1、金 属 材 料一、金属材料包括黑色金属材料和有色金属材料。一、金属材料包括黑色金属材料和有色金属材料。二、黑色金属是指铁和碳的合金。二、黑色金属是指铁和碳的合金。如钢、如钢、生铁生铁、铸铁铸铁等。等。1、钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合、钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。金。钢是含碳量在钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过碳量一般不超过1.7%生铁是指把生铁是指把铁矿石铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造放到高炉中冶炼而成的产品，
2、主要用来炼钢和制造铸铸件件。生铁。生铁含碳量大于含碳量大于2 2、把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸、把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。成铸件，这种铸铁叫铸铁件。三三、有色金属材料、有色金属材料 有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。1.4.1 钢1.1.化学成分对钢的力学性能的影响化学成分对钢的力学性能的影响 1)1)锰、硅锰、硅的影响的影
3、响:有益元素有益元素.Mn Mn和和SiSi在钢中大部分溶于铁素体在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。起强化作用。MnMn能减轻能减轻S S的有害作用。的有害作用。FeSFeSMnMnMnSMnSFe,MnSFe,MnS高熔点，可以消除硫的热脆性。高熔点，可以消除硫的热脆性。2)2)硫硫的影响的影响:有害元素有害元素,Fe,FeS SFeSFeS，FeSFeS与与FeFe易形成低熔点的共晶体，可易形成低熔点的共晶体，可使钢引起热脆性。使钢引起热脆性。FeS+Fe FeS+Fe共晶体的熔点低（共晶体的熔点低（989989），对钢进行热加工（锻造，轧制），对钢进行热加工（锻造，轧制）时，加热温度常
4、在时，加热温度常在10001000以上，这时晶界上的以上，这时晶界上的FeS+FeFeS+Fe共晶熔化，导致热共晶熔化，导致热加工时钢的开裂。加工时钢的开裂。3)3)磷磷的影响的影响:有害元素。有害元素。P P在钢中可溶于铁素体，使钢强度、硬度增加，塑性、在钢中可溶于铁素体，使钢强度、硬度增加，塑性、韧性减小，易使钢产生冷脆现象。韧性减小，易使钢产生冷脆现象。冷脆现象：磷在纯铁中有相当大的溶解度它使钢的脆性转变温度急剧升冷脆现象：磷在纯铁中有相当大的溶解度它使钢的脆性转变温度急剧升高。温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域叫脆性转高。温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温
5、度区域叫脆性转变温度。变温度。2.钢的分类 (1)(1)按化学成分分类按化学成分分类:根据各种合金元素规定含量界限值根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为将钢分为1 1）非合金钢（碳素钢），见教材）非合金钢（碳素钢），见教材2727页页2 2）低合金钢（合金元素含量小于）低合金钢（合金元素含量小于5%5%）3 3）合金钢）合金钢 钢的分类钢的分类化学成分化学成分质量等级质量等级主要性能主要性能使用特性使用特性表1-2 部分合金元素规定质量分数界限值 (%)合金元素合金元素非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢CrCr0.300.300.300.500.300.50 0.50 0.50M
6、nMn1.001.001.001.401.001.401.401.40MoMo0.050.050.050.100.050.100.100.10NiNi0.300.300.300.500.300.500.500.50SiSi0.500.500.500.900.500.900.900.90(2)按主要质量等级分类1)1)普通质量钢普通质量钢：即对生产过程中控制质量无特殊规定的、一即对生产过程中控制质量无特殊规定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。般用途的非合金钢和低合金钢。S S、P P含量见教材含量见教材p28p282)2)优质钢优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢即在生产过程中需要按规定
7、控制质量的钢,并达到比并达到比普通质量钢较高的质量要求。普通质量钢较高的质量要求。3 3）特殊质量钢：即在生产过程中需要严格控制质量和性能的）特殊质量钢：即在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。按质量等级按质量等级普通质量钢普通质量钢 优质钢优质钢 特殊质量钢特殊质量钢(3)按使用特性分类工程工程结构用钢结构用钢耐热钢耐热钢不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢机械机械结构用钢结构用钢工具钢工具钢使用特性使用特性钢使用特性分类的具体解释合金工具钢：容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大、合金工具钢：容易淬硬
8、，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大、形状复杂的刃具、模具和量具形状复杂的刃具、模具和量具。工程结构用钢：工程结构用钢：工程和建筑结构用的合金钢工程和建筑结构用的合金钢。机械结构钢：制造机器和机械零件的合金钢机械结构钢：制造机器和机械零件的合金钢。它是在优质碳紊钢的。它是在优质碳紊钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。和淬透性。不锈耐蚀钢：它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之，能抵不锈耐蚀钢：它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质抗大气腐蚀
9、的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质(如酸类如酸类)腐蚀的钢叫耐腐蚀的钢叫耐酸钢。酸钢。耐热钢：在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热钢：在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热性能的钢称作耐热钢。(1)非合金钢1)1)普通碳素结构钢（普通碳素结构钢（p28p28）牌号牌号：例如例如 Q235F Q235F “Q Q”表示屈服点，表示屈服点，“235235”表示屈服点值为表示屈服点值为235MPa,235MPa,“F F”表示脱氧方法（沸腾钢）。表示脱氧方法（沸腾钢）。用途用途 ：碳素结构钢碳素结构钢w(C)w(C)为为0.06%0.38%0
10、.06%0.38%。主要用来制造一般工程结构和普通机床零件，主要用来制造一般工程结构和普通机床零件，通常轧制成各种型材、板材和线材等。通常轧制成各种型材、板材和线材等。3.3.钢的牌号和应钢的牌号和应用用牌号牌号质量质量等级等级化学成分化学成分(质量分数质量分数,%),%)力学性能力学性能C CMnMnSiSiS SP Pss/MPa/MPabb/MPa/MPa(%)(%)不大于不大于Q195Q1950.060.0.060.12120.250.250.500.500.030.030.0500.0500.00.045451951953153154304303333Q215Q215A A0.090
11、.0.090.15150.250.250.550.550.300.300.0500.0500.00.045452152153353354504503131Q255Q255A A0.180.0.180.28280.400.400.700.700.300.300.0500.0500.00.045452552554104105505502424Q275Q2750.280.0.280.38380.500.500.800.800.350.350.0500.0500.00.045452752754904906306302020表表1-3 1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能碳素结构钢部分牌号、成分与
12、力学性能2)优质碳素结构钢 牌号牌号：是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平 均碳的质量分数（万分数）。均碳的质量分数（万分数）。例如例如 45钢钢 表示平均表示平均w(C)为为0.45%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。若为沸腾钢，则在牌号后加若为沸腾钢，则在牌号后加“F”符号，如符号，如08F。若含锰量较高，则在数字后加若含锰量较高，则在数字后加“Mn”符号。符号。用途用途：主要用来制造比较重要的机械零件，主要用来制造比较重要的机械零件，如轴、连杆、弹簧等。如轴、连杆、弹簧等。20钢金相组织示意图钢金相组织示意图牌牌号号化学成分化学成分（质量分数
13、，（质量分数，%）力学性能（不小于）力学性能（不小于）应用举例应用举例C CSiSiMnMn s s/MPMPa a b b/MPMPa a(%)(%)(%)(%)HBSHBS(热热轧）轧）08F0.050.110.030.250.502951753560131要求冷成形性和焊要求冷成形性和焊接性良好的零件，接性良好的零件，如冲压件、焊接件如冲压件、焊接件等。等。200.170.230.170.370.350.654102452555156同上，且用于要求同上，且用于要求内韧外硬的渗碳件。内韧外硬的渗碳件。600.570.650.170.370.500.806754001535255经淬火和中
14、温回火经淬火和中温回火具有较高弹性的各具有较高弹性的各类弹簧等。类弹簧等。表表1-4 1-4 优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例图图1-15 丝锥丝锥 牌号牌号：是用规定符号是用规定符号T T（碳字的汉语（碳字的汉语拼音字首）和数字表示（拼音字首）和数字表示（数字表示数字表示含碳量的千分之几含碳量的千分之几）。）。例如例如 T10AT10A “1010”表示平均表示平均w(C)w(C)为为1%1%，“A A”表示高级优质。表示高级优质。用途用途:用于制造不受冲击、用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具，高硬度、耐磨的工具，如锉刀、手锯条、拉丝
15、模等。如锉刀、手锯条、拉丝模等。T12T12钢的金相组织钢的金相组织牌号牌号化学成分（质量分数，化学成分（质量分数，%）试样淬火试样淬火HRCHRC（不（不小于）小于）应用举例应用举例C CSiSiMnMnT8T80.750.750.840.840.350.350.400.40（780780800800，水淬）水淬）6262承受冲击，要求较高硬承受冲击，要求较高硬度的工具。如压缩空气度的工具。如压缩空气工具等。工具等。T9AT9A0.850.850.940.940.400.40（760760780,780,水淬）水淬）6262韧性中等，硬度高的工韧性中等，硬度高的工具。如冲头、木工工具，具。如
16、冲头、木工工具，凿岩工具。凿岩工具。T10T100.950.951.041.04不受剧烈冲击、高硬度、不受剧烈冲击、高硬度、耐磨的工具。如冲头、耐磨的工具。如冲头、手锯条等。手锯条等。T12AT12A1.151.151.241.24不受冲击、要求高硬度、不受冲击、要求高硬度、高耐磨的工具。如锉刀、高耐磨的工具。如锉刀、量具等。量具等。表表1-5 1-5 碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用(2)低合金高强度结构钢牌号牌号：例如：例如 Q390AQ390A “Q Q”表示屈服点，表示屈服点，“390390”表示屈服点值为表示屈服点值为390MPa390MPa，
17、“A A”表示质量等级为表示质量等级为A A 级。级。用途用途：低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理，低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理，综合力学性能良好，综合力学性能良好，用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。(3)合金钢1 1）合金结构钢）合金结构钢 牌号牌号：例如例如 60Si2Mn60Si2Mn,“6060”表示平均表示平均w(C)=0.6%w(C)=0.6%，“Si2 Si2”表示平均表示平均w(Si)=2%w(Si)=2%，“Mn Mn”表示平均表示平均w(Mn)1.5%w(Mn)1.5%。用途用途：合金结构钢的力学性
18、能优于优质碳素结构钢，合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢，常用来制造常用来制造重要的零件重要的零件，如，如齿轮、轴类、弹簧齿轮、轴类、弹簧等。等。例：渗碳钢，例：渗碳钢，20CrMnTi20CrMnTi；调质钢，调质钢，40CrMn40CrMn；弹簧钢，弹簧钢，60Si2Mn60Si2Mn。2 2）合金工具钢）合金工具钢牌号牌号：例例1 1：低合金工具钢低合金工具钢:9SiCr9SiCr “9 9”表示平均表示平均w(C)=0.9%w(C)=0.9%，“SiSi”表示平均表示平均w(Si)1.5%w(Si)1.5%，“CrCr”表示平均表示平均 w(Cr)1.5%w(Cr)1.5%。用途用
19、途：合金工具钢的力学性能：合金工具钢的力学性能 优于碳素工具钢，优于碳素工具钢，广泛用于制造各种刃具、量具、模具广泛用于制造各种刃具、量具、模具等。等。如钻头、绞刀、量块和冲模等。如钻头、绞刀、量块和冲模等。图图1-161-16 硬质合金冲模硬质合金冲模图图1-171-17 铸钢件铸钢件 将熔炼好的钢液直接铸成零件毛坯，不再进行锻造的钢件称将熔炼好的钢液直接铸成零件毛坯，不再进行锻造的钢件称铸钢件。铸钢件。性能特点性能特点：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，用途用途：主要用于制造承受：主要用于制造承受重载荷及冲击载荷重载荷及冲击载荷的构件。的构件。如锻锤
20、机架、齿轮、轧辊等。如锻锤机架、齿轮、轧辊等。在各类铸造合金中，在各类铸造合金中，铸钢的应用仅次于铸铁。铸钢的应用仅次于铸铁。主要主要分为分为：铸造碳钢和：铸造碳钢和 铸造合金钢。铸造合金钢。1)1)铸造碳钢铸造碳钢牌号牌号：例如例如 ZG230450 450b450MPa；230s（0.2）230MPa；ZG “铸钢铸钢”汉语拼音首字母。汉语拼音首字母。性能特点性能特点：有一定的强度和较好的塑性、韧有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性性，焊接性能良好，切削加工性尚好。尚好。用途用途：作砧座、轴承盖、齿轮等。作砧座、轴承盖、齿轮等。图图1-181-18 各种铸钢件各种铸钢件
21、牌号牌号化学成分（质量分化学成分（质量分数，数，%）力学性能（最小值）力学性能（最小值）主要特点及应用主要特点及应用C CSiSiMnMn s s(0.20.2)/MPa/MPa b b/MPa/MPa(%)(%)ZG2004000.200.500.8020040025塑性、韧性较好，强度、塑性、韧性较好，强度、硬度较低，焊接性良好，硬度较低，焊接性良好，但铸造性能差，用于受力但铸造性能差，用于受力不大，韧性要求较高的零不大，韧性要求较高的零件。如机座、机架等。件。如机座、机架等。ZG3406400.600.600.9034064010强度、硬度较高，塑性、强度、硬度较高，塑性、韧性较差，焊接
22、性和铸造韧性较差，焊接性和铸造性能均差，用于受力较大性能均差，用于受力较大的耐磨零件。如齿轮、棘的耐磨零件。如齿轮、棘轮、车轮等。轮、车轮等。表表1-6 1-6 铸造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用铸造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用2)铸造合金钢 即为改善性能而添加的合金元素含量即为改善性能而添加的合金元素含量 超过超过铸造碳钢范围的铸钢。铸造碳钢范围的铸钢。牌号牌号：例如例如 ZG30MnSi1ZG30MnSi1 30 W30 W（C C）为）为0.3%0.3%左右。左右。Si W Si W（Si Si）为）为0.91.4%0.91.4%Mn W Mn W（MnMn）为）为0.91.4
23、%0.91.4%主要特点主要特点：耐磨性高。：耐磨性高。用途用途：用于受力较大的耐磨零件，：用于受力较大的耐磨零件，如链轮、齿轮、承力支架等。如链轮、齿轮、承力支架等。1.4.2 铸 铁 铸铁铸铁：含碳量为含碳量为2.5%4.0%的铁碳合金。的铁碳合金。性能特点：性能特点：良好的铸造性能、切削良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性和减震加工性能、耐磨性和减震性，且熔炼工艺与设备比性，且熔炼工艺与设备比较简单，成本低廉。较简单，成本低廉。用途：铸铁件占铸件总产量的用途：铸铁件占铸件总产量的80%80%左右。左右。如机床床身、箱体等。如机床床身、箱体等。w(Si)1.0%3.0%w(Mn)0.5%1
24、.3%w(P)0.3%w(S)0.15%w(C)2.5%4.0%铸铁的铸铁的化学成分化学成分1.铁碳合金双重相图 铸铁中，碳的存在铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体形式有渗碳体（FeFe3 3C C）和游离状态的石墨和游离状态的石墨（GG）两种。两种。铁碳合金实际上存在铁碳合金实际上存在两种两种相图相图：（1 1）FeFeFeFe3 3C C相图，相图，（2 2）FeFeGG相图。相图。图图1-19 1-19 铁碳双重相图铁碳双重相图 第一阶段：高温石墨化阶段，第一阶段：高温石墨化阶段，“一次结晶析出石墨一次结晶析出石墨G”G”11541154：L L4.26 4.26 A A2.082.08+G
25、+G(共晶共晶)第二阶段：中间石墨化阶段，第二阶段：中间石墨化阶段，“二次结晶析出二次结晶析出G”G”1154-7381154-738：A GA G第三阶段：低温石墨化阶段，第三阶段：低温石墨化阶段，“共析反应析出共析反应析出G”G”738738：A A0.680.68 F+G F+G(共析共析)铸铁的组织：铸铁的组织：铸铁按石墨化程度的不同铸铁按石墨化程度的不同可获得三种不同基体的组织：可获得三种不同基体的组织：（1 1）珠光体）珠光体+石墨，石墨，（2 2）珠光体）珠光体+铁素体铁素体+石墨，石墨，（3 3）铁素体）铁素体+石墨。石墨。铁素体铁素体+石墨石墨铁素体铁素体+珠光体珠光体+石墨
26、石墨珠光体珠光体+石墨石墨铸铁组织铸铁组织3.影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。（1 1）化学成分）化学成分 碳和硅碳和硅 分别是形成石墨和强烈促进石墨化的元素，分别是形成石墨和强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳、硅含量越高，石墨越容易析出。铸铁中碳、硅含量越高，石墨越容易析出。硫硫 强烈阻碍石墨化，且容易增加铸铁的热裂倾向，强烈阻碍石墨化，且容易增加铸铁的热裂倾向，锰锰 虽然阻碍石墨化，但锰与硫能形成硫化锰，有利虽然阻碍石墨化，但锰与硫能形成硫化锰，有利 于减弱硫的不利影响，而且还能促进珠光体形成，于减弱硫的不利影响，
27、而且还能促进珠光体形成，强化基体，故铸铁中必须含一定量的锰。强化基体，故铸铁中必须含一定量的锰。磷磷 是微弱促进石墨化的元素，是微弱促进石墨化的元素，但会增加铸铁的冷脆性。但会增加铸铁的冷脆性。（2)冷却速度1 1）慢冷：利于石墨析出并长大，形成灰口，）慢冷：利于石墨析出并长大，形成灰口，2 2）快冷：石墨来不及析出，）快冷：石墨来不及析出，碳以碳以FeFe3 3C C存在，形成白口。存在，形成白口。注：注：要获得所需的组织和性能的铸件，应根据铸件的壁厚，要获得所需的组织和性能的铸件，应根据铸件的壁厚，控制铸件中碳和硅的含量，配合以适当的含锰量，并严格控控制铸件中碳和硅的含量，配合以适当的含锰
28、量，并严格控制硫、磷的含量。制硫、磷的含量。（3）变质处理（孕育处理）变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如SiSiFeFe、SiSiCaCa合金，以增加石墨的结晶核心，促进石合金，以增加石墨的结晶核心，促进石墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。变质铸铁（孕育铸铁）变质铸铁（孕育铸铁）即经过变质处理后所获得的高强度铸铁。即经过变质处理后所获得的高强度铸铁。性能特点：强度较高，塑性、韧性得到改善。性能特点：强度较高，塑性、韧性得到改善。4.铸铁的分类、牌号及应用 按碳的存在形式和石墨形态
29、的不同，可以按碳的存在形式和石墨形态的不同，可以将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型。铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型。铸铁铸铁按石墨形态按石墨形态按碳的存在形式按碳的存在形式白口铸铁白口铸铁 麻口铸铁麻口铸铁灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁铸铁中常见的石墨形态铸铁中常见的石墨形态 (1)(1)片状片状（2 2）球状）球状（3 3）团絮状）团絮状（4 4）蠕虫状）蠕虫状(1)(1)白口铸铁白口铸铁 白口铸铁白口铸铁：碳以游离碳化物的碳以游离碳化物的形式析出的铸铁，断口呈白色。形式析出的铸
30、铁，断口呈白色。白口铸铁硬而脆，难以加工，白口铸铁硬而脆，难以加工，很少用来制造零件，有时利用很少用来制造零件，有时利用其硬而耐磨的特点制造某些耐其硬而耐磨的特点制造某些耐磨零件，如球磨机的衬板、磨磨零件，如球磨机的衬板、磨球等。球等。（2 2）麻口铸铁）麻口铸铁 麻口铸铁麻口铸铁：碳部分以游离碳化物碳部分以游离碳化物形式析出，部分以石墨形式析形式析出，部分以石墨形式析出的铸铁，断口呈灰白色相间。出的铸铁，断口呈灰白色相间。图图1-211-21 灰口铸铁灰口铸铁图图1-201-20 白口铸铁白口铸铁（3）灰铸铁 灰铸铁灰铸铁：又称片墨铸铁，：又称片墨铸铁，碳主要以碳主要以片状石墨片状石墨形式存
31、在的铸铁。形式存在的铸铁。1)1)灰铸铁的性能灰铸铁的性能 力学性能力学性能较差（相比碳钢）。较差（相比碳钢）。工艺性能工艺性能 铸造性能良好，切削加工性能良好，铸造性能良好，切削加工性能良好，不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。其它使用性能其它使用性能 耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。2)灰铸铁的牌号及应用 牌号牌号：例如：例如 HT200HT200 “200200”：抗拉强度抗拉强度 b b200MPa200MPa，“HTHT”：灰铁的汉语拼音首字母。灰铁的汉语拼音首字母。应用应用：用于制造机座、支架、用于制造机座
32、、支架、缝纫机零件、车床床身等。缝纫机零件、车床床身等。图图1-221-22 灰铸铁件灰铸铁件类类别别牌号牌号铸件壁铸件壁厚厚/cm/cm基体基体组织组织最小抗拉强度最小抗拉强度 b b/MPa/MPaHBSHBS应用举例应用举例普普通通灰灰铸铸铁铁HT100HT1002.5102.510102010202030203030503050F F13013010010090908080110167110167931409314087131871318212282122 负荷很小的不负荷很小的不重要零件。如重重要零件。如重锤、防护罩、盖锤、防护罩、盖板等板等普普通通灰灰铸铸铁铁HT150HT1502
33、.5102.510102010202030203030503050F+PF+P175175145145130130120120136205136205119179119179110167110167105157105157 承受中等负荷件。承受中等负荷件。如机座、支架、如机座、支架、箱体、轴承座、箱体、轴承座、缝纫机零件等缝纫机零件等表表1-7 1-7 灰铸铁部分牌号、力学性能和应用灰铸铁部分牌号、力学性能和应用类类别别牌号牌号铸件壁铸件壁厚厚/cm/cm基体基体组织组织最小抗拉强度最小抗拉强度b/MPab/MPaHBSHBS应用举例应用举例孕孕育育铸铸铁铁HT250HT25041041010
34、2010202030203030503050P P270270240240220220200200174262174262164247164247157236157236150225150225 负荷较大的负荷较大的铸件，尤其是厚铸件，尤其是厚壁件。如机体、壁件。如机体、阀体液压缸等。阀体液压缸等。HT300HT300102010202030203030503050290290250250230230182272182272168251168251161241161241 载荷较大的载荷较大的重要铸件，尤其重要铸件，尤其是厚壁件。如齿是厚壁件。如齿轮、凸轮、重型轮、凸轮、重型机床床身、液压机床
35、床身、液压件等件等续上表：3 3）孕育铸铁）孕育铸铁 孕育铸铁孕育铸铁：铁液经孕育处理后获得的亚共晶灰铸铁。铁液经孕育处理后获得的亚共晶灰铸铁。性能特点：孕育铸铁性能对壁厚的敏感性很小，性能特点：孕育铸铁性能对壁厚的敏感性很小，组织和性能的均匀性很好，组织和性能的均匀性很好，应用：适用于制造载荷较大、耐磨性减震性要求较高的应用：适用于制造载荷较大、耐磨性减震性要求较高的 重要铸件，特别是厚大铸件。如机床床身、发动重要铸件，特别是厚大铸件。如机床床身、发动 机气缸体等。机气缸体等。图图1-23 1-23 孕育剂孕育剂（）球墨铸铁（）球墨铸铁1)球墨铸铁球墨铸铁：铁液经过球化处理铁液经过球化处理和
36、孕育处理，使石墨大部分或和孕育处理，使石墨大部分或全部呈球状的铸铁。全部呈球状的铸铁。2)化学成分、组织、性能化学成分、组织、性能：化学成分特点：化学成分特点：高碳、硅，低锰、磷、硫。高碳、硅，低锰、磷、硫。图图1-241-24 球墨铸铁球墨铸铁性能：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁），性能：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁），同时具有灰铁的优良性能。同时具有灰铁的优良性能。3）球墨铸铁的牌号和应用）球墨铸铁的牌号和应用牌号牌号：例如例如 QT600 QT6003 3 “QT”“QT”球铁的汉语拼音首字母，球铁的汉语拼音首字母，“600”“600”抗拉强度抗拉强度 b b300Mpa300Mp
37、a，“3”“3”伸长率伸长率3%3%。应用：用于制造汽车曲轴、连杆、蜗轮、齿轮等零件。应用：用于制造汽车曲轴、连杆、蜗轮、齿轮等零件。牌号牌号 基体基体机械性能机械性能应用举例应用举例 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa 5 5%a ak k kJmkJm2 2HBSHBSQT400-18QT400-18F F4004002502501818600600130130180180 汽车、拖汽车、拖拉机后桥拉机后桥壳壳QT500-7QT500-7F+PF+P5005003503507 7170170230230 齿轮齿轮QT1200-1QT1200-1B B下下12001200840
38、8401 13003003838HRCHRC汽车、拖汽车、拖拉机传动拉机传动齿轮齿轮 表1-8 球墨铸铁部分牌号、力学性能和应用4）常用的球墨铸铁 目前应用最为广泛的是珠光目前应用最为广泛的是珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。（1 1）珠光体球墨铸铁）珠光体球墨铸铁 指基体主要为珠光体的球墨铸指基体主要为珠光体的球墨铸铁，强度、硬度高铁，强度、硬度高,耐磨性好。耐磨性好。（2 2）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁 指基体主要为铁素体的球墨铸指基体主要为铁素体的球墨铸铁，抗拉强度比珠光体球铁低，铁，抗拉强度比珠光体球铁低，但塑性、韧性较高，力学性能优但塑性、韧性较高，力学
39、性能优于可锻铸铁。于可锻铸铁。图图1-251-25珠光体球墨铸珠光体球墨铸铁铁图图1-26铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁图图1-27混合基体球墨铸铁混合基体球墨铸铁（5）可锻铸铁可锻铸铁：可锻铸铁：又称马铁。又称马铁。是白口铸铁通过石墨化退火是白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相组织或成分处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁。而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁中的碳主要以团絮可锻铸铁中的碳主要以团絮状石墨存在。状石墨存在。图图1-281-28 可锻铸铁可锻铸铁1 1）化学成分：化学成分：W(C)：2.42.8%，W(Si)：1.22.0%，W(Mn)：0.41.2%，W(S)0.
40、1%，W(P)0.2%。2 2）性能特点：）性能特点：灰铸铁相比不仅有较高的强度，而且有较高的塑性和韧灰铸铁相比不仅有较高的强度，而且有较高的塑性和韧性。性。可锻铸铁因此得名，实际上它仍然是不可锻造的。可锻铸铁因此得名，实际上它仍然是不可锻造的。3 3）可锻铸铁的生产）可锻铸铁的生产:先浇注成白口铸件，再经石墨化退火获得。先浇注成白口铸件，再经石墨化退火获得。4 4）牌号及应用）牌号及应用P31P31 分分类类 牌牌 号号试棒试棒直径直径mmmm抗拉抗拉强度强度 b b MPaMPa延伸延伸率率%硬度硬度 HBHB 应用举例应用举例铁铁素素体体基基体体KT300-06163006150承受冲击
41、、振动承受冲击、振动及扭转负荷的零及扭转负荷的零件，如汽车的后件，如汽车的后桥壳、管件等。桥壳、管件等。KT370-121637012 珠珠光光体体基基体体KT450-06164506150200负荷较高和耐磨负荷较高和耐磨损零件，如曲轴、损零件，如曲轴、连杆、齿轮等。连杆、齿轮等。KTZ700-02167002240290 表1-9 可锻铸铁部分牌号、力学性能及应用（6）蠕墨铸铁 1 1）蠕墨铸铁蠕墨铸铁：金相组织中石墨形金相组织中石墨形态主要为蠕虫状石墨的铸铁，它态主要为蠕虫状石墨的铸铁，它是向一定成分的铁液中加入适量是向一定成分的铁液中加入适量的蠕化剂（如镁钛合金等）和孕的蠕化剂（如镁钛
42、合金等）和孕育剂而获得的。育剂而获得的。2）性能特点：）性能特点：强度比灰铸铁高，强度比灰铸铁高，有一定的韧性和较高的耐磨性，有一定的韧性和较高的耐磨性，壁厚敏感性比灰铁小得多，壁厚敏感性比灰铁小得多，减震性比球铁高，低于灰铁。减震性比球铁高，低于灰铁。工艺性良好，铸造性能接近灰工艺性良好，铸造性能接近灰 铁，切削加工性能接近球铁。铁，切削加工性能接近球铁。图图1-29 1-29 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 5 5）蠕墨铸铁的生产）蠕墨铸铁的生产 与球墨铸铁基本相同。与球墨铸铁基本相同。铁液成分：高碳、硅，低锰、磷、硫，铁液成分：高碳、硅，低锰、磷、硫，蠕化处理：蠕化处理：蠕化剂蠕化剂:国外，镁合金；国
43、外，镁合金；国内，稀土镁钛，稀土镁钙合金等。国内，稀土镁钛，稀土镁钙合金等。采用冲入法，采用冲入法，加入量：为铁液质量的加入量：为铁液质量的1 12 2。孕育处理：加孕育剂。孕育处理：加孕育剂。注：蠕虫状石墨是一种过渡形式，生产中需严格控注：蠕虫状石墨是一种过渡形式，生产中需严格控 制蠕化剂。制蠕化剂。（7）合金铸铁 合金铸铁合金铸铁：常规元素硅、锰高于常规元素硅、锰高于普通铸铁规定含量或含有其它合普通铸铁规定含量或含有其它合金元素，具有较高力学性能或某金元素，具有较高力学性能或某些特殊性能的铸铁。些特殊性能的铸铁。性能特点：具有更高的力学性能，性能特点：具有更高的力学性能，还具有某些特殊性能
44、，如耐热、还具有某些特殊性能，如耐热、耐磨、耐蚀等。耐磨、耐蚀等。应用：例如在孕育铸铁中加入质量应用：例如在孕育铸铁中加入质量分数为分数为0.4%0.6%0.4%0.6%的磷或同时的磷或同时加入少量的铜、钛等元素，就可加入少量的铜、钛等元素，就可以得到高磷耐磨铸铁，可用来制以得到高磷耐磨铸铁，可用来制造轴承、活塞环、机床导轨等零造轴承、活塞环、机床导轨等零件。件。图图1-30 1-30 耐热合金铸铁模具耐热合金铸铁模具1.4.3 1.4.3 非铁金属材料非铁金属材料铁及其合金以外的金属材料，铁及其合金以外的金属材料，统称为非铁金属材料。统称为非铁金属材料。如铜、铝、铅等及其合金。如铜、铝、铅等
45、及其合金。性能特点：色泽鲜艳、导电、耐热、性能特点：色泽鲜艳、导电、耐热、耐蚀或良好的加工性能等。耐蚀或良好的加工性能等。因而成为现代工业中不可缺少的材料。因而成为现代工业中不可缺少的材料。图图1-31 中国古代铜的冶炼中国古代铜的冶炼.铜及其合金（）（）阴极铜阴极铜 又称纯铜，外观呈紫色，熔点为1083，具有良好的导电性，导热性、耐蚀性及塑性。（）铜合金铜合金 即以铜为基的合金。即以铜为基的合金。按化学成分不同可分为按化学成分不同可分为黄铜、青铜黄铜、青铜及白铜及白铜三类。三类。青铜青铜白铜白铜黄铜黄铜铜合金铜合金）黄铜 u-Znu-Zn合金或以合金或以ZnZn为主要合金元为主要合金元素的铜
46、合金称为素的铜合金称为黄铜黄铜。按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。铜和特殊黄铜两类。普通黄铜普通黄铜 铜锌铜锌二元合金，其中多数通过压力加工制二元合金，其中多数通过压力加工制成型材，成为成型材，成为普通变形黄铜普通变形黄铜。当平均当平均w(Zn)w(Zn)32%32%时，塑性最好，时，塑性最好，强度最高，是工业上应用较多的铜合金。强度最高，是工业上应用较多的铜合金。普通铸造黄铜普通铸造黄铜不但具有优良的力学性能和不但具有优良的力学性能和铸造性能，而且切削加工性能好，也可以铸造性能，而且切削加工性能好，也可以焊接。焊接。图图1-321-32 黄
47、铜黄铜特殊黄铜特殊黄铜 在普通黄铜中加入其它元素所组成的多元合金称为在普通黄铜中加入其它元素所组成的多元合金称为特殊黄铜特殊黄铜。常加入的元素有常加入的元素有铅、锡、硅、铝、铁铅、锡、硅、铝、铁等，相应地称这些特殊黄等，相应地称这些特殊黄铜为铜为铅黄铜、锡黄铜铅黄铜、锡黄铜等等。等等。合金元素加入黄铜后，主要是提高黄铜的合金元素加入黄铜后，主要是提高黄铜的特殊性能特殊性能和改善其和改善其工艺性能。工艺性能。如加入如加入Sn、Al、Mn、Si可提高耐蚀性及减少黄铜可提高耐蚀性及减少黄铜 应力腐蚀开裂的倾向应力腐蚀开裂的倾向;加加Si可改善铸造性能；可改善铸造性能；加加Pb则改善切削加工性能。则改
48、善切削加工性能。2)青铜 青铜原指青铜原指Cu-Sn合金，是人类应用最早的一种合金，但合金，是人类应用最早的一种合金，但工业上习惯称含有工业上习惯称含有Al、Si、Pb、Mn、Be等的铜基合金为青铜。等的铜基合金为青铜。青铜包括有青铜包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜锡青铜、铝青铜、铍青铜等。等。图图1 133 33 青铜工艺品青铜工艺品3）白铜 白铜白铜:以以镍镍为主加合金元为主加合金元 素的铜合金。素的铜合金。主要有普通白铜、铝白铜和主要有普通白铜、铝白铜和锰白铜等。锰白铜等。白铜耐蚀性好、电白铜耐蚀性好、电阻率高，多用来制造船舶阻率高，多用来制造船舶仪器零件、化工机械零件仪器零件、化工机械零件
49、和医疗器械。和医疗器械。图图1-34 白铜管白铜管2.铝及铝合金 铝是地壳中储量最丰富铝是地壳中储量最丰富的元素之一，约占全部金属的元素之一，约占全部金属的三分之一。的三分之一。特点特点：铝的比重轻，是铜：铝的比重轻，是铜 的的1/31/3倍，属于轻金倍，属于轻金 属。熔点是属。熔点是660660。铝的导电性和导热性铝的导电性和导热性 都很好，仅次于银和都很好，仅次于银和 铜。因此，铝被广泛铜。因此，铝被广泛 用于制造导电材料和用于制造导电材料和 热传导器件。热传导器件。图图1-35 1-35 铝为基的二元合金的共晶相图铝为基的二元合金的共晶相图 (1)(1)纯铝纯铝 特点特点：质量轻、溶点低
50、。具有良好的塑性、：质量轻、溶点低。具有良好的塑性、耐蚀性、导热性和导电性，且价格相对低廉。耐蚀性、导热性和导电性，且价格相对低廉。但其但其强度和硬度均低强度和硬度均低，因此用于制造电线、电，因此用于制造电线、电缆、耐蚀器具和生活用以及配制各种铝合金。缆、耐蚀器具和生活用以及配制各种铝合金。（2 2）铝合金）铝合金 以铝为基的合金，强度高于纯铝，用于制以铝为基的合金，强度高于纯铝，用于制造承受载荷的结构零件。造承受载荷的结构零件。主加元素主加元素：如铜、锰、硅、镁、锌等。：如铜、锰、硅、镁、锌等。一般起强化作用。一般起强化作用。附加元素：附加元素：如铬、铁、锆等。如铬、铁、锆等。用于细化铝合金
