1、第四章第四章 金属材料金属材料铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。磷等元素的多元铁基合金。铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一。同时它具有优良的铸造性、切削加工性、减摩性、吸振性、低的缺口敏感性、生产简便、成本低廉等生产简便、成本低廉等优点，是是应用最广泛的材料之一应用最广泛的材料之一。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%。同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（碳含量大于2.11），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。铸铁应
2、用举例铸铁应用举例铸铁曲轴铸铁曲轴机床床身机床床身单缸柴油发动机缸体单缸柴油发动机缸体4.2.1 4.2.1 铸铁分类铸铁分类铸铁分类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分铸铁分类方法较多，按铸铁的使用性能、断口特点或成分特征，可将铸铁分为特征，可将铸铁分为5类。类。1、灰口铸铁、灰口铸铁2、球墨铸铁、球墨铸铁3、白口铸铁、白口铸铁4、可锻铸铁、可锻铸铁5、合金铸铁、合金铸铁断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在断口呈银白色，碳除少量溶于铁素体外
3、，其余以渗碳断口呈银白色，碳除少量溶于铁素体外，其余以渗碳体形式存在体形式存在白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳的可锻过处理，石墨白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳的可锻过处理，石墨呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。低合金、中合金（低合金、中合金（510%）和高合金）和高合金灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁球墨铸铁球墨铸铁铸铁铸铁名称名称石墨石墨形态形态基体基体组织组织编编 号号 方方 法法牌号实例牌号实例灰铸铁灰铸铁片状片状FHT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值（Mpa）“HT”表示灰铸铁代号表示灰铸铁代号HT100F+PHT150PH
4、T200可锻铸铁可锻铸铁团团絮絮状状FKTH+两组数字两组数字KTB+两组数字两组数字KTZ+两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06球墨铸铁球墨铸铁球状球状FQT+两组数字两组数字第一组数字表示最低抗拉强第一组数字表示最低抗拉强度值，度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率第二组数字表示最低伸长率值，值，%。“QT”表示表示 球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕蠕虫虫状状FRuT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号R
5、uT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法铸铁的分类与牌号表示方法 4.2.2 4.2.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)两种形式存在两种形式存在。在前面介绍过在前面介绍过Fe-FeFe-Fe3 3C C相图，按相图，按这张相图自液态冷却下来的这张相图自液态冷却下来的Fe-CFe-C合金合金固态一般为固态一般为铁素体及渗碳体铁素体及渗
6、碳体两相。两相。实实际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。才是稳定相。因此描述铁碳合金组织因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个，转变的相图实际上有两个，一个是一个是Fe-Fe-FeFe3 3C C系相图，另一个是系相图，另一个是Fe-GFe-G系相图。系相图。把两者迭合在一起，就得到一个双重把两者迭合在一起，就得到一个双重相图。相图。Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图L+GL+Fe3CFe-Fe3C和和Fe-G双重相图双重相图D1 1、铸铁的石墨化、铸铁的石墨化铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨
7、化。铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。也可以由渗碳体加热时分解得到。石墨化分三个阶段石墨化分三个阶段 液相冷却到液相冷却到CD后，开后，开始析出一次石墨始析出一次石墨（GI）DC 液相冷却液相冷却ECF线线后，开后，开始发生共晶转变始发生共晶转变第一阶段第一阶段LC+G共晶共晶AE1154C第二阶段第二阶段DC 在在共晶温度和共析温度之共晶温度和共析温度之间（间（1154738C），），碳碳在奥氏体中的溶解度降低，在奥氏体中的溶解度降低，开始析出二次石墨（开始析出二次石墨（GII）+GIIASAE1154738C第三阶段第三
8、阶段+G共析共析FP738CAS 在在共析温度时，发生共析共析温度时，发生共析转变转变铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度石墨化进行程度 铸铁的显微组织铸铁的显微组织 铸铁类型铸铁类型 第一、二第一、二阶段石墨阶段石墨化化 第三阶段第三阶段石墨化石墨化 完全进行完全进行完全进行完全进行F+G 灰口铸铁灰口铸铁部分进行部分进行F+P+G未进行未进行P+G部分进行部分进行未进行未进行Le+P+G麻口铸铁麻口铸铁未进行未进行未进行未进行Le白口铸铁白口铸铁3、影响石墨化的因素、影响石墨化的因素（1）化学成分的影响）化学
9、成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素碳和硅是强烈促进石墨化的元素碳、硅含量过低，易出现碳、硅含量过低，易出现白口组织，白口组织，力学性能和铸力学性能和铸造性能变差。造性能变差。碳、硅含量过高碳、硅含量过高,会使石墨会使石墨数量多且粗大，数量多且粗大，基体内铁基体内铁素体量增多，降低铸件的素体量增多，降低铸件的性能。性能。白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响麻口铸铁麻口铸铁 碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C2.54.0%C，1.03.0%Si1.03.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用等元素对石墨化
10、有促进作用 S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化等元素阻碍石墨化磷可微弱促进石墨化，磷可微弱促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高只有耐磨铸铁中磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。（2）冷却速度的影响）冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分利于碳原子的充分扩散，结晶将按扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因相图进行，因而促进石墨化。而促进石墨化。快冷时由于过冷度快冷时由于过冷度大，结晶将按大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进行相图进行,不利不利于石墨化于
11、石墨化铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 4.2.3 铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点钢的基体钢的基体+G（石墨）（石墨）基体组织有基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种三种。F+GF+P+GP+G 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能
12、量。铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶.切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 力学性能低。力学性能低。由于石由于石墨相当于钢基体中的墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易基体的连续性，且易导致应力集中。导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨
13、化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce4.2.4 常用常用铸铁铸铁一、灰铸铁一、灰铸铁灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各灰口铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占类铸铁的总产量中，灰口铸铁占80%80%以上。以上。灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。1 1、成分和牌号、成分和牌号2.54.0%C，1.03.0%Si，0.251.0%Mn，0.020.20%S，0.050.50%PHT三位数字三位数字HT为灰铁汉语拼音的字首为灰铁汉语拼音的字首后续的三位数表示直径为后续的三位数表示直径为3
14、0mm铸件铸件试样的最低抗拉强度试样的最低抗拉强度b（MPa）2 2、组织特点、组织特点灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体、珠光体和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁（1 1）力学性能低）力学性能低其其抗拉强度和塑性韧性抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢。但是，灰口铸铁在受压时石墨片都远远低于钢。但是，灰口铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻，其破坏基体连续性的影响则大为
15、减轻，其抗压强度是抗拉强度的抗压强度是抗拉强度的2.52.54 4倍倍。所以常用。所以常用灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件灰口铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件。（2 2）耐磨性与消震性好）耐磨性与消震性好由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样，由于石墨的存在，存在，灰口铸铁的消震性优于钢灰口铸铁的消震性优于钢。（3 3）工艺性能好）工艺性能好由于由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件收缩
16、率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，由于石。另外，由于石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢。于钢。灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：灰口铸铁的性能与普通碳钢相比，具有如下特点：3 3、性能特点、性能特点4 4、灰口铸铁的孕育处理、灰口铸铁的孕育处理细化片状石墨，提高力学性能细化片状石墨，提高力学性能目的目的细珠光体基体上分布着细小片状石墨细珠光体基体上分布着细小片状石墨组织组织原因原因在铸造之前向铁液中在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（或称变质剂加入了孕育剂（或称变质剂硅硅铁和硅钙合金铁和硅钙合
17、金），结晶时石墨晶核数目增多，石），结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。更为均匀地分布在基体中。结果结果不仅不仅强度有较大提高，而且塑性和韧性也有改善强度有较大提高，而且塑性和韧性也有改善。同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁同时，由于孕育剂的加入，还可使铸铁对冷却速对冷却速度的敏感性显著减少度的敏感性显著减少，使各部位都能得到均匀一，使各部位都能得到均匀一致的组织。致的组织。举例举例HT250、HT300、HT350经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁，也称变质铸铁孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后5 5、灰口铸铁的热处理
18、、灰口铸铁的热处理热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨的形态和分布状态，热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨的形态和分布状态，但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。但可以消除铸件的内应力、白口组织和提高铸件表面的耐磨性。消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)将铸件缓慢加热至将铸件缓慢加热至500600C适当保温（每适当保温（每100mm截面保温截面保温2h）后，随）后，随炉缓冷至炉缓冷至150200C出炉空冷，内应力可以消除出炉空冷，内应力可以消除90%。灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：消除白口组织退火（高温退火）消除白口组织退火（高温退火）
19、将铸件加热至将铸件加热至850950C保温保温14h后，随炉缓冷至后，随炉缓冷至400500C出炉空冷，出炉空冷，最终得到最终得到铁素体或铁素体加珠光体基体铁素体或铁素体加珠光体基体，从而消除白口、降低硬度。，从而消除白口、降低硬度。表面淬火表面淬火针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表针对某些表面硬度和耐磨性要求高的大型铸件，在机加工后快速加热对表面进行淬火处理，淬火后表面组织为面进行淬火处理，淬火后表面组织为马氏体加石墨马氏体加石墨。6、用途、用途制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件,如如机床床身、各种箱体、壳体、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体泵
20、体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体牌号牌号铸件壁厚铸件壁厚/mm/mm 最小抗拉强度最小抗拉强度 b b/MPa/MPa显微组织显微组织用途用途基体石墨HT1002.5102030102030501301009080F+P粗粗片状片状适于制造载荷小、对摩擦和磨损无特殊适于制造载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要的简单铸件，如防护罩、要求的不重要的简单铸件，如防护罩、盖、手轮、支架、以及钢锭模、冶矿设盖、手轮、支架、以及钢锭模、冶矿设备中的高炉平衡锤、炼炉重锤等备中的高炉平衡锤、炼炉重锤等HT1502.51
21、0203010203050175145130120F+P较粗较粗片状片状用于制造承受中等载荷的铸件，如机座、用于制造承受中等载荷的铸件，如机座、刀架、床身、工作台、箱体、轴承座、刀架、床身、工作台、箱体、轴承座、支架、带轮、端盖、泵体、阀体、阀盖、支架、带轮、端盖、泵体、阀体、阀盖、进排气管等进排气管等HT2002.510203010203050220195170160P中等中等片状片状用于制造承受较大载荷和要求一定气密用于制造承受较大载荷和要求一定气密性或耐蚀性等重要铸件，如机床床身、性或耐蚀性等重要铸件，如机床床身、立柱、齿轮箱、汽缸、活塞、刹车轮、立柱、齿轮箱、汽缸、活塞、刹车轮、联轴器
22、盘、中等压力阀体等联轴器盘、中等压力阀体等HT2504.010203010203050270240220200P较细较细片状片状适于制造汽缸、油缸、衬筒、泵体、阀适于制造汽缸、油缸、衬筒、泵体、阀体、齿轮箱体、齿轮、划线平板、水平体、齿轮箱体、齿轮、划线平板、水平仪、内燃机的活塞环等仪、内燃机的活塞环等HT300102030203050290250230S或或T细小细小片状片状适于制造承受高载荷、耐磨和高气密性适于制造承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件，如重型机床、剪床、压力机重要铸件，如重型机床、剪床、压力机及自动车床的床身、机座、机架，高压及自动车床的床身、机座、机架，高压液压件，活塞环，
23、受力较大的齿轮、凸液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸轮、衬套，大型发动机的曲轴、汽缸体、轮、衬套，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸套等汽缸套等HT350102030203050340290260S或或T细小细小片状片状灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸件的分类、牌号、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途灰口铸铁的牌号、性能、组织及用途二、二、球墨铸铁球墨铸铁在浇注前向铁水中加入在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，进行球化处理和孕育处理，则可获得则可获得石墨呈球状分布的铸铁石墨呈球状分布的铸铁，称为，称为球墨铸铁，简称球墨铸铁，简称“球铁球铁”。1 1
24、、成分和牌号、成分和牌号3.53.9%C 为了获得共晶成分的铸件为了获得共晶成分的铸件0.020.06%RE，0.030.06%Mg球化剂球化剂S0.06%硫与镁、稀土具有很强的亲和力硫与镁、稀土具有很强的亲和力2.02.6%Si镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理镁和稀土是阻止石墨化的元素，需要加入硅铁进行孕育处理P0.1%，0.61.0%Mnl牌号表示：牌号表示：QT数字数字数字数字QT为球铁汉语拼音的字首为球铁汉语拼音的字首两组的数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率 QT400172 2、组织特征、组织特征铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体
25、球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁的显微组织由球墨铸铁的显微组织由球形石墨和球形石墨和金属基体金属基体两部分组成。随着成分和两部分组成。随着成分和冷却速度的不同，球铁在铸态下的冷却速度的不同，球铁在铸态下的金属基体可分为金属基体可分为铁素体、铁素体加铁素体、铁素体加珠光体、珠光体珠光体、珠光体三种。三种。3 3、性能特点、性能特点 球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率球状石墨应力集中小，对金属基体的削弱小，基体强度利用率高。与灰口铸铁相比，高。与灰口铸铁相比，具有较高的强度、硬度和塑性具有较高的强度、硬度和塑性。球状石墨直径越小，越分散，力学性能越好。球状石墨直
26、径越小，越分散，力学性能越好。铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低具有高的塑性和韧性，但强度和硬度较低。珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁强度较高，但塑性和韧性较低强度较高，但塑性和韧性较低。强度是碳钢的强度是碳钢的7090%，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复，可以替代碳钢和合金钢制造一受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。屈强比屈强比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。承受震动、载荷大承受震动、载荷大的零件，的零件，如曲轴、如曲轴、传动齿轮传动齿轮等。等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器
27、容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴4 4、用途、用途牌号牌号抗拉强抗拉强度度b/MPa屈服强度屈服强度0.2/MPa伸长率伸长率/%布氏硬度布氏硬度HBW基体组织基体组织应用举例应用举例QT400-1840025018120175F承受冲击和振动承受冲击和振动的零件，如汽车的零件，如汽车和拖拉机的轮毂、和拖拉机的轮毂、驱动桥壳体、农驱动桥壳体、农机零件，中低压机零件，中低压阀门及输气、输阀门及输气、输水管道水管道QT400-1540025015120180FQT450-1045031010160210FQT500-75003207170230F+PQT550-55503505180250
28、F+PQT600-36003703190270P+F负荷大、受力复负荷大、受力复杂的零件，如汽杂的零件，如汽车、拖拉机的凸车、拖拉机的凸轮轴、连杆、曲轮轴、连杆、曲轴等轴等QT700-27004202225305PQT800-28004802245335P或或SQT900-29006002280360M回回或或T+S高强度齿轮，如高强度齿轮，如汽车上的螺旋齿汽车上的螺旋齿轮，拖拉机上的轮，拖拉机上的减速齿轮，内燃减速齿轮，内燃机曲轴等机曲轴等球墨铸件的分类、牌号、组织及用途球墨铸件的分类、牌号、组织及用途三、三、可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁是可锻铸铁是由白口铸铁经长时间石墨化退火而获得的一由白口铸
29、铁经长时间石墨化退火而获得的一种高强度铸铁，种高强度铸铁，又叫玛钢。白口铸铁中的渗碳体在退火过程又叫玛钢。白口铸铁中的渗碳体在退火过程中中分解出团絮状石墨分解出团絮状石墨，所以明显减轻了石墨对基体的割裂。，所以明显减轻了石墨对基体的割裂。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。与灰口铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。KTKTHH、Z Z或或B B数字数字数字数字牌号中的牌号中的“KT”KT”表示表示“可铁可铁”二字汉语拼音的大写字头；二字汉语拼音的大写字头；“H”H”表示表示“黑心黑心”，“Z”Z”表示珠光体基体，表示珠光体基体，“B”B”表示白心表示白心 ；牌号后面的两组数字
30、分别表示牌号后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率最低抗拉强度和最低延伸率。KTH350KTH3501010KTZ550KTZ5500404KTB400KTB40005051 1、牌号表示：、牌号表示：通常是将白口铸件加热到通常是将白口铸件加热到900980900980温度，一般保温温度，一般保温60806080小时，小时，炉冷炉冷使其中渗碳体分解让使其中渗碳体分解让“第一阶段石第一阶段石墨化墨化”充分进行形成团絮状石墨。充分进行形成团絮状石墨。待待炉冷至炉冷至770770650650再长时间保温再长时间保温让让“第二阶段石墨化第二阶段石墨化”充分进行，充分进行，这样处理后获得这样处理
31、后获得“黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁”。可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。可锻铸铁的石墨是通过白口铸件退火形成的。若取消第二阶段的若取消第二阶段的770770650650长时间保温，只让第一阶段石长时间保温，只让第一阶段石墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素墨化充分进行炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体加团絮状石墨的体共存的基体加团絮状石墨的“白心可锻铸铁白心可锻铸铁”。2 2、热处理、热处理 可锻铸铁的显微可锻铸铁的显微组织组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退
32、火可锻铸铁的石墨化退火3、用途、用途用于制造形状复杂且承受振动用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如载荷的薄壁小型件，如汽车、汽车、拖拉机的前后轮壳拖拉机的前后轮壳、管接头、管接头、低压阀门低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件类别类别牌号牌号试样试样直径直径d/mm抗拉强度抗拉强度b/MPa屈服强度屈服强度0.2/MPa伸长率伸长率/%硬度硬度HBW应用举例应用举例铁素体可锻铁素体可锻铸铁铸铁KTH300-0612或153006不大于150弯头、三弯头、三通、螺丝通、螺丝扳手、汽扳手、汽车及拖拉车及拖拉机前后轮机前后轮壳、减速壳、减速器壳、制器壳、制动器等动器等KTH330-083
33、308KTH350-1035020010KTH370-1237012珠光体可锻珠光体可锻铸铁铸铁KTZ450-064502706150220曲轴、凸曲轴、凸轮轴、连轮轴、连杆、活塞杆、活塞环、耙片、环、耙片、万向接头、万向接头、棘轮、传棘轮、传动链条等动链条等KTZ550-045503404180230KTZ650-026504302210260KTZ700-027005302240290可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途可锻铸铁的分类、牌号、组织及用途四、四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的蠕化剂为稀土硅铁镁合金、蠕化剂为
34、稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等 蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G 铁素体基体铁素体基体珠光体基体珠光体基体蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓第三节第三节 有色金属有色金属在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其在工业
35、生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。他非铁金属及其合金称为有色金属。与钢铁等黑色金属材料相比，有色金属具有许多优良的与钢铁等黑色金属材料相比，有色金属具有许多优良的特性，特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强强度与密度之比度与密度之比)等，等，是现代工业中不可缺少的材料，在国民经是现代工业中不可缺少的材料，在国民经济中占有十分重要的地位。济中占有十分重要的地位。轿车材料组成铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特点，铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特点，因因而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶
36、等行业。而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业。银、铜、铝等具有优良导电性和导热性的材料，银、铜、铝等具有优良导电性和导热性的材料，广泛应广泛应用于电器工业和仪表工业。用于电器工业和仪表工业。铀、钨、钼、镭、钍、铍等是原子能工业所必需的材料铀、钨、钼、镭、钍、铍等是原子能工业所必需的材料浙江三门核电站2号机组大亚湾核电站贵金属（合金）轻金属（合金）贵金属（合金）稀有金属（合金）有色金属（合金）变形有色金属（合金）铸造有色金属（合金）轴承有色金属（合金）印刷有色金属（合金）硬质有色金属（合金）按成形方法或用途分1 1、有色金属及合金分类、有色金属及合金分类散热器 铸造有色纯金属的牌号为铸造有色
37、纯金属的牌号为Z+该金属元素符号该金属元素符号+纯度百分含量数字纯度百分含量数字(或用一短横加顺序号或用一短横加顺序号)如如ZAl99.5和和ZTi-1。铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下:铸造有色合金的牌号为铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分含量数字主要合金元素符号及其名义百分含量数字+其其他合金元素符号及其百分含量数字他合金元素符号及其百分含量数字如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示，优质合金在牌号后标注字母表示，优质合
38、金在牌号后标注字母“A”。变形有色金属及其合金牌号表示方法不统一变形有色金属及其合金牌号表示方法不统一2 2、有色金属及合金牌号、有色金属及合金牌号第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 纯铝纯铝具有银白色金属光泽，密度小具有银白色金属光泽，密度小(2.72g/cm3)，熔点低，熔点低(660.4)。导电、导热性能优良导电、导热性能优良导电性仅次于银、铜和金，导热性比铁几乎大三倍。耐腐蚀耐腐蚀表面形成一层牢固致密的氧化膜，可以阻止进一步表面形成一层牢固致密的氧化膜，可以阻止进一步氧化，从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性氧化，从而使它在大气和淡水中具有良好的抗蚀性。具有具有面心立方晶格，无同素异
39、构转变，无磁性面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。易于铸造、易于切削和加工成形，应用范围广泛。易于铸造、易于切削和加工成形，应用范围广泛。一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 1、纯铝、纯铝 铝合金既具有高强度又保持铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，等，此外还有此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等等辅加元素。辅加元素。2、铝合金、铝合金铝合金型材铝合金型材铝合金门窗铝合金门窗二、铝合金的分类二、铝合金的分类变形铝合金变形铝合金不能热处理强化不能热处理强化的铝合金的铝合金铸造铝合金铸造铝合
40、金能热处理强能热处理强化的铝合金化的铝合金温温度度 Al F B，%铝合金分类示意图铝合金分类示意图+L+L+DL铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金分为铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金变形铝合金和铸造铝合金两大类。两大类。变形铝合金变形铝合金又分为又分为可热可热处理强化和处理强化和不可热处理不可热处理强化强化两类两类变形铝合金变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所以要求有良好的塑性变形能力。所以要求有良好的塑性变形能力。铸造铝合金铸造铝合金则是将
41、熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具有良好的铸造流动性。有良好的铸造流动性。三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。度保温，以析出弥散强化相的热处理。l可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。l固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出l在室温下进行的时效称在室
42、温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进；在加热条件下进行的时效称行的时效称人工时效人工时效。l时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。l温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/dl1、变形铝合金、变形铝合金l 变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法 l根据国标规定根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系
43、牌号位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量百万吨一次生产量二次回收量总用量lGB 3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金锻铝合金：LD+序号序号铝合金制品l 常用变形铝合金常用变形铝合金l 防锈铝合金防锈铝合金l主要是主要是Al-Mn和和Al-Mg系合金。系合金。lMn和和Mg主要作用是主要作用是卫星天线（LF2）提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相
44、固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。l常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（3A21），其抗蚀性，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。l常用的常用的Al-Mg系合金有系合金有 LF5（5A05），其密度比纯，其密度比纯 铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。l 硬铝合金硬铝合金l主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少
45、量Mn。l可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。l强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.飞机翼梁(腹板为硬铝合金)l 超硬铝合金超硬铝合金l属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并系合金，并含有少量含有少量Cr和和Mn。l时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.l热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工等，主要用于
46、工作温度较低、受力较大的结作温度较低、受力较大的结构件构件,如飞机大梁如飞机大梁、起落架等起落架等.飞机主起落架l 锻铝合金锻铝合金lAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 可可锻性好，力学性能高，锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等.lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼l2、铸造铝合
47、金、铸造铝合金 包括：包括：lAl-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号l Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 l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.57712.7%未变质处理 经变质处理 ZL102的铸态组织l加入其他合金元素的铝硅铸造加入其他合金元素的铝硅铸造合金称合金称复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。lA
48、l-Si系铸造铝合金的铸造性能系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)l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。l Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造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，强度低于性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头l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。l Al-Mg系铸造铝系铸
49、造铝合金合金l这类合金的耐蚀性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度好，强度高，密度小；但铸造性能差小；但铸造性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.l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)l Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强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。化；但密度大，耐蚀性较差。l常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.l主
50、要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。l一、铜及铜合金性能特点一、铜及铜合金性能特点l纯铜呈紫红色，故又称紫铜，纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。l纯铜具有优良的导电性和导热纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。有良好的耐蚀性。塑性好。热轧铜合金l铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.l铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜合
