熔炼铝合金熔体精炼作用及目标铝合金熔体精炼精炼剂铝合金熔体过滤铸造铝合金变质处理变质剂在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上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的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。

Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)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。⑵

Al-Cu系铸造铝合金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Al-Si系合金。汽缸头常用代号有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。⑶Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.

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)⑷

Al-Zn系铸造铝合金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。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.

主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。铸造铝合金常见缺陷及形成原因1.氧化夹渣缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现产生原因：1．炉料不清洁，回炉料使用量过多2.浇注系统设计不良3．合金液中的熔渣未清除干净4．浇注操作不当，带入夹渣5.精炼变质处理后静置时间不够铸造铝合金常见缺陷及形成原因2.气孔气泡缺陷特征：三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔气泡在X光底片上呈黑色。产生原因：1．浇注合金不平稳，卷入气体2．型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根马粪等)3．铸型和砂芯通气不良4．冷铁表面有缩孔5．浇注系统设计不良铸造铝合金常见缺陷及形成原因3缩松缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍断口等检查方法发现。产生原因：1．冒口补缩作用差2．炉料含气量太多3．内浇道附近过热4．砂型水分过多，砂芯未烘干5．合金晶粒粗大6．铸件在铸型中的位置不当7．浇注温度过高，浇注速度太快4裂纹缺陷特征:1．铸造裂纹。沿晶界发展，常伴有偏析，是一种在较高温度下形成的裂纹在体积收缩较大的合金和形状较复杂的铸件容易出现2．热处理裂纹：由于热处理过烧或过热引起，常呈穿晶裂纹。常在产生应力和热膨张系数较大的合金冷却过剧。或存在其他冶金缺陷时产生产生原因：1．铸件结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊2．砂型(芯)退让性不良3．铸型局部过热4．浇注温度过高5．自铸型中取出铸件过早6．热处理过热或过烧，冷却速度过激作业1.简述铸造铝合金的牌号与分类，各有何性能特点？2.何谓铸造铝合金的变质处理？3.什么是硅铝明？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？硅铝明采用变质处理的目的是什么？4.铸造铝合金铸件常见缺陷及形成原因？2）铸造镁合金概述1808年，英国戴维，钾还原氧化镁，制得镁。

物理性质：银白色，密度1.74克/厘米3，熔点648.9℃，沸点1090℃。电离能7.65电子伏特。晶体结构：密排六方结构。原子半径：1.72埃。具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。热导率:156W/(m·K)具有较强还原性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约120亿磅镁。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，熔盐电解法：工业上利用电解熔融氧化镁硅热还原法：在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁。用途：置换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金、烟火、闪光粉、镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金。

Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系和Mg-RE-Zr系等合金系。

分为变形镁合金和铸造镁合金。镁合金－分类、牌号变形镁合金：MB＋顺序号表示。MB1、MB8为Mg-Mn系合金：具有良好耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150℃。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。MB2、MB3、MB5、MB6、MB7为Mg-Al－Zn－Mn系合金：具有好的室温力学性能和焊接性。主要用于制造飞机舱门、壁板及导弹蒙皮。MB15、MB21、MB25为Mg-Zn－Zr系合金：具有较高拉伸与压缩屈服强度、高温瞬时强度，及良好的成形和焊接性能，但塑性中等。主要用于制造飞机长桁、操作系统的摇臂、支座等。Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好的应用前景。为保证变形镁合金较高的塑性，其中合金元素的含量往往比较低，要求在凝固组织中含有较少共晶相。合金化强化：合金元素的类型：包晶反应类元素：

Zr(3.8%)，Mn(3.4%)：细化晶粒、净化合金、提高抗蚀性和耐热性。共晶反应类元素：

Ag(15.5%)，Al(12.7%)，Zn(8.4%)，Li(5.7%)，Th(4.5%)：如Mg－Al－Zn和Mg－Zn－Zr系合金等。这类元素在Mg中有明显的溶解度变化，可产生明显的时效硬化效应。稀土元素(RE）：

Y(12.5%)，Nd(3.6%)，La(1.9%)，Ce(0.85%)，Pr(0.5%)，混合RE(以Ce或La为主)。多属共晶反应型元素，共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn高，Mg－RE系的固溶体和稀土化合物耐热性高，原子扩散速度慢，利于抗蠕变，故Mg-RE-Zr和Mg-RE－Mn系合金是耐热镁合金，可在150～250℃工作。镁合金－强化方式形变硬化、晶粒细化、合金化、热处理、陶瓷相增强镁合金合金化强化机制：固溶强化、第二相强化（弥散强化、析出强化）固溶强化：根据原子尺寸、晶格类型、电化学性质和电子浓度等因素，镁和周期表中可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体；合金元素溶入基体中，通过原子错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体；若溶质原子提高了合金熔点、增大弹性模量、减小原子自扩散，还可提高抗蠕变性能。第二相强化：超过溶解度的合金元素将与镁形成中间相，有下列三种类型：

AB型－简单立方CsCl结构。如MgTi、MgAg、MgCe和MgSn。

AB2型－Laves相，如：MgCu2；MgZn2；MgNi2。

CaF2型－面心立方金属间化合物，如Mg2Si和Mg2Sn。当合金元素在基体中的溶解度随温度降低而下降时，将从基体中析出第二相阻碍位错运动和滑移，使屈服强度提高，产生析出强化（时效强化）。强化效果取决于尺寸、形状、物理性能和析出相与基体间的界面性质。

弥散强化的颗粒是合金在凝固过程中产生，其熔点较高、不溶于镁基体、具有良好的热力学稳定性。弥散强化比析出强化可以保持到更高的温度。镁合金－强化方式时效沉淀强化镁合金时效硬化效应没有A1合金明显，与其结构变化特点有关。

Mg-Al和Mg—Al—Zn系合金缓冷试样(空冷或油淬)在150一222℃时效，先从晶界或缺陷部位发生不连续沉淀，不经GP区阶段即直接析出片状平衡相Mg4Al3，沿一定取向向晶粒内生长。此时，沉淀区的基体浓度和晶格常数已达平衡状态，未发生沉淀反应的晶粒内部，晶格常数和浓度保持不变。这种片层状不连续反应结构又称珠光体型沉淀。这种组织中的Mg4Al3相弥散度低，片间距大(200nm)，基体浓度低，无共格或中共格应力场，故强化效果低。当不连续沉淀向晶内发展到一定程度后，晶粒内部才能发生连续分解。此时，细小的片状Mg4Al3

相一边析出和长大，固溶体浓度和晶格常数也发生连续变比，最终达到与时效温度相适应的平衡状态。这种沉淀的特点是基体浓度和晶格常数是连续变化的，即连续沉淀。这两种合金的显微组织，一般是由连续和不连续反应组织组成。但两类组织所占比例的大小，则由合金的浓度和热处理制度来决定。合金的过饱和度低，固溶体浓度不均匀(偏折)，时效不足或温度低时，不连续沉淀将占优势，反之，铝浓度高，进行了充分均匀比处理，淬火速度快，时效温度高，连续沉淀则占主要地位，因为不连续沉淀是由于沉淀相结构与基体相差较大，沉淀应变能过高，只能从晶界开始逐渐向晶内发展：如果时效温过高(250℃以上)，原子扩散能力强，不连续沉淀也可能不发生，只出现连续沉淀。镁合金－强化方式晶粒细化

σS=σ0+kd－0.5镁合金：k=280～320MPa

·μm－0.5铝合金：k=68MPa·μm－0.5

通过下列手段控制镁合金晶粒尺寸，以提高镁合金强度和塑性。⑴变质处理或过热处理镁合金熔体细化晶粒

向镁合金熔液中添加晶粒细化剂如含Zr细化剂、含C细化剂。凝固时锆以六方晶型α－Zr质点形式析出，弥散分布于镁合金熔体中作为镁的结晶核心，使镁合金组织明显细化；加入的C与铝形成Al4C3，其晶格类型属于六方晶系、晶格常数均与镁相近，同样作为镁的结晶核心。将镁合金过热到850℃左右保温30分钟，然后快冷到铸造温度浇注的过程即为过热处理。这种处理最适于含Al、Mn和杂质Fe的镁合金。细化原因可能是过热处理时产生了六方晶格MnAl4等高熔点化合物在结晶过程中起晶核作用，从而细化晶粒。⑵铸锭塑性变形细化晶粒⑶快速凝固细化晶粒⑷半固态成形细化晶粒镁合金－强化方式铸造镁合金生产铸造镁合金液的阻燃技术熔剂保护法利用低熔点的化合物在较低的温度下熔化成液态，在镁合金液面铺开，因阻止镁液与空气接触从而起到保护作用。现在普遍使用的熔剂由无水光卤石(MgCI2—KC)为主，添加一些氟化物、氯化物组成。该剂使用较方便，生产成本低，保护使用效果好，适合于中小企业的生产特点。但是，该剂使用前要重新脱水，使用时会释放出呛人的气味。由于熔剂的密度较大会逐渐下沉，需要不断添加。使用过程中释放出大量有害气体，污染环境、腐蚀厂房严重。因此，研究新型的覆盖、精炼效果好且无公害的镁合金熔剂是一项重要课题。气体保护法气体保护法是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，从而隔绝空气中的氧，采用的主要保护气体是SF6、S02、CO2、Ar、N2等。为了进一步提高保护作用和减少较贵的SF6气体的用量，国外一般在SF6气体中混合空气或其他干燥气体如CO：混合气体保护效果好，但是存在以下问题：1)污染环境，SF6会产生S02、SF4等有毒气体，SF6对全球变的作用是CO2的24900倍;2)设备复杂，需要复杂的混气装置和密封装置;3)腐蚀设备，显著降低坩埚使用寿命。镁合金熔体的变质处理技术镁合金熔炼变质的目的是改变镁合金的组织形态，该工艺对合金的晶粒大小和力学性能有较大的影响，且对镁液中的氧化夹杂亦有一定影响。研究表明，对于不含Al的镁合金，采用锆进行变质处理具有很好的晶粒细化效果，作用原理是Zr发生包晶反应，促进晶粒细化。在Mg—Al类合金中加入合适的碳素材料后，使其与合金液起化学反应生成A1C4，该化合物可以起到外来晶核的作用，促使镁合金的晶粒细化。在AZ91镁合金基础上添加不同含量的混合稀土，对其铸态和固溶时效的组织及性能也有明显的效果。3）铸造铜合金铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为0.01％，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％。铜矿石分为三类：

（1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)等。

（2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。（3）自然铜。铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。加工黄铜和铸造黄铜

黄铜铸件黄铜棒铜合金的应用铜管铜与黄铜带单相黄铜塑性好：H80、H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好,强度高：H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套铜合金的应用HPb63-3、

HAl60-1-1、

HSn62-1、

HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。

铜合金的应用QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。

锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)青铜制品铜合金的应用以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5～11%。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。

大型水力发电设备中的抗磨环

QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。铜合金的应用铸造锡青铜Cu-Sn二元合金的成分、组织存在相：α、βCu5Sn、γCuSn、δCu31Sn8室温组织：平衡态α+（α+ε）铸态α+（α+δ）存在晶内偏析，组织疏松，塑性差，但有利于耐磨Cu-Sn二元合金的性能及工艺特点1、性能2、工艺特点收缩性小，反偏析，冒锡汗热裂3、应用形状复杂的铸件、艺术铸件等加合金元素P、Zn、Pb等提高力学性能，铸造性能，耐磨性，切削加工性常用特殊锡青铜1、ZCuSn10P1锡青铜磷作用：生成Cu3P提高硬度，脱氧，提高流动性。产生氢，要求干型耐磨性好，用于耐磨零件，重载、高速。2、ZCuSn10Zn2锡青铜锌的作用：减轻缩孔缩松，提高致密性，提高铸造性能，固溶强化。耐磨性好，用于耐磨零件，中载，耐蚀3、ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜铅的作用：独立存在，软质点润滑耐磨，填充缩孔缩松，提高且削加工性。耐磨性好，用于耐磨零件，中等载荷转速轴承等。铸造铝青铜Cu-Al二元合金的成分组织1、组织

α、βCu3Al（快冷）α+γ2Cu32Al19（平衡）2、性能力学性能，耐磨，耐蚀收缩大组织致密，流动性好3、缓冷脆性缓冷：β分解成γ2网状分布工艺措施：快冷加合金元素：稳定β、扩大α区

Fe，MnNi

ZCuAl8Mn13Fe3Ni2铝青铜

Ni溶入α相提高耐蚀性，耐海水腐蚀，强度高（锰高β+Cu3Mn2Al）。性能应用：机械性能高，耐蚀，应用大型舰船等。抗海生物附着能力差CuAl9Fe4Ni4Mn2铝青铜镍高锰低，耐蚀性提高,力学性能不低。性能应用：同上，抗海生物附着能力强。铸造黄铜一、Cu-Zn二元黄铜1、成分组织2、力学性能3、铸造性结晶温度范围小，流动性好，收缩大4、提高铸造黄铜性能的途径

合金化：加入铝、锰、硅、铅、镍等。固溶强化提高力学性能，铸造性能，切削加工性。

细化晶粒：加入铁微量硼、钒、钛、锆等。

提高纯度：严格控制杂质。5、锌当量硅、铝、锰等缩小α相区，镍、钴扩大α相区。各种元素锌当量系数见表14-4

据锌当量确定组织α39%α+β代号化学成分,%机械性能CuZn加工

状态bMPa%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火变形300420255－103二、特殊黄铜1、硅黄铜ZCuZn16Si4

硅提高铸造性能，耐蚀性能，固溶强化。应用：金属型或压铸，泵壳、叶轮、阀体等2、铝黄铜ZCuZn26Al4Fe3Mn3

铝、锰溶入β、α相，铁形成k相，提高性能，铝提高耐蚀性能。应用：船、舰推进器。3、锰黄铜ZCuZn40Mn3Fe1

锰溶入β、α相提高性能，提高抗腐蚀性组

别代

号主要化学成分,%机械性能(变形)Cu其它bMPa%HBPb黄铜HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黄铜HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黄铜HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黄铜HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黄铜Fe黄铜HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黄铜HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织

对铜合金液的质量要求：（1）必须严格控制合金的化学成分。（2）铜合金液要求纯净。（3）严格控制熔炼温度和浇注温度，熔炼时间应尽量缩短。（4）防止合金的偏析。第一节概述

熔炼铜合金时炉气中的气体有氢、氧、氮、一氮化碳、二氧化碳、二氧化硫、水蒸汽等。这些气体有的能使合金氧化（如氧、水蒸汽等），有的（氢、氧、二氧化硫）能溶解在铜液中，使合金产生气孔。铜合金的吸气及除气精炼

反应生成水蒸汽，在凝固过程中水蒸汽的压力随着晶间压力的增大而增加。一方面导致凝固时铸件上涨，组织疏松，气孔大量产生；另一方面导致晶粒间大量显微裂纹产生，晶粒间结合力大大降低，从而使纯铜变得很脆。由于Cu2O存在并与氢反应而引起纯铜严重脆化的现象，又称为“氢脆”。第二节铜合金的氧化及脱氧铜合金的脱氧所谓“脱氧”，就是使溶解在金属液中的氧化物还原的过程。铜合金的脱氧就是使铜液中的氧化亚铜还原的过程。加入一种与氧亲和力比铜与氧亲和力更大的元素，将氧化亚铜中的铜还原出来，生成的脱氧产物上浮至液面而被排除的过程，称为“脱氧”。加入铜合金液中能使其中氧化亚铜还原的物质，称为“脱氧剂”。1、脱氧的基本原理脱氧的几种方法根据脱氧剂的不同性能，铜合金脱氧的方法有三种：（1）沉淀脱氧：加入的脱氧剂能溶解于铜合金液中，使脱氧反应在整个溶池内进行，这种脱氧速度快，脱氧彻底。（2）扩散脱氧：有些脱氧剂不溶解于铜合金液中，脱氧反应仅在铜合金液界面上进行，由于Cu2O需不断向界面扩散才能脱氧，故称为扩散脱氧。（3）沸腾脱氧：所使用的脱氧剂能与氧作用，产生不溶解于铜液的CO气体，由于CO气体产生后能立即很快上升，因此引进合金液激烈翻腾，故称为沸腾脱氧。

铜合金熔炼时所用的熔剂有覆盖剂和精炼剂两种。覆盖剂主要是为了防止铜合金中合金元素的氧化、蒸发和吸气。精炼剂主要是为了除去铜合金中各种氯化夹杂。铜合金的熔剂1.2.4铸造高温合金铸造高温合金(castsuperalloy)以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金3种类型。按结晶方式，又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。铸造高温合金的大部分属于多晶铸造高温合金。特点铸造高温合金具有如下特点：(1)合金化程度高。γ’强化相(见高温合金材料的金属问化合物相)形成元素铝、钛、铌、钽等高达16%，还加入一定量固溶强化元素钨、钼。(2)铬含量较低，大部分都在10%以下。(3)晶界强化元素硼含量都在O．01%以上。(4)碳含量大都超过o．1%，钴基铸造高温合金的碳含量有些高达1%。(5)有些铸造高温合金中加入1%～2%铪，改善中温塑性，并提高抗蠕变强度。显徽组织特征铸造高温合金显微组织(见高温合金材料显微组织)中，除γ’相外，还有γ-γ’共晶相，一次碳化物相也比较多，沿着树枝晶间分布，有些合金还有M3B2硼化物析出。铸造高温合金热处理工艺比较简单，有些甚至不需