（三）鑄鐵
鑄鐵是含碳量大於2.11％的鐵碳合金。在各類鑄造合金（鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁等）中應用最
廣泛。據統計，鑄鐵件的產量佔鑄件總產量的80％左右。
工業用的鑄鐵，是以鐵、碳、矽為主要元素的多元鐵碳合金。
1. 鑄鐵的分類
根據碳在鑄鐵中的存在形式不同，（鑄鐵在結晶過程中石墨化程度不同）鑄鐵可分為三大類：
（1） 灰口鑄鐵
碳大部分或全部以石墨形式存在。斷口呈暗灰色，這類鑄鐵具有好的鑄造效能，在鑄鐵材料中應
用最廣。
（2） 白口鑄鐵
碳大部分或全部以滲碳體形式存在。斷口呈銀白色，很難切削加工。一般不希望出現白口。
（3） 麻口鑄鐵
碳一部分以滲碳體形式存在，另一部分以石墨形式存在。斷口呈黑白相間的麻點。麻口鑄鐵也具
有較大的硬脆性，難以切削加工，工業上也很少應用。
依據鑄鐵中的石墨形態，可分為：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵。
2. 常用鑄鐵
（1） 灰鑄鐵
灰鑄鐵通常是指具有片狀石墨的鑄鐵。它在機器製造業中應用最廣，絕大部分的鑄鐵件是用灰鑄
鐵鑄造出來的。例：車床上的床身，主軸箱、尾架、拖板、刀架、進給箱、皮帶輪等。
① 灰鑄鐵的效能
灰鑄鐵的顯微組織是由金屬基體（鐵素體、珠光體）與片狀石墨所組成的，相當於在鋼的基體上
嵌入了大量的石墨片。
a 力學效能差
b 工藝效能
a 塑性幾乎為零，不能進行鍛壓加工。
b 焊接效能差。在焊接區，容易產生硬脆的白口組織，焊接時也容易產生裂紋。
c 鑄造效能好。接近共晶成分，與鋼相比，熔點低，流動性好。
d 切削加工效能良好。石墨割裂了金屬基體的連續性，使鑄件的切屑易脆斷，而且石墨對刀具有一
定的潤滑作用，通常不需加切削液。
c 良好的消震性。
石墨組織鬆軟，能吸收震動。
d 優良的減摩性。
石墨具有潤滑作用，石墨磨掉後形成顯微凹坑，可儲存潤油，耐磨性比碳鋼好。
2 灰鑄鐵的孕育處理（變質處理）
改善灰鑄鐵力學效能的關鍵，是改變鑄鐵中石墨片的數量、大小和分布。石墨片越少、越細、分
布越均勻，力學效能越高。
孕育處理——在澆注前，向鐵水中加入少量的矽鐵，使鑄鐵在結晶過程中產生大量的人工晶核，
獲得細珠光體基體上分布少量細小、均勻的片狀石墨組織。這樣的鑄鐵稱為孕育鑄鐵或變質鑄鐵。
3 灰鑄鐵的牌號和用途
a. 牌號
灰鑄鐵的牌號用「ht+三位數字」的方法來表示。「ht」為「灰鐵」兩字的漢語拼音字首，後面三
位數字表示其最低抗拉強度的數值。
例：ht200
表示最低抗拉強度為200mpa的灰鑄鐵。
灰鑄鐵有六個牌號：ht100、ht150、ht200、
ht250、ht300、ht350。（孕育鑄鐵）
b. 用途
ht100—用於製造蓋、手輪、支架等低載荷、不重要的零件。
ht150—用於製造底座、齒輪箱、床身等承受中等載荷的零件。
ht200、ht250—用於製造氣缸、床身、軸承座等承受較大載荷和較重要的零件。
ht300、ht350—用於製造齒輪、凸輪、車床卡盤、高壓液壓筒等承受高載荷的零件。
例：工具機床身（導軌面）
材料：ht150（ht200）
（2） 可鍛鑄鐵
——將白口鑄鐵坯件，經長時間高溫退火而得到的一種具有較高塑性和韌性，石墨呈團絮狀的鑄鐵。
由於石墨呈團絮狀，大大減輕了石墨對金屬基體的割裂作用，也減輕了石墨片尖端引起的應力集中現象，因此，可鍛鑄鐵比灰鑄鐵的強度高、塑性好、韌性大。
可鍛鑄鐵的石墨化退火工藝：
將澆鑄成的白口鑄鐵加熱到900 ~ 980℃，保溫約15h，使滲碳體分解為奧氏體加石墨（fe3c→a+g）。由於固態下石墨在各個方向上的長大速度相差不多，石墨呈團絮狀。
在隨後緩慢冷卻的過程中，奧氏體沿著團絮狀石墨的表面析出二次石墨，至共析轉變溫度範圍（738℃）時，奧氏體分解為鐵素體加石墨（a→f+g），結果得到鐵素體可鍛鑄鐵（鐵素體基體+團絮狀石墨）。
如果在通過共析轉變溫度時，冷卻速度較快，則得到珠光體可鍛鑄鐵（珠光體基體+團絮狀石墨）。
按照退火的方法不同，可鍛鑄鐵可分為黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和白口可鍛鑄鐵。（在我國
很少應用）
① 黑心可鍛鑄鐵（鐵素體可鍛鑄鐵）
白口鑄鐵中的滲碳體在退火過程中全部分解而石墨化，顯微組織為鐵素體基體上分布著團絮狀石墨，也稱鐵素體可鍛鑄鐵。因斷口呈暗黑色，故而得名。
牌號：kth 300—06
表示最低抗拉強度為300mpa、最小伸長率為6％的黑心可鍛鑄鐵。
用途：kthkkth 300—06：彎頭、三通、中壓閥門等。
kth 330—08：犁刀、犁柱、各種扳手等。
kth 350—10、kth 370—12：汽車、拖拉機上的前、後輪殼，差速器殼等。
例：落水三通
材料：kth 300—06
2 珠光體可鍛鑄鐵
白口鑄鐵坯件，退火時冷卻速度較快，得到的組織為珠光體基體上分布著團絮狀石墨。
牌號：ktz 450—06表示最低抗拉強度為450mpa、最小伸長率為6％的珠光體可鍛鑄鐵。
常用牌號：ktz 450—06、 ktz 550—04、 ktz 650—02、 ktz 700—02
珠光體可鍛鑄鐵韌性低，但強度、硬度高，耐磨性好，且切削加工性良好。可用來代替低碳、中
碳、低合金鋼及有色金屬製造的承受較高載荷、耐磨損並要求有一定韌性的重要零件。例：曲軸、凸
輪軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環、萬向接頭等。
（3） 球墨鑄鐵
——在澆注前，向鐵水中加入少量的球化劑（鎂或稀土鎂）和孕育劑（75％si的矽鐵），經球化
和孕育處理後獲得具有球狀石墨的鑄鐵。
1 效能
球墨鑄鐵具有較好的力學效能。
球墨鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性不僅高於其它鑄鐵，而且可與相應組織的鑄鋼相媲美。
2 牌號及用途
例：qt400—17 表示最低抗拉強度為400mpa、最小伸長率為17％的球墨鑄鐵。
常用牌號：qt400—17、qt420—10、qt500—5、qt600—2、qt700—2、qt800—2、
qt1200—1
qt400—17、qt420—10：切削加工性良好，韌性高。用於汽車、拖拉機底盤零件，閥門的閥體、
閥蓋等。
qt500—5：中等強度與塑性，切削加工性良好。用於內燃機的油幫浦齒輪等。
qt600—2、qt700—2、qt800—2：有較高的強度和耐磨性，塑性、韌性較低。用於柴油機、汽
油機的曲軸；磨床、銑床的主軸等。
qt1200—1：有高的強度和耐磨性，較高的彎曲疲勞強度，接觸疲勞強度和一定的韌性。用於汽
車、拖拉機傳動齒輪等。
習題五1. 下列牌號各表示什麼鑄鐵？牌號中的數字表示什麼意義？
ht200、 kth300-06、 ktz550-04、 qt700-2。
（四）有色金屬及其合金
通常把所有的非鐵金屬及其合金通稱為有色金屬材料。
與鋼鐵等黑色金屬相比，有色金屬具有許多優良的特性。例如：鋁、鎂、鈦等具有相對密度小、比強度高的特點，因此廣泛應用於飛機製造、汽車製造、船舶製造和宇航工業方面；銀、銅、鋁等具有優良的導電性和導熱性，是電器工業和儀表工業不可缺少的材料；鈾、鐳、釷、鈹是原子能工程所必需的材料。
隨著宇航、航海、石油化工、汽車、原子能、電子等新型工業的發展，有色金屬及其合金的地位將越加重要。
1. 銅及銅合金
（1） 純銅
純銅又稱紫銅，熔點為1083℃。麵心立方晶格，無同素異晶轉變。具有良好的導電、導熱性及抗
大氣腐蝕性，是重要的導電材料。
純銅的強度、硬度低，（σb≈240mpa，hbs ≈ 35），塑性很好，（δ ≈ 45%）具有良好的壓力
加工效能和焊接效能，易於冷、熱加工成形。
工業純銅的強度低，不適宜作結構材料。
在純銅中加入合金元素鋅、鋁、錫、錳、鎳等形成銅合金，其強度和塑性都能滿足工程要求。
常用的銅合金有黃銅、青銅及白銅等。
（2） 黃銅
黃銅是以鋅為主加元素的銅合金。
黃銅按合金元素的種類分為普通黃銅和特殊黃銅。
① 普通黃銅
普通黃銅是銅與鋅的二元合金。其中鋅的質量分數為30%的黃銅塑性最高，鋅的質量分數為
42%時強度最高，如果鋅的質量分數大於45％，合金變脆，沒有使用價值。
普通黃銅又分加工黃銅和鑄造黃銅。
普通加工黃銅的牌號用「h+數字」來表示。 「h」為加工黃銅的第乙個漢語拼音字母，後面數字為平均含銅量。
例：h68
表示平均含銅量為68％的普通加工黃銅。
當鋅的含量＜32%時，鋅能完全溶解於銅內，形成麵心立方的單相α固溶體，塑性好，可進行冷、
熱加工。
普通鑄造黃銅的牌號用「z+cu+主加元素符號+數字」來表示。 「z」為鑄造黃銅的第乙個漢語拼
音字母，後面數字為主加元素的平均含量，餘量為銅。
例：zcusn10zn2
表示平均含錫量為10％、平均含鋅量為2％、餘量為銅的普通鑄造黃銅。
② 特殊黃銅
為了改善黃銅的效能，常加入少量的合金元素。如：加入鋁、錫、鎳、錳等可提高合金的強度及
改善耐腐蝕性；加入矽、鉛等可提高耐磨性；加入鐵可細化晶粒。
特殊黃銅的牌號用「h+主加元素符號（鋅除外）+數字-數字」來表示，前面數字表示平均含銅量，後面數字表示其他元素（鋅除外）的平均含量。
例：hpb59-1
表示平均含銅量為59％、平均含鉛量為1％、餘量為鋅的鉛黃銅。
a . 錫黃銅
錫的加入能顯著提高黃銅對海水及海洋大氣的耐蝕性，錫黃銅又稱「海軍黃銅」。
例：hsn62-1，用於製造船舶零件。
b. 鉛黃銅
鉛對黃銅的強度影響不大，但能改善切削加工效能，也能提高耐磨性。
例：hpb63-3，用於製造要求表面粗糙度低及耐磨的鐘錶零件。
（3） 青銅
青銅原指銅和錫的合金，是人類歷史上應用最早的一種合金。現在把黃銅和白銅（銅鎳合金）以
外的銅合金統稱為青銅。又把錫青銅以外的其他青銅稱為無錫青銅（或特殊青銅）。
青銅的牌號用「q +主加元素符號+數字-數字」來表示，其中「q」為青銅的第乙個漢語拼音字母，前面數字表示主加元素的平均含量，後面數字表示其他元素的平均含量。
例：qsn4-3，表示含錫量為4％、含鋅量為3％、餘量為銅的錫青銅。
① 錫青銅
錫青銅是以錫為主加元素的銅合金。工業用錫青銅的含錫量一般為3 ~14％。
含錫量＜8％的錫青銅具有良好的冷、熱變形效能，適於壓力加工，也稱壓力加工錫青銅；
含錫量＞10％的錫青銅，由於塑性差，只適合鑄造，稱為鑄造錫青銅。
工程材料第一章
第一章 金屬學基礎 判斷題 本大題共30小題 1.金屬的同素異構轉變同樣是通過金屬原子的重新排列來完成的，故稱其為再結晶。x 2.室溫下，金屬晶粒越細，則強度越高，塑性越低。x 3.在一般情況下，金屬結晶後晶粒越細小，則其強度越好，而塑性和韌性越差。x 4.晶粒度級數數值越大，晶粒越細。5.間隙相的...
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第一章材料的效能
本章授課學時 2 學時 本章重點內容 材料的機械效能與效能指標 本章難點內容 材料機械效能指標的理解 第二節材料的力學效能 目的要求 要求學生掌握材料的不同效能及其指標的定義與含義。使學生能夠根據材料的加工生產 服役條件及其失效形式提出正確的效能指標。重點 材料機械效能指標的含義及物理含義。難點 材...