鑄鐵和非鐵合金課件

1、3. 4 鑄 鐵 一. 鑄鐵概述概念： C 2.11的Fe-C合金。 碳存在形式：間隙固溶于Fe、滲碳體（亞穩(wěn)相，分解為Fe、C）、游離態(tài)石墨（穩(wěn)定相，鐵液或奧氏體中析出）1、鑄鐵的石墨化過程 3個(gè)階段： a、液態(tài)鑄鐵結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄 鐵） b、1154（ECF線）L奧氏體+石 墨 1154738 奧氏體 二次石墨（ES線） 738奧氏體+石墨 共析反應(yīng)，共析石 墨（ PSK線）第1頁，共41頁。 鐵碳合金中，C 可以幾種方式存在： 1）以固溶方式存在于 、 中-奧氏體與鐵素體； 2）以化合態(tài)的 Fe3C 形式存在； 3）以游離態(tài) G 存在。 Fe3C 晶體結(jié)構(gòu)G晶體結(jié)構(gòu)正交晶系硬度高

2、脆性大塑性低六方晶格強(qiáng)度低硬度低塑性低第2頁，共41頁。鑄鐵分類： 白口鑄鐵：C 主要以Fe3C形式存在； 非白口鑄鐵：C 主要以 G (石墨)形式存在: 在不同條件下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的Fe-Fe3C相圖和穩(wěn)定平衡的Fe-G相圖，即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)線相圖：Fe-Fe3C相圖和FeG相圖。鐵碳合金究竟按哪種相圖變化，決定于加熱、冷卻條件或獲得的平衡性質(zhì)（亞穩(wěn)平衡還是穩(wěn)定平衡）。第3頁，共41頁。1、以Fe-Fe3C相圖結(jié)晶（白口鑄鐵）鑄鐵是 C 2.11% 的鐵碳鑄造合金。碳絕大部分以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色，硬度高，脆性大，稱為白口鑄鐵 可用作耐磨鑄件、冷硬鑄鐵軋輥或車輪，

3、也可作為煉鋼原料。根據(jù)碳的含量不同，可分為：# 亞共晶白口鑄鐵 共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵第4頁，共41頁。2、以Fe-G相圖結(jié)晶碳的含量大于2.11的鐵碳鑄造合金， C全部或大部分以 G 形式存在，通常有較多的Si、Mn、S、P等元素 根據(jù) G 形狀的不同，非白口鑄鐵可分為 灰口鑄鐵（HT）：G呈片狀 球墨鑄鐵（QT）：G呈球狀 蠕墨鑄鐵（RUT)：G呈蠕蟲狀 可鍛鑄鐵（KT）：G呈團(tuán)絮狀 可鍛鑄鐵是由含碳硅不高的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理得到第5頁，共41頁。灰口鑄鐵的顯微組織F+G片F(xiàn)+P+G片P+G片球墨鑄鐵的顯微組織 第6頁，共41頁。球墨鑄鐵管道接口 蠕墨鑄鐵 第7頁，共41頁?？?/p>

4、鍛鑄鐵的顯微組織 第8頁，共41頁。2、鑄鐵中的合金元素 促進(jìn)石墨化的元素 C、Si、Al、Cu、Ni、Co （大多為非碳化物形成元素） 阻礙石墨化的元素 Cr、W、Mo、V、Mn、P、S（大多為碳化物形成元素）3、鑄鐵性能特點(diǎn) 均是石墨化鑄鐵（HTKTRUTQT），性能為何相差很大呢？ 石墨的形態(tài)對(duì)其影響較大片狀G灰口鑄鐵：G對(duì)基體嚴(yán)重割裂力學(xué)性能差蠕墨鑄鐵：端部鈍化力學(xué)性能較好團(tuán)絮狀G鑄鐵：大大降低對(duì)基體的割裂力學(xué)性能明顯改善球墨鑄鐵：對(duì)基體割裂作用最小第9頁，共41頁。因G存在而產(chǎn)生的特殊性能切削加工性能鑄造性能耐磨性減振性對(duì)缺口不敏感第10頁，共41頁。二. 灰口鑄鐵1、成分：C 2.

5、5 4.0, Si 1.03.0, Mn, P, S等 碳當(dāng)量C.E.：將鑄鐵中所含元素按促進(jìn)石墨化能力折算成C時(shí)所相當(dāng)?shù)目偺剂俊?C.E. = C + 1/3 Si + 1/3 P2、牌號(hào)：HT XXX XXX表示最低抗拉強(qiáng)度(MPa)如 HT100，HT150，HT200 （普通灰口鑄鐵） HT250，HT300，HT350，HT400 (孕育鑄鐵)第11頁，共41頁。3、影響灰口鑄鐵組織和性能的因素(1) 化學(xué)成分：主要控制C、Si含量C、Si過高，石墨片過多、過大；過低，出現(xiàn)白 口組織(2) 冷卻速度：影響石墨化程度4、孕育處理定義：鑄鐵溶液澆鑄前加入少量孕育劑，以改善灰口鑄鐵力學(xué)性能

6、的技術(shù)目的：細(xì)小、均勻石墨片；避免白口組織第12頁，共41頁。三. 球墨鑄鐵高強(qiáng)度鑄鐵，綜合力學(xué)性能好（與鋼相近）1. 成分：C、Si% 比 HT 高，S% 低 C 3.63.9%，Si 2.02.8， Mn0.60.8， S0.07, P0.1%。2. 生產(chǎn)： 熔化 + 球化處理 + 孕育處理 + 澆注 球化處理：加入球化劑； （Mg及其合金，稀土鎂合金） 孕育處理：75硅鐵合金。 第13頁，共41頁。3. 牌號(hào)： QT400-17，QT420-10 （F+球G） QT500-5 （F+P+球G） QT600-2，QT700-2，QT800-2 （P+球G） QT1200-1 （下B + 球

7、G） 兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度與伸長率4. 組織：F，F(xiàn)+P，P，M，B + 球G5. 性能：力學(xué)性能好于HT，可以代替鋼來生產(chǎn)某些零件如曲軸、連桿等6. 熱處理：可采用鋼的普通熱處理工藝。第14頁，共41頁。四. 蠕墨鑄鐵性能：強(qiáng)度接近于QT；耐熱性較高 生產(chǎn)：一定成分的鐵水進(jìn)行蠕化處理。 加入蠕化劑。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合 金、稀土鎂鈦合金等； 牌號(hào)：RUT260，300，340，380，420 組織：F + 蠕G F+P+蠕G P + 蠕G 用途：用于汽缸蓋、汽缸套、液壓閥等；第15頁，共41頁。五. 可鍛鑄鐵 完全白口鑄鐵，經(jīng)長時(shí)間石墨化退火（900 980）形成：由白口鑄鐵經(jīng)石

8、墨化退火處理得到； Fe3C 團(tuán)絮狀G + Fe成分: C 2.2-2.8, Si1.2- 2.0, Mn 0.8-1.0組織：F 或 P + 團(tuán)絮狀G；牌號(hào)： KT 300-6, 330-8, 350-10, 370-12 (F+團(tuán)G) KTZ450-5, 500-4, 600-3, 700-2 (P+團(tuán)G)性能：強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性都較高第16頁，共41頁。六. 合金鑄鐵抗磨鑄鐵與減摩鑄鐵耐熱鑄鐵耐蝕鑄鐵 第17頁，共41頁。3-5 非鐵金屬及其合金（掌握）除鋼鐵以外所有其它金屬材料，其中比重小于4.5的非鐵合金稱為輕金屬（如鋁、鎂、鈦等）。種類與應(yīng)用 Al, Mg, Ti及合金 比重小

9、航空、航天、航海 Cu, Al, Ag及合金 導(dǎo)電性好 電力電工電子超導(dǎo) Ni, Mo, Nb, Co 耐高溫 火箭、發(fā)動(dòng)機(jī) Cu, Ti及其合金 耐蝕性好 石油化工、航海軍艦 Ra, U, Th 原子能發(fā)電與核燃料第18頁，共41頁。一、鋁及其合金 1、基本特性密度低、比強(qiáng)度高；導(dǎo)電性好；抗大氣腐蝕；加工性能好：成型性好；可熱處理、鑄造2、純鋁 1）物理性能 熔點(diǎn)660，密度2.7g/cm3 , 具有良好的導(dǎo)電性（相當(dāng)于銅的60%）和導(dǎo)熱性。在大氣中抗蝕性較高。 2）力學(xué)性能 強(qiáng)度硬度低（b=80100MPa、20HBS）、塑性較高、冷變形后強(qiáng)度增加不多，但塑性卻急劇下降，因此鋁不易作受力的

10、結(jié)構(gòu)材料。第19頁，共41頁。按雜質(zhì)（Fe,Si,Zn）含量不同，可分為： 高純鋁； 99.93%99.99% 工業(yè)高純鋁： 98.85%99.9%； L00，L0 工業(yè)純鋁： 98.0%99.0% L1- L5第20頁，共41頁。3、鋁合金 通過加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素，使鋁得到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化及組織強(qiáng)化，從而得到高強(qiáng)度的鋁合金。 合金化+ 冷變形 (+，或)熱處理提高強(qiáng)度合金化： + Mn, Mg, Cu, Zn, Si 等，形成不同合金冷變形： 變形鋁合金熱處理： 固溶處理+時(shí)效第21頁，共41頁。（1）鋁合金的固溶處理和時(shí)效鋁合金相圖固溶處理：將成分位于相圖中D與F 之間的合

11、金加熱到相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相固 溶體后迅速水冷，可在室溫得到過飽和的固溶 體的熱處理過程。時(shí)效（時(shí)效硬化）：在室溫下放置或低溫加熱固溶體 時(shí)，其強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高的現(xiàn)象。第22頁，共41頁。（2）鋁合金的分類按成分及制造工藝：形變鋁合金（成分低于 D，單相固溶體組織，塑性好）； 鑄造鋁合金第23頁，共41頁。 變形鋁合金特征: 含合金元素含量較少, 用壓力加工成型 制造, 有的可熱處理強(qiáng)化(固溶處理+時(shí)效)可分為 防銹鋁合金：Al-Mg, Al-Mn系， LF5，LF21等，耐蝕性好 硬鋁合金：Al-Cu-Mg系合金， LY1，LY11等，強(qiáng)度高 超硬鋁合金：Al-Mg-Zn-Cu系合金 L

12、C4，LC6等：強(qiáng)度最高 鍛鋁合金：Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金 LD5,LD7,LD10，高強(qiáng)度與可鍛性好第24頁，共41頁。鑄造鋁合金鑄造鋁合金是指直接用來澆注各種形狀機(jī)械零件的鋁合金。其合金元素含量一般高于形變鋁合金。特征: 合金元素含量較高,合金流動(dòng)性好，塑性差，經(jīng)變質(zhì)處理和熱處理后可提高力學(xué)性能。用鑄造方法生產(chǎn)。Al-Si合金： ZL101, ZL l02, 等 鑄造性能好，但強(qiáng)度和塑性較差A(yù)l-Cu合金：ZL201、ZL202、ZL203 強(qiáng)度較高, 耐熱性好Al-Mg合金: ZL301、ZL302 強(qiáng)度高，密度低，耐蝕性好Al-Zn合金: ZL401、ZL402 鑄態(tài)下強(qiáng)度

13、高 第25頁，共41頁。二、銅及其合金總體性能: 優(yōu)異的物理（高強(qiáng)度）、化學(xué)性能（耐蝕） 良好的加工性能 特殊力學(xué)性能：減摩、耐摩，高的彈性極限，疲勞 極限 色澤美觀2工業(yè)純銅(紫銅) 純銅又稱紫銅，熔點(diǎn)1083，密度8.9g/cm3，呈面心立方晶格。主要制作電導(dǎo)體及配制合金工業(yè)純銅： T1 T2 T3 T4（純度依次降低） 無氧銅（氧含量低）：用于制作電真空器件及高導(dǎo)電性導(dǎo)線 純銅強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料3. 銅合金 分為黃銅、青銅和白銅三大類 第26頁，共41頁。1) 黃銅 （Cu-Zn-M）以鋅為主加合金元素的銅基合金稱為黃銅。黃銅是重有色金屬中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料。當(dāng)黃銅中還含有除鋅

14、以外的其它合金元素（Pb、Sn、Mn等）時(shí)屬于復(fù)雜黃銅。普通(簡單)黃銅 Cu-Zn二元合金 H80、H70，H68 （組織: 單相 ） H62、H59 （組織: + ） 復(fù)雜 (多元) 黃銅 在Cu-Zn基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Ni等 可提高性能（強(qiáng)度、耐蝕性、耐磨性等）編號(hào)：H+主加元素符號(hào)+Cu%+輔加元素%。 如 HPb60-1：Cu60%、Pb1%，余為Zn HSn70-1: 第27頁，共41頁。3) 青銅青銅指除Zn, Ni外的其它銅合金, Cu與Sn、A1、Si、Pb、Be、Mn等的銅基合金分別為錫青銅、鋁青銅，硅青銅。等 編號(hào) Q + 主加元素及含量+ 其他元素含量

15、如, QAl7 鋁青銅, 含 Al 2%, 余為Cu QBe2 鈹青銅 QSn4-3: Sn4%, Zn3%, 余為Cu, 錫青銅強(qiáng)度與耐蝕性排序：白銅黃銅 白銅 錫青銅 鋁青銅 鈹青銅應(yīng)用：a）高級(jí)精密彈性零件及特殊要求的耐磨零件。 b）高速、高溫、高壓零件。 c）防爆合金，如煉油廠常用的防爆工具。第28頁，共41頁。2) 白銅(Cu-Ni - ( M)以鎳為主要合金元素的銅基合金稱為白銅。再加入其它合金元素（如Zn、Mn、Fe等）時(shí)稱為復(fù)雜白銅。普通白銅： Cu-Ni二元合金，Cu與Ni無限固溶 編號(hào)：B+Ni%。例如，B19：Ni19特殊白銅：加入Zn、Mn、Fe等 如 BZn15-20

16、: Ni15%、Zn20%的鋅白銅組織: 均為單相固溶體 ( )性能：具有很高的耐蝕性，優(yōu)良的冷、熱加工性。 應(yīng)用：廣泛用于制造精密儀器、儀表、化工機(jī)械及 醫(yī)療器械中的關(guān)鍵零件。第29頁，共41頁。三、 鈦及鈦合金1、純鈦 密度低（4.5g/cm3），熔點(diǎn)高(1660)，線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性差，塑性好，強(qiáng)度低，易加工成形。優(yōu)良的耐蝕性、抗氧化能力。工業(yè)純鈦：TA1 TA2 TA3 （純度逐漸降低）2、鈦合金型鈦合金(TA，合金元素溶入-Ti中) 型鈦合金(TB，合金元素溶入-Ti中) +型鈦合金(TC)鈦合金按其退火后的組織可分為三個(gè)類型，即型、型和 +型。第30頁，共41頁。1） 型鈦合金

17、牌號(hào)：TA 型鈦合金所含的合金元素主要為鋁和錫，單相。 性能：室溫強(qiáng)度不高，但溫度在400以下時(shí)的性能較好，組織穩(wěn)定，焊接性能好，焊縫韌性高，抗氧化、蠕變性好。 熱處理：固溶強(qiáng)化，退火（消除應(yīng)力，消除加工硬化）。 應(yīng)用：通常用于制造350以下經(jīng)沖壓或焊接成型的零件。 典型牌號(hào)：TA7 (Ti-5A-2.5Sn)第31頁，共41頁。2） 型鈦合金 型鈦合金能熱處理強(qiáng)化，焊接性及壓力加工性均好，但性能不穩(wěn)定，冶煉工藝也較復(fù)雜，所以目前不常用。3） +型鈦合金 +型鈦合金的力學(xué)性能變化范圍寬，可適應(yīng)各種不同的用途。可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。 性能：與型鈦合金相比，工藝性較好，便于壓力成型，但焊接性差。高溫下

18、具有較大的熱強(qiáng)度。 應(yīng)用：TC4（Ti-6Al-4V）用途最廣，用量占現(xiàn)有鈦合金的一半。常用來制造400下長期工作的零件。第32頁，共41頁。四、鎂及鎂合金1、純鎂最輕的工程金屬，易燃，力學(xué)性能低（不能用作結(jié)構(gòu)材料）密排六方結(jié)構(gòu)2、鎂合金性能：密度低，比強(qiáng)度高，比剛度高 承受沖擊載荷的能力較大（大于鋁合金） 優(yōu)良的可切削加工性和可拋光性第33頁，共41頁。分類：第34頁，共41頁。鎂合金中合金元素的作用：鋁：提高室溫強(qiáng)度，改善鑄造性，時(shí)效強(qiáng)化鋅：提高強(qiáng)度，改善耐蝕性、塑性錳：和有害雜質(zhì)化合，消除對(duì)抗蝕性的影響鋯：細(xì)化晶粒，減小熱裂傾向，提高力學(xué)性能 稀土元素：提高耐熱性，改善鑄造性、焊接性鋰：Mg-Li合金密度低（最輕，超輕合金），另外提高塑性，改善焊接性能 第35頁，共41頁。五、軸承合金性能：足夠的強(qiáng)度、硬度 足夠的塑性、韌度，高的疲勞強(qiáng)度 良好的磨