《金屬材料與熱處理（第八版）》- 課件 第7-9章 鑄鐵、有色金屬與硬質(zhì)合金、國外金屬材料牌號及新型工程材料簡介

第七章鑄鐵§7-1鑄鐵的組織與分類一、鑄鐵的分類退火狀態(tài)下鑄鐵的組織a)普通灰鑄鐵b)可鍛鑄鐵c)球墨鑄鐵d)蠕墨鑄鐵二、鑄鐵的石墨化石墨化的途徑鑄鐵中的石墨可以從液態(tài)中直接結(jié)晶出或從奧氏體中直接析出，也可以先結(jié)晶出滲碳體，再由滲碳體在一定條件下分解而得到(Fe3C→3Fe+C)。鑄鐵的石墨化途徑2.影響石墨化的因素影響石墨化的因素主要是鑄鐵的成分和冷卻速度。鑄鐵中的各種合金元素根據(jù)對石墨化的作用不同，可以分為兩大類:一類是促進石墨化的元素，有碳、硅、鋁、鎳、銅和鈷等;另一類是阻礙石墨化的元素，有鉻、鎢、鉬、釩、錳和硫等。冷卻速度對石墨化的影響也很大，當(dāng)鑄鐵結(jié)晶時，冷卻速度越緩慢，就越有利于擴散，使析出的石墨越大、越充分。三、鑄鐵的組織與性能的關(guān)系在相同基體的情況下，不同形態(tài)和數(shù)量的石墨對基體的割裂作用是不同的。呈片狀時表面積最大，割裂最嚴(yán)重;蠕蟲狀次之;球狀表面積最小，應(yīng)力最分散，割裂作用的影響最小。石墨的數(shù)量越多、越集中，對基體的割裂也就越嚴(yán)重，鑄鐵的抗拉強度也就越低，塑性就越差。鑄鐵的硬度則主要取決于基體的硬度?！?-2常用鑄鐵一、灰鑄鐵1.灰鑄鐵的成分與組織灰鑄鐵的化學(xué)成分一般為:C(2.7%~3.6%)、Si(1.0%~2.2%)、S(<0.15%)、P(<0.3%)。其組織由金屬基體和在基體中分布的片狀石墨組成。2.灰鑄鐵的性能和孕育處理為了改善灰鑄鐵的性能，一方面要改變石墨的數(shù)量、大小和分布，另一方面要增加基體中珠光體的數(shù)量。由于石墨對鑄鐵強度的影響遠比基體的影響大，所以提高灰鑄鐵性能的關(guān)鍵是改變石墨片的形態(tài)和數(shù)量。石墨片越少、越細小且分布越均勻，鑄鐵的力學(xué)性能就越高。為了細化金屬基體并增加珠光體數(shù)量，改變石墨片的形態(tài)和數(shù)量，在生產(chǎn)中常采用孕育處理工藝。孕育處理(或稱變質(zhì)處理)是在澆注前向鐵液中投加少量硅鐵、硅鈣合金等作為孕育劑，使鐵液內(nèi)產(chǎn)生大量均勻分布的晶核，使石墨片及基體組織得到細化。3.灰鑄鐵的牌號及用途灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能（摘自GB/T9439—2023）灰鑄鐵的組織和應(yīng)用（摘自GB/T9439—2023）續(xù)表二、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。它是白口鑄鐵通過石墨化退火，使?jié)B碳體分解成團絮狀的石墨而獲得的。1.可鍛鑄鐵的組織與性能可鍛鑄鐵的基體組織不同，其性能也不相同。黑心可鍛鑄鐵具有一定的強度、塑性與韌性，而珠光體可鍛鑄鐵則具有較高的強度、硬度和耐磨性，塑性與韌性較低。2.可鍛鑄鐵的牌號及用途黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能（摘自GB/T9440—2010）黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵的應(yīng)用續(xù)表三、球墨鑄鐵1.球墨鑄鐵的組織與性能球墨鑄鐵按其基體組織不同，可分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體—珠光體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵三種。由于球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，其割裂基體的作用及應(yīng)力集中現(xiàn)象大為減少，可以充分發(fā)揮金屬基體的性能，所以它的強度和塑性已超過灰鑄鐵和可鍛鑄鐵，接近鑄鋼，而鑄造性能和切削性能均比鑄鋼好。2.球墨鑄鐵的牌號及用途球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能（摘自GB/T1348—2019）球墨鑄鐵的組織及用途（摘自GB/T1348—2019）續(xù)表四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是近代發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)材料。它是在高碳、低硫、低磷的鐵液中加入蠕化劑(目前采用的蠕化劑有鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金)，經(jīng)蠕化處理后，使石墨變?yōu)槎倘湎x狀的高強度鑄鐵。蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T26655—2022）五、常用鑄鐵的熱處理1.熱處理的作用對灰鑄鐵的力學(xué)性能改變不大。可鍛鑄鐵通過先澆注成白口鑄鐵，再通過不同的退火工藝來獲得不同的基體組織和團絮狀石墨，所以一般不再進行其他熱處理。球墨鑄鐵中的石墨對基體的割裂作用小，因此可通過熱處理改變其基體組織來提高和改善其力學(xué)性能，在生產(chǎn)中常常采用不同的熱處理方法來改善其性能。蠕墨鑄鐵中的石墨的割裂作用比灰鑄鐵小，澆注后的組織中有較多的鐵素體存在，通?？赏ㄟ^正火使其獲得以珠光體為主的基體組織，在一定程度上提高其力學(xué)性能。2.熱處理的方法灰鑄鐵和球墨鑄鐵的熱處理方法、目的及應(yīng)用第八章有色金屬與硬質(zhì)合金§8-1銅與銅合金一、純銅(Cu)純銅呈紫紅色，故又稱為紫銅。銅絲純銅的牌號、化學(xué)成分及用途（摘自GB/T5231—2022）二、銅合金1.高銅合金

以銅為基體金屬，加入一種或幾種微量元素以獲得某些預(yù)定特性的合金稱為高銅合金。

高銅合金以“T+第一主添加元素化學(xué)符號+各添加元素含量（數(shù)字間以“-”隔開）”命名。

鉻含量為0.5%～1.5%、鋯含量為0.05%～0.25%的高銅牌號表示如下：常用鈹高銅的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T5231—2022）續(xù)表2.黃銅黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金。黃銅的應(yīng)用(1)普通黃銅普通黃銅是Cu—Zn的二元合金。(2)特殊黃銅特殊黃銅就是在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素所形成的銅合金。(3)壓力加工黃銅普通壓力加工黃銅的牌號用H+含銅量表示。特殊壓力加工黃銅的牌號用H+主加元素符號(除鋅外)+含銅量+主加元素含量表示。(4)鑄造黃銅牌號均由ZCu+主加元素符號+主加元素含量+其他加入元素符號及含量組成。常用黃銅的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T5231—2022、GB/T1176—2013）續(xù)表續(xù)表2.白銅白銅是以鎳為主加合金元素的銅合金。白銅具有高的耐腐蝕性和優(yōu)良的冷、熱加工性，是精密儀器儀表、化工機械、醫(yī)療器械及工藝品制造中的重要材料。白銅的牌號用B加含鎳量表示，三元以上的白銅用B加第二個主添加元素符號及除基元素銅外的成分?jǐn)?shù)字組表示。3.青銅(1)錫青銅錫青銅是以錫為主要合金元素的銅合金。(2)鋁青銅通常鋁青銅的含鋁量為5%~12%。(3)錳青銅

通常錳青銅的含錳量為1.5%~5.5%。(4)硅青銅硅青銅具有很好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，并具有良好的鑄造性能和冷、熱變形加工性能，常用于制造耐腐蝕和耐磨零件。常用青銅的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T5231—2022、GB/T1176—2013）續(xù)表§8-2鋁與鋁合金鋁與鋁合金的應(yīng)用一、鋁與鋁合金的性能特點密度小，熔點低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，磁化率低抗大氣腐蝕性能好加工性能好二、鋁與鋁合金的分類鋁與鋁合金的分類三、純鋁(Al)的牌號和用途純鋁分未壓力加工產(chǎn)品(鑄造純鋁)和壓力加工產(chǎn)品(變形鋁)兩種。鑄造純鋁的牌號由Z和鋁的化學(xué)元素符號以及表明含鋁量的數(shù)字組成。鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.00%的純鋁，其牌號用四位字符體系的方法命名，即用1×××表示，牌號的最后兩位數(shù)字表示鋁的最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(百分?jǐn)?shù))×100后的小數(shù)點后面兩位數(shù)字;牌號第二位的字母表示原始純鋁的改型情況，如字母A表示原始純鋁。若為其他字母(B~Y)，則表示原始純鋁的改型，與原始純鋁相比，其元素含量略有改變。變形鋁的牌號、化學(xué)成分及用途四、鋁合金的牌號和用途1.變形鋁合金(1)牌號第一位數(shù)字表示鋁與鋁合金的組別鋁與鋁合金的組別(2)牌號第二位數(shù)字(國際四位數(shù)字體系)或字母(四位字符體系)表示原始純鋁或鋁合金的改型情況。(3)最后兩位數(shù)字用以標(biāo)識同一組中不同的鋁合金。常用變形鋁合金的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T3190—2020、GB/T16475—2023、GB/T16474—2011）續(xù)表續(xù)表2.鑄造鋁合金(1)鑄造鋁合金代號由表示鑄鋁的漢語拼音字母ZL及其后面的三個阿拉伯?dāng)?shù)字組成。(2)鑄造鋁合金牌號鑄造鋁合金牌號由“鑄”的漢語拼音首字母Z、鋁的化學(xué)元素符號Al、主要合金元素的化學(xué)符號(其中混合稀土元素符號統(tǒng)一用RE表示)以及表示主要合金元素名義百分含量的數(shù)字組成。當(dāng)添加合金元素多于兩個時，合金牌號中應(yīng)列出足以表明合金主要特性的元素符號及其名義百分含量的數(shù)字。添加合金元素符號按其名義百分含量遞減的次序排列。(3)壓鑄鋁合金的牌號壓鑄鋁合金的牌號是用漢語拼音字母字首YZ+基本元素(鋁元素)符號+主要添加合金元素符號+主要添加合金元素的百分含量表示。常用鑄造鋁合金的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1173—2013）3.鋁合金的強化自然時效在最初一段時間(2h)內(nèi)，鋁合金的強度變化不大，這段時間稱為孕育期。在這段時間內(nèi)，合金的塑性較好，可進行冷加工(如鉚接、彎形等)，隨時間的延長，鋁合金才逐漸強化。含銅量4%的鋁合金的自然時效曲線§8-3鈦與鈦合金鈦是一種新金屬，由于它具有一系列的優(yōu)異特性，被廣泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、輕工、電力、海水淡化、艦艇和日常生活器具等領(lǐng)域，被譽為現(xiàn)代金屬。鈦及其合金的應(yīng)用一、純鈦(Ti)純鈦是一種銀白色并具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的金屬。工業(yè)純鈦的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T3620.1—2016、GB/T3621—2022、GB/T2965—2023）二、鈦合金1.α型鈦合金它的主要合金元素有Al和Sn。2.β型鈦合金β型鈦合金中主要加入銅、鉻、鋁、釩和鐵等促使β相穩(wěn)定的元素，它們在正火或淬火時容易將高溫β相保留到室溫組織，得到較穩(wěn)定的β相組織。生產(chǎn)工藝復(fù)雜，用途不廣。常用α型鈦合金的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T3620.1—2016、GB/T2965—2023）3.α﹣β型鈦合金這類合金除含有鉻、鉬、釩等β相穩(wěn)定元素外，還含有錫、鋁等α相穩(wěn)定元素。α﹣β型鈦合金的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T3620.1—2016、GB/T2965—2023）§8-4滑動軸承合金一、性能要求與組織特征滑動軸承合金應(yīng)具備軟硬兼?zhèn)涞睦硐虢M織:軟基體和均勻分布的硬質(zhì)點，或是硬基體上分布著軟質(zhì)點。軸承在工作時，軟的組織首先被磨損下凹，可儲存潤滑油，形成連續(xù)分布的油膜，硬的組成部分則起著支承軸頸的作用?；瑒虞S承合金的理想組織示意圖二、滑動軸承合金的牌號表示方法滑動軸承合金的牌號由其基體金屬元素及主要合金元素的化學(xué)符號組成。主要合金元素后面跟有表示其名義百分含量的數(shù)字。如果合金元素名義百分含量不小于1，該數(shù)字用整數(shù)表示。如果合金元素名義百分含量小于1，一般不標(biāo)數(shù)字。在合金牌號前面冠以“鑄”字漢語拼音第一個字母Z表示屬于鑄造合金。Z+基體金屬元素+主加元素符號+主加元素含量+其他加入元素符號及含量。三、滑動軸承合金的分類滑動軸承合金的分類、典型牌號、性能及用途四、常用滑動軸承合金常用滑動軸承合金的牌號、化學(xué)成分及應(yīng)用舉例（摘自GB/T1174—2022）五、滑動軸承合金的性能比較各種滑動軸承合金的性能比較§8-5硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是將一種或多種難熔金屬硬碳化物和黏結(jié)劑金屬，通過粉末冶金工藝生產(chǎn)的一類合金材料。一、硬質(zhì)合金的性能特點

1.硬質(zhì)合金硬度高、紅硬性高、耐磨性好，在室溫下的硬度可達86~93HRA，在900~1000℃溫度下仍然有較高的硬度。

2.抗壓強度比高速鋼高，但抗彎強度只有高速鋼的1/3~1/2，韌性差，約為淬火鋼的30%~50%。二、切削工具用硬質(zhì)合金切削工具用硬質(zhì)合金的分類和使用領(lǐng)域1.鎢鈷類硬質(zhì)合金(K類硬質(zhì)合金)它的主要成分為碳化鎢及鈷。其牌號用“硬”“鈷”二字的漢語拼音字母字頭YG加數(shù)字表示，數(shù)字表示含鈷量的百分?jǐn)?shù)。2.鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金(P類硬質(zhì)合金)它的主要成分為碳化鎢、碳化鈦及鈷。其牌號用“硬”“鈦”二字的漢語拼音字母字頭YT加數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳化鈦的百分?jǐn)?shù)。3.鎢鈦鉭(鈮)類硬質(zhì)合金(M類硬質(zhì)合金)萬能硬質(zhì)合金牌號用“硬”“萬”二字的漢語拼音字母字頭YW加順序號表示，如YW1、YW2等。常用硬質(zhì)合金的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)