第7章鑄鐵及有色金屬材料第一節(jié)鑄鐵的概述第二節(jié)鑄鐵的石墨化第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵第四節(jié)鋁及其合金第五節(jié)銅及其合金第六節(jié)滑動軸承合金1工程材料第一節(jié)鑄鐵的概述1定義：鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。工業(yè)鑄鐵含有一定的合金元素和雜質，尤其是S、P較多。2優(yōu)點：所用設備和工藝簡單，容易生產，生產成本低，而且有優(yōu)良的鑄造性能、良好的切削加工性、減振性、耐磨性和低的缺口敏感性等。3缺點：抗拉強度低，韌性和塑性差。2工程材料第一節(jié)鑄鐵的概述4應用：鑄鐵件被廣泛應用于機械制造、冶金、礦山、石油化工、交通運輸、建筑和國防生產等部門。

3工程材料第一節(jié)鑄鐵的概述5鑄鐵的成分:

主要元素：C%=2.5－4.0Si%=1.0－3.0

其他元素：少量的Mn、S、P

6組織特點:鑄鐵中的碳主要是以石墨（G）狀態(tài)存在，而不是滲碳體（Fe3C），所以其室溫組織為鋼的基體(F、P、F+P)和石墨。鐵素體基體F+石墨4工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化1定義：鑄鐵中的碳以石墨狀態(tài)析出的過程。石墨可以從鐵液中析出；可以從奧氏體中析出；可以從鐵素體中析出；也可以從滲碳體的分解得到：Fe3C3Fe+C。石墨晶體結構石墨的晶體結構5工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化2石墨化的條件自然界里碳的最穩(wěn)定形式是石墨，滲碳體在高溫下長期加熱時會分解成鐵和石墨，因此，從熱力學講，形成石墨更穩(wěn)定。但從動力學講，析出Fe3C比析出石墨更為容易。當下列條件滿足時，有助于石墨化（1）當液態(tài)鐵碳合金在極其緩慢冷卻時；（2）加入促進石墨化元素時，如Si。

6工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化3鐵碳合金雙重相圖

L+GL+Fe3C鐵碳合金實際上存在兩種相圖，即Fe-Fe3C相圖和Fe-G相圖。7工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化4石墨化過程

第一階段從液態(tài)鑄鐵直接結晶出的初生石墨或在1154℃通過共晶轉變而形成共晶石墨；

從奧氏體中析出二次石墨。發(fā)生在1154-738℃之間進行。

第二階段在738℃時通過共析反應而形成的共析石墨。8工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化5石墨化組織

9工程材料第二節(jié)鑄鐵的石墨化6影響石墨化的因素

鑄鐵的性能取決于石墨化的程度。實踐證明鑄鐵的化學成分和結晶時的冷卻速度是影響石墨化的主要因素。（1）化學成分

碳和硅是強烈促進石墨化的元素。碳含量越多，越有利于石墨化的形核，促進石墨化。硅的加入，不僅會削弱鐵和碳原子間的結合，又可使共晶溫度升高和共晶成分含碳量的降低，有利于石墨形成。S是強烈阻止石墨化元素。（2）冷卻速度

冷卻速度慢，越有利于石墨化，而快冷則阻止石墨化。鑄造時冷速與澆注溫度，造型材料，鑄造方法和鑄件壁厚均有關。在實際生產中，滿足極其緩慢的冷卻速度是不現(xiàn)實的。加入較多硅，在生產條件下可實現(xiàn)石墨化。10工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵1鑄鐵的分類

根據(jù)石墨化程度和碳在鑄鐵中的存在形式劃分（1）灰口鑄鐵碳全部或大部分以石墨形式存在于鑄鐵中，斷口呈暗灰色。是工業(yè)常用的鑄鐵。（2）白口鑄鐵碳除少數(shù)溶入鐵素體中外，其余的碳全部以滲碳體的形式存在于鑄鐵中，斷口呈銀白色。有較大的硬脆性，故白口鑄鐵很少應用，主要用作煉鋼原料。（3）麻口鑄鐵碳一部分以石墨狀態(tài)存在，另一部分以滲碳體存在，斷口呈黑白相間的麻點，也有較大硬脆性，很少應用。11工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)可劃分為：（1）灰口鑄鐵（簡稱灰鐵）石墨呈片狀的鑄鐵。機械性能不高，但生產工藝簡單，價格低廉，工業(yè)上應用最廣。（2）可鍛鑄鐵（簡稱可鐵）石墨呈團絮狀的鑄鐵。由白口鑄鐵經石墨化退火得到，機械性能較灰鐵高。（3）球墨鑄鐵（簡稱球鐵）石墨成球狀分布的鑄鐵。在澆注前經球化處理得到，機械性能比灰鐵和可鐵高，工藝比可鐵簡單，還可以通過熱處理進一步提高機械性能，應用日益廣泛。（4）蠕墨鑄鐵（簡稱蠕鐵）石墨呈蠕蟲狀分布的鑄鐵。物理性能，機械性能，及鑄造性能介于灰鐵和球鐵之間，主要用于汽車行業(yè)中薄壁重量輕的各種零件。12工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵2灰口鑄鐵

化學成分：C%=2.5－4.0Si%=1.0－2.5Mn%=0.5－1.4微量S、P獲得方法：將上述成分的鐵水緩慢冷卻即可獲得。顯微組織：片狀石墨＋基體組織（F、F+P、P)牌號：字母“HT”+數(shù)字（最小抗拉強度）例：HT200表示灰鐵，抗拉強度為200MPa應用：成本低，價格低廉，應用廣泛。主要應用機床床身、齒輪箱、葉輪等。13工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵

灰口鑄鐵顯微組織鐵素體灰口鑄鐵鐵素體加珠光體灰口鑄鐵珠光體灰口鑄鐵14工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵

灰口鑄鐵應用機床床身氣缸體15工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵3可鍛鑄鐵（實際上不可鍛）

石墨呈團絮狀的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。具有較高的強度，并有一定的塑性和韌性，其機械性能比灰口鐵高。化學成分：C%=2.4－2.8Si%=1.2－2.0Mn%=0.4－1.2微量SP獲得方法：上述成分的鐵水快冷得到白口鐵，然后重新加熱到900－1000度長時間保溫（15小時）緩慢冷卻。

顯微組織：團絮狀石墨＋基體（F、P）牌號：字母（KTH或KTZ）＋數(shù)字（最低抗拉強度）＋數(shù)字（最低延伸率）例：KTH350-10基體為FKTZ550-04基體為P應用：汽車輪殼、后橋殼、制動器等。16工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵

可鍛鑄鐵顯微組織黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵17工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵4球墨鑄鐵

具有球狀石墨的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。其強度、塑性和韌性都比灰口鐵高。塑性、韌性比可鍛鑄鐵好。化學成分：C%=3.8－4.0Si%=2.0－2.8Mn%<0.7微量S、P獲得方法：上述成分的鐵水中加入球化劑（MgCa)

再加入變質劑（孕育劑）進行變質處理，緩慢冷卻獲得球墨鑄鐵。顯微組織：球狀石墨＋基體（FF+PP)牌號：字母“QT”＋數(shù)字（最低抗拉強度）＋數(shù)字（最低延伸率）例：QT500-7表示球墨鑄鐵，最低抗拉強度500MPa最低延伸率7％應用：發(fā)動機曲軸、機床主軸、輕負荷齒輪等。

18工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵

球墨鑄鐵顯微組織鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵19工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵5蠕墨鑄鐵

石墨呈蠕蟲狀分布的鑄鐵。物理性能，機械性能，及鑄造性能介于灰鐵和球鐵之間。化學成分：C%=3.4－3.6Si%=2.4－3.0Mn%=0.4-0.6

微量S、P獲得方法：上述成分的鐵水經變質處理和孕育處理隨之冷卻凝固后所獲得的一種鑄鐵。顯微組織：蠕蟲狀石墨＋基體（FF+PP)牌號：字母“RuT”＋數(shù)字（最低抗拉強度）例：RuT340表示蠕墨鑄鐵，最低抗拉強度340MPa應用：重型機床床身、機座、排氣管等。

20工程材料第三節(jié)鑄鐵的分類及其常用鑄鐵

蠕墨鑄鐵顯微組織21工程材料第四節(jié)鋁及其合金

通常把鐵及其合金（鋼、鑄鐵）稱為黑色金屬材料，而把非鐵金屬及其合金稱為有色金屬材料。與黑色金屬相比，有色金屬具有許多優(yōu)良特性，例如鋁、鎂、鈦及其合金具有密度小，比強度高的特點，在飛機，汽車制造等工業(yè)中應用十分廣泛；又如銀、銅、鋁及其合金的導電性導熱性好，是電器，儀表工業(yè)不可缺少的材料。雖然有色金屬使用量少，在機械制造業(yè)中僅占4.5%左右，但它是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。22工程材料

1

鋁及鋁合金鋁具有特殊的化學、物理特性，是當今工業(yè)上常用的金屬之一，不僅重量輕，質地堅，而且具有良好的延展性、導電性、導熱性、耐熱性和耐核輻射性，是國家經濟發(fā)展的重要基礎原材料。鋁是一種輕金屬，密度僅是鐵的三分一左右，約為2.7kg/m3，熔點660度。純凈的鋁是銀白色的，因在空氣中易與氧氣化合，在表面生成一種致密的氧化物膜（Al2O3），所以通常略顯銀灰色。而其薄膜又使鋁不易被腐蝕。但鋁不耐酸、堿、鹽的腐蝕。純鋁較軟，在300℃左右失去抗拉強度。經處理過的鋁合金，質輕而較堅韌。鋁合金是以鋁為基加入其他合金元素（銅、硅、鎂、鋅、錳、鎳等）而組成的合金。鋁合金質輕、強度高，比強度值接近或超過鋼，具有優(yōu)良的導電、導熱和抗蝕性，易加工、耐沖壓，并且可陽極氧化成各種顏色。第四節(jié)鋁及其合金23工程材料

鋁合金根據(jù)成型處理工藝的特點分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。2

鋁合金的分類第四節(jié)鋁及其合金24工程材料

變形鋁合金又稱可壓力加工鋁合金，塑性良好。可通過軋制、擠壓、撥制、鍛造等冷、熱加工制成板、棒管和型材等產品，是優(yōu)良的輕型材料。按性能和特點，可分為防繡鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金。廣泛用作工程結構材料、工業(yè)造型材料和建筑裝潢材料等。鑄造鋁合金按主要合金元素可分為鋁－硅系、鋁－銅系、鋁－鎂系和鋁－鋅系合金，具有良好的鑄造性能和一定的力學性能，但塑性差，不能進行塑性加工。多采用砂型、金屬型、熔模殼型的鑄造方法，生產各種形狀復雜，承載不大，重量較輕且有一定耐蝕、耐熱要求的鑄件。常見鋁合金品種有鋁合金型材、鋁合金裝飾板、鋁箔、鋁塑復合膜和真空鍍鋁膜。第四節(jié)鋁及其合金25工程材料3產品中常用的鋁材

鋁合金坯錠加工成鋁合金型材第四節(jié)鋁及其合金26工程材料

鋁合金花紋板鋁合金波紋板第四節(jié)鋁及其合金27工程材料

鋁箔是金屬箔中用量最大且用途最廣的一種包裝材料，它采用壓延方法壓制而成，它不但對氧氣、光線和水蒸汽具有高阻隔性，而且具有艷麗的金屬光澤，可印刷美麗的圖案，廣泛用于各種商品的包裝。鋁箔的主要包裝性能是防潮性、保香性、遮光性和反射性。第四節(jié)鋁及其合金28工程材料

鋁塑復合膜：通常鋁箔較少單獨用于包裝，因為鋁箔很柔軟，不適宜高速包裝。對鋁箔進行樹脂涂布或把鋁箔與其它塑料進行復合，能使鋁箔機械強度增加，并具有熱封性能，從而適應現(xiàn)代包裝機的高速自動包裝。第四節(jié)鋁及其合金29工程材料

真空鍍鋁膜：將鋁蒸氣分子連續(xù)沉積在被涂基材上而形成的一種復合膜。第四節(jié)鋁及其合金30工程材料

變形鋁合金第四節(jié)鋁及其合金31工程材料

鑄造鋁合金第四節(jié)鋁及其合金32工程材料

鑄造鋁合金第四節(jié)鋁及其合金33工程材料1純銅純銅是一種堅韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬，1克的銅可以拉成3000米長的細絲，或壓成10多平方米幾乎透明的銅箔。純銅的導電性和導熱性很高，僅次于銀，但銅比銀要便宜得多。銅在干燥空氣中安定，可保持金屬光澤。但在潮濕空氣中，表面會生成一層銅綠（堿式碳酸銅，分子式：Cu2(OH)2CO3），保護內層的銅不再被氧化。一般用在制冷、工藝品制作和電工等方面。紫銅第五節(jié)銅及其合金

34工程材料

紫銅板紫銅電線第五節(jié)銅及其合金

35工程材料純紫銅散熱器

第五節(jié)銅及其合金

36工程材料2銅合金銅合金是以銅為基加入一定量的其它合金元素(鋅、錫、硅、鋁、鎳等)而組合的合金。按化學組成分為黃銅、青銅、白銅；按加工方法分為變形銅合金和鑄造銅合金。變形銅合金具有良好的塑性，可利用壓力加工成型，制成板、帶、管、棒和線材；鑄造銅合金塑性差，不能利用壓力加工。但鑄造性能好，廣泛用于生產強度高，致密性能好的鑄件。鑄造銅合金在工藝美術方面也有廣泛應用，多用于鑄造仿古銅器。第五節(jié)銅及其合金

37工程材料銅可用于制造多種合金，銅的重要合金有以下幾種：黃銅

黃銅是銅與鋅的合金，因色黃而得名。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼等。黃銅敲起來聲音好聽，因此鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅制做的。青銅

原指銅與錫合金，因色青而得名。但是工業(yè)上習慣把除黃銅、白銅以外的其它銅合金統(tǒng)稱青銅。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優(yōu)良的機械性能。用于制造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——“熱縮冷脹”，用來鑄造塑像，冷卻后膨脹，可以使眉目更清楚。白銅白銅是銅與鎳的合金，其色澤和銀一樣，銀光閃閃，不易生銹。常用于制造硬幣、電器、儀表和裝飾品。第五節(jié)銅及其合金

38工程材料

黃銅接頭黃銅管第五節(jié)銅及其合金

39工程材料黃銅鈸黃銅號第五節(jié)銅及其合金

40工程材料

黃銅蟬耳環(huán)黃銅猴鎖

第五節(jié)銅及其合金

41工程材料

錫青銅第五節(jié)銅及其合金

42工程材料鋁青銅第五節(jié)銅及其合金43工程材料

白銅第五節(jié)銅及其合金

44工程材料

1滑動軸承合金

用于制造滑動軸承及其內襯的合金。其性能要求(1)要求軸承合金必須具有足夠的抗壓強度和疲勞強度。(2)足夠的塑性和韌性。(3)低的摩擦系數(shù)(4)良好的導熱性和小的膨脹系數(shù)。第六節(jié)滑動軸承合金

45工程材料理想的軸承合金的組織應是軟基體上均勻分布著硬質點。軟的基體被磨損下凹，可貯存潤滑油并形成連續(xù)的油膜；硬質點則凸起來支撐軸頸，使軸