2018/12/25

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【技术干货】汽车常用金属材料分析第下篇:汽车用铸铁以及车用铝|合|金分析
发布日期:2019-04-29  来源:腾讯分分彩走势图  浏览次数:183
核心提示:第四节 汽车用铸铁铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金,并且含有比普通碳素钢较多的硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)
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 第四节  汽车用铸铁
 铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金,并且含有比普通碳素钢较多的硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等元素。
      在铸铁中,碳可以以两种形式存在:一种是石墨,它很软,强度极低,另一种是渗碳体(用符号“Fe3C”表示),它是化合物,硬度达800HB并且脆性很大,几乎无塑性和韧性。根据碳的存在形式,铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。另外还有一种合金铸铁,它是在灰铸铁或球墨铸铁中有目的的加入一些合金元素的铸铁。白口铸铁中碳主要以渗碳体形式存在。其断口呈银白色,故称为白口铸铁。这类铸铁的性能既硬又脆,很难进行切削加工,所以很少直接用来制造零件。
      下面分别介绍其它几种铸铁。
一、灰铸铁
(一)基本知识
    ⒈ 灰铸铁组织及性能
     这类铸铁中碳大部或全部以片状石墨形式存大,其断口呈暗灰色,故称为灰铸铁。
     由于灰铸铁是由金属基体和片状石墨两部分组成,而片状石墨硬度和强度都极低,这就相当于在钢基体中存在着许多细小的裂缝,从而使灰铸铁的抗拉强度、疲劳强度降低,并且塑性、韧性很差,不能承受冷加工塑性变形,也不能锻造和轧制。尽管石墨降低了铸铁的机械性能,却使铸铁获得了许多钢所不及的优良性能。如良好的切削加工性、耐磨性、润滑性、减震性等。此外,灰铸铁还有良好的铸造性,它的熔点比钢的熔点低,流动性好,冷却收缩率小。 
⒉ 灰铸铁的牌号
 灰铸铁的牌号用“灰铁”两字汉语拼音的第一个字母“HT”和一组数字表示。数字表示抗拉强度(MPa)。如HT200,其中“HT”表示灰铸铁;“200”表示最低抗拉强度为200MPa。
       灰铸铁的牌号和力学性能如表14-21。
 
 
(二)在汽车上的应用
灰铸铁是应用最广泛的一种铸铁,其产量约占各类铸铁的80%以上。对于机械性能要求不高而形状复杂的零件,如机床床身,汽车上的气缸体、气缸盖、变速器箱体等均可采用灰铸铁制造。在汽车上的应用如表14-22。
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二、可锻铸铁
(一)基本知识
      ⒈可锻铸铁的组织及性能
       可锻铸铁又叫玛钢、马铁或韧铁。它是白口铸铁经长时间的石墨化退火,使渗碳体在固态下分解,而获得的具有团絮状石墨的铸铁。在退火过程中,随着组织转变时的冷却速度不同,可形成黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。前者具有较高的塑性和韧性,而后者具有较高的强度、硬度和耐磨性,但塑性与韧性较低。
      应注意的是,因可锻铸铁的塑性和韧性比灰铸铁好,故称为可锻铸铁,但可锻铸铁并非可以锻打。
⒉ 可锻铸铁的牌号
可锻铸铁的牌号由三个字母和两组数字表示,前两个字母为“KT”,即“可铁”的汉语拼音的第一个字母,第三个字母是类别代号,“H”和“Z”分别表示“黑”心和“珠”光体可锻铸铁。其后的两组数字分别表示抗拉强度和延伸率。例如,KTH350-10,其中,“KTH”表示黑心可锻铸铁;“350”表示抗拉强度不低于350MPa, “10”表示延伸率不小于10%。
      可锻铸铁的牌号及力学性能如表14-23。
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表14-23  黑心可锻铸铁与珠光体可锻铸铁的牌号与力学性能
(二)在汽车上的应用
可锻铸铁适用于制造一些形状复杂、强度和韧性要求较高的薄截面零件,如汽车上的后桥壳、轮毂、制动踏板、钢板弹簧支架等。其在汽车上的应用见表14-24。
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三、球墨铸铁
 
(一)基本知识
      ⒈ 球墨铸铁的组织和性能
      铁水经过球化处理而使石墨大部或全部呈球状(有时为团絮状)的铸铁,称为球墨铸铁。
      由于球墨铸铁中的石墨呈球状,对基体的割裂作用降低,可以充分发挥基体的性能。所以球墨铸铁的机械性能比灰铸铁和可锻铸铁的机械性能都高。其强度、塑性、韧性与相应组织的铸钢差不多。在某些方面,如屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)比钢还高,疲劳强度大致与中碳钢相同,耐磨性优于表面淬火钢。由于石墨的存在,使它具有与灰铸铁同样良好的切削加工性、耐磨性、减震性和铸造性能。 
⒉ 球墨铸铁的牌号
 球墨铸铁的牌号是由“球铁”两字的汉语拼音字母的字头“QT”及两组数字组成,两组数字分别代表其最低抗拉度(MPa)和延伸率。例如QT400-18中“QT”表示球墨铸铁,“400”表示最小抗拉强度值为400MPa,“10”表示伸长率最小值为10%。球墨铸铁的牌号及主要力学性能如表14-25。
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(二)在汽车上的应用
 
由于球墨铸铁的某些性能与钢相似,价格比钢便宜,又具有灰铸铁的优点,所以在汽车中得到了广泛应用。如表14-26所示。
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四、合金铸铁 
 
(一)基本知识
     在灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素的铸铁称为合金铸铁。加入合金元素后可使铸铁具有某些特殊性能,如耐热、耐酸、耐磨等。
     ⒈ 耐热铸铁
     在铸铁中加入Al、Si、Cr等合金元素,可以在铸件表面形成致密的保护性氧化膜(如Al2O3、SiO2、Cr2O3),使铸铁在高温下具有抗氧化的能力,称为耐热铸铁。
⒉ 耐磨铸铁 
     当灰铸铁的含磷量提高到0.4%~0.6%,再加入Cr、W、Cu、Ti等合金元素构成合金高磷铸铁。它的强度、韧性和耐磨性都较高。这类铸铁属于耐磨合金铸铁。
     ⒊ 高强度铸铁  
     在稀土镁球墨铸铁中加入少量铜(Cu)钼(Mo)等合金元素,可得到高强度合金铸铁。 
在汽车上,耐热铸铁可用于制造进、排气门座及排气管密封环等;汽车的气缸套和活塞环一般用耐磨合金铸铁制造,而主要以高磷系列的合金铸铁为主;活塞环一般是用含钨、铬、锰的高磷耐磨铸铁制造,而CA1093发动机的活塞环用耐磨性更好的含铌合金铸铁制造。EQ1092的汽缸套用高磷铸铁铸造;高强度合金铸铁,可用来制造柴油机曲轴,连杆及主轴承盖等。合金铸铁在汽车上的应用如表14-27所示。
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第五节  汽车用有色金属 
 
 通常把铁和铁碳合金称为黑色金属,把黑色金属以外的金属及其合金称为有色金属。汽车上一些零件必须用有色金属材料制作,以满足特殊要求。汽车上常用的有色金属主要有铝、铜及其合金。
      一、铝及铝|合|金
      纯铝因其强度低,切削加工性差、可焊性差等特点,在汽车工业中使用较少。而铝|合|金因其具有强度高,质轻等优点,得到广泛应用。
      铝|合|金就是在铝中加入适量的Si、Cu、Mg、Mn等元素后组成的合金。铝|合|金按其成分和工艺特点,可分为变形铝|合|金和铸造铝|合|金两类。
(一)变形铝|合|金 
 
这类铝|合|金的特点是塑性好,可进行冷热状态下的压力加工。可分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等。
      1.防锈铝
      防锈铝属于铝–锰系和铝–镁系合金。其强度适中,塑料性优良,耐蚀性好,具有较好的抛光性,光泽可长期保持。主要用于制造耐蚀性好的容器及车辆装饰,及受力小的结构件、铆钉等。
      防锈铝的代号用“LF”(“铝”及“防”的汉语拼音字母字头)及一组顺序号表示。
      2.硬铝
      硬铝分铝–铜–镁和铝–铜–锰两类合金。这类合金通过淬火、时效处理可以显著提高强度。由于密度小,强度与密度的比值较高,故名硬铝。常用于制作铆钉、蒙皮等。硬铝的耐蚀性比纯铝差,故常在表面包一层纯铝,以提高其耐蚀性。
      硬铝的代号;“LY”和一组顺序号来表示。
3.超硬铝
      超硬铝是在硬铝中再加入锌形成的铝–铜–镁锌系合金。经淬火、时效处理,其硬度超过硬铝,故称为超硬铝。其耐蚀性较差,一般表面要包一层纯铝,以增加抗蚀能力。主要用于飞机上的一些构件。
      其代号用“LC”和一组顺序号来表示。
      4.锻造铝
      锻造铝的化学成分和硬铝相似,能通过时效处理来提高强度。在加热状态下有良好的塑性,可进行热变形加工。锻铝有较高的强度,用于制造飞机零件。
      其代号用“LD”和一组顺序来表示。
(二)铸造铝|合|金 
铸造铝|合|金简称铸铝。其种类很多,常用的有铝–硅系、铝–铜系、铝–镁系和铝–锌系等合金。
铝–硅系合金是最常用的铸造铝|合|金,俗称硅铝。这种合金有着优良的铸造性能,同时还具有比重轻、抗蚀能力好、机械性能较好等优点,所以广泛用来制造形状复杂、要求有较高强度和耐蚀性的零件。
      铸铝的代号用“ZL”及三位数字表示。第一位表示铝|合|金的类别(1–—铝–硅系、2–—铝–铜系,3–—铝–镁系,4–—铝–锌系),第二、三位表示合金的顺序号。
      常用铝–硅系铸造铝|合|金的代号、成分及性能见表14-28。
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表14-28  常用铝—硅系铸造合金牌号、成份、性能
      铸造铝|合|金在汽车上的应用见表14-29。
表 14-29 铸造铝|合|金在汽车上的应用
二、铜及铜合金
纯铜呈紫红色,具有良好的导电性、导热性、耐蚀性和塑性,但纯铜的强度不高,硬度较低,且价格贵。故一般不直接制作各种构件,常用的是铜合金。在汽车上只有个别场合应用纯铜,例如,气缸垫、进排气管垫、轴承垫片、一些管接头、制动管、散热管、油管和电气接头等
      常用的铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。
(一)黄铜
黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按化学成分的不同,黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。
      1.普通黄铜
      仅由铜和锌两种元素组成。其牌号用“黄”字的汉语拼音字头“H”加数字表示,数字表示铜的质量分数的百分数,其余为锌。如H68表示铜的质量分数68%,其余为锌的普通黄铜。
      普通黄铜常用来制作汽车上的散热器分水管、汽油滤清器滤芯、化油器零件、管接头、垫圈、螺钉等。 
2.特殊黄铜
在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的合金,称为特殊黄铜。常加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等,分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜……等。
      特殊黄铜的牌号用“H+元素符号+若干组数字”表示。第一组数字表示铜的的质量分数的百分数,第二组表示主加元素的质量分数的百分数,数字间用短线分开。如HPb59–1表示含铜59%,铅1%的铅黄铜。
      特殊黄铜在汽车上用作耐磨损的零件,如转向节衬套、钢板弹簧衬套、离合器与制动蹄支轴衬套等。
      黄铜在汽车上的应用见表14-30。
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表14-30 黄铜在汽车上的应用
(二)青铜
 除了黄铜和白铜(铜和镍的合金)外,所有的铜基合金都称为青铜。按化学成分的不同,分为锡青铜和无锡青铜。
      1.锡青铜
      是以锡为主加元素的铜合金。它有良好的强度、硬度、耐腐蚀性和铸造性。它的铸造收缩率是合金和有色金属中最小的。因此,它适用于铸造形状复杂、壁厚较大的零件,常用作轴承材料。
其牌号用“青”字的汉语拼音首字“Q”和几组数字组成。第一组数字为主加元素质量分数的百分数,后几组数字为其它添加元素质量分数的百分数。如QSn4–4–2.5表示锡的质量分数约4%,含锌约4%,含铅约2.5%的锡青铜。
      锡青铜用于制造各种扁圆弹簧及铜丝网,汽车上用作轴套垫及轴承垫。
2.无锡青铜
  由于锡的价格较高,所以出现了在铜中不加锡元素,而是添加铝、镍、锰、硅、铍、铅等元素,这些青铜称为无锡青铜或特殊青铜。
     无锡青铜具有高的强度、耐磨性及良好的耐腐蚀性,有的特殊青铜还有高的导电性、导热性和热强性,因而是锡青铜很好的代用品。无锡青铜可用于汽车上的轴承、衬套等。
      无锡青铜的牌号与锡青铜的相似。
      青铜在汽车上的应用如表14-31。
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表 14-31  青铜在汽车上的应用
三、轴承合金
 轴承合金是用来制造滑动轴承的材料。轴承是支承轴并保证其正常运转的零件。因此轴承合金应满足以下基本要求:
      ⑴ 足够的强度及硬度,以承受轴颈较大的压力;
      ⑵ 高的耐磨性,低的摩擦系数,以减少轴颈的磨损;
      ⑶ 足够的塑性和韧性,较高的疲劳强度,以承受轴颈的交变载荷,并抵抗冲击和振动;
      ⑷ 良好的导热性、耐蚀性及小的膨胀系数;
      ⑸ 良好的磨合性,使其与轴颈能较快的紧密地配合。
      为满足上述要求,轴承合金的理想组织,应由塑性好的软基体和均匀分布在软基体上的硬质点(一般为化合物)构成。
      常用的轴承合金有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金、铝基轴承合金等。
(一)锡基轴承合金
它是以锡为基础,加入适量的锑(Sb)、铜(Cu)等元素组成,又称为锡基巴氏合金。
      这种合金具有适中的硬度、低的摩擦系数,并有较好的塑性和韧性,具有优良的导热性和耐蚀性。常用于高速、重载下的重要的轴承。
     (二)铅基轴承合金
      铅基轴承合金是以铅为基础,加入适量的锑、锡、铜等元素组成的合金,又称为铅基轴承合金。其特点是强度、硬度、韧性均低于锡基轴承合金,摩擦系数较大。但其价格较低,故在可能的情况下,尽量代替锡基轴承合金使用。这类轴承合金一般用于中等负荷的轴承。 
(三)铜基轴承合金
铜基轴承合金是以铜为基础,加入适量的锡、铅、锌及磷、锰等元素组成的合金。
      铜基轴承合金的优点是:具有良好的润滑作用,摩擦系数低,其抗压强度、疲劳强度、硬度、导热性及耐热性都很高。因此,可用于承受高载荷,高速度及高温下工作的轴承。
     (四)铝基轴承合金
      铝基轴承合金有铝镁锑合金、低锡铝|合|金(锡的质量分数为6%左右)和高锡铝|合|金(锡的质量分数为20%以上)。前二者的塑性、韧性等机械性能良好,且屈服强度较高,因此其负载能力较高。主要用于低速柴油机等轴承上。而高锡铝|合|金有较高的疲劳强度、良好的导热性和耐热性,又有良好的耐磨、减摩性和抗蚀性。因此,被广泛用于汽车、拖拉机、内燃机上。
轴承合金的牌号
 轴承合金的牌号:按国家标准GB/T 1174-92规定,用“轴”字汉语拼音首字母“Z”加基本元素符号与主加元素符号及其质量分数的百分数表示。
      例如:ZSnSb4Cu4,Cu后的“4”表示平均铜的质量分数为4%,Sb后的“4”表示平均锑的质量分数为4%,“ZSn”表示锡基轴承合金。
      铸造轴承合金的化学成分、牌号如表14-32所示。 
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表 14-32  铸造轴承合金的化学成分和力学性能

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