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1、第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产2-1 铸铁件生产铸铁件生产2-2 铸钢件生产铸钢件生产2-3 有色合金铸件生产有色合金铸件生产复习题复习题 用于铸造的金属材料种类繁多，有铸铁、铸钢、用于铸造的金属材料种类繁多，有铸铁、铸钢、铸造铝合金等，其中铸铁件应用最多，占铸件总重量铸造铝合金等，其中铸铁件应用最多，占铸件总重量的的4590。1第一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产铸铁铸铁(Cast iron)：主要由铁、碳、硅组成的主要由铁、盛煌娱乐碳、硅组成的含碳量大含碳量大于于2.11的合金的总称。在机械制造业中应用十分广的合金的总称。在机械制造业中应用十分广泛。泛。铸 铁 中铸 铁 中 C
2、有有 两 种 存 在 形 式两 种 存 在 形 式：一 种 是 碳 化 铁：一 种 是 碳 化 铁(Cementite)；另一种是石墨；另一种是石墨(Graphite)。铸铁中铸铁中石墨形态石墨形态又可分为片状石墨又可分为片状石墨(Flakes)、球状石、球状石墨墨(Spheroids)、团絮状石墨、团絮状石墨(Rounded clumps)和蠕和蠕虫状石墨虫状石墨(Vermicular or Compacted)。2下一页一、一、分类分类 根据碳的存在形式和石墨的形态不同根据碳的存在形式和石墨的形态不同 v 白口铸铁白口铸铁(White cast iron)：C主要以主要以Fe3C形式形式出
3、现的铸铁，断出现的铸铁，断口呈口呈银白色银白色。性能：性能：又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器零件中很少采用。零件中很少采用。主要用途：主要用途：炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。v 灰铸铁灰铸铁（Grey cast iron）：C主要以主要以片状石墨形式片状石墨形式出现的铸铁，出现的铸铁，断口是断口是灰色灰色。性能：性能：具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性能，广泛应用。能，广泛应用。v 球墨铸铁球墨铸铁(Nodular or ductile cast iron)：铁水经铁水经球化处理球化
4、处理使使石墨石墨大部分或全部大部分或全部呈球状呈球状的铸铁。的铸铁。性能：性能：具有良好的力学性能。具有良好的力学性能。v 可锻铸铁可锻铸铁(Malleable cast iron)：白口铸铁通过白口铸铁通过石墨化退火石墨化退火，使，使碳主要以碳主要以团絮状石墨形式团絮状石墨形式存在。存在。性能：性能：有较高韧性的铸铁。实际是不能锻造的。有较高韧性的铸铁。实际是不能锻造的。3白口铸铁球墨铸铁灰铸铁可锻铸铁后 退4v 蠕墨铸铁蠕墨铸铁(Compacted or vermicular graphite cast iron)：大部分石墨为大部分石墨为蠕虫状石墨蠕虫状石墨的铸铁。是新的铸铁。是新发展起
5、来的铸铁。发展起来的铸铁。v 麻口铸铁麻口铸铁(Motted cast iron)：一种介于白口铸铁和一种介于白口铸铁和灰铸铁之间的铸铁。其中碳部分以碳化铁形式出灰铸铁之间的铸铁。其中碳部分以碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰、白色现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰、白色相间。它也很硬很脆，很少用。相间。它也很硬很脆，很少用。5二、二、灰铸铁灰铸铁 (Gray cast iron)铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底座、箱体类铸件。座、箱体类铸件。C2.8%3.8；Si1.22.7；Mn0.51.3；P0.3；S0.15 1.
6、1.灰铸铁的成分、组织和性能灰铸铁的成分、组织和性能化学成分：化学成分：6金属基体金属基体Matrix:(铁素体铁素体-Ferrite，珠光体，珠光体-Pearlite)+片状石墨片状石墨-Graphite flakes。相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。根据基体组织不同，灰铸铁分为根据基体组织不同，灰铸铁分为三类：铁素体灰铸铁三类：铁素体灰铸铁(F)(F)，铁素体珠光体灰铸铁铁素体珠光体灰铸铁(F-P)(F-P)，珠光体灰铸铁，珠光体灰铸铁(P)(P)。片状石墨片状石墨是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰铸铁的是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰
7、铸铁的基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。显微组织显微组织(Structure)7v力学性能较差：力学性能较差：b20MPa，=0,布氏硬度约布氏硬度约3HBS，故其，故其强度、硬度、强度、硬度、塑性几乎都是趋于塑性几乎都是趋于0 0。相当于在钢的基体上存在大量裂。相当于在钢的基体上存在大量裂纹和空洞，在石墨片的尖角造成严重的应力集中。由于纹和空洞，在石墨片的尖角造成严重的应力集中。由于片状石墨对基体的割裂作用片状石墨对基体的割裂作用，使得
8、灰铸铁的抗拉强度、，使得灰铸铁的抗拉强度、塑性比碳钢要低的多。灰铸铁几乎没有什么塑性和韧性。塑性比碳钢要低的多。灰铸铁几乎没有什么塑性和韧性。由于石墨片对于灰铸铁承受压应力的影响比较小，所以由于石墨片对于灰铸铁承受压应力的影响比较小，所以灰铸铁的抗压强度和硬度与同样基体的碳钢差不多。灰铸铁的抗压强度和硬度与同样基体的碳钢差不多。性能特点性能特点8v工艺性能：工艺性能：铸造性能好铸造性能好(缺陷少缺陷少)，铸造工艺简便，铸造后成品率比较，铸造工艺简便，铸造后成品率比较高；高；切削加工性能好切削加工性能好（excellent machinability）。由于石墨割。由于石墨割裂了金属基体，在切削
9、加工时灰铸铁的切削容易脆断，形裂了金属基体，在切削加工时灰铸铁的切削容易脆断，形成崩碎切屑。同时石墨是固体润滑剂，能够减轻刀具的磨成崩碎切屑。同时石墨是固体润滑剂，能够减轻刀具的磨损。灰铸铁硬度比较适中，便于进行切削。损。灰铸铁硬度比较适中，便于进行切削。灰铸铁很脆，又没有塑性，灰铸铁很脆，又没有塑性，不能锻造不能锻造。灰铸铁在焊接时容易产生白口组织和裂纹，故灰铸铁在焊接时容易产生白口组织和裂纹，故焊接性能很焊接性能很差差。不能通过热处理来改变石墨的形态，所以灰铸铁不能通过热处理来改变石墨的形态，所以灰铸铁不能用热不能用热处理处理来改善力学性能。来改善力学性能。9v 耐磨性好耐磨性好（good
10、 resistance to adhesive wear and galling）。石墨有石墨有润滑作用润滑作用,而且石墨剥落后形成为微小的空洞，而且石墨剥落后形成为微小的空洞，可以可以储存润滑油储存润滑油，因此灰铸铁的耐磨性能很好。适，因此灰铸铁的耐磨性能很好。适于导轨、衬套、活塞环等。于导轨、衬套、活塞环等。性能特点性能特点v 减振性好减振性好（outstanding sound and vibration damping characteristics）。）。石墨割裂了金属的基体，就能阻碍石墨割裂了金属的基体，就能阻碍振动的传播，并且吸收振动的能量，转化成热能消振动的传播，并且吸收振动的
11、能量，转化成热能消耗掉。所以灰铸铁的减振性能比较好。适于机床床耗掉。所以灰铸铁的减振性能比较好。适于机床床身、钢琴键盘的框架等。身、钢琴键盘的框架等。10从铁水或铸铁组织中结晶出或析出石墨的过程。从铁水或铸铁组织中结晶出或析出石墨的过程。2.2.影响灰铸铁组织和性能的因素影响灰铸铁组织和性能的因素（Effect of Various Factors on Structure and Properties of Gray Cast Iron)铸铁石墨化铸铁石墨化(Graphitization)性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的是石墨，包括
12、石墨的形态，石墨的大小，还有它的数是石墨，包括石墨的形态，石墨的大小，还有它的数量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响石石墨化墨化的因素。的因素。影响石墨化的因素主要是铁水的影响石墨化的因素主要是铁水的化学成分化学成分和和冷却速度冷却速度。11化学成分对石墨化的影响化学成分对石墨化的影响(Composition)v C和和Si:是是促进石墨化促进石墨化的元素。的元素。C是形成石墨的元素，但它是形成石墨的元素，但它只有在只有在Si的促进作用的促进作用下才能以石墨的形态析出。如果含下才能以石墨的形态析出。如果含Si量很低，量很低，0.5时时，即使含
13、碳量很高也，即使含碳量很高也不会析出石墨不会析出石墨。铸。铸铁中铁中C和和Si的含量越高，析出的石墨就越多，也就越粗大，的含量越高，析出的石墨就越多，也就越粗大，基体中的铁素体也就越多，结果铸铁的强度和硬度就比较基体中的铁素体也就越多，结果铸铁的强度和硬度就比较低。相反，低。相反，C和和Si的含量比较低，析出的石墨就比较盛煌少，的含量比较低，析出的石墨就比较少，也比较细小，基体中的珠光体就比较多，铸铁的强度和硬也比较细小，基体中的珠光体就比较多，铸铁的强度和硬度比较高，但是度比较高，但是C、Si含量过低就不能析出石墨，就会形含量过低就不能析出石墨，就会形成白口铸铁。成白口铸铁。12化学成分对石墨化
14、的影响化学成分对石墨化的影响(Composition)v S：是是强烈阻止石墨化强烈阻止石墨化的元素。使得铸铁形成白口组织。的元素。使得铸铁形成白口组织。除此之外还增大铸铁的收缩率，降低铁水的流动性。所除此之外还增大铸铁的收缩率，降低铁水的流动性。所以以S是有害元素，应该严格控制。是有害元素，应该严格控制。v Mn：是是微弱阻止石墨化微弱阻止石墨化的元素。的元素。Mn还能起到还能起到脱脱S的作用的作用来消除来消除S的有害影响。因此在铁水中应保持的有害影响。因此在铁水中应保持Mn的一定含量。的一定含量。v P：促进石墨化促进石墨化元素，还可以降低铁水的粘度，提高流动元素，还可以降低铁水的粘度，提
15、高流动性。但是性。但是P会使铸铁产生冷脆性，因此从整体说会使铸铁产生冷脆性，因此从整体说P也是一也是一种有害元素，应该限制它的含量。种有害元素，应该限制它的含量。13冷却速度对石墨化的影响冷却速度对石墨化的影响(Effect of cooling rate)因为石墨的析出需要有一个因为石墨的析出需要有一个C原子的迁移和聚集的过程，原子的迁移和聚集的过程，所以所以冷却速度慢，析出石墨多而粗冷却速度慢，析出石墨多而粗和和铁素体的基体铁素体的基体。相反冷却速度比较快，吸收石墨比较少，这时比较容易相反冷却速度比较快，吸收石墨比较少，这时比较容易得到细小的石墨片和珠光体的基体。得到细小的石墨片和珠光体的
16、基体。但冷却速度太快，但冷却速度太快，C原子来不及聚集和析出，就容易得原子来不及聚集和析出，就容易得到白口组织。到白口组织。与冷却速度直接有关的因素主要是与冷却速度直接有关的因素主要是铸件壁厚和铸型材料铸件壁厚和铸型材料。14 在浇注前向铁水里加入少量促进石墨化的元素，人在浇注前向铁水里加入少量促进石墨化的元素，人为添加大量晶核，获得均匀分布的为添加大量晶核，获得均匀分布的细小片状石墨和细细小片状石墨和细珠光体基体珠光体基体的一种处理工艺。的一种处理工艺。3.3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理v 孕育处理的目的：孕育处理的目的：为了获得均匀分布的细小片状石墨和为了获得均匀分布的细小片状石墨和
17、细珠光体基体组织。为了获得细珠光体基体组织就要适细珠光体基体组织。为了获得细珠光体基体组织就要适当降低当降低C C和和SiSi的含量。盛煌娱乐为了防止低的含量。为了防止低C C低低SiSi造成白口组织，造成白口组织，就要进行孕育处理。就要进行孕育处理。v 孕育处理的实质：孕育处理的实质：石墨化；细化石墨片和珠光体。石墨化；细化石墨片和珠光体。v 孕育铸铁孕育铸铁(又叫变质铸铁又叫变质铸铁)：铁水经孕育处理后获得的灰铁水经孕育处理后获得的灰铸铁。没有经过孕育处理的灰铸铁叫做普通灰铸铁。铸铁。没有经过孕育处理的灰铸铁叫做普通灰铸铁。15孕育铸铁性能特点孕育铸铁性能特点 v 强度提高很多。强度提高很多。普通
18、铸铁普通铸铁b150MPa，孕育铸铁，孕育铸铁b250350MPa。又称高强度灰铸铁。又称高强度灰铸铁。v 冷却速度对其组织性能影响较小，壁厚敏感性小。冷却速度对其组织性能影响较小，壁厚敏感性小。v 性能均匀性好，即同一截面上性能一致性好。性能均匀性好，即同一截面上性能一致性好。16HT1004.4.灰铸铁的灰铸铁的牌号及其生产特点牌号及其生产特点灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号(Grades of gray cast iron)HT150HT200、HT250HT300、HT350铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体珠光铁素体珠光体灰铸铁体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁孕育铸铁孕育铸铁HT抗拉强度抗拉强度
19、生产特点生产特点 v 冲天炉或感应电炉，不需进行炉冲天炉或感应电炉，不需进行炉前处理。前处理。v 铸型不需补缩冒口和冷铁。铸型不需补缩冒口和冷铁。v 浇注温度较低。浇注温度较低。v 铸铁件不需热处理。铸铁件不需热处理。17冲冲 天天 炉炉v 冲天炉结构：炉身炉缸炉体，炉底，烟囱，加料口，冲天炉结构：炉身炉缸炉体，炉底，烟囱，加料口，火花罩，前炉（储存铁水），过桥（连接炉缸和前炉），火花罩，前炉（储存铁水），过桥（连接炉缸和前炉），出铁口，出渣口，支撑部分，加料系统，鼓风系统。出铁口，出渣口，支撑部分，加料系统，鼓风系统。v 冲天炉熔炼工作原理冲天炉熔炼工作原理 v 冲天炉熔炼过程冲天炉熔炼过程
20、 虽然冲天炉炼出的铁水质量比较差，成分不容易控虽然冲天炉炼出的铁水质量比较差，成分不容易控制，铁水温度也比较低，但这种熔炼方法设备简单、投制，铁水温度也比较低，但这种熔炼方法设备简单、投资少、操作方便，生产率也比较高，生产成本比较低，资少、操作方便，生产率也比较高，生产成本比较低，所以它的应用目前最广泛，占所以它的应用目前最广泛，占90左右。左右。18三、三、可锻可锻铸铁铸铁（Malleable Cast Iron）白口铸铁白口铸铁(White cast iron)经经石墨化退火石墨化退火而成的一种铸铁。而成的一种铸铁。钢的基体组织钢的基体组织团絮状石墨团絮状石墨（Clump or Popco
21、rn G）铁素体（黑心）可锻铸铁铁素体（黑心）可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁。可锻铸铁。1.1.可锻铸铁的组织、性能和用途可锻铸铁的组织、性能和用途 组织组织(Structure)KTH300-06KTH抗拉强度伸长率抗拉强度伸长率牌号牌号(Grades)19下一页可锻铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。这可锻铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。这是团絮状石墨对基体的割裂作用介于片状石墨和球状是团絮状石墨对基体的割裂作用介于片状石墨和球状石墨之间。可锻铸铁的塑性、韧性比灰铸铁高的多。石墨之间。可锻铸铁的塑性、韧性比灰铸铁高的多。其实它不能锻造。其实它不能锻
22、造。性能性能(Properties)由于可锻铸铁的强度比灰铸铁高，又有一定的塑性和由于可锻铸铁的强度比灰铸铁高，又有一定的塑性和韧性，因此可锻铸铁应用于制造承受冲击、振动和载韧性，因此可锻铸铁应用于制造承受冲击、振动和载荷比较大的零件，如汽车后桥壳、阀门、管件等。荷比较大的零件，如汽车后桥壳、阀门、管件等。用途用途(Application)20后 退汽车后桥壳汽车后桥壳刹车瓦刹车瓦21v 铸出完全是白口组织的铸出完全是白口组织的白口铸铁坯件白口铸铁坯件。这一点很重要，在铸造坯件时，如果出现片状石墨，这一点很重要，在铸造坯件时，如果出现片状石墨，就不可能再得到团絮状石墨，因此它的组织中不能有片状
23、就不可能再得到团絮状石墨，因此它的组织中不能有片状石墨。为了得到全白口的铸铁坯件，可锻铸铁的铁水中石墨。为了得到全白口的铸铁坯件，可锻铸铁的铁水中SiSi和和C C的含量一定要低，一般的含量一定要低，一般C 为2.42.8 Si为 0.81.4。凝固时。凝固时C全部是以全部是以Fe3C（渗碳体）的形态出现，因（渗碳体）的形态出现，因此此可锻铸铁的流动性较差，收缩大，容易产生缩孔、缩松可锻铸铁的流动性较差，收缩大，容易产生缩孔、缩松和裂纹等缺陷和裂纹等缺陷。2.2.生产特点生产特点-生产过程分两步生产过程分两步 所以所以铸造工艺上铸造工艺上注意注意设置冒口和冷铁，砂型和设置冒口和冷铁，砂型和砂芯
24、应有较好的退让性，以防止裂纹。砂芯应有较好的退让性，以防止裂纹。22v 进行进行石墨化退火石墨化退火。作用是使渗碳体作用是使渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)分解，析出团絮状石墨，如分解，析出团絮状石墨，如果原先的组织不是完全白口存在片状石墨，那么退火时果原先的组织不是完全白口存在片状石墨，那么退火时析出的石墨附着在片状石墨上，这样就得不到团絮状石析出的石墨附着在片状石墨上，这样就得不到团絮状石墨。墨。可锻铸铁需要很长的石墨化退火时间。可锻铸铁需要很长的石墨化退火时间。23四、四、球墨球墨铸铁铸铁(Nodular or ductile cast iron)上世纪上世纪4040年代发展起来的。它的
25、出现使得铸铁的性能年代发展起来的。它的出现使得铸铁的性能发生了质的飞跃。球墨铸铁的应用日益广泛。发生了质的飞跃。球墨铸铁的应用日益广泛。碳钢基体组织碳钢基体组织球状石墨球状石墨 1.1.球墨球墨铸铁的组织、性能和用途铸铁的组织、性能和用途 组织组织球铁是铁水经过球铁是铁水经过球化处理球化处理，使石墨大部分或全部为，使石墨大部分或全部为球状球状。is produced by treating liquid iron with Magnesium,which causes spheroidal graphite to grow during solidification,由于球墨铸铁的化学成分、冷
26、却速度和热处理不同，由于球墨铸铁的化学成分、冷却速度和热处理不同，可以得到不同的基体组织。常用的是珠光体和铁素体基可以得到不同的基体组织。常用的是珠光体和铁素体基体的球墨铸铁。体的球墨铸铁。24下一页v 力学性能力学性能：比灰铸铁高得多比灰铸铁高得多；抗拉强度与碳钢相当；抗拉强度与碳钢相当；屈服点比碳钢高得多，屈强比比碳钢高屈服点比碳钢高得多，屈强比比碳钢高4040；疲劳；疲劳强度与中碳钢相近；塑性、韧性还不如碳钢。强度与中碳钢相近；塑性、韧性还不如碳钢。v 仍保持灰铸铁的仍保持灰铸铁的优良性能优良性能：良好的耐磨性和减振性；：良好的耐磨性和减振性；良好的铸造性能和切削加工性能等。良好的铸造性
27、能和切削加工性能等。性能性能可以用来制造受力复杂，负荷较大的重要零件。可以用来制造受力复杂，负荷较大的重要零件。比如曲轴、凸轮轴、轮毂等。比如曲轴、凸轮轴、轮毂等。用途用途(Application)由于石墨成球状，使得石墨对基体的割裂作用减小到最低限度。由于石墨成球状，使得石墨对基体的割裂作用减小到最低限度。QT400-18QT抗拉强度伸长率抗拉强度伸长率牌号牌号(Grades)25后 退汽车发动机曲轴汽车发动机曲轴轮毂轮毂262.2.球墨球墨铸铁的铸铁的生产特点生产特点 对原铁水的熔炼要求对原铁水的熔炼要求 v 严格控制原铁水的化学成分：严格控制原铁水的化学成分：C 3.64.0，Si 1.
28、01.3，Mn不大于不大于0.40.6，S不大于不大于0.06，P不大于不大于0.08。特点：高碳、低硅、低锰、硫、磷。特点：高碳、低硅、低锰、硫、磷。v 铁水出炉温度高：铁水出炉温度高：必须在必须在14001420C以上。以上。这是因为经过球化处理以后，铁水温度大约降低这是因为经过球化处理以后，铁水温度大约降低50100C。27下一页球化处理球化处理 v 球化剂：能使石墨成为球状的添加剂。球化剂：能使石墨成为球状的添加剂。我们国家普遍使用的是我们国家普遍使用的是稀土硅铁镁合金稀土硅铁镁合金。加入。加入量大约是铁水总量的量大约是铁水总量的1.31.31.81.8。v 球化处理的方法：球化处理的
29、方法：冲入法冲入法。往铁水中进入往铁水中进入球化剂球化剂，以便结晶出球状石墨，以便结晶出球状石墨的处理工艺。的处理工艺。28铁水铁水包草灰孕育剂球化剂v 把球化剂放在浇包的堤坝内，上把球化剂放在浇包的堤坝内，上面覆盖一层面覆盖一层硅铁硅铁，然后再覆盖稻，然后再覆盖稻草灰等。草灰等。v 出炉时把铁水冲向没有放置球化出炉时把铁水冲向没有放置球化剂的一侧，首先冲入大约剂的一侧，首先冲入大约2/32/3的铁的铁水，铁水深度不能小于水，铁水深度不能小于200mm200mm。v 冲入后铁水沸腾，大约持续冲入后铁水沸腾，大约持续2 24 4分钟，然后冲入其余铁水，补加分钟，然后冲入其余铁水，补加铁水时还要同
30、时加入铁水时还要同时加入孕育剂孕育剂，经，经过搅拌，覆盖稻草灰，并且取样，过搅拌，覆盖稻草灰，并且取样，检查球化合格以后立即进行浇注。检查球化合格以后立即进行浇注。冲冲 入入 法法后 退29在球化处理同时，还要进行孕育处理在球化处理同时，还要进行孕育处理v 孕育剂孕育剂一般采用一般采用7575的的硅铁硅铁，加入量在采用冲入法球，加入量在采用冲入法球化时是铁水重量的化时是铁水重量的0.80.81.21.2，铁素体球铁取上限，铁素体球铁取上限，珠光体球铁可以略少。珠光体球铁可以略少。v 孕育处理的方法：冲入法球化时是进行炉前孕育，孕育处理的方法：冲入法球化时是进行炉前孕育，即把一部分孕育剂盖在球化
31、剂的上面，其余的在第即把一部分孕育剂盖在球化剂的上面，其余的在第二次冲铁水时从出铁槽冲入铁水包中。二次冲铁水时从出铁槽冲入铁水包中。v 孕育处理的作用孕育处理的作用：促进石墨化，消除球化元素镁造成的：促进石墨化，消除球化元素镁造成的白口倾向，并且细化球状石墨，增加共晶团的数量。白口倾向，并且细化球状石墨，增加共晶团的数量。30球墨铸铁可以进行多种热处理球墨铸铁可以进行多种热处理 v 退火退火：为了：为了获得铁素体基体获得铁素体基体。由于球状石墨对基体的割裂作用比较小，因而球墨铸铁可以通过热处理由于球状石墨对基体的割裂作用比较小，因而球墨铸铁可以通过热处理来来改善基体组织改善基体组织，从而明显改
32、善力学性能。常用的热处理方法有：，从而明显改善力学性能。常用的热处理方法有：球墨铸铁铸态组织一般是铁素体珠光体球状石墨，退火的目球墨铸铁铸态组织一般是铁素体珠光体球状石墨，退火的目的是使珠光体中的渗碳体分解，得到具有较高韧性和塑性的铁素的是使珠光体中的渗碳体分解，得到具有较高韧性和塑性的铁素体球墨铸铁。所以体球墨铸铁。所以退火主要用于铁素体球墨铸铁件的生产退火主要用于铁素体球墨铸铁件的生产。v 正火正火：为了：为了增加珠光体含量增加珠光体含量。正火的目的是增加珠光体含量，使得组织细化，达到提高球墨铸正火的目的是增加珠光体含量，使得组织细化，达到提高球墨铸铁强度、硬度和耐磨性的目的。铁强度、硬度
33、和耐磨性的目的。正火主要用于珠光体球墨铸铁件正火主要用于珠光体球墨铸铁件的生产的生产。v 调质调质：为了获得比正火更好的综合力学性能。用于某：为了获得比正火更好的综合力学性能。用于某些要求高或截面大的球墨铸铁件，如用于大型船用柴些要求高或截面大的球墨铸铁件，如用于大型船用柴油机曲轴。油机曲轴。313.3.球墨铸铁的铸造性能与铸造工艺特点球墨铸铁的铸造性能与铸造工艺特点 实际充型能力比灰铸铁差实际充型能力比灰铸铁差 这是因为球化处理和孕育处理使得铁这是因为球化处理和孕育处理使得铁水温度大大降低，因此在水温度大大降低，因此在铸造工艺上铸造工艺上应该应该大大大大提高铁水的出炉温度和浇注温度提高铁水的
34、出炉温度和浇注温度，同，同时时加大浇道尺寸加大浇道尺寸。通常球铁件浇注系统的。通常球铁件浇注系统的尺寸要比灰铁件加大尺寸要比灰铁件加大15153030。32比灰铁易产生缩孔、缩松、夹渣等比灰铁易产生缩孔、缩松、夹渣等 这是因为球墨铸铁的凝固是糊状凝固，它这是因为球墨铸铁的凝固是糊状凝固，它的凝固区比较宽，因此浇注后在比较长的时间的凝固区比较宽，因此浇注后在比较长的时间内凝固的外壳不够结实。与此同时，球墨铸铁内凝固的外壳不够结实。与此同时，球墨铸铁凝固时，由于石墨膨胀量比灰铸铁大，如果铸凝固时，由于石墨膨胀量比灰铸铁大，如果铸型刚度比较小，铸型就要发生膨胀，这样就使型刚度比较小，铸型就要发生膨胀
35、，这样就使得铸件容易产生缩孔和缩松。因此一般要得铸件容易产生缩孔和缩松。因此一般要设冒设冒口和冷铁口和冷铁，采用，采用定向凝固定向凝固原则，加强补缩；同原则，加强补缩；同时时提高砂型紧实度，增加铸型刚度提高砂型紧实度，增加铸型刚度。33五、五、蠕墨蠕墨铸铁铸铁石墨呈短片状，片端钝而圆，类似蠕虫。石墨呈短片状，片端钝而圆，类似蠕虫。1.1.蠕墨铸铁的性能蠕墨铸铁的性能 介于片状和球状石墨之间的一种过渡组织。介于片状和球状石墨之间的一种过渡组织。v 力学性能力学性能：介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间，：介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间，如抗拉强度优于灰铸铁，具有一定的塑性和韧性如抗拉强度优于灰
36、铸铁，具有一定的塑性和韧性(b360440MPa，1.54.5)，但因石墨，但因石墨是相互连接的，强度和韧性都不如球铁。是相互连接的，强度和韧性都不如球铁。v 导热性导热性：优于球铁，而抗生长和抗氧化性较其它铸：优于球铁，而抗生长和抗氧化性较其它铸铁均高。同时，其断面敏感性较灰铸铁小故厚大铁均高。同时，其断面敏感性较灰铸铁小故厚大截面上的性能较为均匀。截面上的性能较为均匀。盛煌注册v 耐磨性耐磨性：优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁。：优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁。342.2.蠕墨铸铁的制取蠕墨铸铁的制取 v 原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似。炉前处理时，原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似。炉前处理时，先向铁水中加蠕
37、化剂（稀土镁钛、稀土镁钙合金或先向铁水中加蠕化剂（稀土镁钛、稀土镁钙合金或镁钛合金，加入量为铁水重量的镁钛合金，加入量为铁水重量的1 12 2），再加），再加人孕育剂。人孕育剂。v 蠕墨铸铁的铸造性能接近灰铸铁，缩孔、缩松倾向蠕墨铸铁的铸造性能接近灰铸铁，缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小，故铸造工艺较简便。比球墨铸铁小，故铸造工艺较简便。35返返 回回3.3.蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的应用应用 v 力学性能高，导热性和耐热性优良力学性能高，导热性和耐热性优良适于制造工作温适于制造工作温度较高或具有较高温度梯度的零件。如大型柴油机度较高或具有较高温度梯度的零件。如大型柴油机气缸盖、排气管、制动盘、钢锭模、金
38、属型等。气缸盖、排气管、制动盘、钢锭模、金属型等。v 由于其断面敏感性小、由于其断面敏感性小、铸造性能好铸造性能好，故可用于制造，故可用于制造形状复杂的大铸件。如重型机床和大型柴油机机体形状复杂的大铸件。如重型机床和大型柴油机机体等。用蠕墨铸铁代替孕育铸铁既可提高强度，又可等。用蠕墨铸铁代替孕育铸铁既可提高强度，又可节省许多废钢。节省许多废钢。36第二节第二节 铸钢件铸钢件（Steel castings)生产生产下一页 铸钢件有铸钢件有铸造碳钢件铸造碳钢件和和合金钢铸件合金钢铸件两大类。铸造两大类。铸造的产量大约占铸件总产量的的产量大约占铸件总产量的15左右，铸钢件也是一左右，铸钢件也是一种重
39、要的铸造合金。种重要的铸造合金。一、铸钢的组织、性能和用途一、铸钢的组织、性能和用途 1.1.组织组织 铸造碳钢是铸造碳钢是C0.6的亚共析钢。组织是铁素的亚共析钢。组织是铁素体体F珠光体珠光体P，无石墨。，无石墨。2.2.力学性能力学性能 比铸铁好，强度高，尤其是塑性、韧性比铸铁好，强度高，尤其是塑性、韧性比铸铁好得多。比铸铁好得多。3.3.用途用途 铸造碳钢主要用于制造承受重载及冲击载荷而铸造碳钢主要用于制造承受重载及冲击载荷而形状又比较复杂的零件，如水压机横梁、轧钢形状又比较复杂的零件，如水压机横梁、轧钢机机架等。机机架等。37后 退38二、铸钢件的生产特点二、铸钢件的生产特点 v 对型
40、砂和砂型要求高。因为铸钢熔点高，所以型砂的耐火性高，对型砂和砂型要求高。因为铸钢熔点高，所以型砂的耐火性高，强度高，透气性和退让性好。常用干型。强度高，透气性和退让性好。常用干型。v 采用顺序凝固原则，设置冒口、冷铁，防止缩孔。因为铸钢收采用顺序凝固原则，设置冒口、冷铁，防止缩孔。因为铸钢收缩量比较大。缩量比较大。v 严格控制浇注温度，一般在严格控制浇注温度，一般在0C1650C范围内。范围内。v 铸钢件必须进行退火或正火。达到细化晶粒，均匀组织，消除铸钢件必须进行退火或正火。达到细化晶粒，均匀组织，消除残余应力，提高力学性能。残余应力，提高力学性能。1.1.铸钢件的熔炼
41、方法铸钢件的熔炼方法由于铸钢的含碳量低，熔点高，化学成分的控制比较由于铸钢的含碳量低，熔点高，化学成分的控制比较严格，所以不能用冲天炉来熔炼，要用严格，所以不能用冲天炉来熔炼，要用电炉电炉和平炉。和平炉。2.2.铸钢件的铸造生产特点铸钢件的铸造生产特点 返返 回回39第三节第三节 有色合金铸件有色合金铸件（Non-ferrous Metal Castings)生产生产铝、镁、钛、铍等轻金属铝、镁、钛、铍等轻金属具有相对密度小、比强具有相对密度小、比强度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域；和军事领域；银、铜、金（包括铝）等贵金属银、铜、金（包
42、括铝）等贵金属具有优良导电导具有优良导电导热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料；的材料；镍、钨、钼、钽及其合金镍、钨、钼、钽及其合金是制造高温零件和电真是制造高温零件和电真空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业的的铀、镭、铍铀、镭、铍；用于石油化工领域的；用于石油化工领域的钛、铜、钛、铜、镍镍等。等。40一、铸造铜合金一、铸造铜合金(Copper Alloys)1.1.黄铜黄铜 以锌为主加元素的铜合金。以锌为主加元素的铜合金。v 含锌量小于含锌量小于4747。随着含锌量增加，合金的强度和塑性。随着含锌量
43、增加，合金的强度和塑性显著提高，但超过显著提高，但超过4747之后其力学性能将显著下降。之后其力学性能将显著下降。v 铸造黄铜的力学性能多比青铜高，而价格却较青铜低。铸造黄铜的力学性能多比青铜高，而价格却较青铜低。v 常用于一般用途的轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等常用于一般用途的轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。耐蚀件。纯铜俗称紫铜，其导电性、导热性、耐蚀性及塑性纯铜俗称紫铜，其导电性、导热性、耐蚀性及塑性均优，但强度、硬度低，且价贵，因此极少用它来制造均优，但强度、硬度低，且价贵，因此极少用它来制造机件。机械上广泛应用的是铜合金。机件。机械上广泛应用的是铜合金。41n黄铜黄铜n以锌为
44、主要合金元素的铜合金称为黄铜。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。n黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。n按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。黄铜棒黄铜棒42n单相黄铜塑性好。单相黄铜塑性好。n常用牌号有常用牌号有H80、H70、H 68（铜均百分含量的数字铜均百分含量的数字）。n适于制造冷变形零件，如弹适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。壳、冷凝器管等。n两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强度高强度高.n常用牌号有常用牌号有H59、H62。n适于制造受力件，如垫圈、适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。弹簧、
45、导管、散热器等。冷凝器冷凝器管管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套432.2.青铜青铜 铜与锌以外的元素所组成的合金。铜与锌以外的元素所组成的合金。v 锡青铜的线收缩率低，不易产生缩孔，其耐磨性锡青铜的线收缩率低，不易产生缩孔，其耐磨性和耐蚀性优于黄铜，但易产生显微缩松。故适用和耐蚀性优于黄铜，但易产生显微缩松。故适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。v 铝青铜有着优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铝青铜有着优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性较差，故仅用于重要的耐磨、耐蚀件。铸造性较差，故仅用于重要的耐磨、耐蚀件。44n除黄铜和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜
46、合金统称为青铜。统称为青铜。n加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q+主加主加元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量n如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn).n常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜制品青铜制品45二、铸造铝合金二、铸造铝合金(Aluminium Alloys)1.1.硅铝明硅铝明v 流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广，约占铸造铝合金总产量的够的强度，所以应用最广，约
47、占铸造铝合金总产量的5050以上。以上。v 适用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内适用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。v 铝合金的密度小，熔点低，导电性、导热性和耐蚀性铝合金的密度小，熔点低，导电性、导热性和耐蚀性优良，因此也常用来制造铸件。优良，因此也常用来制造铸件。v 铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝锌合金四类。锌合金四类。46在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状
48、的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理,得到细得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次 固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织47n加入其他合金元素的铝硅铸造加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂合金称复杂(或特殊或特殊)硅铝明。硅铝明。nAl-Si系铸造铝合金的铸造性能系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。活塞活塞(裙部为铝硅合金裙部为铝硅合
49、金)l用于制造飞机、仪表、用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活风机叶片、发动机活塞等。塞等。48n Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金n这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于等。主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。49n Al-Mg系
50、铸造铝合金系铸造铝合金n这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差能差,耐热性低。耐热性低。n常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造等。主要用于制造外形简单、承受冲外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件介质下工作的零件,如舰船配件、氨用如舰船配件、氨用泵体等。泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)50n Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金n这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐
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