第5章 金属材料

《第5章 金属材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5章金属材料能力目标1.能够确定何种金属材料适合制造汽车零件；2.能够正确解释和区别不同标号金属的性能及用途。1知识目标1.了解铁碳合金基础知识；2.了解金属合金及导致金属性能不同的根本原因；3.了解碳对铁碳合金组织和性能的影响；4.掌握汽车上常用有色金属的性能要求。25.1黑色金属黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳(C)为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。习惯上把含碳量＞2.11%的归类于铁，含碳量＜2.11%的归类于钢。当铁中含C在0.03%~1.2%范围时则为钢，含C在1.2%~2.5%范围

2、的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。35.1.1铸铁及其分类铸铁是C的质量分数大于2.11%的铁碳合金，并且还含有较多的Si、Mn和一定的S、P等元素。铸铁是一种使用历史悠久的重要工程材料。我国人民在春秋时期已发明了生铁冶炼技术，并用其制造生产工具和生活用具，比西欧各国早两千年。现在，铸铁仍是工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械制造、冶金、矿山、石油化工、交通等行业。4（1）铸铁的石墨化1)Fe-Fe3C和Fe-C双重相图生产实践和科学实验指出，渗碳体是一个亚稳定的相，石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个，一个是Fe-Fe3C系相

3、图，另一个是Fe-C系相图。把二者叠合在一起，就得到一个双重相图，如图5-1所示。图中实线表示Fe-Fe3C系相图，部分实线再加上虚线表示Fe-C系相图。5图5-1Fe-Fe3C和Fe-C双重相图62)铸铁冷却和加热时的石墨化过程按Fe-C系相图进行结晶，铸铁冷却时的石墨化过程包括：从液体中析出一次石墨；由共晶反应生成共晶石墨；由奥氏体中析出二次石墨；由共析反应生成共析石墨。73)影响铸铁石墨化的因素①化学成分的影响C，Si，Mn，S，P对石墨化有不同的影响。其中C，Si，P是促进石墨化的元素，Mn和S是阻碍石墨化的元素。在生产实际中，若C，Si的含

4、量过低，则铸铁易出现白口，力学性能与铸造性能都较差；若C，Si的含量过高，则铸铁中石墨数量多且粗大，基体内铁素体量多，力学性能下降。8②冷却速度的影响铸件冷却越缓慢，即过冷度较小，越有利于按照Fe-C相图进行结晶和转变，越有利于石墨化过程充分地进行。当铸件冷却较快，即过冷度增大时，原子扩散能力减弱，利于按照Fe-Fe3C相图进行结晶和转变，不利于石墨化的进行。9（2）铸铁的分类1）按碳存在的形式分类按碳存在的形式可将铸铁分为三类：①灰口铸铁②白口铸铁③麻口铸铁102）按石墨的形态分类铸铁中石墨的形状、大小和分布情况，称为石墨的形态。常见的铸铁

5、石墨形态有20余种，但可归纳为片状、蠕虫状、絮状及球状四大类，如图5-2所示。灰口铸铁又可据此相应分为普通灰口铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁四类。11图5-2铸铁石墨形态123）按化学成分分类按化学成分又可分为两类。①普通铸铁普通铸铁即常规元素的铸铁，如普通灰口铸铁、高强度灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁。②合金铸铁合金铸铁又称为特殊性能铸铁，是向普通灰口铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素，如Cr，Ni，Cu，Al，Pb等制成的铸铁。13（3）灰口铸铁灰口铸铁是价格便宜、应用最广泛的铸铁材料。在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占80%以

6、上。我国灰口铸铁的牌号如表5-1所示。“HT”表示“灰口铁”，后面的数字表示最低抗拉强度。141516图5-3三种灰铸铁的显微组织171）影响灰口铸铁组织和性能的因素①化学成分控制化学成分是控制铸件组织和性能的基本方法。生产中主要是控制C，Si含量。C，Si强烈促进石墨化。C，Si含量过低时，铸铁易出现白口组织，力学性能和铸造性能都较低；含量过高时，石墨片过多且粗大甚至在铁液的表面出现石墨飘浮，降低了铸件的性能和质量。因此，灰口铸铁中的C，Si的质量分数一般分别控制在：2.5%~4.0%，1.0%~3.0%。18图5-4铸铁壁厚和C，Si含量对铸件组织

7、的影响192）孕育处理孕育处理就是变质处理，孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。常用的孕育剂有两种，一种为硅类合金，例如，最常用的是Si的质量分数为75%的硅铁合金、Si的质量分数为60%~65%和Ca的质量分数为25%~35%的硅钙合金等，后者石墨化能力比前者高1.5~2倍，但价格较贵。20①使铁液内同时生成大量均匀分布的非自发晶核，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁的强度；②避免铸件边缘及薄断面处出现白口组织，提高断面组织的均匀性。表5-2所列的HT200或HT250以上的灰铸铁均属孕育铸铁。21223）灰铸铁的热处理①消除内应力退火一

8、些形状复杂和尺寸稳定性要求较高的重要铸