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1、1.3 常用合金铸件的生产1 除了特别难熔的合金之外，几乎所有的合金都能用于铸件生产。常用铸造合金铸铁铸造有色金属铸造铝合金铸造铜合金.铸钢21.3.1 铸铁件的生产 一、概述 含碳量大于2.11% 或具有共晶组织的铁碳合金，通常组织中含有石墨。 铸铁铸造性能良好，加工性能好，减摩性能好，成本低廉。占机器总质量的4590 与钢相比，强度与韧性较低。3一）铸铁及其分类 1、铸铁：碳含量为(2.44.0)%的铁碳合金，此外，还含有硅、 锰、 磷和硫等元素。 2、分类：A.根据碳的存在形式不同分为白口铸铁：碳以渗碳体的形式存在。麻口铸铁：碳以渗碳体和石墨两种形式存在。灰口铸铁 ：碳以石墨形式存在。B
2、.根据石墨的形态不同灰口铸铁又进一步分为 灰铸铁：石墨呈片状，石墨片越细小，其强度越 高。 球墨铸铁：石墨呈球状，对基体的割裂作用最小。 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状，介于片状和球状之间。 可锻铸铁：石墨呈团絮状，由渗碳体在高温下分解 获得。4Fe-C 相图二）Fe-C双重相图5 图中虚线表示稳定系统铁石墨状态图，实线表示亚稳定系统铁渗碳体状态图，而有些线如 ABC、JE、GP、PQ等，所表示的相变与高碳相的存在形式基本上无关，其相变的临界线 Fe-C合金为何有双重相图？ Fe-Graphite 稳定系 Fe-Fe3C 介稳定系 Fe3C 含炭量6.67% Graphite 含炭量1
3、00%7热力学 石墨较Fe3C更稳定 （Fe3C Fe+ Graphite） 动力学 Fe3C较石墨更易形成8 铸铁在实际结晶时，是按稳定系还是按亚稳定系进行，这主要取决于结晶时的条件和过冷度的大小。 以共晶结晶为例，当结晶温度tC1154时为液态；当结晶温度在 1148t C 1154时按铁石墨稳定系结晶，形成 AG；而当结晶温度降至tC1148，过冷度较大时，则按铁一渗碳体亚稳定系结晶，形成 AFeC。9二、铸铁的强化强化途径：1、铸铁的石墨化2、改变石墨的大小和形状3、改变基体组织101、铸铁的石墨化1）概念铸铁按稳定系结晶，析出石墨的过程称为石墨化过程共晶反应阶段析出石墨过程称为一次石
4、墨化共析反应阶段析出石墨过程称为二次石墨化112）影响铸铁石墨化的主要因素化学成分 C、Si能促进第一第二阶段石墨化程度 C 、Si 石墨化程度；含S 石墨化程度；Mn对石墨化程度的作用是双重的（阻碍石墨化，脱S）； Cu P促进第一反对第二阶段石墨化 ；12碳当量把各元素按其对石墨化的影响程度折算成碳的相当含量的总和：WCE=WC+1/3(WSi+WP)100当WCE=4.28，共晶成分；当WCE4.28，过共晶成分。13 冷却条件浇注温度 石墨化程度冷却速度 石墨化程度 铸型导热性 石墨化程度 铸件壁厚 石墨化程度142、改变石墨的大小和形状 实践表明：石墨削弱基体性能的程度，随其形态趋于
5、球化及尺寸的细化而减轻。改变石墨的大小和形状1.冷却速度石墨呈粗大片状普通灰铸铁2.孕育处理（铁水75Si-Fe）石墨呈细小片状孕育铸铁3.球化处理（铁水球化剂）石墨呈粗大片状球墨铸铁孕育处理4.蠕化处理（铁水蠕化剂)石墨呈蠕虫状蠕墨铸铁孕育处理5.白口铸铁石墨化退火（使Fe3C Fe+ Graphite）石墨呈团絮状可锻铸铁153、改变基体组织（进行热处理） 铸铁的硬度与抗压强度，基本上不受石墨影响，主要由基体组织决定。1、改变石墨化程度；2、进行强化热处理。16三、常用铸铁171）分类（1）普通灰铸铁：碳含量：（3.03.7）%；硅含量：（1.82.4）%；石墨片粗大；抗拉强度低，壁厚敏感
6、性大，如HT100（F），HT150（P）（2）高强度（孕育）灰铸铁碳含量：（2.83.2）%；硅含量：（1.02.0）%；石墨片细小均匀；壁厚敏感性小；性能特点： 组织和性能的齐一性好，适合生产厚壁铸件； 耐磨性更好，但减振性稍差； 铸造性能稍差（亚共晶），应提高浇温，安放冒口、补贴和冷铁实现顺序凝固。 牌号：HT200以上1. 灰铸铁182）灰铸铁的牌号 以HT # 表示牌号抗拉强度/MPa牌号抗拉强度/MPaHT100100HT250250HT150150HT300300HT200200HT350350直径为30毫米拉伸试棒的最低抗拉强度，单位是兆帕（MPa）灰铸铁193）性能：好铸、易
7、切、消振、耐磨、低敏感、怕拉不怕压、难焊不可锻、冲压象炸弹。20（1）灰铸铁的组织及机械性能 石墨 A型石墨 D型石墨 E型石墨21基体 珠光体 铁素体 珠光体-铁素体22灰铸铁的机械性能 灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。23提高灰铸铁机械性能的途径a.合理选定化学成分 C、Si、Mn、P、S的作用 选择合适的碳当量，碳当量保持不变，适当提高Si/C比，适当提高Mn含量。选择低碳当量24不同壁厚灰铸铁的化学成分牌号铸件壁厚(mm)化学成分(%)CSiMnPSHT15020-303.4-3.62.0-2.30.4-0.60.40.15HT20020-3
9、墨铸铁31含有球状石墨的铸铁称为球墨铸铁 球墨铸铁可发挥基体性能的70-90% 机械性能接近或超过钢，但铸造性能良好成本低，应用的广泛性仅次于灰铸铁321）灰铸铁的牌号 以QT # #表示试棒的最低抗拉强度（MPa）球墨铸铁试件最低延伸率牌 号抗拉强度MPa屈服强度Mpa伸长率%硬度HBQT400-30-180QT400-30-180QT450-60-210QT600--270QT900-332）性能特点（与灰铸铁和碳钢相比）（1）珠光体球铁，如QT600-3；QT700-2；
10、QT800-2等与灰铸铁相比其抗拉强度和硬度高；且较高的疲劳强度；与碳钢相比更耐磨、减振且缺口敏感性低；其铸造性能和切削性能介于灰铸铁和碳钢之间。 总之，在很多地方可代替铸钢如曲轴，带轮等。（2）铁素体球铁,如QT400-18；QT450-10等，盛煌娱乐具有较高的塑性和冲击韧性，可代替可锻铸铁制造汽车的后桥。3）球铁的铸造特点（与灰铸铁相比）（1）流动性差，应适当提高浇注温度，加大浇口尺寸。（2）收缩大，（糊状结晶和石墨膨胀引起）（3）应采取的工艺措施采用刚性大的铸型；采用顺序凝固的原则进行补缩；采用半封闭、过滤网和集渣包等挡渣措施。34石墨4) 球墨铸铁的组织及性能35石墨球状石墨的球化等级球化等
11、级说 明175%呈球状，余为团状245%呈球状和团状，余为团虫状360%呈团状，余为球状和团虫状4大部分呈团虫状和团状，余为球状和蠕虫状36球状石墨的大小级别345678石墨直径(mm)25-5012-25 6-12 3-61.5-31.5 球状石墨的大小分级（100）37基体铁素体38珠光体+铁素体基体39机械性能材料名称抗拉强度MPa屈服强度Mpa伸长率%硬度HB铁素体球铁-42010-28110-170珠光体球铁-贝氏体球铁-8501-438-50 HRC退火25钢-29018-1
12、9120-140正火45钢650-850 40014-1)球墨铸铁的结晶球墨晶核奥氏体球状石墨奥氏体球状石墨 生核 共晶 凝固完毕41球状石墨形成条件 凝固时有较大过冷度 铁液与石墨间有较大的界面张力 铁液中有一定的球化元素残留量 良好的石墨形核条件 426) 球墨铸铁的生产化学成分选定 高碳，低硅、锰、磷、硫。 铁水温度高：应高于14001420碳含量（3.64.0）%；硅含量（2.63.1）%；锰含量（0.40.6）%；磷含量小于0.1%；硫含量小于0.06%。43球化处理冲入法采用稀土镁作球化剂；加入量为处理铁水量的（1.31.8）%；加入方法为冲入法44孕育处理孕
13、育衰退多次孕育型内孕育目的：消除球化剂的白口倾向；并可细化石墨球，增加共晶团数目。加入量：对珠光体球铁为处理铁水的（0.51.0）% 对铁素体球铁为处理铁水的（0.81.6）%45炉前检验467) 球墨铸铁的热处理对一般的珠光体球铁，应进行正火+中温回火处理；对高强度的如QT800-2和QT900-2还应进行调质或等温淬火处理；对铁素体球铁，应进行退火处理。477) 球墨铸铁的热处理 Si使球墨铸铁的共析反应在一个温度区间内进行48奥氏体-贝氏体球墨铸铁ADI(Austempered ductile iron) 基体贝氏体+残余奥氏体热处理可以控制球墨铸铁中的奥氏体含量-部分奥氏体化处理49抗
14、拉强度可达900-1400MPa 延伸率可达2-10%。铸件加热至Ac1以上30-50 保温，随后淬入270-300的盐浴中，空冷。主要用途：曲轴、机车车轮、齿轮、轧辊奥氏体-贝氏体球墨铸铁ADI(Austempered ductile iron)503、可锻铸铁(玛钢/玛铁） 1）牌号：KTH或KTZ 2）组织：珠光体或铁素体基体+团絮状石墨。 3）性能特点：难铸，塑、韧性好，耐蚀性高，不可锻。4）用途：制造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件。515）生产特点（1）首先获得白口组织的毛坯；（按铁-渗碳体相图结晶）（2）对白口毛坯进行退火处理： 对铁素体可锻铸铁的退火工艺加热到950度以上，保温
15、30小时，形成奥氏体+团絮状石墨；冷却到710730度时，保温20小时，获得铁素体+团絮状石墨；炉冷到500600度时，出炉冷却。 对珠光体可锻铸铁的退火工艺加热到950度以上，保温30小时，形成奥氏体+团絮状石墨；炉冷到820880度，出炉冷却。524、蠕墨铸铁牌号：RuT 性能：界于球铁和灰铁之间，具有良好的导热性、抗氧化性、耐磨性。53四. 铸铁的熔炼541) 感应电炉熔炼原理 电能热能5556感应电炉按其频率高低可分为：工频感应电炉工作频率为50Hz，容单在100kg10t，由单相、两相和三相电源供电；中频感应电炉，频率在6O1000OHz，其常用工作频率在 1504000Hz之间，容
16、量为 501000kg； 高频感应电炉，其工作频率为 21053105Hz，其容量为 10100kg。57按其结构特点可分为：有芯感应电炉和无芯感应电炉两种。有芯感应电炉主要用于非铁合金熔炼和铸铁保温时使用，炼钢中极少应用；无芯感应电炉应用较为广泛。58中频感应炉59感应炉熔炼特点a. 铁水化学成分变化小元素CSiMnPS变化率%-510+510-5不变不变60b. 铁水温度高c. 熔化率低，成本高感应炉熔炼特点612) 冲天炉熔炼熔炼原理62无焦冲天炉63冲天炉熔炼特点a. 铁水化学成分变化大元素CSiMnPS变化率,%+不变+507564b. 铁水过热困难炉内最高
17、温度17001800出炉铁水温度1380142065c. 熔化效率高熔化设备炉内径mm熔化率T/h工频感应电炉6000.5 0.75冲天炉6002.5 366d.双联法熔炼铸铁冲天炉感应电炉优点：节约能源温度高化学成分易控制671.3.2.铸钢件的生产68一、铸钢件的生产 1、铸钢种类：按化学成分有铸造碳钢和铸造合金钢两大类，碳钢以中碳钢为主，即：ZG25ZG45；合金钢又分低合金钢（合金元素的总和小于5%）和高合金钢（合金元素的总和大于10%）； 2、铸钢的牌号（1）碳钢牌号：ZG（2）合金钢盛煌娱乐的牌号如：低合金钢ZG40Mn、ZG30MnSi高合金钢ZGMn13 、ZG1Cr18Ni9Ti 、
18、ZG1Cr13抗拉强度（MPA）屈服强度（Mpa）693、铸钢件的铸造工艺特点1）熔点高，钢液易氧化，对型砂性能(强度、耐火性、透气性）要求高；2）流动性差，收缩大，工艺上一般采用顺序凝固原则，对薄壁或易产生裂纹的铸件采用同时凝固原则；3）应严格控制浇注温度(低碳钢、薄壁小件高温浇注，高碳钢（流动性好）、厚（大）壁件低温浇注）；4、铸钢的熔炼电弧炉、感应电炉、平炉705. 铸造碳钢的热处理热处理的目的 细化晶粒 消除魏氏体 消除铸造应力主要热处理方法 退火 正火 正火加回火碳含量大于（或等于）0.35%的、或结构复杂的铸钢件应进行退火处理；碳含量小于0.35%的铸钢件应进行正火+高温回火的处理
19、；铸钢不能进行淬火处理。71铸造碳钢的性能及应用铸钢牌号屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率%ZG200-ZG270-ZG340-QT72主要应用轧钢机架 机车车轮 车钩73铸造碳钢的化学成分铸钢牌号CSiMnPSZG200-4000.20.50.80.01ZG270-5000.40.9ZG340-6400.60.674铸造碳钢的使用温度铸造碳钢基体 铁素体+珠光体 温度过低铁素体脆化，温度过高珠光体分解通常使用温度 -40400 75铸造碳钢的结晶与铸态组织1)结晶过程 一次结晶A 二次结晶 F+A2)铸
20、态组织 晶粒粗大 魏氏组织 F76钢中的魏氏组织中等含炭量，冷速较快77影响铸造碳钢力学性能的主要因素化学成分 C Si Mn P S78气体和夹杂物钢中的气体主要为： 氢、氮、氧。危害最大的是氢 “氢脆” 夹杂物主要为：硫化物、氧化铝、硅酸盐类、球状氧化物。 沿晶界分布的硫化物和氧化铝夹杂对钢基体割裂最大，球状氧化物影响最小。79铸件壁厚80碳钢的铸造性能流动性81体收缩率与缩孔率含炭量含炭量温度缩孔总体积分散缩孔体积集中缩孔体积82线类别铁素体渗碳体奥氏体Wc=1.4%珠光体Wc=0.9%马氏体Wc=1.4%石墨Wc=100%密度,g.cm-37.887.687.9817.776
21、7.6572.200比容,cm3.g-10.12710.13020.12530.12860.13060.4545各种组织的性能84热裂倾向含炭量 0.2%左右热裂倾向最小 含硫量 严重影响热裂 含锰量 可抵消硫的作用防止热裂成 含氧量 钢液中氧以FeO形式存在，凝固时在晶界析出，降低高温强度，促使热裂形成。85冷裂倾向含炭量 塑性好，冷裂倾向小 含硫量 严重影响冷裂 含锰量 可抵消硫的作用防止热裂成 含氧量 钢液中氧以FeO形式存在，增大冷裂形成。 含磷量 增大冷裂的形成甚于硫86铸造碳钢的焊接性碳恶化钢的焊接性876. 碳钢的熔炼炼钢设备1)电弧炉88炼钢设备2)感应电炉89炼钢要求钢水达到
22、一定温度化学成分准确含气夹杂少901.3.3 有色金属铸件的生产91常用铸造有色金属铝较高的比强度（b/比重）铜锌优良的导热、导电性，抗蚀性，耐磨性镁铅锡92一、铝合金铸件的生产1、分类及性能铝-硅合金：又称硅铝明，铸造性能最好，用的最多；铝-铜合金：耐热、强度高，但铸造性能差；铝-镁合金：抗蚀性和机械性能好，有光泽；铝-锌合金：虽然在铸态下强度高，但易开裂，已不采用。2、铸造工艺特点易吸气和氧化，收缩大，充型过程应平稳，避免搅动；由于铝合金的熔点低，特别适合于采用特种铸造方法中的金属型铸造和压力铸造方法来生产铸件。933、铝合金的熔炼特点：由于铝在高温下极易氧化（形成：高熔点的三氧化二铝夹渣
23、）和吸气（氢气），所以熔炼的关键是除渣和排气。具体为：用六氯乙烷（或氯化锌）进行精炼；采用坩埚炉或感应炉进行熔炼。94 二、铜合金铸件的生产1、分类（详细内容见课本16页）纯铜（紫铜）：用其好的导电性和导热性；铜-锡合金（锡青铜）：有很好的耐磨性和耐腐蚀性；铜-铝合金（铝青铜）：强度和塑性均高于锡青铜；铜-铅合金（铅青铜）：有很好的耐磨性；铜-锌合金（黄铜）：强度高，成本低，铸造性能好。2、铜合金的铸造特点锡青铜：结晶温度范围宽，铸造性能差；但不易氧化 。铝青铜或铝黄铜：结晶温度范围窄，属于逐层凝固倾向于形成缩孔；但由于铝容易氧化，形成氧化夹渣，所以应采取挡渣措施。黄铜：铸造性能好，在锡青铜和铝青铜之间。其中硅黄铜的铸造性能在特殊黄铜中是属于最好的，可采用顺序凝固的工艺措施进行补缩。所以铸造黄铜的应用更广泛。953、铜合金的熔炼特点：由于铜易氧化和吸气，所以，应采取以下措施（多采用坩埚炉或感应炉熔炼）1）用木炭、碎玻璃、苏打或硼砂覆盖液面；2）脱氧（磷、铝和锌）；3）除气（氢气）方法：吹氮气、加氯盐或沸腾法；4）精炼：如铝青铜应用苏打、萤石、冰晶石等碱性熔剂精炼。96谢 谢！97
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