1、1金属材料学习题与思考题第七章 铸铁1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？（1）白口铸铁：含碳量约 2.5%,硅在 1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的 Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料 （2）灰口铸铁；含碳量大于 4.3，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸
2、件和耐磨件。 （3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同 钢是含碳量在 0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为普通钢（P0.045%，S0.050%） 优质钢（P、S 均0.035%） 高级优质钢（P0.035%，S0.030%） 按照化学成分又分 碳素钢：.低碳钢（C0.25%）.中碳钢（C0.250.60%）.高碳钢（C0.60%）。合金钢：低合金钢（合金元素总含量5%）.中合金钢（合金元素总含量510%）.高合金钢（合金元素总含量10%）。2
3、、C、Si、Mn、P、S 元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn 低）一高（S 高）的铸铁易出现白口？（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B 等。其中，Nb 为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。C 和 Si 是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量 CE = C% + 1/3Si%，一般 CE4%，接近共晶点。S 是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。（2）铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊 接过
4、程中易产生白口组织和裂纹。白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响。墨的数量、大
5、小和分布对铸铁的性能有显著影响。如片状石墨 ，数量越多对基体的削弱作用和应力集中程度越大。石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状。对于灰铸铁，热处理仅能改变基体组织，改变不了石墨形态，热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能。球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.。 珠光体型球墨铸铁柴油机的曲轴、连杆、齿轮；
6、机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。 铁素体型球墨铸铁 受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。27、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600 各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。（1）灰铸铁常用型号为 HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350球墨铸铁常用型号为 QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700
7、-2/QT800-2/QT900-2黑心可锻铸铁常用牌号为 KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中 KTH300-06 适用于气密性零件,KTH380-08 适用于水暖件，KTH350-10 适用于阀门、汽车底盘。（2）牌号中代号后面只有一组数字时，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。抗拉强度随壁厚而变化，壁厚越大抗拉强度越小。3）灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总产量的 80%以上。1.牌号：
8、常用的牌号为 HT100、HT150、HT200、HT3502.组织灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。灰铸铁的显微组织如下图所示。为提高灰铸铁的性能，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。3.热处理热处理只能改变铸铁的基体组织，但不能改变石墨的形态和分布。由于石墨片对基体的连续性的破坏严重，产生应力集中大，因而热处理对灰铸铁的强化效果不大，其基体强度利用率只有 30%-50%。灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火。4.用途灰铸铁主要用
9、于制造承受压力和振动的零部件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。与灰铸铁相比，它的碳当量较高，一般为过共晶成分，这有利于石墨球化。1.牌号：QT400-17 、QT420-10 、QT500-05、QT600-02 、 QT700-02、QT800-02、QT1200-012.组织球墨铸铁是由基体+球状石墨组成，铸态下的基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体 3 种。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。加入到铁水中能使石墨结晶成球形的物质称为球化剂，常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁。镁是阻碍石墨化的元素，为了避免
10、白口，并使石墨细小且分布均匀，在球化处理的同时还必须进行孕育处理，常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金。3.性能由于球状石墨圆整程度高，对基体的割裂作用和产生的应力集中更小，基体强度利用率可达 70%-90%。接近于碳钢，塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。4.热处理由于球状石墨危害程度小，因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化。球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。5.用途3球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用，可代替部分碳钢制造受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得的
11、，其石墨呈团絮状。可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高，以保证浇注后获得白口组织，但又不能太低，否则将延长石墨化退火周期。1.牌号：KTH KTB KTZ 分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号 2.组织可锻铸铁的组织与第二阶段石墨化退火的程度有关。当第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体+团絮状石墨），在共析温度附近长时间保温，使第二阶段石墨化也充分进行，则得到铁素体+团絮状石墨组织，由于表层脱碳而使心部的石墨多于表层，断口心部呈灰黑色，表层呈灰白色，故称为黑心可锻铸铁。若通过共析转变区时，冷却较快，第二阶段石墨化未能进行，使奥氏体转变为珠光体，得到珠光体+团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。
12、3.性能由于可锻铸铁中的团絮状石墨对基体的割裂程度及引起的应力集中比灰铸铁要小，因而其强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，接近于铸钢，但不能锻造，其强度利用率达到基体的 40%-70%。4.用途可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。这些零件如用铸钢制造则铸造性能差，用灰铸铁则韧性等性能达不到要求。8、如何理解铸铁在一般的热处理过程中，石墨参与相变，但是热处理并不能改变石墨的形态和分布。铸铁的热处理目的在于两方面：一是改变基体组织，改善铸铁性能，二是消除铸件应力。值得注意的是：铸件的热处理不能改变铸件原来的石墨形态及分布，即原来是片状或球状
13、的石墨热处理后仍为片状或球状，同时它的尺寸不会变化，分布状况不会变化。铸铁件热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态及分布，机械性能的变化是基体组织的变化所致。普通灰口铸铁(包括孕育铸铁)石墨片对机械性能(强度、延性) 影响很大，灰口铸铁经热处理改善机械性能不显着。还需要注意的是铸铁的导热性较钢差，石墨的存在导致缺口敏感性较钢高，因此铸铁热处理中冷却速度(尤其淬火) 要严格控制。9、某厂生产球墨铸铁曲拐。经浇注后，表面常出现“白口”，为什么？为消除白口，并希望得到珠光体基体组织，应采用什么样的热处理工艺？铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采
14、用退火（或正火）的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到 550 950保温 25 h，随后炉冷到 500550再出炉空冷。在高温保温期间 ，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和 A，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。10、解释机床底座常用灰铸铁制造的原因。工艺问题,这些零件形状复杂 ,除铸造用其他方法难以得到毛坯 ,而灰口铸铁具有十分优秀的铸造性能.而钢的铸造性很差. 其一,价格便宜,这些产品的重量很重. 其二,减震 ,灰铸铁中含碳量比较高，石墨在铸铁中的吸振能力或阻止振动传播的作用，使灰铸铁有优良的减振性，钢材没
15、有这个特性. 其三,减磨.灰铸铁中石墨有储油的作用，在有润滑的条件下，加上石墨本身是良好的润滑剂和冷却剂，所以灰铸铁有很好的减磨作用，从而灰铸铁比结构钢耐。其四,对缺口敏感性很低,灰铸铁本身的显微结构石墨是呈现细片状结构，千疮百孔的,再加几个缺口不要紧.钢要是有缺口,十分容易在缺口处疲劳破坏。411、影响铸态组织的主要因素是什么？铸铁的组织取决于石墨化进行的程度，为了获得所需要的组织，关键在于控制石墨化进行的程度。实践表明，铸铁的化学成分和结晶时的冷却速度是主要因素。第八章 铝合金1、试述铝合金的合金化原则。为什么以硅、铜、镁、锰、锌等元素为主加元素，而以钛、硼、稀土等作为辅加元素。铝具有一系
16、列比其他有色金属、钢铁和塑性等更优良的性能，如密度小，仅为 2.7，约为钢或铜的 1/3；优良的导电性、导热性；良好的耐蚀性；优良的塑性和加工性能等。但纯铝的力学性能不高，不适合作为承受较大载何的结构零件。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素，制成铝合金。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后的铝合金的力学性能可以和钢铁材料相媲美。 铝合金中常加入的元素为硅、铜、镁、锰、锌元素等。这些合金元素在固态铝中的溶解度一般都是有限的。2、铝合金热处理强化和钢淬火强化的主要区别是什么？铝合金的热处理强化不发生同素异构转变。铝合金的淬火处理称为固溶处理，由于
17、硬脆的第二相消失，所以塑性有所提高。过饱和的固溶体虽有强化作用，但是单相的固溶强化作用是有限的，所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显，而塑性却有明显提高。铝合金经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起温度、硬度以及物理和化学性能的显著变化，这一过程称为时效。铝合金的热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分。3、以 Al-Cu 合金为例，简要说明铝合金时效的基本过程。形成溶质原子偏聚区GP（）区。在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面
18、上聚集，形成溶质原子偏聚区，称GP（）区。GP（）区与基体 保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故 使合金的强度、硬度升高。GP 区有序化形成 GP（）区。随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成 GP（）区。它与基体 仍保持共格关系，但尺寸较 GP（）区大。它可视为中间过渡相，常用 ”表示。它比 GP（）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。形成过渡相 。 随着时效过程的进一步发展，铜原子在 GP（）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为 1：2 时，形成过渡相 。由于 的点阵常数发生较
19、大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此 相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。形成稳定的 相。过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相 Al2Cu，称为 相此时 相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长， 相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效” 。 相聚集长大而变得粗大。4、铝合金的成分设计要满足哪些条件才能有时效强化？一种合金能否通过时效强化，
20、首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝硅、铝锰、铝镁、铝锌通常都不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝铜合金，及三元合金或多元合金，如铝镁硅、铝铜镁硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处理进行强化。为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度高些，保温时间长些，有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。另外在淬火冷却过程不析出第二相，否则在随后时效处理时，已
21、析出相将起晶核作用，造成局部不均匀析出而降低时效强化效果。5、硬铝合金有哪些优缺点？说明 2A12（LY12）的热处理特点。5硬铝属于 Al-Cu-Mg 系合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故 Al-Cu-Mg 系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工性能和耐热性，但塑性、韧性低，耐蚀性差，常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等。硬铝合金的热处理特性是强化相的充分固溶温度与（+S）三元共晶的熔点 507.因此，硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为了获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12 合金最理想的淬火温度为 5003，但实际生产条件很难做到，所以 2A12 合金常用的
22、淬火温度为 495500。6、试述铸造铝合金的类型、特点和用途。铸造铝合金一般分为以下 4 个系列 : Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 的质量分数为 4%-22%。Al-Si 合金具有优良的铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好的力学性 能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广的一类合金。 Al-Cu 合金该系合金中 Cu 的质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如 ZL205A (T6) 合金的标准性能 b 为 490MPa, 是
23、目前世界上强度最高的铸造铝合金之一 , ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高的 耐热性能。 ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金的高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 下工作的零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低。 Al-Cu 合金具有良好的切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差。这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷的结构件和耐热零件。 Al-Mg 合金该系合金中 Mg 的质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高的力学性能 , 优异的耐腐蚀性能 , 良好的切削加工性能 , 加工表面光亮美观。该类合金熔
24、炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金。 Al-Zn 合金 Zn 在 Al 中的溶解度大 , 当 Al 中加人 Zn 的质量分数大于 10% 时 , 能显著提高合金的强度 , 该类合金自然时效倾向大 , 不需要热处理就能得到较高的强度。这类合金的缺点是耐腐蚀性能差 , 密度大 , 铸造时容易产生热裂 , 主要用做压铸仪表壳体类零件。7、试解释：铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热处理来细化。由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。8、Al-Zn-Cu-Mg 系合金的最高强度是怎样通过化学成分和热处理获得
25、的？热处理可强化型铝合金：A LZn-Mg-Cu系 合 金 -7XXX系 ， 如 7075合 金 ， 以 Mg和 Si 为 主 要 合 金 元 素 并 以 Zn 为 主 要 合金 元 素 的 铝 合 金 。7XXX 系合金中含铜的 ALZn-Mg-Cu，还有一些其他微量元素，它有较强的韧性和强度，为代表的 7075 合金，用于飞机及航空制造业。这类合金有抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。如果对成份和热处理以及显微组织进行全面设计，可以得到综合性能良好的高强度合金，该系合金中主要强化相为 Mn Zn z(n)与 Al2 Mg3 Zn3(T)相。用于制作轮椅的材料 7003-C 合金主要强
26、化相为 相和 Mg2Si.。有很好的抗应力腐蚀性能和焊接性能，又有比 6XXX系列高的强度和塑性，便于热成形和冷加工，在冷加工和焊接后不需再进行热处理。研究 2 种不同热处理方式对喷射成形超高强度 Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金的显微组织和力学性能的影响。观察沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品的显微组织，对经时效处理的样品进行了力学性能测试。结果表明：沉积态合金晶粒均匀细小；挤压态合金存在大量的第二相颗粒，为富铜相；固溶处理后，合金出现了再结晶现象。在 T6 条件下，采用常规 470单级固溶和时效处理，其抗拉强度仅为 710MPa，延伸率为 65；采用双级固溶和时效处理，其抗拉强度超过 8
27、00MPa，延伸率达到 93。 （T6：固溶热处理后进行人工时效的状态）9、不同铝合金可通过哪些途径达到强化的目的？代号 名称 说明与应用F 自由加工状态 适用于在成形过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，对该状态产品的力学性能不作规定O 退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H 加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后要经过（也可不经6过）使强度有所降低的附加热处理。H 代号后面必须跟有两位或三位何拉伯数字W 固溶热处理状态 一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T 热处理状态 适用于热
28、处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态（不同于 F、O、H 状态） 的产品，T 代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。TO 固溶热处理后，经自然时效再经过冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度的产品T1 由高温成形冷却，然后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成形过程冷却后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品T2 由高温成形冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成形过程冷却后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T3 固溶热处理后进行冷加工，再经自然时效至基本稳定的状态。适用于在固溶热处理后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T4 固溶热
29、处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品T5 由高温成形过程冷却，然后进行人工时效的状态。 （不经过冷加工可进行矫直、矫平但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品T6 固溶热处理后进行人工时效的状态T7 固溶热处理后进行过时效的状态。适用于固溶热处理后，为获取某些重要特性，在人工时效时强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品T8 固溶热处理后经冷加工，然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品T9 固溶热处理后人工时效，然后进行冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度产品T10 由高温成形过程冷却后，进
30、行冷加工，然后人工时效的状态10、为什么大多数铝硅铸造合金都要进行变质处理？铝硅铸造合金当硅含量为多少时一般不进行变质处理，原因是什么？铝硅铸造合金中加入镁、铜等元素作用是什么？一 般 情 况 下 ， 铝 硅 合 金 的 共 晶 体 由 粗 针 状 硅 晶 体 和 固 溶 体 构 成 ， 强 度 和 塑 性 都 较 差 ； 经 变 质 处 理 后 的 组 织 是 细 小 均匀的 共 晶 体 加 初 生 固 溶 体 ， 合 金 的 强 度 和 塑 性 显 著 提 高 ， 因 此 ， 铝 硅 合 金 要 进 行 变 质 处 理 。铸 造 硅 铝 合 金 一 般 需 要 采 用 变 质 处 理 ，
31、以 改 变 共 晶 硅 的 形 态 。 常 用 的 变 质 剂 为 钠 盐 。 钠 盐 变 质 剂 易 与 熔 融 合 金 中 的 气体 起反 应 ， 使 变 质 处 理 后 的 铝 合 金 铸 件 产 生 气 孔 等 铸 造 缺 陷 ， 为 了 消 除 这 种 铸 造 缺 陷 ， 浇 注 前 必 须 进 行 精 炼 脱 气 ， 导 致 铸造 工 艺 复杂 化 。 故 一 般 对 于 Si 小 于 7%-8%的 合 金 不 进 行 变 质 处 理 。若 适 当 减 少 硅 含 量 而 加 入 铜 和 镁 可 进 一 步 改 善 合 金 的 耐 热 性 ，获 得 铝 硅 铜 镁 系 铸 造 合
32、金 ， 其 强 化 相 除 了 Mg2Si、 CuAl2 外 ，还 有 Al2CuMg、 AlxCu4Mg5Si4 等 相 ， 常 用 的 铝 硅 铜 镁 系 铸 造 合 金 有 ZL103、 ZL105、 ZL111 等 合 金 。 它 们 经 过 时 效 处 理 后 ， 可 制作 受 力 较 大 的 零 件 ， 如 ZL105 可 制 作 在 250 以 下 工 作 的 耐 热 零 件 ， ZL111 可 铸 造 形 状 复 杂 的 内 燃 机 汽 缸 等 。11、铸造铝合金的热处理与变形铝合金的热处理相比有什么特点？为什么？铝 合 金 分 两 大 类 ： 铸 造 铝 合 金 ， 在 铸
33、态 下 使 用 ； 变 形 铝 合 金 ， 能 承 受 压 力 加 工 ， 力 学 性 能 高 于 铸 态 。 可 加 工 成 各 种 形态 、规 格 的 铝 合 金 材 。 主 要 用 于 制 造 航 空 器 材 、 日 常 生 活 用 品 、 建 筑 用 门 窗 等 。 铝 合 金 按 加 工 方 法 可 以 分 为 变 形 铝 合 金 和 铸 造 铝 合 金 。 变 形 铝 合 金 又 分 为 不 可 热 处 理 强 化 型 铝 合 金 和 可 热 处 理 强 化 型铝 合金 。 不 可 热 处 理 强 化 型 不 能 通 过 热 处 理 来 提 高 机 械 性 能 ， 只 能 通 过
34、冷 加 工 变 形 来 实 现 强 化 ， 它 主 要 包 括 高 纯 铝 、 工 业高 纯 铝 、工 业 纯 铝 以 及 防 锈 铝 等 。 可 热 处 理 强 化 型 铝 合 金 可 以 通 过 淬 火 和 时 效 等 热 处 理 手 段 来 提 高 机 械 性 能 ， 它 可 分 为 硬铝 、 锻 铝 、 超硬 铝 和 特 殊 铝 合 金 等 。 铝 合 金 可 以 采 用 热 处 理 获 得 良 好 的 机 械 性 能 ， 物 理 性 能 和 抗 腐 蚀 性 能 。 铸 造 铝 合 金 按 化 学 成 分 可 分 为铝 硅 合 金 ， 铝 铜 合 金 ， 铝 镁 合 金 和 铝 锌 合
35、 金 。第九章 铜合金71、锌含量对黄铜性能有什么影响？（1）普通黄铜的室温组织 普通黄铜是铜锌二元合金，其含锌量变化范围较大，因此其室温组织也有很大不同。根据CuZn 二元状态图（图 6） ，黄铜的室温组织有三种：含锌量在 35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的 固溶体组成，称为 黄铜；含锌量在 36%46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由（+）两相组成，称为（+）黄铜（两相黄铜） ；含锌量超过 46%50%的黄铜，室温下的显微组织仅由 相组成，称为 黄铜。（2）压力加工性能 单相黄铜（从 H96 至 H65）具有良好的塑性，能承受冷热加工，但 单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，其
36、具体温度范围随含 Zn 量不同而有所变化，一般在 200700之间。因此，热加工时温度应高于 700。单相 黄铜中温脆性区产生的原因主要是在 Cu-Zn 合金系 相区内存在着 Cu3Zn 和 Cu9Zn 两个有序化合物，在中低温加热时发生有序转变，使合金变脆；另外，合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上，热加工时产生晶间破裂。实践表明，加入微量的铈可以有效地消除中温脆性。两相黄铜（从 H63 至 H59） ，合金组织中除了具有塑性良好的 相外，还出现了由电子化合物 CuZn 为基的 固溶体。 相在高温下具有很高的塑性，而低温下的 相（有序固溶体）性质硬脆。故（+）黄铜
37、应在热态下进行锻造。含锌量大于 46%50%的 黄铜因性能硬脆，不能进行压力加工。（3）力学性能 黄铜中由于含锌量不同，机械性能也不一样。对于 黄铜，随着含锌量的增多，b 和 均不断增高。对于（+）黄铜，当含锌量增加到约为 45%之前，室温强度不断提高。若再进一步增加含锌量，则由于合金组织中出现了脆性更大的 r 相（以 Cu5Zn8 化合物为基的固溶体） ，强度急剧降低。 （+）黄铜的室温塑性则始终随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过 45%的铜锌合金无实用价值。普通黄铜的用途极为广泛,如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。随着锌含量的增加从
38、 H63 到 H59，它们均能很好地承受热态加工，多用于机械及电器的各种零件、冲压件及乐器等处。2、单相 黄铜中温脆性产生的原因是什么？如何消除？单 相 黄 铜 （ 从 H96 至 H65） 具 有 良 好 的 塑 性 ， 能 承 受 冷 热 加 工 ， 但 单 相 黄 铜 在 锻 造 等 热 加 工 时 易 出 现 中 温 脆 性 ， 其 具体 温 度 范 围 随 含 Zn 量 不 同 而 有 所 变 化 ， 一 般 在 200 700 之 间 。 因 此 ， 热 加 工 时 温 度 应 高 于 700 。 单 相 黄 铜 中 温 脆 性 区产 生 的 原 因 主 要 是 在 Cu-Zn 合
39、 金 系 相 区 内 存 在 着 Cu3Zn 和 Cu9Zn 两 个 有 序 化 合 物 ， 在 中 低 温 加 热 时 发 生 有 序 转 变 ， 使 合金 变 脆 ； 另 外 ， 合 金 中 存 在 微 量 的 铅 、 铋 有 害 杂 质 与 铜 形 成 低 熔 点 共 晶 薄 膜 分 布 在 晶 界 上 ， 热 加 工 时 产 生 晶 间 破 裂 。 实 践表 明 ， 加 入 微 量 的 铈 可 以 有 效 地 消 除 中 温 脆 性 。3、什么是黄铜的 “自裂” ？产生的原因是什么？通常采用什么方法消除？黄铜经压力加工而内部有残余应力时，若在大气中，特别是在有氨气、氨溶液、汞、汞蒸气、
40、汞盐溶液和海水中易产生腐蚀，致使黄铜破裂，这种现象称：“自裂”（季裂、应力腐蚀）。为了防止黄铜的应力腐蚀开裂，可将冷加工后的黄铜零件用 260-300 保 温 13 小 时 的 低 温 退 火 来 消 除 内 应 力 或向 黄 铜 中 加 入 一 定 量 的 Sn、 Si、 Al、 Mn 和 Ni 等 ， 可 显 著 降 低 应 力 腐 蚀 倾 向 ， 也 可 采 用 镀 锌 和 镀 锡 等 电 镀 层 加 以 保 护 ， 以 防止 自 裂 。4、锡青铜的铸造性能为什么比较差？铸 造 锡 青 铜 在 一 般 铸 造 条 件 下 ,容 易 产 生 反 偏 析 ,使 铸 件 成 分 不 均 匀 ,
41、内 部 形 成 许 多 小 孔 洞 ,降 低 铸 件 的 力 学 性 能 和 气 密 性 。5、简述合金元素在铝青铜中的作用。Ti、Al 的含量影响高锰铝青铜的机械性能，Al 含量变化对材料硬度的影响比 Ti 明显。在生产高锰铝青铜冶金备件时，Ti 含量应控制在 0.2%0.25%、Al 在 7.5%8.2%之间，可将产品硬度控制在HB(20020)的范围内。Ti、Al 含量在一定范围内增加，可以提高产品硬度。为获得稳定的产品硬度，必须严格控制各种元素的加入量及其成分波动范围。6、铍青铜在热处理和性能上有何特点？试写出一中牌号，并说明用途。铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。经固溶及时效处理
42、后，强度可达 1250-1500MPa(1250-1500 公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。 铍青铜的固溶处理 8一般固溶处理的加热温度在 780-820之间，对用作弹性元件的材料，采用 760-780，主要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在5。保温时间一般可按 1 小时/25mm 计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛
43、（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得光亮的热处理效果。此外，还要注意尽量缩短转移时间（此淬水时） ，否则会影响时效后的机械性能。薄形材料不得超过 3 秒,一般零件不超过 5 秒。淬火介质一般采用水（无加热的要求） ，当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。 铍青铜的时效处理 铍青铜的时效温度与 Be 的含量有关，含 Be 小于 2.1%的合金均宜进行时效处理。对于 Be 大于1.7%的合金，最佳时效温度为 300-330，保温时间 1-3 小时（根据零件形状及厚度） 。Be 低于 0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为 450-480，保温时间 1-3 小时。近年来还发展
44、出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温下长时间保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。 铍青铜的去应力处理 铍青铜去应力退火温度为 150-200，保温时间 1-1.5 小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度。常用的铍青铜 wBe=1.7%2.5%。铍在铜中的最大溶解度为 2.7%，到室温时降至 0.2%，所以，铍青铜经固溶热处理和时效后有较高的强度、硬度。同时，铍青铜还具有良好的耐蚀性、耐疲劳性、导电性、导热性，且无磁性，受冲
45、击不产生火花等，是一种综合性能较好的结构材料，主要用于制造各种精密仪器、仪表中的弹性零件和耐蚀、耐磨零件，如钟表齿轮、航海罗盘、电焊机电极、防爆工具等。铍青铜价格贵，工艺复杂，应用受到限制。如牌号：QBe2，用途：重要仪表的弹簧、齿轮等。耐磨零件，高速、高压、高温下的轴承。7、什么叫“ 弹壳黄铜”、 “商业黄铜”、“金色黄铜”、“易切黄铜”、“海军黄铜”？写出其主要牌号及用途。黄铜以锌作主要添加元素的铜合金具有美观的黄色统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於 36的黄铜合金由固溶体组成具有良好的冷加工性能如含锌 30的黄铜常用来制作弹壳俗称
46、弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在 3642之间的黄铜合金由和固溶体组成其中最常用的是含锌 40的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性能常添加其他元素如铝镍锰锡硅铅等。铝能提高黄铜的强度硬度和耐蚀性但使塑性降低适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性故称海军黄铜用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能这种易切削黄铜常用作钟表零件，称为易切黄铜。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。特殊黄铜：在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的多元合金称为黄铜。常加入的元素有铅、锡、 铝等，相应地可称为铅黄铜 、锡黄铜、铝黄铜。加合金元素的目的。主要是提高抗拉强度改善工艺性。 代号：为“ H
47、 主加元素符号（除锌外）铜的质量分数主加元素质量分数其它元素质量分数”表示。 如： HPb59-1 表示铜的质量分数为 59% ，含主加元素铅的质量分数为 1% ，余量为锌的铅黄铜。 青铜：除黄铜 白铜外，其余的铜的合金统称青铜，青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（即无锡青铜）两类。 代号：表示方法为“ Q+ 主加元素符号及质量分数 + 其它元素的质量分数”所组成。铸造产品则在代号前加“ Z ”字， 如： Qal7 表示含铝为 5% ，其余为铜的铝青铜 ZQsn10-1 表示含锡量为 10% ，其它合金元素含量为 1% ，余量为铜的的铸造锡青铜 锡青铜：是由锡为主加元素的铜锡合金，也称为锡青铜。当含
48、锡量小于 56% ，锡溶于铜中形成 a 固溶体，塑性上升，当含锡量大于 56% 时，由于出现了 Cu31sb8 为基的固溶体，抗拉强度下降，所以秤的锡青铜含锡量大多在 314% 之间， 当含锡量小于 5% ，适用于冷变形加工，当含锡量为 57% 时的适用于热变形加工。当含锡量大于 10% 时，适用于铸造。 由于 a 与 & 电极电位相近，且成分中的锡氮化后生成致密的二氧化锡薄膜，耐大气、耐海水等的耐蚀性上升，只是耐酸性较差。因为锡青铜结晶温度范围较宽，流动性差，不易形成集中缩孔，而易形成枝晶偏析和分散缩孔，铸造收缩率小，有利于得尺寸极接近于铸型的铸件，所以适于铸造形状复杂。壁厚较大的条件，而不
49、适宜铸造要求致密度高和密封性好的铸件。锡青铜有良好的减摩性，抗磁性及低温韧性。 锡青铜按生产方法可分为压力加工锡青铜与铸造锡青铜两大类。 特殊青铜：加入其它元素以取代锡，或为无锡青铜，多数特殊青铜都比锡青铜具有更高的机性，耐磨性与耐蚀性，常9用的有铝青铜（ QAL7 QAL5 ）铅青铜（ ZQPB30 ）等。 以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。镍含量通常为 10%、15%、20%，含量越高，颜色越白。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电
