机械工程材料 - 图文(9)

大连理工大学网络教育学院

铸铁的化学成分及冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。 （1）化学成分的影响 （2）冷却速度的影响 （二）铸铁的特点和分类

1、铸铁的组织特点

铸铁的组织是由基体和石墨组成的。基体有三种，及F、P、F+P，因此铸铁实质上在钢的基体上分布着不同形态石墨的组织。

2、铸铁的性能特点

（1）力学性能低(σb≤200MPa)；

（2）耐磨性好(石墨润滑剂，现成的储油槽)； （3）消振性能好（石墨吸收震动能量）； （4）铸造性能好（流动性好、收缩小）； （5）切削性能好（石墨可以断屑）。 3、铸铁的分类与牌号表示方法

铸铁是跟据石墨的形态来分类的。铸铁中的石墨形态有片状、团絮状、球状和蠕虫状4种，其对应的铸铁称为“灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁”。

表1 铸铁的石墨形态、基体组织和牌号表示方法

二、常用铸铁 （一）灰铸铁

灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总量的80％以上。铸铁大致的成分范围为：

2.5%-4%c，1.0%-3.0%Si，0.25%-1.0%Mn，0.05%-0，5%P，0.02%-0.20%S。 1、组织

灰铸铁的组织根据基体分为F＋G、P＋G、F＋P＋G三种。灰铸铁的石墨呈片状。为提高灰铸铁的性能 ，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。

第36页 共90页

大连理工大学网络教育学院

经孕育处理的灰铸铁称为“孕育铸铁”。

2、热处理

热处理只能改变铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布。由于石墨对基体的割裂作用，产生应力集中，其基体强度利用率仅有30～50％，因而热处理对灰铸铁强化作用不大。

灰铸铁的常用热处理有：

（1）消除内应力退火（人工时效） 加热温度：500～550?，加热速度60～120?/h，适当保温，缓冷至150～220?出炉空冷。 （2）消除白口组织退火

加热温度：850～900?，保温2～5h缓冷至250～400?，出炉空冷。 （3）表面淬火：机件局部表面淬火+低温回火处理。 3、用途

灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的机件。 （二）可锻铸铁

可锻铸铁是白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状。大致成分范围为： 2.4-2.7%C；1.4-1.8%Si；＜0.08%P；＜0.25%S；＜0.06%Cr。 要求碳、硅含量不能过高，以保证获得白口组织（100％），又不能过低，否则将延长石墨化退火周期。

1、组织

可锻铸铁的组织主要取决于第二阶段石墨化的充分程度。第一阶段石墨化组织为A＋G团絮。在共析温度长时间保温 ，使化合碳不同程度的分解，则可得到P＋G团絮、P＋F＋G团絮、F＋G团絮。

可锻铸铁主要有两种类型：黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。 2、性能

由于可锻铸铁的团絮状石墨对基体的割裂作用及引起的应力集中较灰铸铁轻，因而其强度、塑性和韧性均较灰铸铁小，接近于铸钢，但不能锻造，其强度利用率达到基体的40～70％。为缩短石墨化退火的周期，细化晶粒，提高力学性能，可在铸造时进行孕育处理，常用的孕育剂为B、Al和Bi。

3、用途

可锻铸铁常用于铸造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。这些零件如用铸钢铸造则铸造性能差，若用灰铸铁制造则韧性等性能达不到要求。

（三）球墨铸铁

球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。 球墨铸铁的大致成分范围为：

3.8-4.0%C；2.0-2.8Si；0.6-0.8Mn；＜0.04%S；＜0.1%P。 与灰铸铁相比，它的碳当量(C%＋1/3Si%)较高，一般为过共晶成分，这有过利于石墨球化。 1、组织

球墨铸铁是由基体和球状石墨组成的，铸态下的基体组织有F、F＋P和P3种。

石墨球是在球化剂的作用下形成的，常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁。镁是阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨细小且分布均匀，在球化处理的同时还必修进行孕育处理。常用的孕育剂是硅铁和硅钙合金。

2、性能

球状石墨对基体割裂作用和产生的应力集中较小，基体强度利用率可达70～90％，接近于钢，塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。

球墨铸铁的突出特点是屈强比高，约为0.7-0.8，而钢AAN一般只有0.3-0.5。

第37页 共90页

大连理工大学网络教育学院

3、热处理

由于石墨球对基体危害较小，因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化。球墨铸铁的热处理特点是：

（1）A化温度比碳钢高，这是由于Si含量较高， S点上升所致。 （2）淬透性比碳钢高， Si可提高淬透性。

（3）A中的碳含量可控，以石墨形式存在的碳溶入A的量和加热温度及保温时间有关。 球墨铸铁的热处理主要有： （1）退火

目的是为了获得F基体。改善基体塑性，改善切削性能，消除铸造内应力。 （2）正火

目的获得P基体(占基体75％以上)，细化组织提高球铁的强度和耐磨性。 （3）淬火加回火

目的为了获得M回和S回基体。 （4）等温淬火 目的获得B下，获得最佳的综合力学性能。此外，还可进行表面淬火、渗氮、渗硼等工艺。 4、用途

蠕墨铸铁是在钢的基体上分布着蠕虫状石墨构成的，其大致成分范围为：3.5-3.9%C， 2.2-2.8%Si，0.4-0.8%Mn，＜0.1%S，＜0.1%P 它是有铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用的蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等，蠕墨铸铁的显微组织由基体和蠕虫状石墨组成，其基体组织与球墨铸铁类似。与片状石墨相比蠕虫状石墨的长厚比值明显减小，尖端变钝，对基体的割裂作用和应力集中明显减轻，所以蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能由于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁和球铁之间，但导热性、抗生长性好于球铁。常用于制造承受热循环载荷的零件。 三、重要考点

单选题

1．铸铁中的铁和硅是强烈促进石墨化的元素，（ ）的硅相当于1%碳的作用。 A．1% B．2% C．3% D．4%

2. 灰铸铁的石墨形态是（ ）。 A．片状 B．团絮状 C．球状 D．蠕虫状

3. 可锻铸铁的石墨形态是（ ）。 A．片状 B．团絮状 C．球状 D．蠕虫状

答案：1.C；2.A；3.B。

《机械工程材料》辅导资料十

第38页 共90页

大连理工大学网络教育学院

主 题：第八章 有色金属及其合金 学习时间：2013年12月2日－12月8日

内 容：

这周我们将开始本课程课件第八章的学习，即有色金属及其合金。具体学习内容如下： 一、学习要求

1、掌握铝及铝合金的性能特点及铝合金的分类； 2、掌握铜及铜合金的性能特点及铜合金的分类； 3、掌握钛及钛合金的性能特点及钛合金的分类； 4、掌握常用轴承合金的分类。 二、主要内容 一、铝及铝合金

（一）铝及铝合金的性能特点

纯铝具有白色光泽，密度小（2.72g/cm3),熔点低（660.4?），导电、导热性能优良；具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；纯铝在空气中易氧化，在其表面形成致密的氧化膜，因而抗大气腐蚀性能好；具有的塑性和低的强度（纯度为99.99％时，σb=45MPa,δ=50％），易于加工成型还具有良好的低温塑性（－253?塑性仍不下降）。

纯铝的主要用途是配臵铝合金，制作导线、包覆材料及耐蚀容器等。纯铝不适合做机械零件。铝合金可改变其组织结构，提高力学性能。常加入的主要元素有在：Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。由于以上元素的加入，使得铝合金既具有高的强度又保持了纯铝的优良特性。因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件，成为工业中广泛应用的有色金属材料；又由于铝合金具有高的比强度，又成为飞机工业的主要结构材料。

（二）铝合金的分类

图1 铝合金分类示意图

根据该相图铝合金是一种具有共晶结构的合金。以D点为界可将铝合金分为变形铝合金合铸造铝合金两大类。

D点以左的合金为变形铝合金，其特点为DF线以上为单相α固溶体组织，塑性好，适于压力加工；D点以右为铸造铝合金，其组织中具有共晶组织适于铸造。F点以左的铝合金，其固溶体成分不随温度变化，不能依靠热处理强化，为不可热处理强化的铝合金；成分在F、D 点

第39页 共90页

大连理工大学网络教育学院

之间的合金，其固溶体成分随温度变化，可通过热处理强化，为可热处理强化的铝合金。 （三）铝合金的热处理

对于可热处理强化的变形铝合金，其热处理方法为固溶处理加时效。

固溶处理是指：降变形铝合金加热到固溶温度（DF线）以上，保温，然后快冷，获得过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。

时效是指：将过饱和固溶体在固溶线以下保温，以析出弥散强化相的热处理方法。 室温下进行的称为“自然时效”，加热状态下进行的称为“人工时效”。 时效强化的实质是：第二相从不稳定的过饱和固溶体中析出和长大，当与母相晶格常数不同的第二相（GP区及θ″中间相）与母相共格时晶格畸变严重，位错运动阻力很大，强化效果最好；

当形成稳定化合物θ相，共格关系被破坏时，强化效果下降即产生过时效。 强化效果与加热温度和保温时间有关。 （四）铝合金的牌号、性能及用途

1、变形铝合金 2、铸造铝合金 二、铜及铜合金

（一）铜及铜合金的性能特点

纯铜呈紫红色，故又称为“紫铜”。其密度为8.9g/cm3,熔点为1083?；具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性；具有良好的导电性和导热性；在大气、淡水和冷凝水中具有良好的耐蚀性。

纯铜的强度不高(σb＝200MPa-250MPa),硬度较低(40 HB-50HB),塑性好(δ＝45～50％)。冷变形后，其强度可提高到400～500MPa,硬度可达到100～200HB，但伸长率下降。纯铜主要用于配制铜合金、制作导线及耐蚀材料等。

铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的，常用合金元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。

由于合金元素的固溶强化及第二相强化作用，使得铜合金既提高了强度，又保证了纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广泛的应用。

根据化学成分，铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 （二）黄铜

以Zn为主要合金元素的铜合金称为“黄铜”。

黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜；按加工方法可分为加工黄铜和铸造黄铜。 1、普通黄铜 2、特殊黄铜 （三）青铜

1、锡青铜

锡青铜是以Sn为主加元素的铜合金，锡含量一般为3～14％Sn。含5～7％Sn的锡青铜塑性好，适于冷加工。＞10％Sn的锡青铜强度较高，适于铸造。锡青铜铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件密度低，高压下渗露，但体积收缩率很小，适于铸造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。

2、铝青铜

铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，铝含量一般为5-11%。铝含量为10％左右时强度最高，多在铸态或经过热加工后使用。铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但收缩率比锡青铜大，焊接性能差。

3、铍青铜

铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量一般为1.7-2.5%。铍青铜是时效强化合金，

第40页 共90页

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库机械工程材料 - 图文(9)在线全文阅读。