《汽车工程材料》教案-金属材料的分类与应用

金属材料的分类与应用

——铸铁、铝合金及铜合金的分类与牌号

主要教学步骤和教学内容

★课程回顾：（lOmin）

1、普通碳钢与优质碳钢的牌号；

2.碳素工具钢的牌号及应用；

3.合金结构钢及合金结构钢的牌号及应用；

4、高速工具钢

★新课讲授：（70min）

一、铸铁的分类与牌号

（一）铸铁的分类

铁碳合金中碳的两种存在形式：

碳化物（如Fe3C）、游离状态石墨（G）

（重点解释碳化物及石墨在铸铁中的性质与作用）

按照石墨存在形态的不同，工业铸铁用分为灰铸铁（石墨呈片状）、球墨铸铁（石

墨呈球状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）和蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）。

（二）铸铁的编号

1.灰铸铁（简称灰铁）

字母HT+最小抗拉强度数值（如：H1200）

碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色特点：强度、塑韧性比钢低。

用途：应用最广，如机床床身、导轨，汽缸体。

灰桔铁的俎似能当于忘弱的泉体上名、布密片状石手。

特点：价格便宜，减震性与耐磨尾好，有自润滑性能，但塑性几乎为零，韧性

差，强度不高

（结合教材讲解几种主要灰铸铁的牌号及工业应用）

2.球墨铸铁（简称球铁）

铁水经球化处理后（加入球化剂）浇注，碳以球状石墨形式存在。

牌号——如QT700-2,表示ob》700,322%。

性能一强度、塑韧性明显优于灰铸铁。（球状G对基体的割裂作用小）

“以铁代钢、以铸代锻”

替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辐、汽车后桥等。

管J直接口

（结合教材讲解几种主要球墨铸铁的牌号及工业应用）

3.可锻铸铁

由一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火（900—960℃）而得

牌号——如KT300-6,表示ob2300,626%。

组织一一钢基体+团絮状G

性能一一强度、塑韧性优于HT,低于QT。

应用一一管接头、低压阀门等。

4.蠕墨铸铁

在铁水浇注前加蠕化剂而得。

牌号：如RuT420,表示ob2420。

组织：钢基体+蠕虫状G

性能：强度、塑韧性优于灰铸铁。

应用：高压热交换器、汽缸盖、井盖、液压阀、制动鼓等。

5.特殊性能铸铁（简单讲解）

（1）耐磨铸铁

常用的有高磷铸铁和锐钛铸铁，用于机床导轨、汽缸套和活塞环。

（2）耐热铸铁

常用的有中硅铸铁、高铭铸铁、镶铭硅铸铁等。用于制造加热炉附件。

（3）耐蚀铸铁

主要有高硅、高铝、高铭、高银等系列，用于化工、石油、冶金等工业设备。

二、非铁金属材料的分类与编号

铝和铝合金、铜和铜合金、钛和钛合金、镁和镁合金、滑动轴承合金、硬质合金

（一）铝及铝合金

1.纯铝

纯铝的塑性好、强度与硬度低，一般不适合作结构材料使用。但由于其密度低、无

磁性、导电导热性优良，抗大气腐蚀能力强，主要月来制作电线、电缆及电气元件。纯

铝的牌号用IXXX系列表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。

2.铝合金

铝合金是在铝中加入硅、铜、镁、锌、镐等元素制成的合金，其强度和硬度比纯铝

要高，而且可以通过变形或热处理等方法进一步强化，所以可用来制造各类结构零件及

生活用品。

依据其成分和工艺性能，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。

（简单介绍两种铝合金的成分、性能及用途区别）

（1）变形铝合金

变形铝合金含合金元素少，塑性优良，分为可热处理变形铝合金和不可热处理变形

铝合金。其常用的强化手段为冷变形，适合压力加工。

变形铝合金的牌号为2XXX,3XXX,4XXX,…，9XXX（新牌号）

变形铝合金根据其主要性能又分为防锈合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）

和锻铝合金（LD）四类（旧牌号）

特点：合金含量较少，具备良好的塑性，故可进行拉拔、冲压、锻造等压力加工。

（2）铸造铝合金

铸造铝合金可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四大类。代号用“ZL”

加三个数字表示，第一位数字表示铸造铝合金的类别，1代表Al-Si系，2代表Al-Cu

系、3代表Al-Mg系，4代表Al-Zn系：第二位数和第三位数表示合金的顺序号。

如:ZL101表示1号Al-Si系铸造铝合金。

铸造铝合金的牌号由Z（铸的拼音字首）加A1和合金元素符号及表示其平均质量

分数的数字组成。例如，ZAlSil2表示含硅量为12*的铸铝合金。

特点:铸造铝合金熔点比形变铝合金低、铸造流动性好，可制造形状复杂的铸件。

但铸造铝合金强度较低、塑性和韧性差。

（二）铜及铜合金

1.纯铜

纯铜呈紫红色，故俗称紫铜。纯铜的强度和硬度都不高，但塑性很好，适合深冲

压力加工。导电和导热性能优良，在所有金属中仅次于银，良好的耐腐蚀性。

工业纯铜很少用于制造机械零件，一般作为导电、导热、耐蚀材料使用。

2.铜合金

一般分为黄铜（锌合金）、白铜（铜银合金）和青铜（其它铜合金）。

（1）黄铜：指以锌（加）为主要合金元素的铜合金，具有美观的黄色。

普通黄铜的牌号为“H”（黄的拼音字首）加两位数字（表示铜的质量分数的百分

数）。例如，H62表示铜占70%,锌占30%的普通黄铜

（2）白铜：是指以银（Ni）为主要合金元素的铜合金，一般呈银白色，银含量越高,

颜色越白。白铜按成分也分为普通白铜和特殊白铜〔除镇以外还加入了其它合金元素）。

普通白铜的牌号为“B"（白的拼音字首）加数字（表示锲的质量分数的百分数）。

例如，B30表示含银30$,含铜70%的普通黄铜。

（3）青铜：指以锡（Sn）为主要合金元素的铜合金，因其外观呈银青黑色而得名。

现在则泛指除黄铜和白铜以外的铜合金。按合金元素的不同，青铜主要有：锡青铜、

铅青铜、硅青铜、镀青铜、钛青铜等。按加工方法也分为加工青铜和铸造青铜。

青铜的牌号为“Q”（青的拼音字首）加合金元素符号再加数字（表示合金的质量分

数的百分数）。例如，QSM-3表示含锡4%,含其它合金元素3%,余量为铜的锡黄铜。

金属材料的分类与应用

一一其它金属的分类与牌号、火花鉴别法

主要教学步骤和教学内容

★课程回顾：（lOmin）

1.工业铸铁的分类与牌号；

2.铝合金的分类与牌号；

3.铜合金的分类与牌号。

★新课讲授：（60min）

一、钛及钛合金

钛及钛合金是一种新型结构材料•，具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及

良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景，但钛及钛合金的加工

条件复杂，成本较昂贵，目前主要用于航空航天工业及医疗事业。

1.纯钛

纯钛的强度低、塑性好，

工业纯钛的牌号用“TA+顺序号”表示，如TA2。顺序号越大，表示杂质越多，

其强度越高、塑性越差。

2.钛合金

为了提高强度和耐热性能，在纯钛中加入铝、辂、铝、错、帆、镐、铁等合金元

素可获得不同类型的钛合金。

二、镁及镁合金

1.纯镁

纯镁是银白色的金属，密度为L74g/cm3（是铝的2/3,是铁的1/4）,熔点为651℃。

纯镁的强度、硬度、塑性均较低。

足馁一般不像作错构封料用，在航壁上用未制作燃烧弹、毁明猱博。

（1）变形镁合金

MB1、MB8为Mg-Mn系合金，该类合金具有良好的耐蚀性和焊接性，一般在退火

态使用，用于制作蒙皮、壁板等焊接件及外形复杂的耐蚀件。MB2、MB3、MB5、MB6、

MB7为Mg-Al-Zn系合金,较常用的为MB2和MB3,具有较高的耐蚀性和热塑性cMB15

为Mg-Zn-Zr系合金，具有较高的强度，焊接性能较差，使用温度不超过150℃。MB22

为Mg-Y-Zn-Zr合金,焊接性能很好,使用温度较高°为15和MB22都可热处理强化,

主要用于飞机及宇航结构件。

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。

(2)铸造镁合金。

Mg-Al-Zn系的ZM5和Mg-Zn-Zr系的ZM1、ZM2、ZM7、ZM8具有较高的强度、良

好的塑性和铸造工艺性能，但耐热性较差，主要用于制造150c以下温度工作的飞机、

导弹、发动机中承受较高或荷的结构件或壳体。Mg-Re-Zr的ZM3、ZM4和ZM6具有良

好的铸造性能，常温强度和塑性较低，但耐热性较高，主要用于制造250c以下温度

工作的高气密零件。

三、滑动轴承合金

轴承是一种重要的机械零件。虽然滚动轴承有很多优点，应用很广，但因滑动

轴承具有承压面积大，工作平稳无噪音以及检修方便等优点，

轴承合金的编号方式为：“Z(轴的拼音字首)+基本元素符号+其它元素符号

+其它元素含量二如ZSnSbllCu6表示含11%的睇、5%的铜的锡基合金。

Sn基轴承合金、Cu基轴承合金、Pb基轴承合金

四、硬质合金

硬质合金是一种粉末冶金材料。它虽不是合金工具钢，但是一种重要的刃具和

模具材料。

目前常用的硬质合金有两大类：金属陶瓷基硬质合金、钢结硬质合金。

1.金属陶瓷硬质合金

(1)鸽钻类：

主要化学成分为WC及Co。牌号为“YG+载字”，YG分别为“硬”和“钻”的拼

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