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1、2/23/2023上次课内容的回顾上次课内容的回顾缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金 逐层凝固逐层凝固 缩孔缩孔凝固区域较宽的合金凝固区域较宽的合金 糊状凝固糊状凝固 缩松缩松消除缩孔和缩消除缩孔和缩松的松的方法方法定向凝固原则定向凝固原则原则原则合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。内应力、内应力、变形与裂纹变形与裂纹内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力铸件的壁厚不均匀，导致不同部铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均
2、衡的收缩而引起的应力。位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时受阻铸件在固态收缩时受阻变形与裂纹变形与裂纹热应力的形成过程热应力的形成过程分析分析热应力的消除方法热应力的消除方法铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩工艺方面：工艺方面：采用采用同时凝固原则同时凝固原则时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀铸件变形的判定铸件变形的判定厚部、心部厚部、心部受拉应力，出现受拉应力，出现内凹变形内凹变形。薄部、表面薄部、表面受压应力，出现受压应力，出现外凸变形外凸变形。2/2
3、3/2023第第6章章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 6.1 铸铁件的生产铸铁件的生产 铸铁铸铁通常是通常是C%=2.5%4.0%的铁碳合金。的铁碳合金。碳在铁碳合金中的存在形式有：碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体渗碳体和和石墨石墨根据碳在铁碳合金中的存在形式，铸铁可以分为根据碳在铁碳合金中的存在形式，铸铁可以分为：白口铸铁：白口铸铁：莱氏体莱氏体+二次渗碳体珠光体二次渗碳体珠光体 灰口铸铁：灰口铸铁：基体基体+石墨石墨麻口铸铁麻口铸铁:莱氏体莱氏体+二次渗碳体珠光体二次渗碳体珠光体+石墨石墨重点内容：重点内容：铸造铸造特点特点石墨化石墨化生产工艺生产工艺灰灰口口铸铸铁铁作业：作业：
4、P91 6.2 6.4、6.7主要内容：主要内容：6.1 6.1 铸铁件的生产铸铁件的生产6.2 6.2 铸钢件的生产铸钢件的生产6.3 6.3 铸造有色金属件的生产铸造有色金属件的生产2/23/2023灰口铸铁灰口铸铁 可以看成是在可以看成是在钢的基体钢的基体上分布着不同形态的上分布着不同形态的石墨石墨。而。而石墨的石墨的形态形态、大小大小和和分布分布直接影响着铸铁的直接影响着铸铁的性能性能。根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：灰铸铁：灰铸铁：石墨呈片状石墨呈片状可锻铸铁：可锻铸铁：石墨呈团絮状石墨呈团絮状蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状石
5、墨呈蠕虫状球墨铸铁：球墨铸铁：石墨呈球状石墨呈球状铸铁件的生产铸铁件的生产2/23/2023 铸铁之所以用得如此广泛铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。铸铁的优点铸铁的优点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能良好的切削加工性能 高的耐磨性高的耐磨性 良好的吸振缓冲性能良好的吸振缓冲性能 低的缺口敏感性能低的缺口敏感性能6.1.1 灰铸铁灰铸铁1.灰铸铁的性能灰铸铁的性能 石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。石墨片越圆整
6、、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。铸铁件的生产铸铁件的生产2/23/2023 铸铁的石墨化：铸铁的石墨化：碳以石墨的形式析出的过程。碳以石墨的形式析出的过程。通常视通常视石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。灰铸灰铸铁的基体通常有：铁的基体通常有：*铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁2.石墨形态对铸铁性能的影响石墨形态对铸铁性能的影响*铁素体铁素体珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 *珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁2/23/20233.影响石墨化的因素影响石墨化的因素化学成分化学成分 化学成分：化学成分：C是形成石墨的元素，是形成石墨的元素，Si是促进形成石墨
7、的是促进形成石墨的元素，通常元素，通常C%、Si%越高，越容易越高，越容易石墨化石墨化。2/23/20233.影响石墨化的因素影响石墨化的因素冷却速度冷却速度 冷却速度：冷却速度：减小冷却速度减小冷却速度可以可以促进石墨化促进石墨化，易得到粗大的石墨片和铁素体易得到粗大的石墨片和铁素体基体；基体；增大冷却速度则阻碍石墨化，增大冷却速度则阻碍石墨化，此时只有部分碳以细石墨片析此时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体出，而另一部分碳则以渗碳体析出，析出，得到得到珠珠光体基体。光体基体。2/23/20233.影响石墨化的因素影响石墨化的因素壁厚壁厚2/23/2023普通灰铸铁件普通灰铸铁
8、件基体基体：F、P、F+P生产生产：铁水熔炼好后直接浇铸铁水熔炼好后直接浇铸牌号牌号：HTXXXHT:表示灰铸铁中文拼音的代号表示灰铸铁中文拼音的代号XXX:三位数字表示最抵抗拉强度三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态石墨形态：粗片状粗片状问题问题1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？示，而用力学性能表示？2）铸件当其强度不够时，是否只能通过铸件当其强度不够时，是否只能通过增大截面解决？增大截面解决？提高灰铸铁的性能提高灰铸铁的性能铸铁件的生产铸铁件的生产2/23/20234.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理改善基体组织改善基体组织改变
9、石墨形态、数量、改变石墨形态、数量、大小和分布大小和分布灰铸铁的孕育处理是灰铸铁的孕育处理是提高和改善提高和改善灰铸铁的灰铸铁的性能性能途径的行之途径的行之有效的方法。有效的方法。灰铸铁的孕育处理方法灰铸铁的孕育处理方法 将熔炼出的铁水在将熔炼出的铁水在 浇铸前加入质浇铸前加入质量分数为量分数为 0.25%0.60%的的孕育剂孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用显著提墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上均匀分高，从而得到在细珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。布着细片状石墨的组织。常用的孕育剂是含常用的孕育剂是含Si量为
10、量为75%的硅铁。的硅铁。条件：条件：选用碳、硅量低的铁水选用碳、硅量低的铁水 原铁水含碳量越低，石墨越细小，原铁水含碳量越低，石墨越细小，铸铁的强度、硬度就越高。铸铁的强度、硬度就越高。目的2/23/20232/23/20232/23/20236.1.2 球墨铸铁件的生产球墨铸铁件的生产 向高温铁水中加入一定量向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨的铸造合金。球状石墨的铸造合金。球化剂：球化剂：金属镁或稀土镁金属镁或稀土镁 孕育剂：孕育剂：含含Si量为量为75%或或95%的硅铁的硅铁铸铁件的生产铸铁件的生产我国球铁的我国球铁的生产现状生产现状2/2
11、3/2023球墨铸铁件球墨铸铁件主要特点：主要特点：石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，低，力学性能比灰铸铁有显著提高力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，石墨析出时，发生膨胀，应适当应适当提高铸型刚度提高铸型刚度。球墨铸铁件球墨铸铁件生产中应注意的问题生产中应注意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本控制
12、原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有相同；具有高高C高高Si,中中Mn,低低S、P特点。特点。较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生处理后铁液温度过低，产生浇不足浇不足等缺陷等缺陷球化处理、孕育处理。球化处理、孕育处理。2/23/2023球墨铸铁的牌号、性能及用途球墨铸铁的牌号、性能及用途2/23/20236.1.3 蠕墨铸铁的生产蠕墨铸铁的生产性能在孕育铸铁和球墨铸铁之间性能在孕育铸铁和球墨铸铁之间(2)(2)蠕化处理和孕育处理蠕化处理和孕育处理 采用冲入法把蠕化剂加入铁水中。采用冲入法把蠕化剂加入铁水中。蠕化剂蠕化剂为为镁合
13、金镁合金或或稀土合金稀土合金，改变石墨，改变石墨形状后，和球墨铸铁一样要进行形状后，和球墨铸铁一样要进行孕育处理。孕育处理。主要问题：主要问题：生产中难以控制：生产中难以控制：蠕化剂少蠕化剂少了，了，石墨不变形石墨不变形，仍保持片状，由于含碳、硅量，仍保持片状，由于含碳、硅量高，铸铁强度很低，铁水只能报废；高，铸铁强度很低，铁水只能报废；蠕化剂蠕化剂多多了，了，石墨又变成球状石墨又变成球状，原设计的铸型浇、，原设计的铸型浇、冒口工艺不适合，也会导致铸件报废。冒口工艺不适合，也会导致铸件报废。蠕墨铸铁的制造过程和球墨铸铁相同。蠕墨铸铁的制造过程和球墨铸铁相同。(1)(1)铁水的化学成分铁水的化学
14、成分蠕墨铸铁铁水的化学成蠕墨铸铁铁水的化学成分和球墨铸铁基本相似：分和球墨铸铁基本相似：高高C、Si，低，低Mn、P、S。2/23/20236.1.4 可锻铸铁件的生产可锻铸铁件的生产可锻铸铁可锻铸铁生产：生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁(KTH,铁素体基体铁素体基体)珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁(KTZ)白心可锻铸铁白心可锻铸铁(KTB，很少用，很少用)种类种类特点：特
15、点：强度高强度高b=300-400Mpa，塑性，塑性（12%）和韧性（）和韧性（k 30J/cm2)好好。石墨化退火周期长，石墨化退火周期长，40-70h,铸件成本高。铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。小件。铸铁件的生产铸铁件的生产2/23/20232/23/20236.2 铸钢件的生产铸钢件的生产按化学成分：按化学成分：铸造碳钢：铸造碳钢：以铸造中碳钢用的最多；而以铸造中碳钢用的最多；而铸造低碳钢和铸造高碳钢用的少。铸造低碳钢和铸造高碳钢用的少。铸造合金钢：铸造合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金元在碳钢的基础上加入少量的合金元
16、素，如锰、铬、钼、钒等。素，如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13ZGMn13为铸造耐磨钢；为铸造耐磨钢；ZG1Cr18Ni9ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。为铸造不锈钢。按用途分类：按用途分类：不锈钢不锈钢耐磨钢耐磨钢铸钢件的铸造工艺铸钢件的铸造工艺:铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性差，收铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性差，收缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂等缺陷。等缺陷。*要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。*应严格控制浇注温度，防止过高或
17、过低。应严格控制浇注温度，防止过高或过低。*铸钢件须热处理。铸钢件须热处理。常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产2/23/2023小结小结铸铁件生产铸铁件生产 碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨 白口铸铁白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁灰口铸铁、麻口铸铁铸铁的优点铸铁的优点石墨形态对铸铁性能的影响石墨形态对铸铁性能的影响铸铁的石墨化：影响石墨化因素铸铁的石墨化：影响石墨化因素灰口铸铁件的生产：灰口铸铁件的生产：灰铸铁的孕育处理；灰铸铁的孕育处理；球墨铸铁件球墨铸铁件的生产；可锻铸铁件的生产；的生产；可锻铸铁件的生产；铸钢件的生产铸钢件的生产2/23/2
18、0236.3铸造有色合金件的生产铸造有色合金件的生产 由于铝、铜合金具有优良的物理、化学性能，以及良好的工艺性能和独由于铝、铜合金具有优良的物理、化学性能，以及良好的工艺性能和独特的力学性能，所以，它们也是铸造生产中常用的合金材料。特的力学性能，所以，它们也是铸造生产中常用的合金材料。6.3.1 6.3.1 铝合金铸件的生产铝合金铸件的生产 1.1.铸造铝合金的牌号、成分、性能和应用：铸造铝合金的牌号、成分、性能和应用：牌号：牌号：ZL101ZL111，ZL201ZL203，ZL301ZL302，ZL401ZL402。铝硅类合金铝硅类合金铝铜类合金铝铜类合金铝镁合金铝镁合金铝锌合金铝锌合金 2
19、.工艺处理工艺处理：熔炼设备有坩埚炉、反射炉、电弧炉和感应炉熔炼设备有坩埚炉、反射炉、电弧炉和感应炉。为减缓铝合金的氧化和吸气，必须采用熔剂保护，如熔化时加入为减缓铝合金的氧化和吸气，必须采用熔剂保护，如熔化时加入KCl、NaCl等盐类作为熔剂，将铝液覆盖，与炉气隔离进行熔炼；为了排出吸等盐类作为熔剂，将铝液覆盖，与炉气隔离进行熔炼；为了排出吸入的气体，在熔炼后期要进行去气精炼；为了改善铝硅合金的力学性能，入的气体，在熔炼后期要进行去气精炼；为了改善铝硅合金的力学性能，需要进行变质处理，以细化共晶硅或过共晶硅。需要进行变质处理，以细化共晶硅或过共晶硅。3.工艺特点工艺特点 铸造铝合金熔点低，流
20、动性好，故可铸形状复杂的薄壁铸件。铸造铝合金熔点低，流动性好，故可铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金导热快、易氧化和吸气，对浇注系统的要求是：充填时间短、铝液铝合金导热快、易氧化和吸气，对浇注系统的要求是：充填时间短、铝液流动平稳，撇渣能力强，常采用开放式浇注系统，并多开内浇口，直浇口流动平稳，撇渣能力强，常采用开放式浇注系统，并多开内浇口，直浇口常用蛇形或鹅颈形等特殊形状常用蛇形或鹅颈形等特殊形状。常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产2/23/20236.3.2 6.3.2 铜合金铸件的生产铜合金铸件的生产 铜合金的分类铜合金的分类 铸造铜合金分为铸造黄铜和铸造青铜两大类铸造铜合金分为铸造黄铜和铸
21、造青铜两大类 铸造青铜铸造青铜 铜和锌以外的元素所组成的合金统称青铜，其中铜和锌以外的元素所组成的合金统称青铜，其中CuSn合合金称锡青铜，金称锡青铜，CuAl合金称铝青铜，合金称铝青铜，CuPb合金称铅青铜，为区别起见，不含合金称铅青铜，为区别起见，不含锡的青铜统称为无锡青铜。锡的青铜统称为无锡青铜。铸造黄铜铸造黄铜铜和锌组成的合金统称为黄铜。其中铜和锌组成的合金统称为黄铜。其中CuZn二元合金称为普二元合金称为普通黄铜，普通黄铜中再加入通黄铜，普通黄铜中再加入 Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所组成的多元等元素所组成的多元黄铜称特殊黄铜。黄铜称特殊黄铜。2 2 铸造铜合金的铸造工艺
22、特点铸造铜合金的铸造工艺特点 锡青铜锡青铜 锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽，流动性较差，易锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽，流动性较差，易产生缩松。但氧化倾向不大，因所含产生缩松。但氧化倾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。对壁厚较大的重等元素不易氧化。对壁厚较大的重要铸件要铸件(蜗轮、阀体等蜗轮、阀体等)必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金 结晶温度范围很小，呈逐层凝固结晶温度范围很小，呈逐层凝固特征，故流动性特征，故流动性 较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。1 铸造铜合金的牌号、成分、性能和应用铸造铜合金的牌号、成分、性能和应用常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产2/23/2023