发布时间 : 星期三 文章机械工程材料教案（王忠）2008 - 图文更新完毕开始阅读
第7章 铸铁
目的和要求：铸铁有普通铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等多种，他们本质的差别是
石墨形态的不同。结晶时的控制和结晶后的热处理是控制石墨形态的两种措施。这都是本章所应当讲授的内容。
重点和难点：常用铸铁材料的分类、典型成分、性能特点和典型应用。 学时的分配：2学时。
1铸铁及其性能特点
铸铁：含碳量在2.11～4.30%之间的铁碳合金。
性能特点：抗拉强度低、塑性韧性差、抗震/耐磨性能好、切削加工性好、缺口敏感性低。
铸铁的石墨化：铸铁中碳原子析出形成石墨的过程，就叫做铸铁的石墨化。铸铁的性能主要取决于石墨化的程度。化学成分、结晶时冷却速度是影响石墨化的主要因素。
石墨：六方晶系，碳原子靠共价键结合（结合力较强）、呈层状分布，层间为分子键结合（结合力弱）。因而，石墨的强度、硬度、塑性都很低。
2铸铁的种类
铸铁的分类：按照石墨化程度，铸铁常分成灰口铸铁（断口呈灰色）、白口铸铁（断口呈白亮色）、麻口铸铁（断口呈黑白相间的麻点）。还可以按照石墨结晶形态分成灰口铸铁（石墨程片状）、球墨铸铁（石墨呈球状）、蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）。
铸铁的基体有铁素体（F）、珠光体（P）和铁素体+珠光体（F+P）三种。 第一，灰口铸铁
命名方法：HT最小抗拉强度（GB/T9439） 典型牌号：HT200、HT350等。
典型用途：中等负荷结构件、复杂形状薄壁件、润滑条件下受磨件等。由于工艺简单、价格低廉，用量占铸铁总质量的约75%。
其他：灰口铸铁冷却过程中，由于截面或壁厚不均，会产生应力。应进行消除应力退火（人工时效）。或者将其加热到850～900℃保温后缓慢冷却，促使其石墨化（石墨化退火）来改善切削加工性。还可对表面进行淬火（如机床导轨），以提高硬度和耐磨性。 第二，球墨铸铁
命名方法：QT最低抗拉强度-最低延伸率（GB/T1348）。 典型牌号：QT400-18、QT600-3、QT900-2等。
典型用途：汽车/拖拉机轮毂、内燃机曲轴、汽车转向节/传动轴等。 其他：球墨铸铁是20世纪50年代发展的优良铸铁材料，综合力学性能接近钢，还保持了生产方便、成本低廉的优势，应用广泛。球墨铸铁可以进行高温退火（促使自由渗碳体石墨化）、低温退火（改善塑性）和消除应力退火；还可以正火、调质和等温淬火。 第三，蠕墨铸铁
命名方法：RuT最低抗拉强度（JB/T4403）。 典型牌号：RuT260、RuT420等。
典型用途：汽车/拖拉机底盘零件、汽缸套/活塞环/刹车毂等。
其他：减震性优于球墨铸铁而不及灰口铸铁，抗拉强度/疲劳强度/延伸率优于灰口铸铁接近球墨铸铁，切削加工和铸造性能优于球墨铸铁接近灰口铸铁。 第四，可锻铸铁
命名方法：KTH（黑心）/Z（珠光体）/B（白心）+最低抗拉强度-最低延伸率（GB/T9440）。
典型牌号：KTH300-06、KTH370-12、KTZ450-06、KTZ700-02等。 典型用途：中低压阀门、汽车/拖拉机差速器壳、凸轮轴、扳手等。 其他：可锻铸铁并不真正可以锻造，只是有一定的塑性和韧性。黑心可锻铸铁主要是因为热处理时表层石墨减少、心部有大量石墨呈灰黑色。可锻铸铁可以进行石墨化退火。 第五，特殊性能铸铁
主要有耐热铸铁、耐磨铸铁、耐蚀铸铁等。
3铸铁的性能特点及其原因
第一，铸造性能
铸铁的熔点低，流动性好，因此有良好的充模性，可以生产薄壁复杂零件。 铸铁结晶时，产生大量的比容较大的石墨，因而收缩量小，可以有效防止铸件开裂。 第二，机械性能
石墨强度很低，相当于空洞。片状石墨还相当于裂纹。损害其机械性能。因而强度、塑性低。
球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁中的石墨形态改变，抗拉强度、塑性、韧性都有所改善，但仍低于钢。可是，铸铁抗压强度是抗拉强度的3～4倍。因而广泛用做受压零件如机座等。 第三，切削加工性
石墨破坏了金属的连续性，切屑易于断开脱落，切削加工性能良好。
石墨还有润滑作用，因而可减轻对刀具的磨损。 第四，消/吸振性
石墨质地松软，能吸收振动能量，因而具有良好的消/吸振性。一般振动能量衰减率不低于10%（钢只有2～3%）。
并且，石墨数量越多，片越粗大，消/吸振性越好。 第五，缺口敏感性
石墨强度低，相当于有许多小缺口。所以，缺口敏感性低。
本章小结：本章作业：自教材
P223中选取。
第8章 有色金属材料
目的和要求：有色金属具有黑色金属所不具备的比强度高、导电/热性好、耐腐蚀等宝贵性
能，是不可缺少的重要机械工程材料。有色金属的基本理论和基本知识已经在有关金属的理论章节讲述，本章则主要讲述典型的有色金属和合金。
重点和难点：铜及铜合金、铝及铝合金，他们的典型牌号和实际应用。 学时的分配：4学时。
1有色金属材料及其特性
有色金属材料：非铁金属及其合金就叫有色金属材料。
特性：一般密度小，比强度高；良好的导电性、导热性；优良的耐蚀性（钛）；高的熔点（W、Mo、Ta、Nb）等。
应用：机械行业中数量不多（约4.5%），但不可或缺。
2铝
铝是产量仅次于钢铁的金属材料。
熔点660℃，密度2.72g/cm3（铁的1/3，属于轻金属），面心立方结构。导电性、导热性好，导磁率低，抗大气腐蚀性能好。但是，强度低（抗拉强度仅70Mpa，可通过热处理强化），低温下也有良好的塑性、韧性。
3纯铝及其牌号、用途
工业纯铝：纯度98.0～99.0%。牌号为L1，L2……L7，数字越大纯度越低。用作防腐机械零件、铆钉、日用品等。
工业高纯铝：纯度98.85～99.9%。牌号L0，L00，数字大纯度高。用于制作铝箔、铝合金原料等。
高纯铝：纯度99.93～99.99%。牌号L01，L02，L03等，数字大纯度高。用于特殊场合、科学研究等。
4铝合金的分类
铝合金的分类：变形铝合金（锻造铝合金）、铸造铝合金。
变形铝合金：通常加热时是单相固溶体。塑性良好，可进行锻造、轧制、挤压等变形加工。有不能热处理强化铝合金、能热处理强化铝合金两类。
变形铝合金的强化机理：第二相化合物。
时效强化：过饱和固溶体随时间延长而析出第二相、使合金发生强化的这种现象就称做时效强化（或时效硬化）。
自然时效：室温下进行的时效。 人工时效：加热条件下进行的时效。