第4讲金属材料铸铁和有色金属.ppt

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1、第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.5. 铸 铁（Cast Iron）-铸铁概述,铸铁中碳的二种存在形式： Fe3C（或合金碳化物） G（石墨） 灰口铸铁：碳全部或大部分以石墨存在 铸铁 白口铸铁：碳主要以渗碳体存在 麻口铸铁：碳一部分为石墨，另一部分为渗碳体,石墨晶体结构,渗碳体晶体结构,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.5. 铸 铁（Cast Iron） 4.5.1 铸铁的特点 1.成分特点 含碳量 2.11，S.P含量较高。 同样有普通铸铁和合金铸铁之分。 2.组织特点 白口铸铁 以莱氏体为基体 灰口铸铁 钢的基体 + G（Graphite）,白口铸铁 断口呈银白色 铸铁 灰口铸铁 断口呈

2、灰色 麻口铸铁 断口为银白色底 + 麻点,F F+P P,第4讲金属材料铸铁和有色金属,三种组织： （1） 珠光体灰铸铁 P + G片 HT200 （2） 珠光体-铁素体灰铸铁 P+F+G片 HT150 （3） 铁素体灰铸铁 F +G片 HT100,灰铸铁的组织,显微组织：金属基体 + G片,第4讲金属材料铸铁和有色金属,其中灰口铸铁又以“G”形态的不同，分为：,第4讲金属材料铸铁和有色金属,铸铁（灰铸铁）,P基体+G片,F基体+G片,P+F基体+G片,第4讲金属材料铸铁和有色金属,铸铁（可锻铸铁）,P基体+G团 F基体+G团,第4讲金属材料铸铁和有色金属,F基体+G球 F+P基体+G蠕虫状,

3、F+P基体+G球 P基体G球,铸铁（球铁、蠕墨铸铁组织）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,工业铸铁的成分范围与组织,第4讲金属材料铸铁和有色金属,3.性能特点 灰口铸铁： 钢的基体组织 + G G（石墨）的性能：b=1520MPa. 硬度 3-5HBS， =0 (1)基本力学性能: 强度、塑性低 （塑性取决于石墨的形状，尺寸、数量、分布）石墨形状越尖，尺寸越大，数量越多，铸铁的力学性能越低。,灰口铸铁 = 钢 + 孔洞,第4讲金属材料铸铁和有色金属, 耐磨性能好 由于石墨本身有润滑作用。 消振性能好 由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好 由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. 切削性能好 由于石

4、墨使车屑容易脆断，不粘刀。 （6）切口敏感性低,3、铸铁的性能特点 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.5.2.灰口铸铁的分类及牌号表示 灰铸铁 蠕墨铸铁 HT/RuT+最低抗拉强度 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 QT/KT+最低抗拉强度最低延伸率 例： HT100HT350 灰铸铁6 个牌号逢50 进一号。 RuT 420. RuT 200 QT 40018 . QT 9002. KTH 35010. KTZ 45006. 灰口铸铁的应用见表4.2、4.3,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.5.3.灰口铸铁

5、的热处理 1.特点 a.热处理不改变G形态及分布 b.铸铁含有合金元素，加热和冷却速度要较慢。 2.热处理方法 a.灰铸铁的热处理不明显改善力学性能，只进行去应力退火，软化退火和表面淬火（如机床导轨、气缸套表面淬火以提高耐磨性）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,b.可锻铸铁的石墨化退火工艺,可锻铸铁的石墨化退火,第4讲金属材料铸铁和有色金属,c.球铁中由于石墨对基体的割裂作用小，凡用于钢的热处理方法，基本上可以在球铁中应用,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.6 有色金属（非铁金属 Nonferrous alloys）,定义:除铁合金(黑色金属)以外的所有金属 性能特点:具有独特的物理、化学性能。

6、,分类,重金属(密度3.5); Cu、Ni 等。 轻金属(密度3.5); Al、Mg 等。 贵金属; Au、Ag、Pt 等。 稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属; Si、Te、B 等。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.6 有色金属（非铁金属 Nonferrous alloys） 4.6.1 铝及其合金 1 .工业纯铝 相对密度2.7，属轻金属，熔点：660， FCC结构，高塑性、耐腐蚀。 工业纯铝,第4讲金属材料铸铁和有色金属,a、防锈铝合金， （LF21），不可热处理强化，用于耐蚀零件箱壳体，装饰材料。 b、硬铝合金，（LY12），用于铆钉，模锻零件，耐蚀性差 c.超硬铝合金，

7、用于受力较大的结构件。,3.形变铝合金( deformation aluminum alloy ),飞机主起落架,第4讲金属材料铸铁和有色金属,D.锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。 常用合金：LD5、LD6、LD10。,压气机叶片,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4、 铸造铝合金 ( cast aluminum alloy ),（1）铸造铝硅合金,特点：铸造性能好是最常用的铸铝合金 热处理： 固溶处理 + 时效强化 应 用：发动机缸体，缸盖，活塞，汽缸头，曲轴箱等,活塞(铝硅合金）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,

8、（2）铸造铝 铜合金 ( ZL201ZL203 ) : 较高强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。 （3）铸造铝 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。,汽缸头 ZL203,鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301),第4讲金属材料铸铁和有色金属,（4）铸造铝锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。,大型空压机活塞(ZL401),铸造铝合金( cast aluminum alloy ) 代号表示：ZL+3个数字 例：ZL101 牌号表示： ZAl+合金元素符

9、号及含量的百倍 例：ZAlMg10,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4、铝合金的热处理-固溶处理和时效,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称为时效强化( ageing strengthening ) 。,背景资料: 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德国A Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier Preston 建立学说。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,固溶处理,时效处理,自然时效,人工时效,将铝合金加热至单相区恒温保持，然后 快速冷却，形成过饱和固溶体的热处理方法。,固溶处理后的铝合金强度随时间而变化的现象称为时

10、效。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,含4%Cu的铝合金自然时效曲线,第4讲金属材料铸铁和有色金属,含4%Cu的铝合金的人工时效曲线,*过时效：时效温度过高、时间过长出现的合金软化现象,第4讲金属材料铸铁和有色金属,5、变质处理 变质剂： 2/3NaF+1/3NaCl 加入量23 组织变化： 细化硅晶体 性能变化： 强度提高、塑性改善,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.6.2 铜及其合金 1、工业纯铜（紫铜） 相对密度8.9，熔点为1083，FCC结构 高导电性、导热性和耐蚀性，高塑性，低强度，无磁性。 无氧铜 TU2 分类 工业纯铜 T1T4 铜合金=纯铜+Me,第4讲金属材料铸铁和有色金属,

11、铜合金的分类,黄铜:Cu Zn,白铜:Cu Ni,青铜:除黄铜和白铜外的所有铜合金,第4讲金属材料铸铁和有色金属,1、黄铜 (brass)（1）普通黄铜 (common brass),黄铜的组织、性能与含锌量的关系,第4讲金属材料铸铁和有色金属,（1）普通黄铜(common brass) 组织： 32Zn 为单相组织 32Zn，为 + 两相组织。 性能： 塑性好，铸锻性能优良、耐磨、耐蚀。 应用： 装饰材料，管、板、散热器、冷凝器等。,冷凝器管,第4讲金属材料铸铁和有色金属,普通黄铜的牌号,H 70,日用黄铜 - H62 ( H59 ) 弹壳黄铜 - H70 ( H68 ) 金奖黄铜 - H9

12、0,第4讲金属材料铸铁和有色金属,（2）特殊黄铜 (special brass),定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。,牌号:H + 其它主加Me符号 + 含Cu量-其它Me含量 例 HPb591 （约59Cu、1Pb、40Zn）,H Al 59 -3,海军黄铜 -HSn62 1 易切削黄铜 -HPb59 - 1,第4讲金属材料铸铁和有色金属,3、青铜 ( bronze ),普通青铜 ( 锡青铜， tin bronze ) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ，tin free bronze ),第4讲金属材料铸铁和有色金属,青铜牌号的表示方法,Z Q Sn10

13、 1,第4讲金属材料铸铁和有色金属,（1）锡青铜(tin bronze),第4讲金属材料铸铁和有色金属,(2)锡青铜 组织： 6 Sn 单相 6 Sn + (为电子化合物，硬脆） 常用合金： 含锡量为 314Sn 力学性能： 抗蚀性比黄铜高 铸造性： 流动性差，但收缩率小，不致密、易渗漏 应用： 阀门，水暖配件，耐磨零件，如齿轮，轴承。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,(3) 铍青铜 含1.62.3Be。如 QBe2，QBe1.7 性能： 弹性极限、耐磨性、耐蚀性、导热性高。 应用： 精密仪器、仪表的弹性元件,第4讲金属材料铸铁和有色金属,滑动轴承合金,各类轴瓦,第4讲金属材料铸铁和有色金属,滑

14、动轴承的结构与特点,滑动轴承的结构：轴瓦、轴承内衬 滑动轴承特点：与滚动轴承相比， 承压面积大、工作平稳、无噪声、维修方便,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.7.滑动轴承合金 4.7.1 对轴承材料的要求 硬度适中 摩擦系数小 膨胀系数小 能储藏润滑,轴承合金组织示意图,各类轴瓦,组织（软硬兼备） （1）软基体均匀分布硬质点 （2）硬基体均匀分布软质点。 常用滑动轴承材料： 金属（锡基与铅基、铜基合合、铝基合金）、 非金属（塑料、橡胶）、 粉末冶金含油轴承等,第4讲金属材料铸铁和有色金属,铅基轴承合金组织(Sn,Cu3Sb ,Pb-Sb共晶体),锡基与铅基轴承合金显微组织,锡基轴承合金组织(S

15、nSb+CuSb+基体),第4讲金属材料铸铁和有色金属,锡基与铅基轴承合金（巴氏合金）,牌号表示,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.7.2 常用轴承合金 1、巴氏合金（Babbite Alloys） (1) 锡基合金： SnSbCu合金 常用ZChSnSb11-6(6Cu) 组织：SnSb 固溶体 + SnSb 化合物和 CuSn 化合物 （软基体） （硬质点） 性能： 耐蚀性导热性减磨性高， 但疲劳强度较低。 应用：大型重要轴承,相（ Cu6Sn5红色星状）+相（ SnSb白色方块）+相（锡基固溶体，深色基体）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,1、巴氏合金（Babbite Alloys）,(2

16、)铅基合金： Pb-Sn-Sb-Cu合金 常用ZChPbSb16-16-2 (16Sn，2Cu) ZChPbSb15-5-3 (5Sn，3Cu) 组织： PbSb 固溶体+(SnSb 和 CuSn)化合物 性能：均低于锡基合金。 应用：车辆发动机轴承,铅基轴承合金组织(Sn,Cu3Sb ,Pb-Sb共晶体),Pb+ SnSb共晶（ 基体）+（ SnSb橙色方块和 Cu2Sb橙色针状）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,铜基与铝基轴承合金,铜基轴承合金（主要有锡青铜和铅青铜） ZCuSn10Pb1（101锡青铜） 组织: + 为软基体，为硬质点 高的强度，适用于中速及受力较大的轴承，如电动机、泵、金

17、属切削机床轴承 ZCuPb30（30铅青铜） Cu和Pb不互溶，结晶成铜粒（硬）+ 铅基底（软） 较高的疲劳强度、 导热性能，摩擦系数低，适于高速高压轴承。如航空发动机、高速柴油机轴承等,第4讲金属材料铸铁和有色金属,铜基与铝基轴承合金,密度小、导热性好、疲劳强度高、耐腐蚀性好，价格低，广泛应用于高速重载的汽车、拖拉机、柴油机轴承,铝基轴承合金（常用牌号 ZAlSn6Cu1Ni1）,轴承合金应用示例2 -内燃机轴瓦,第4讲金属材料铸铁和有色金属,轴承合金应用示例1,汽轮发电机轴承,第4讲金属材料铸铁和有色金属,各种轴承合金性能、轴承合金与轴匹配的硬度对应关系,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.

18、 7. 粉末冶金材料 一 .概述 1.粉末冶金工艺过程,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4. 7. 粉末冶金材料 4.7.1.概述 1.粉末冶金工艺过程 粉末制备压制成型烧结后加工（切削加工、压力加工、浸渍、熔渗) 2. 粉末冶金的特点 对原材料及制品的适应性强。 高效节能 集材料生产 加工技术 零件制造于一体 材料利用率高可实现少无切削,第4讲金属材料铸铁和有色金属,4.7.2常用粉末冶金材料 1 .轴承材料 制成多孔材料（孔隙占体积的1020%）再浸渍润滑油而成，故称多孔含油轴承。 （1） 铜基合金 成分锡青铜（CuSn6Zn6Pb3）粉末加 0.52%石墨 轴承组织 （CuSn）固溶体 +

19、石墨 + Pb +孔隙,第4讲金属材料铸铁和有色金属,（1）铁基合金： Fe-G ( 0.5 3%)粉末 Fe-G（12%)+S(0.51%） 轴承组织： 铁素体 + 渗碳体 +石墨 + 硫化物+孔隙 应用：适用于中速，轻载荷轴承，如 纺织机械，家用电器等。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,2. 摩擦材料 用于制造离合器，制动器的摩擦片，刹车片。 性能要求： a. 摩擦系数大 b. 耐热、耐磨 c. 抗咬合、减摩 d. 强度高 材料成分： 铜基铁基粉末+ + 石棉 + SiO + G + Pb + MoS,第4讲金属材料铸铁和有色金属,性能及应用： 铜基材料：导热性好，抗蚀，瞬间工作温度 500

20、800，用于车辆机床离合器。 铁基材料：高强度，摩擦系数大，瞬间可达 9001000，用于高负荷，高速离合器。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,3.工具材料（硬质合金） 成分： WC/TiC (高硬度碳化物)+ Co/Ni(粘结剂) 硬度： HRC70 80， 工作温度可达 1000，切削速度比HSS 高10倍 （1）钨钴类（ WCCo） 有YG3 YG6， （数字为Co 的百分含量） Co含量越高，合金的韧性越高，耐磨性越低。 （2）钨钴钛类（ WCTiCCo） 有 YT5 ，YT15 ，YT30 （数字为TiC的百分含量） TiC含量越高，硬度和耐磨性越高，强韧性越低。,第4讲金属材料铸铁和有色金属,硬质合金（YT类）,YT30 WC（粉红色） TiC(绿色） Co(黄绿）,YT14 WC（天兰色） TiC(黄色） Co(淡红色）,第4讲金属材料铸铁和有色金属,硬质合金（YG类）,YG6 WC（天兰色） Co(淡红）,