钢的热处理35铸铁、有色金属等其他材料

*,1-,*,课程教学模块三：工程材料及其热处理,课题,5,机械制造基础,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,1-,1,课题五,铸铁、有色金属等其他材料,1-,2,教,学,重,点,1,、灰铸铁，球墨铸铁的牌号，性能及应用。,2,、常用黄铜和青铜的牌号，性能及用途,3,、硬质合金的分类；牌号，及应用。,4,、工程塑料和复合材料的定义、特性、分类,教,学,难,点,1,、铸铁的石墨化。,2,、根据零件的使用需要，正确选用合适的,有色金属材料牌号。,3,、粉末冶金材料（含硬质合金）的性能特,点及应用。,4,、工程塑料化学名称较难记忆。,本课题重点与难点,1-,3,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、价格便宜。铸铁按碳的存在形式分为：,1.,白口铸铁：,Fe3C,2.,灰口铸铁：,G,3.,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，在铸铁中加入铬、钼、铜、铝、硅等合金元素就得到合金铸铁。,3.5.1,铸铁,1,、铸铁的石墨化及其影响因素,1-,4,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。,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,3,5HBS,。,3.5.1,铸铁,1,）铸铁的石墨化,1-,5,（,1,）化学成分的影响,3.5.1,铸铁,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,1-,6,3.5.1,铸铁,2,、灰铸铁的成分、组织与性能,成份：,一般为,Wc=2.5%4.0%,Wsi=1.0%3.0%,WMn=0.5%1.4%,Ws0.15%,Wp0.30%,。,组织：,看成是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。,1-,7,3.5.1,铸铁,3,、灰铸铁的孕育处理,在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，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。,4,、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。,1-,8,3.5.1,铸铁,5,、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、提高表面的硬度和耐磨性等。,1,）去应力退火,工艺为：加热至,500,600,，保温一段时间后，随炉冷至,200,以下出炉空冷。,2,）消除白口、降低硬度退火,加热到,850,900,，保温,2,5h,，然后随炉冷却至,250,400,出炉空冷。,3,）表面淬火,主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。,1-,9,3.5.1,铸铁,6,、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=3,6,4,0,，,Wsi=2,0,2,8,，,WMn,0.6,0,8,，,Ws0,04,，,Wp,0,1,，,WMg,0.03,0.05,，,WRE,0,03,0.05,。,组织：,分为铁素体球墨铸铁、铁素体,珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和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，屈强比达到,0.7,0.8,，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。,1-,10,3.5.1,铸铁,7,、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。,1-,11,3.5.1,铸铁,8,、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。,1-,12,3.5.1,铸铁,9,、可锻铸铁,可锻铸铁的生产是先浇注成白口铸铁，然后再经高温经长时间石墨化退火。,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=2.2,2.8,，,Wsi=1.2,1.8,，,WMn,0.4,0,8,，,Wp,0,1,，,Ws,0.2,。,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。,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,、,B,、,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。,1-,13,3.5.1,铸铁,10,、蠕墨铸铁,通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、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=3.5,3.9,，,Wsi=2.2,2.8,，,WMn,0.4,0,8,，,Wp,0,1,，,Ws,0.2,。,组织：,分为铁素体、铁素体,-,珠光体和珠光体三种。,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。,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,。,1-,14,3.5.2,有色金属及其合金,1,、铝及其合金,1,）,工业纯铝,铝及其合金是航空工业中的主要结构材料，是有色金属中应用最广泛的结构材料。,纯铝呈银白色，是一种轻金属，面心立方晶格、无同素异晶转变，熔点低、密度小，具有优良的加工工艺性能、电导性、热导性和耐大气腐蚀能力。,其牌号用,l,表示。最后两位数字表示铝的最低百分含量，第二位字母表示原始纯铝的改型情况，如,lA35,。,工业纯铝是,WAl=99.00,99.80%,的纯铝，主要用来制作电线、电缆、散热片、配置合金等。,1-,15,3.5.2,有色金属及其合金,2,）铝合金,1,、铝合金的分类与牌号,1,）铝合金的分类,分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。,变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。,2,）铝合金的牌号,(1),变形铝合金牌号。采用四位字符牌号，铝合金的牌号用,2,8,系列表示。第一位数字：铝合金的组别；第二位字母：原始合金的改型情况，,A,为原始合金，,B,Y,为原始合金的改型合金。最后两位数字：区分同一组中不同的铝合金。例：,5A02,。,(2),铸造铝合金牌号。用,“,Z+Al+,元素符号,+,数字,”,表示。数字是主加合金元素百分含量。例：,ZAlSi9Mg,。,1-,16,3.5.2,有色金属及其合金,2,、铝合金的热处理,固溶处理和时效。,固溶处理是,将能热处理强化的铝合金加热至高温单相区，经保温第二相溶解形成单相,固溶体后，迅速水冷至室温，得到过饱和的,固溶体的工艺。,时效是,将经固溶处理后的铝合金，在室温或加热到一定的温度，其性能随时间发生变化的现象。,铝合金经固溶处理后，强度和硬度不会明显升高，塑性会显著提高。但这种组织是不稳定的，经时效处理，强度和硬度显著升高，塑性下降。,1-,17,3.5.2,有色金属及其合金,3,、变形铝合金,防锈铝合金,硬铝合金,超硬铝合金,锻铝合金,4,、铸造铝合金,Al-Si,系铸造铝合金,(,硅铝明,),Al-Cu,系铸造铝合金,Al-Mg,系铸造铝合金,Al-Zn,系铸造铝合金,1-,18,3.5.2,有色金属及其合金,2,、铜及其合金,1,）,工业纯铜,纯铜呈紫红色，熔点,1083,，密度为,8.96 g/cm3,，面心立方晶格、无同素异晶转变，良好的电导性、热导性、耐蚀性、抗磁性和加工工艺性能。,工业纯铜的代号用,“,T,”,加顺序号表示，共有,T1,、,T2,、,T3,、,T4,四个牌号。序号越大，纯度越低。,纯铜主要用于制作电线、电缆、导热材料及配置合金。,1-,19,3.5.2,有色金属及其合金,2,）铜合金,铜合金分为黄铜、青铜和白铜。,白铜是铜镍合金，主要用来制作精密机械和仪表中的耐蚀零件、热电偶等，价格高。,1,、黄铜,(1),普通黄铜的组织和性能。,当,Wzn,32,时，形成单相,固溶体，随锌含量增加，其强度增加塑性改善，适于冷热变形加工；,当,Wzn,32,时，组织中出现硬而脆的,相，使强度升高而塑性急剧下降；,当,Wzn,45,时，全部为,相组织，强度急剧下降，合金已无使用价值。,还具有较好的耐蚀性和较好的铸造性能。,1-,20,3.5.2,有色金属及其合金,(2),普通黄铜的牌号、性能及用途。,压力加工黄铜的牌号用,“,H+,数字,”,表示。如,H68,。,铸造普通黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同。,单相黄铜,H68,，有较高的强度，冷、热变形能力，较好的耐蚀性，用于制造形状复杂、耐蚀的零件。,双相黄铜,H62,，有较高的强度，可进行热变形加工，广泛用于制作热轧、热压零件或由棒材经机加工制造各种零件。,铸造普通黄铜,ZCuZn38,，具有铸造性能好，组织致密，主要用于一般的结构件和耐蚀零件。,1-,21,3.5.2,有色金属及其合金,2,、特殊黄铜,在普通黄铜中加入其他合金元素的黄铜。,加入的合金元素有铅、锡、铝、硅、锰、铁、镍等，以改善切削加工性、提高耐蚀性、铸造性能和力学性能等。,压力加工特殊黄铜的牌号用,“,H+,主加合金元素符号,+,铜的百分含量,-,合金元素的百分含量,”,表示，例：,HPb59-1,。,铸造特殊黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同，例：,ZCuZn16Si4,。,1-,22,3.5.2,有色金属及其合金,3,、青铜,（,1,）锡青铜,以锡为主要添加元素的铜基合金。,常用锡青铜一般,Wsn,3,14,，其中压力加工锡青铜,Wsn,7%,。,锡青铜的耐磨性好、无磁性和冷脆现象，可用于制作轴承、轴套等耐磨零件及弹簧等弹性元件。,锡青铜的铸造收缩率小，用于铸造形状复杂、致密性要求不高，耐磨、耐蚀的零件。,（,2,）无锡青铜,是含铝、铍、硅、铅、锰等合金元素的铜基合金。主要有：铝青铜、铍青铜等。,1-,23,3.5.2,有色金属及其合金,3,、轴承合金简介,1,）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：,