机械制造基础-第6章-铸铁有色金属等

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。具有良好的铸造性、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格廉价。铸铁按碳的存在形式分为：1.白口铸铁：Fe3C2.灰口铸铁：G3.麻口铸铁：Fe3C+G此外，为满足耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能的需求，在铸铁中参加铬、钼、铜、铝、硅等合金元素就得到合金铸铁。,第,6,章 铸铁,6.1,铸铁的石墨化及其影响因素,1,铸铁中碳原子以石墨G形式析出的过程称为石墨化。,石墨是碳的一种结晶形式，具有六方晶格，强度、硬度、塑性和韧性极低，接近于零，硬度仅为35HBS。,石墨的形状、数量、大小及分布对铸铁的组织和性能有重要影响。,1,铸铁的石墨化,2,1化学成分的影响,2,影响石墨化的因素,碳和硅是强烈促进石墨化的元素。铸铁中碳、硅的含量越高，越容易进行石墨化，得到灰口铸铁组织。,硫是强烈阻止石墨化的元素。一般,Ws,0.15,。,锰是阻止石墨化的元素。一般,WMn,0.6,1.3,。,磷是微弱促进石墨化的元素。一般,WP,0.3,。,2冷却速度的影响,3,6.2,灰铸铁,6.2.1,灰铸铁的成分、组织与性能,成份：,一般为,Wc=2.5%,3.6%,Wsi=1.0%,2.2%,WMn=0.5%,1.3%,Ws0.15%,Wp0.30%,。,组织：,碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素体基体、铁素体,-,珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。,性能：,取决于基体组织和石墨的形态、数量、大小和分布。,灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低很多。具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减摩性和低的缺口敏感性。,4,6.2,灰铸铁,6.2.2,灰铸铁的孕育处理,在浇注前向铁水中参加少量孕育剂如硅铁，使大量高度弥散的难熔质点成为石墨的结晶核心，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。,通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁有较高的强度，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。,6.2.3,灰铸铁的牌号、性能及用途,牌号用“HT+数字表示。HT是“灰铁两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值MPa。例：HT150。,灰铸铁的性能性能特点是生产简单、应用广泛，其产量占整个铸铁产量的80%以上。P90,5,6.2,灰铸铁,6.2.4,灰铸铁的热处理,灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高外表的硬度和耐磨性等。,1时效处理,主要作用是消除内应力。分为自然时效和人工时效去应力退火。去应力退火工艺为：加热至530620，保温一段时间后，随炉冷至200以下出炉空冷。,2石墨化退火,主要作用是消除白口、降低硬度。铸件加热到850900，保温25h，然后随炉冷却至250400出炉空冷。,3外表淬火,主要作用是提高铸件的外表硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感应淬火等。如机床导轨。,6,6.3,球墨铸铁,6.3.1,球墨铸铁的成分、组织与性能,成份：球墨铸铁的化学成分一般为：Wc=3640，Wsi=2028，WMn0.608，Ws004，Wp01，WMg0.030.05，WRE0030.05稀土。,组织：分为铁素体球墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、下贝氏体球墨铸铁四种。,性能：力学性能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近，屈强比到达0.70.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。,但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷不宜制作薄壁、小型零件。,7,6.3,球墨铸铁,6.3.2,球墨铸铁的牌号、性能及用途,牌号用“QT+A组数字-B组数字表示。,QT是“球铁两字的汉语拼音字首,A组数字表示最低的抗拉强度值MPa,B组数字表示最低伸长率。,例：QT600-3。,广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件。P92,8,6.3,球墨铸铁,6.3.3,球墨铸铁的热处理,热处理比钢的加热温度略高些、保温时间长些、加热速度和冷却速度要慢些。,1,、退火,分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸造内应力，获得铁素体基体，提高塑性和韧性。,2,、正火,分为高温正火和低温正火。目的是增加基体组织中的珠光体的数量，细化组织，提高球墨铸铁的强度和耐磨性。,3,、调质处理,目的是得到回火索氏体基体，以获得较高的综合力学性能。,4,、等温淬火,目的是得到下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。,9,6.4,可锻铸铁,6.4.1,可锻铸铁的成分、组织与性能,可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温长时间石墨化退火。,1、可锻铸铁的成分、组织与性能,成份：较低的碳、硅含量，一般Wc=2.22.8，Wsi=1.22.0，WMn0.412，Wp018，Ws0.2。,组织：分为铁素体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁两种。,性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多。可锻铸铁并不可锻。,6.4.2 可锻铸铁的牌号、性能及用途,牌号用“KT+表示类别的字母+A组数字-B组数字表示。表示类别的字母有H、Z。例：KTH370-12。,用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件。P95,10,6.5,蠕墨铸铁,6.5.1,蠕墨铸铁的成分、组织与性能,通过在一定成分的铁水中参加适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。,1、蠕墨铸铁的成分、组织与性能,成份：Wc=3.53.9，Wsi=2.22.8，WMn0.408，Wp01，Ws0.2。,组织：分为铁素体、铁素体-珠光体和珠光体三种基体。,性能：力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。减震性、铸造性能、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。,6.5.2 蠕墨铸铁的牌号、性能及用途,牌号用“RuT+一组数字表示，RuT是“蠕铁两字的汉语拼音字首， 一组数字表示最低的抗拉强度值MPa。例：RuT420。P96,11,第七章 有色金属与粉末冶金材料,在工业生产中，通常把钢铁材料称为黑色金属，而把其它的金属材料称为有色金属。,有色金属具有许多优良的特性，是现代工业中不可缺少的材料，例如，铝、镁、钛等具有相对密度小，比强度高的特点，因而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业 。,粉末冶金材料是通过将金属粉末或金属与非金属粉末压制成形并烧结而成。,本章主要介绍工业上广泛使用的铝合金、铜合金等有色金属的性能特点，以及滑动轴承合金、粉末冶金，为合理选用材料打下根底。,12,7.1 铝合金,7.1.1 工业纯铝,纯铝是一种银白色的轻金属，熔点为660，具有面心立方晶格，没有同素异构转变。,密度小只有2.72g/cm3；导电性好，仅次于银、铜和金；,导热性好，比铁几乎大三倍；,纯铝在大气中极易与氧作用，在外表形成一层牢固致密的氧化膜，具有良好的抗蚀性。,纯铝在低温下，甚至在超低温下都具有良好的塑性和韧性，在0253之间塑性和冲击韧性不降低。,13,工业纯铝含有铁和硅等杂质。工业纯铝牌号,L+顺序号。牌号有L1、L2、L3、L4、L5、L6。,L1、L2可用于电器工业和热传导机械中。大局部纯铝用来配制铝合金。,7.1.2 铝合金的分类,工程上常用的铝合金大都具有与图7-1类似的相图。,根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可以将其分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。,14,图,7-1,铝合金分类示意图,15,7.1.3 铝合金的强化,铝合金的强化方式主要有以下几种：,1固溶强化,2时效强化：从过饱和的固溶体中析出均匀、弥散的强化相。,3细化组织强化,7.1.4 变形铝合金,变形铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金等。变形铝合金的主要牌号、化学成分、机械性能及主要用途见表7-1。p99,16,表,7-1,变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途,17,7.1.5,铸造铝合金,铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类：,Al-Si,铸造铝合金，如,ZL101,、,ZL105,等；,Al-Cu,铸造铝合金，如,ZL201,、,ZL203,等；,Al-Mg,铸造铝合金，如,ZL301,、,ZL302,等；,Al-Zn,铸造铝合金，如,ZL401,、,ZL402,等。,各类铸造铝合金的牌号、机械性能及用途见表,7-2,。,p100,18,19,7.2 铜及铜合金,铜及铜合金具有以下性能特点：,1有优异的物理化学性能。,2有良好的加工性能。铜及某些铜合金塑性很好，容易冷、热成型；铸造铜合金有很好的铸造性能。,3有某些特殊的机械性能。例如优良的减摩性和耐磨性如青铜及局部黄铜 。,4色泽美观。,铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工业及机械制造工业部门中获得了广泛的应用。,20,7.2.1 纯铜紫铜,纯铜是玫瑰红色金属，外表形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。密度为8.96g/cm3，熔点为1083，具有面心立方晶格。,纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。,工业纯铜中含有锡、铋、氧、硫、磷等杂质，根据杂质的含量，工业纯铜可分为四种：T1、T2、T3、T4。“T为铜的汉语拼音字头，编号越大，纯度越低。,21,7.2.2,黄铜,铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。,黄铜具有良好的塑性和耐腐蚀性，良好的变形加工性能和铸造性能，在工业中有很强的应用价值。,按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜、特殊黄铜和铸造黄铜三类。,表,7-3,是常用黄铜的牌号、成分、性能和用途。,p103,22,1普通黄铜,普通黄铜分为 单相黄铜、 单相黄铜和 双相黄铜三种类型，从变形特征来看，前者适宜于冷加工，而两者只能热加工。,常用的黄铜牌号有H70、H62、H59等，“H为黄铜的汉语拼音字首，数字表示平均含铜量。,2特殊黄铜,为了获得更高的强度、耐热性、抗蚀性和良好的加工性能，在铜锌合金中参加铝、铅、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。,23,特殊黄铜的编号方法：,“H主加元素符号铜含量主加元素含量。例如：HPb59-1表示平均成分为59%Cu，1%Pb，余为Zn的铅黄铜；,铸造黄铜编号：,在编号前加“Z。,例如： ZCuZn31Al2表示平均成分为31%Zn，2%Al，余为Cu的铝黄铜。,24,25,7.2.3 青铜,青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。,青铜实际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜等。,青铜可分为压力加工青铜以青铜加工产品供给和铸造青铜两类。,青铜的编号规那么是：“Q主加元素符号主加元素含量其它元素含量，“Q表示青的汉语拼音字头。如QSn4-3表示成分为4%Sn、3%Zn、其余为铜的锡青铜。铸造青铜的编号前加“Z。,表7-4是各种青铜的牌号、成分、性能和主要用途。P107,26,1锡青铜,锡青铜是我国历史上使用得最早的有色合金，也是最常用的有色合金之一。主要用以制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件以及抗蚀、抗磁零件等。,工业上用的锡青铜的含锡量一般为3%14%。Sn5%的锡青铜适宜于冷加工使用，含锡5%7%的锡青铜适宜于热加工，大于10%Sn的锡青铜适合铸造。,2铝青铜以铝为主要合金元素的铜合金称为铝青铜。,铝青铜的强度和抗蚀性比黄铜和锡青铜还高，它是锡青铜的代用品，常用来制造弹簧、船舶零件等。,铝青铜与上述介绍的铜合金有明显不同的是可通过热处理进行强化。,27,3铍青铜,以铍为主要合金化元素的铜合金称为铍青铜。它是极其珍贵的金属材料，热处理强化后的抗拉强度可高达12501500MPa，HB可达350400，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。,是唯一可以固溶时效强化的铜合金，经过固溶处理和人工时效后，可以得到很高的强度和硬度。,铍青铜常用来制造各种重要弹性元件，耐磨零件钟表齿轮，高温、高压、高速下的轴承及防爆工具等。但铍是稀有金属，价格昂贵，在使用上受到限制。,28,7.3,滑动轴承合金简介,1滑动轴承合金的性能和组织特点,轴承支承轴进行工作，会与轴颈产生摩擦。为减少轴承对轴颈的磨损，对轴承合金有如下要求：,较高的抗压强度和疲劳强度；,摩擦系数小、外表能储存润滑油，耐磨性好；,良好的抗蚀性、热导性和较小的膨胀系数；,良好的磨合性；,加工性能好，原料来源广，价格廉价。,组织特点:软基体上分布硬质点或硬基体上分布软质点。,29,2常用轴承合金简介,牌号：ZCh+ 根本元素+主加元素+主加元素含量+辅加元素含量,如： ZChSnSb11-6表示含锑11%和含铜6%的锡基轴承合金。,P107表7-5,锡基轴承合金锡基巴氏合金,铅基轴承合金铅基巴氏合金,铜基轴承合金,30,7.4,粉末冶金材料简介,1,、粉末冶金的特点与工艺,1粉末冶金的特点,粉末冶金与一般的熔炼铸造相比，,有以下特点,1能生产具有特殊性能的材料和制品。,2无切屑或少切屑的精密加工。,但金属粉末本钱高、模具费用高、制品大小和形状受到一定限制、制品的韧性和强度较差。,31,2粉末冶金工艺简介,32,7.4,粉末冶金材料简介,2,、粉末冶金材料简介,含油轴承材料,摩擦材料含根本组元和辅助组元,铁基结构材料,以碳钢或合金钢粉末为主要成分，用粉末冶金法制作结构零件用的材料。,具有精度较高、外表质量好，省工时、省材料、生产率高，制品多孔可浸润滑油，减摩、减振、消声。,广泛用于制作各类零件。,33,