铸造工程基础第5章铸造非铁合金.ppt

铸造铝合金
铸造铜合金
铸造镁合金
铸造锌合金
铸造轴承合金
铸造钛合金
铸造高温合金
第5章铸造非铁合金
第5章铸造非铁合金
铸造非铁合金也称铸造有色合金,在制造产业中占有重要地位,广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域,由其所带动的产业在国民经济中起着重要的支撑作用。目前应用的铸造非铁合金包括铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、钛合金、锡基和铅基轴承合金、镍基和钴基高温合金等材料,约占各类铸件总量的20%左右,由于减重降耗的要求,其应用具有明显的增长趋势,例如在汽车产业中,需要将铝合金铸件从现有的占铸件总重量的10%增长到30%左右,而在航空工业中,铝铸件更是占到铸件总量的80%以上。
铸造铝合金

铝是非铁金属中最常用的金属,铝的世界年产量比其他非铁金属总和还要多。纯铝在20℃,约为铁的1/3。纯铝的熔点较低,为660℃。纯铝具有优良的导电性和导热性,表面有一薄层几乎透明而致密的氧化膜保护,表面有光泽,在大气、淡水及氧化性酸类介质中有良好的耐蚀性。纯铝塑性好,但强度和硬度较低,不宜用于制造结构件。纯铝是电工器材中的重要原材料。在铸造车间,工业纯铝一般作为熔制合金的原料使用。近年来用工业纯铝铸造水冷结晶器和其他要求导热性良好的零件受到重视。
以铝为基加入各种合金元素组成各种作为结构材料的铝合金,力学性能大幅度提高。
铸造铝合金因主要的化学成分不同,它们的力学性能、物理性能和工艺性能也各有特点,简述如下:
-硅类合金其具有优良的铸造性能,经过变质处理后,还具有良好的力学性能,其耐热性和耐蚀性也较好,是铸造铝合金中产量最大的一类合金。
-铜类合金其最大特点是具有较高的室温和高温力学性能。但比重较大,耐蚀性和铸造性能较差。
-镁类合金它是密度最小、耐蚀性最好、强度最高的铸造铝合金,但高温强度较低,一般工作温度不超过200℃,铸造性能较差,熔炼铸造工艺也较复杂。
-锌类合金它是铸造铝合金中最便宜的一种,力学性能较高且不经热处理可直接使用,但密度较大,耐蚀性较差。
铸造铝硅合金
1 二元铸造铝硅合金
铝硅二元相图是简单的共晶型相图,。共晶温度为577℃,%。α相是硅溶于铝形成的固溶体,在共晶温度时硅的溶解度最大,%,%。β相是铝溶于硅形成的固溶体。由于β相中含铝极少,所以可用Si来表示,β相是硬而脆的相。由状态图可知,铝硅二元合金的室温组织为α固溶体和硅。共晶成分铝硅合金的铸态组织是α固溶体和粗大针状硅构成的共晶组织。亚共晶成分铝硅合金的铸态组织为共晶组织+树枝状α固溶体。过共晶成分铝硅合金的铸态组织是共晶组织和多角形块状的初晶硅。组织中有粗大的初晶硅或粗大的针条状共晶硅,都使铝硅合金的力学性能下降,特别是对塑性的影响更为显著。
在工业生产中,铸造铝硅合金都经过变质处理,处理后的组织和性能都发生很大变化。变质处理使共晶点向右下方移动,共晶温度由577℃降到564℃,%增到14%左右,从而使变质前后的组织差别很大,。
ZLl02合金是典型的二元铸造铝硅合金,含硅量为10~13%。当含硅量达13%时,如不经变质处理,铸造得到的是粗大的呈条状或针状的共晶体和块状的初晶硅组织,(a)。经变质处理后,由于共晶点右移,呈现亚共晶组织,(b)。组织中的初晶硅消失,出现了树枝状α固溶体初晶。由于变质剂的作用,降低共晶转变温度使结晶细化,组织中的硅变成水草状,在普通金相显微镜下呈颗粒状。Al-Si合金变质后,其抗拉强度和延伸率都有很大的提高,。
2 多元铸造铝硅合金
二元铝硅合金的缺点是力学性能偏低。为了提高力学性能,要在二元铝硅合金中再加入镁、铜、锰等合金元素组成多元的特种铝硅合金。这些元素中有的可以生成新的强化相,如Mg2Si、Al2Cu等,使铝硅合金可以经过热处理来强化。虽然经过热处理后硅的变化不很大,但新的强化相能以弥散的微小质点形式分布于α基体上,可以提高合金的力学性能。有的元素(如Mn)加入后能降低铁对合金的有害影响。有的元素(如Ti)可以细化组织,提高合金的力学性能。
我国常用的多元铝硅合金主要是铝—硅—镁系、铝—硅—镁—锰系和铝—硅—镁—铜系合金。
铸造铝铜合金
铸造铝铜类合金是工业上最早采用的铸造铝合金。这类合金最主要的优点是具有足够的强度、良好的热稳定性和切削加工性能。熔化时生成氧化膜的倾向小,熔炼工艺简单。它的缺点是比重大、耐蚀性低,有些合金容易形成裂纹。铝铜类合