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1、6.2 6.2 常用液态成型合金及其熔铸常用液态成型合金及其熔铸一一.常用铸铁件及其熔铸工艺常用铸铁件及其熔铸工艺 铸铁是机械制造中应用最广泛的铸铁是机械制造中应用最广泛的金属材料。一般机器中，铸铁件的质金属材料。一般机器中，铸铁件的质量占机器总质量的量占机器总质量的50%50%以上；在铸造以上；在铸造生产中，铸铁件占铸造总产量的生产中，铸铁件占铸造总产量的80%80%以上。以上。1.1.铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类铁铁 碳合碳合金中碳的金中碳的存在形式存在形式 渗碳体渗碳体石墨石墨钢钢白口生白口生(铸铸)铁铁灰灰口口铸铁铸铁麻口麻口铸铁铸铁普通灰口铸铁普通灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁
2、球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁（1）铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类）铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类碳在碳在铸铁中存在的形态示意图铸铁中存在的形态示意图（2 2）铸铁的石墨化）铸铁的石墨化什么是铸铁的石墨化？什么是铸铁的石墨化？铸铁中析出石墨的过程，称为铸铁的铸铁中析出石墨的过程，称为铸铁的石墨化。当铸铁中碳、硅含量较低，在冷石墨化。当铸铁中碳、硅含量较低，在冷却速度较快的条件下，合金结晶时，析出却速度较快的条件下，合金结晶时，析出渗碳体，此时，获得白口铸铁；当铸铁中渗碳体，此时，获得白口铸铁；当铸铁中碳、硅含量较高，在冷却速度较慢的条件碳、硅含量较高，在冷却速度较慢的条件下，合金结晶时，析出
3、石墨，此时，获得下，合金结晶时，析出石墨，此时，获得灰口铸铁；灰口铸铁；影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素1)1)化学成分化学成分碳和硅碳和硅 :碳和硅是强石墨化元素。碳和硅是强石墨化元素。锰锰:是有益元素是有益元素,微弱阻止石墨化微弱阻止石墨化,可可 消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。磷磷:是有害元素是有害元素,可促进石墨化。可促进石墨化。硫硫:是有害元素是有害元素,强烈阻止石墨化。强烈阻止石墨化。-白口铸铁区白口铸铁区a-a-麻口铸铁区麻口铸铁区-珠光体灰口铸铁区珠光体灰口铸铁区b-b-珠光体、铁素体灰口铸铁区珠光体、铁素体灰口铸铁区-铁素体灰口铸铁区铁素体灰口铸铁区碳和硅对石墨碳
4、和硅对石墨化的影响见右化的影响见右图：（铸件壁图：（铸件壁厚厚50mm50mm）2）冷却速度冷却速度化学成分相同的化学成分相同的铸铁，若冷却速铸铁，若冷却速度不同，其组织度不同，其组织性能也不相同。性能也不相同。冷却速度较慢，冷却速度较慢，有利于石墨的形有利于石墨的形成。成。2.2.灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁的组织特征灰口铸铁的组织特征:金属基体金属基体 +石墨石墨（1 1）普通灰口铸铁）普通灰口铸铁 组织：组织：金属基体金属基体 +片状石墨片状石墨 相当于在钢的机体相当于在钢的机体上嵌入了大量石墨片，上嵌入了大量石墨片，将金属机体割裂开了许将金属机体割裂开了许多口子。多口子。性能特点：性能特点
5、：1)1)机械性能较差：机械性能较差：灰口铸铁组织灰口铸铁组织=钢的组织钢的组织+大大量石墨量石墨2)2)耐磨性好（耐磨性好（灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）：灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）：石石墨本身的摩擦系数小墨本身的摩擦系数小;脱落石墨处的凹坑脱落石墨处的凹坑 ,可以储存润滑油。可以储存润滑油。3)3)减震性好：减震性好：石墨在金属基体中能很好的阻止振石墨在金属基体中能很好的阻止振动的传播。动的传播。4)4)缺口敏感性小；缺口敏感性小；5)5)铸造性能和切削加工性能好；铸造性能和切削加工性能好；6)6)其他工艺性差：其他工艺性差：焊接性差焊接性差;热处理性能差热处理性能差;不能不能锻造和冲压。锻造
6、和冲压。灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号 HT 10030mm试棒的最低试棒的最低抗拉强度值抗拉强度值(MPa)灰灰口铸口铸铁铁典型牌号：典型牌号：HT 100;HT 150;HT 200;灰口铸铁的孕育处理：（孕育铸铁灰口铸铁的孕育处理：（孕育铸铁 高高强度灰口铸铁）强度灰口铸铁）铁水不经过任何处理铁水不经过任何处理,石墨呈粗大的片石墨呈粗大的片状状,强度低。浇注前向铁水内加入少量促强度低。浇注前向铁水内加入少量促进石墨化元素进石墨化元素(称为孕育剂称为孕育剂,75%Si Fe,75%Si Fe)，即：进行孕育处理。即：进行孕育处理。孕育处理后，强度和硬度明显提高孕育处理后，强度和硬度明显提高,
7、耐磨性好耐磨性好,壁厚敏感性小壁厚敏感性小,同一截面上机同一截面上机械性能的齐一性较好。械性能的齐一性较好。典型牌号典型牌号:HT 250;HT 300;HT 350;（2 2）球墨铸铁）球墨铸铁 向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。组织：组织：金属基体金属基体 +球状石墨球状石墨 球墨铸铁中的石墨呈球球墨铸铁中的石墨呈球状析出，对金属机体的割裂状析出，对金属机体的割裂作用小得多，对作用小得多，对机体强度的机
8、体强度的利用率达利用率达70%70%90%90%，因此，因此，力学性能接近于钢。力学性能接近于钢。球化处理球化处理:往铁水中加入球化剂往铁水中加入球化剂 ,球化剂是球化剂是稀土镁合金。稀土镁合金。球化处理方法：球化处理方法：性能特点性能特点:抗抗拉强度和屈强度拉强度和屈强度很高很高 ;疲劳强度疲劳强度较高较高;硬度和耐磨性比其他铸铁都高。硬度和耐磨性比其他铸铁都高。热处理特点：热处理特点：退火退火:可使铸态组织中的可使铸态组织中的FeFe3 3C C分解分解 ,以获得高以获得高塑性的铁素体基体组织。（相当于塑性的铁素体基体组织。（相当于3535）正火正火:使具有使具有F+P+FeF+P+Fe3
9、 3C C 的铸态基体组织的铸态基体组织,为高强度的珠光体基体组织。（相当于为高强度的珠光体基体组织。（相当于4545）珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁和4545号锻纲的机械性能比较表号锻纲的机械性能比较表性性 能能45号锻钢(正火)P球铁(正火)抗拉强度抗拉强度 b(Mpa)690815屈服强度屈服强度 0.2(Mpa)410640屈强屈强比比 0.2 /b0.590.785延伸率延伸率 (%)263疲劳强度疲劳强度(带缺口试样带缺口试样)-1(Mpa)150155硬度硬度 HBS229229321球墨铸铁的球墨铸铁的牌号牌号QT 400 18延伸率延伸率 18%抗拉强度抗拉强度b 400Mp
10、a 球球墨铸墨铸铁铁（3 3）可锻铸铁（韧性铸铁）可锻铸铁（韧性铸铁）白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相组织而获得的具有较高韧性的铸铁。组织而获得的具有较高韧性的铸铁。组织：组织：金属基体金属基体 +团絮状石墨团絮状石墨 团絮状石墨对金属机体团絮状石墨对金属机体的割裂作用比片状石墨小，的割裂作用比片状石墨小，比球状石墨大，因此，其抗比球状石墨大，因此，其抗拉强度、塑性和韧性都比较拉强度、塑性和韧性都比较高，但综合力学性能比球墨高，但综合力学性能比球墨铸铁差。铸铁差。性能特点：性能特点：强度好、硬度高强度好、硬度高,耐磨性有一定的耐磨性有一定的韧性。韧性
11、。牌号：牌号：铸铸出白出白口坯件口坯件在在 950 保温保温3 0时时 在在 730 保温保温20小时小时珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁铁素体可锻铸铁工艺特点：工艺特点：KT 300 06延伸率延伸率 6%抗拉强度抗拉强度 b 300Mpa 可可锻铸锻铸铁铁（3 3）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁 向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为稀土硅铁或稀土硅钙合金稀土硅铁或稀土硅钙合金）进行蠕化处理，并加）进行蠕化处理，并加入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。组织：组织：金属基体金属基体 +蠕虫状石墨蠕虫状石墨
12、 蠕虫状石墨形状介于对蠕虫状石墨形状介于对片状、球状之间，因此，其片状、球状之间，因此，其力学性能介于相同金属机体力学性能介于相同金属机体组织的灰铸铁和球墨铸铁之组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，。间，。性能特点性能特点:机械性能比灰口铸铁高；壁厚敏感性比灰口机械性能比灰口铸铁高；壁厚敏感性比灰口铸铁小。减震性球墨铸铁高。铸造性能和切削性铸铁小。减震性球墨铸铁高。铸造性能和切削性能等工艺性能均良好。能等工艺性能均良好。突出优点是导热性和耐热疲劳性好。突出优点是导热性和耐热疲劳性好。牌号牌号RuT 260抗拉强度抗拉强度b 260Mpa蠕蠕墨铸墨铸铁铁3.3.铸铁的熔炼铸铁的熔炼 熔炼铸铁的主要设熔炼
13、铸铁的主要设备有冲天炉、电弧炉、备有冲天炉、电弧炉、工频炉等，应用最广工频炉等，应用最广泛的设备是泛的设备是 冲天炉冲天炉。冲天炉冲天炉 由炉底、由炉底、炉体（炉缸、炉身）、炉体（炉缸、炉身）、烟囱、送料机构及前烟囱、送料机构及前炉等组成。炉等组成。冲天炉冲天炉的炉料有的炉料有金属料：新生铁、金属料：新生铁、回炉铁、废钢、铁回炉铁、废钢、铁合金合金燃料：焦炭、煤粉、燃料：焦炭、煤粉、无烟煤块、重油、无烟煤块、重油、煤气煤气熔剂：石灰石熔剂：石灰石（CaCOCaCO3 3）、）、萤石萤石（CaFCaF2 2）冲天炉冲天炉内熔化过程内熔化过程二二.铸钢件铸钢件1.1.铸钢的种类和牌号铸钢的种类和牌
14、号分类分类:铸钢铸钢碳素铸钢碳素铸钢合金铸钢合金铸钢低合金铸钢低合金铸钢高合金铸钢高合金铸钢除铁之外，其他元素的含量均除铁之外，其他元素的含量均小于小于1%1%合金含量合金含量小于小于5%合金含量合金含量大于大于10%ZG 200 400最小抗拉强度最小抗拉强度b为为400MPa400MPa屈服点最小值屈服点最小值 s 为为200Mpa200Mpa 铸铸 钢钢牌号牌号:碳素铸钢的牌号：碳素铸钢的牌号：合金铸钢的牌号：合金铸钢的牌号：ZG 10 Cr18 Ni9含含Ni量量9%铸铸 钢钢含含C量量0.1%含含Cr量量18%2.2.铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能铸钢的铸造性能
15、熔点高，钢液易氧化熔点高，钢液易氧化;流动性差流动性差;收缩量大收缩量大;易产生铸造缺陷易产生铸造缺陷;生产铸钢件的工艺措施生产铸钢件的工艺措施 提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂料；合理运用铸造工艺；料；合理运用铸造工艺；铸钢件的热处理铸钢件的热处理 由于铸钢件存在许多铸造缺陷由于铸钢件存在许多铸造缺陷,机械性能机械性能差差,特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应力。常用的热处理工艺有力。常用的热处理工艺有:退火和正火。铸钢退火和正火。铸钢件不宜淬火，易开裂件不宜淬火，易开裂 。铸钢齿轮的铸型工艺铸钢齿轮的铸型工艺铸钢的
16、熔炼铸钢的熔炼电弧炉炼钢电弧炉炼钢铸钢的熔炼铸钢的熔炼感应电炉炼钢感应电炉炼钢三三.有色合金铸件的生产有色合金铸件的生产1.1.铸造铜合金铸造铜合金（1 1）分类、性能及应用）分类、性能及应用分类分类铸铜铸铜黄黄 铜铜青青 铜铜锡青铜（铜锡合金）锡青铜（铜锡合金）铝青铜（铜铝合金）铝青铜（铜铝合金）铅青铜（铜铅合金）铅青铜（铜铅合金）（铜锌合金）（铜锌合金）铜合金的性能与应用铜合金的性能与应用黄铜：结晶温度范围小，流动性好，铸黄铜：结晶温度范围小，流动性好，铸造性能好，力学性能好，常用来制造轴造性能好，力学性能好，常用来制造轴承、轴套、齿轮等零件。承、轴套、齿轮等零件。青铜：结晶温度范围较大，
17、易产生缩松青铜：结晶温度范围较大，易产生缩松等缺陷，但耐磨，常用来做导轨、蜗轮等缺陷，但耐磨，常用来做导轨、蜗轮等零件，但不适合做密封性要求较高的等零件，但不适合做密封性要求较高的零件。零件。（2 2）铜合金的铸造工艺）铜合金的铸造工艺 铜的熔点低，密度大，流动性好，砂铜的熔点低，密度大，流动性好，砂型铸造时，一般采用细砂造型。铜合金熔型铸造时，一般采用细砂造型。铜合金熔炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成氧化亚铜（氧化亚铜（CuCu2 2O O）,溶于铜液内，使其力学溶于铜液内，使其力学性能下降。性能下降。由于各种成分的铜合金的结晶特征不由于各种成分的铜合
18、金的结晶特征不同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也不同。不同。硅黄硅黄铜合金铸铜合金铸造工艺特点造工艺特点 黄铜的结晶黄铜的结晶温度范围较窄，温度范围较窄，易产生缩孔，常易产生缩孔，常采用定向凝固的采用定向凝固的措施，多设置冒措施，多设置冒口。口。硅黄铜铜体铸造工艺硅黄铜铜体铸造工艺锡青锡青铜合金铸造铜合金铸造工艺特点工艺特点 锡青铜的结晶锡青铜的结晶温度范围很大，同温度范围很大，同时凝固区域很宽时凝固区域很宽,流动性较差流动性较差,易产易产生缩松生缩松,氧化倾向氧化倾向不大不大,常采用顺序常采用顺序凝固工艺。凝固工艺。锡青铜中型铜套锡青铜中型铜套的雨淋浇注
19、系统的雨淋浇注系统铝青铝青铜的铸造工艺特点铜的铸造工艺特点 铝青铜的铝青铜的结晶温度范围结晶温度范围很小，呈逐层很小，呈逐层凝固特征，流凝固特征，流动性较好，易动性较好，易形成集中缩孔，形成集中缩孔，但极易氧化，但极易氧化，必须采用顺序必须采用顺序凝固工艺。凝固工艺。铝青铜蜗轮铸造工艺铝青铜蜗轮铸造工艺1.1.铸造铝合金铸造铝合金（1 1）分类、性能及应用）分类、性能及应用分类分类铸铝铸铝铝硅合金铝硅合金铝铜合金铝铜合金铝镁合金铝镁合金铸造性能好，力学性能和切削铸造性能好，力学性能和切削加工性能良好，应用广泛。加工性能良好，应用广泛。铸造性能较差，但高温力学性铸造性能较差，但高温力学性能较好，
20、常做活塞等零件。能较好，常做活塞等零件。强度最高，密度最小，耐腐蚀强度最高，密度最小，耐腐蚀性好，但工艺复杂，用做航空性好，但工艺复杂，用做航空航天零件。航天零件。（2 2）铝合金的铸造工艺铝合金的铸造工艺 铝合金也容易氧化，生成铝合金也容易氧化，生成AlAl2 2O O3 3，其熔其熔点大大高于铝液（铝：点大大高于铝液（铝：680C680C780C780C；AlAl2 2O O3 3 ：2050C2050C左右左右），常以固态悬浮在），常以固态悬浮在铝液中，形成夹渣缺陷。铝液中，形成夹渣缺陷。可以加入可以加入KClKCl、NaClNaCl等作为溶剂，将等作为溶剂，将铝铝液与空气隔开。液与空气隔开。几种铝合金几种铝合金熔炼设备熔炼设备