铸造材料化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1金属普通能够分为黑色金属黑色金属和有色金属。黑色金属是指铁铁、锰、铬三种金属其单质为银白色，而非黑色。之所以称它们黑色金属是因为它们和它们合金表面常有灰黑色氧化物。有色金属是指黑色金属以外金属其中除少数有颜色外（铜为紫红色、金为黄色），大多数为银白色，有色金属有60各种，又可分为九大类：重金属：铜、铅、锌等。轻金属：铝、镁等。轻稀有金属：锂、铍等。难熔稀有金属：钨、钛、钒等。稀散金属：镓、锗等。稀土金属：钪、钇及镧系元素等。放射性金属：镭、锕等。贵金属：金、银、铂等。碱金属：钾、钠等二 铸造惯用金属第1页铝含有主要性质一、铝和氧气反应一、铝和氧气反应第2页2.1铝第3页在加热时，铝在氧气里会猛烈燃烧，同时放出大在加热时，铝在氧气里会猛烈燃烧，同时放出大量热，并发出刺眼白光，生成白色氧化铝。量热，并发出刺眼白光，生成白色氧化铝。第4页二二.铝和氯气反应铝和氯气反应第5页第6页 第7页三三.铝和金属氧化物反应铝和金属氧化物反应第8页第9页四四.铝两性铝两性铝及铝表面氧化膜与酸反应铝及铝表面氧化膜与酸反应第10页第11页第12页/10/1013铝及铝合金性能纯铝纯铝 强度低、塑性好，能够进行各种压力加工，含有良好加工性能和焊接性能。不宜直接用于作结构材料。铝合金铝合金依据铝合金成份、组织和工艺特点，能够将其分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。变形铝合金是将铝合金铸锭经过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所以要求有良好塑性变形能力。铸造铝合金则是将熔融合金直接浇铸成形状复杂甚至是薄壁成型件，所以要求合金含有良好铸造流动性。第13页/10/1014铝合金强化方式铝合金强化方式铝合金不但可经过冷变形提升强度，而且可用热处理来大幅度地改进性能。固溶强化固溶强化：加入铜、镁、锌、硅、锰等合金元素和铝都能形成有限固溶体，产生显著固溶强化效果，使铝合金强度有较大提升。时效强化时效强化：铝合金经加热到某一温度淬火后，能够得到过饱和铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间延长而增高，但塑性、韧性则降低。细化组织强化细化组织强化：在铝合金中添加微量合金元素细化组织是提升铝合金力学性能另一个伎俩。第14页/10/1015惯用形变铝合金第15页/10/1016惯用铸造铝合金第16页2.2铁第17页铁主要化学性质第18页第19页第20页第21页第22页第23页/10/1024 工业用钢工业用钢按化学成份分为工业用钢按化学成份分为碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。碳素钢碳素钢（简称碳钢）是含碳量（简称碳钢）是含碳量（0.0218%C%9%，WMn13%），莱氏体钢（高速钢）钢淬火温度降低。缩小奥氏体区域元素：铬(Cr)、钼(Mo)、硅(Si)、钨(W)等使A1、A3温度降低，共析(S)点、共晶(E)点向左下方移动。形成铁素体钢钢淬火温度升高。奥氏体区域改变，能够改变钢热处理温度、金相组织成份，从而改变钢材性能第29页/10/1030n 对奥氏体化影响对奥氏体化影响 大多数合金元素（除镍、钴外）引入后，减缓了奥氏体成长速度，使得奥氏体化过程减慢。为了得到较均匀、含有足够数量合金元素奥氏体，充分发挥合金元素有益作用，需更高加热温度与较长保温时间。n 细化晶粒细化晶粒 除锰外，几乎全部合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，尤其氏碳化物形成元素。形成碳化物以弥散质点形式分布在奥氏体晶界上，对奥氏体晶粒长大起机械妨碍作用，有利于在淬火后取得细马氏体。所以，与对应碳钢相比，在一样加热条件下，合金钢组织较细，力学性能更高。合金元素对热处理和力学性能影响第30页/10/1031合金元素对热处理和力学性能影响对对C曲线和淬透性影响曲线和淬透性影响大多数合金元素（除钴外）均使C曲线右移，临界冷却速度减小，从而提升钢淬透性。合金元素对C曲线形状也会有影响。合金元素对钢淬透性影响，由强到弱可排成下列次序：钼、锰、钨、铬、镍、硅、钒。采取多元少许合金化元素，对提升钢淬透性更有效。对马氏体转变温度影响对马氏体转变温度影响除钴、铝外，多数合金元素使马氏体转变温度Ms和Mf点下降，使相同条件下转变马氏体量降低。第31页/10/1032合金元素对热处理和力学性能影响提升回火稳定性提升回火稳定性因为合金元素溶入马氏体，使原子扩散速度减慢，因而在回火过程中马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后也较难聚集长大，从而提升了钢回火稳定性。第32页/10/1033合金元素对热处理和力学性能影响1.合金元素对强度影响合金元素对强度影响（合金强化（合金强化 路径）路径）(1)固溶强化：强度和硬度提升，塑性和韧性降低；强化量与溶质浓度相关。(2)细晶强化：不但能够提升强度，而且能够改进钢韧性；强化量与晶粒大小相关。碳化物形成元素（如V、Ti、Nb），形成碳化物含有细化晶粒作用。(3)弥散强化：高度弥散第二相粒子妨碍位错运动。2.合金元素对塑性和韧性影响合金元素对塑性和韧性影响 普通而言，除了细晶强化能同时提升强度和塑性韧性，其它强化普通而言，除了细晶强化能同时提升强度和塑性韧性，其它强化方式都会降低塑性和韧性，危害最大是间隙固溶强化，弥散强化方式都会降低塑性和韧性，危害最大是间隙固溶强化，弥散强化脆化作用最小，所以是最广泛采取强化方法之一。脆化作用最小，所以是最广泛采取强化方法之一。第33页/10/1034铸铁铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%铁碳合金。铁碳合金。铸铁熔炼简便、成本低廉，即使强度、塑性和韧性较低，但含有优良铸造性能、很高减摩和耐磨性、良好消震性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列优点。铸铁广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和国防等工业部门。铸铁中碳除少许固溶于铁素体外，其余既能够形成石墨，也能够形成渗碳体。依据碳在铸铁中存在形式，其种类有：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。第34页/10/1035铸铁分类 依据碳在铸铁中存在形式，铸铁可分为：白口铸铁白口铸铁碳大部分或全部以渗碳体形式存在，因断裂时断口呈白亮颜色，故称白口铸铁。灰口铸铁灰口铸铁碳大部分或全部以游离石墨形式存在，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。麻口铸铁麻口铸铁碳一部分以渗碳体形式存在，另一部分以游离态石墨形式存在，断口上呈黑白相间麻点。第35页/10/1036铸铁分类 依铸铁中石墨形态，可分为：灰铸铁灰铸铁，石墨呈片状；球墨铸铁球墨铸铁，石墨呈球状；可锻铸铁，石墨呈团絮状；蠕墨铸铁蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状。第36页/10/1037惯用铸铁1）灰口铸铁）灰口铸铁灰口铸铁是价格最廉价、应用最广泛一个铸铁，在各类铸铁总产量中，灰口铸铁占80%以上。成份大致范围：C：2.54.0%；Si：1.03.0%；Mn：0.251.0%；S：0.020.20%；P：0.050.50%。含有上述成份范围液体铁水在进行迟缓冷却凝固时，将发生石墨化，析出片状石墨。其断口外貌呈浅烟灰色，所以称为灰口铸铁。普通灰口铸铁组织是由片状石墨和钢基体两部分组成。依据不一样阶段石墨化程度不一样，灰口铸铁有三种不一样基体组织。第37页/10/1038灰口铸铁 灰口铸铁第一、二阶段石墨化过程均充分进行，其组织类型主要取决于第三阶段石墨化程度。铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁若第三阶段石墨化过程得到充分进行，最终得到组织是铁素体基体上分布着片状石墨。珠光体铁素体灰口铸铁珠光体铁素体灰口铸铁若第三阶段即共析阶段石墨化过程仅部分进行，取得组织是珠光体铁素体基体上分布着片状石墨。珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁若第三阶段石墨化过程完全被抑制，取得组织是珠光体基体上分布片状石墨。第38页/10/1039灰口铸铁性能机械性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢机械性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢灰口铸铁中片状石墨（相当于微裂纹）存在，不但在其尖端处引发应力集中，而且破坏了基体连续性，造成抗拉强度很差，塑性和韧性几乎为零。但灰口铸铁抗压性能很好，惯用于制造机床床身、底座等耐压零部件。耐磨性与消震性好耐磨性与消震性好因为铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。一样因为石墨存在，灰口铸铁消震性优于钢。工艺性能好工艺性能好因为灰口铸铁含碳量高，靠近于共晶成份，故熔点比较低，流动性良好，收缩率小，所以适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，因为石墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁可切削加工性优于钢。第39页/10/1040球墨铸铁球状石墨在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，则可取得石墨呈球状分布铸铁，称为球墨铸铁。球墨铸铁大致化学成份：C：3.63.9%；Si：2.03.2%；Mn：0.30.8%；P：0.1%；S：0.07%；Mg：0.030.08%。球墨铸铁在铸态下金属基体可分为铁素体、铁素体-珠光体、珠光体、贝氏体基等。与灰口铸铁相比，球墨铸铁含有较高抗拉强度和弯曲疲劳极限，也含有相当良好塑性及韧性。珠光体珠光体+铁素体基球墨铸铁铁素体基球墨铸铁 铁素体基球墨铸铁铁素体基球墨铸铁 第40页/10/1041其它铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁钢基体上分布着蠕虫状石墨铸铁，是由液体铁水经变质处理和孕育处理随之冷却凝固后所取得一个铸铁。强度和韧性高于灰口铸铁，但不如球墨铸铁。耐磨性很好。可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁经长时间石墨化退火而取得一个高强度铸铁。含有较高强度和一定塑性、韧性，但实际上并不能进行铸造。合金铸铁合金铸铁向灰口铸铁和球墨铸铁铁液中加入一些合金元素，可取得含有一些特殊性能合金铸铁。熔炼简便、成本低廉，含有良好使用性能。第41页2.2.3 3 镁镁第42页镁主要化学性质镁主要化学性质第43页第44页第45页2.8 2.8 铜铜第46页铜主要化学性质铜主要化学性质一一.铜和空气反应铜和空气反应第47页第48页第49页第50页/10/1051铜合金黄铜黄铜铜锌合金或以锌为主要合金元素铜合金称为黄铜。黄铜含有良好塑性和耐腐蚀性，良好变形加工性能和铸造性能，在工业中有很强应用价值。第51页/10/1052青铜青铜青铜原指铜锡合金，不过，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成合金也叫青铜。青铜实际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。第52页/10/1053白铜白铜普通白铜仅含铜和镍。普通白铜中加入锌、锰、铁等元素后分别叫做锌白铜、锰白铜、铁白铜。铜与镍无限固溶，含有很好强度和优良塑性，能进行冷热变形。锰含量高锰白铜可制作热电偶丝。工业用白铜包含结构用白铜和电工用白铜两种。白铜线是国际上应用比较广泛一个耐蚀性材料和装饰结构材料，用于制作耐蚀、弹性元件、医疗器械和日用装饰品等。第53页2.2.4 4 惯用合金元素惯用合金元素第54页使晶粒细化第55页第56页第57页第58页第59页第60页第61页2.2.5 5 稀土元素稀土元素第62页一一.稀土元素和氧气作用稀土元素和氧气作用第63页第64页二二.稀土元素与水和酸作用稀土元素与水和酸作用第65页三三.稀土元素和硫作用稀土元素和硫作用第66页四四.稀土元素和氮气作用稀土元素和氮气作用第67页第68页3 3.1 1 制模用有机高分子化合物制模用有机高分子化合物三 铸造惯用有机高分子第69页第70页第71页第72页第73页第74页第75页第76页第77页第78页第79页第80页第81页第82页第83页第84页第85页第86页第87页3.2铸造中惯用树脂第88页第89页第90页第91页第92页第93页第94页第95页第96页第97页第98页第99页第100页第101页第102页第103页