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1、热加工工艺基础热加工工艺基础TEL：01068913304E-MAIL：zzhbitsina.热加工工艺基础教学大纲热加工工艺基础教学大纲英文名称：英文名称：HighTemperatureProcess学分：学分：2学时：学时：40适用专业：适用专业：机电工程、车辆工程机电工程、车辆工程课程的性质、地位和任务课程的性质、地位和任务热加工工艺基础是材料科学与工程、热加工工艺基础是材料科学与工程、机电工程、车辆工程等专业的必修机电工程、车辆工程等专业的必修课程。本课程对了解材料的热加工课程。本课程对了解材料的热加工工艺过程、材料热加工过程中的结工艺过程、材料热加工过程中的结晶、变形及强化规律有重要
2、作用，晶、变形及强化规律有重要作用，对解决材料加工实际问题有很大帮对解决材料加工实际问题有很大帮助。助。教学内容与学时安排教学内容与学时安排第一章第一章.铸造铸造 16学时学时1.1合金的铸造性能合金的铸造性能4学时学时1.2常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产2学时学时1.3砂型铸造砂型铸造4学时学时1.4特种铸造特种铸造2学时学时1.5零件结构的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性4学时学时教学内容与学时安排教学内容与学时安排第二章第二章.锻压锻压12学时学时2.1金属的锻造性能金属的锻造性能4学时学时2.2自由锻自由锻2学时学时2.3模锻模锻2学时学时2.4冲压冲压2学时学时2.5少无切削锻压
3、工艺简介少无切削锻压工艺简介2学时学时教学内容与学时安排教学内容与学时安排第三章第三章.焊接焊接 12学时学时3.1焊接的基本原理焊接的基本原理1学时学时3.2焊条电弧焊焊条电弧焊2学时学时3.3其它焊接方法其它焊接方法1学时学时3.4压焊与钎焊压焊与钎焊2学时学时3.5堆焊与热喷涂堆焊与热喷涂2学时学时3.6常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接2学时学时3.7焊接结构设计焊接结构设计2学时学时教材及参考书：教材及参考书：教材：教材：王俊昌、王荣声王俊昌、王荣声工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础机械工业出版社机械工业出版社参考书：赵一善参考书：赵一善热加工工艺基础热加工工艺基础高等教
4、育出版社高等教育出版社第一章第一章铸铸造造1、何为铸造？、何为铸造？熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。称为铸造。2、铸造优缺点、铸造优缺点优点：优点：1可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。2铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由用的金属材料均可用来进行铸
5、造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到到1m左右。左右。3铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。接利用废机件，故铸件成本较低。缺点：缺点：1铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。冲击韧度低于同种材料的锻件。2铸件质量不够稳定。铸件质量不够稳定。一、流动性和充型能力一、流动性和充型能力一合金的流动性一合金的流动性1.流动性流动
6、性流动性是指熔融金属的流动能力。流动性是指熔融金属的流动能力。合金流动性的好坏，通常以合金流动性的好坏，通常以螺旋形流动性试样螺旋形流动性试样的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。愈好，所浇出的试样愈长。第一节第一节合金的铸造性能合金的铸造性能2.流动性的影响因素流动性的影响因素1合金的种类合金的种类不同种类的合金，具有不同的不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，即具有不同的流动性。其中灰铸铁螺旋线长度，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜
7、、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。的流动性最差。2化学成分和结晶特征化学成分和结晶特征纯金属和共晶成分的纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁外表向中心逐渐推进，凝合金，凝固是由铸件壁外表向中心逐渐推进，凝固后的外表比较光滑，对未凝固液体的流动阻力固后的外表比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好，见图较小，所以流动性好，见图1-3a。在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状
8、晶越兴旺，对两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越兴旺，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图1-3b。铁碳合金的流动性与相图的关系见图铁碳合金的流动性与相图的关系见图1-4。图中说明，。图中说明，纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。二合金的充型能力二合金的充型能力1.充型能力充型能力考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金的充型能力。合金的流动性是金属本身的属性，不的充
9、型能力。合金的流动性是金属本身的属性，不随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。和金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。2.充型能力的影响因素充型能力的影响因素1铸型填充条件铸型填充条件a铸型的蓄热能力铸型的蓄热能力铸型从金属液中吸收和储存热铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。b铸型温度铸型温度提高铸型温度，可以降低铸型和金提高铸型温度，可
10、以降低铸型和金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高合金液的充型能力。合金液的充型能力。c铸型中的气体铸型中的气体铸型中气体越多，合金的充型铸型中气体越多，合金的充型能力就越差。能力就越差。2浇注条件浇注条件a浇注温度浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定浇注温度对合金的充型能力有着决定性的影响。浇注温度越高，合金的粘度越低，合性的影响。浇注温度越高，合金的粘度越低，合金的充型能力就越好；但浇注温度过高，液态合金的充型能力就越好；但浇注温度过高，液态合金的收缩增大，吸气量增加，氧化严重，容易导金的收缩增大，吸气量增加，氧化严重，容易导致产生缩孔、
11、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。致产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。b充型压力充型压力液态合金在流动方向上所受的液态合金在流动方向上所受的压力越大，其充型能力越好。压力越大，其充型能力越好。c铸件结构铸件结构铸件壁厚过小，壁厚急剧变化，铸件壁厚过小，壁厚急剧变化，结构复杂，有大的水平面时，都将会影响合金结构复杂，有大的水平面时，都将会影响合金的充型能力。的充型能力。二二合金的凝固与收缩合金的凝固与收缩一铸件的凝固方式及影响因素一铸件的凝固方式及影响因素1.铸件的凝固方式铸件的凝固方式1逐层凝固方式逐层凝固方式合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一
12、条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。2糊状凝固方式糊状凝固方式合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。些黄铜等都是糊状凝固的合金。3中间凝固方式中间凝固方式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金
13、的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。具有中间凝固方式。2.凝固方式的影响因素凝固方式的影响因素1合金凝固温度范围的影响合金凝固温度范围的影响合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则金属趋于逐层凝固；如两条相线之间的距离很大，金属趋于逐层凝固；如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。中间凝固方式。2铸件温度梯度的影响铸件温度梯度的影响增大温度梯度，可以使合金的
14、凝固方式向逐层凝固增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。二二铸造合金的收缩铸造合金的收缩铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段：缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段：1.液态收缩液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。积收缩。2.凝固收缩凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。收缩
15、和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。3.固态收缩固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。因。三三影响合金收缩的因素影响合金收缩的因素1.化学成分化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。铁最小。2.浇注温度浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，合金浇注温度越高
16、，过热度越大，液体收缩越大。液体收缩越大。3.铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各局部的冷却速度不同，其形状、尺寸的不同，各局部的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。收缩率就越小。四收缩对铸件质量的影响四收缩对铸件质量的影响1.缩孔和缩松缩孔和缩松1缩孔的形成缩孔的形成缩孔总是出现在铸件上部或最后
17、凝固的部位，其缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内外表粗糙，形状不规则，多近于外形特征是：内外表粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是切削加工才能暴露出来。缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。缩孔形成过程见图液态收缩和凝固收缩。缩孔形成过程见图1-6。2缩松的形成缩松的形成宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩
18、和凝固收缩所致。缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。缩松形成过程见图形成过程见图1-7。3缩孔、缩松的防止措施缩孔、缩松的防止措施a采用定向凝固的原则采用定向凝固的原则所谓定向凝固，是使铸所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一局部到另一局部逐渐凝固的过程。件按规定方向从一局部到另一局部逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效地消除缩孔、缩松。定向凝固原则见图有效地消除缩孔、缩松。定向凝固原则见图1-8。b合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺艺浇注位置的选择应服从定向凝固原则
19、；内浇注位置的选择应服从定向凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要合理选浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。2.铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，断降低，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂，这种缺就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂，这种缺陷的产生
20、，将严重影响铸件的质量。陷的产生，将严重影响铸件的质量。1铸造应力的产生铸造应力的产生铸造应力按其产生的原因可分为三种：铸造应力按其产生的原因可分为三种：a热应力热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。由于不均衡的收缩而引起的应力。b固态相变应力固态相变应力铸件由于固态相变，各局部体铸件由于固态相变，各局部体积发生不均衡变化而引起的应力。积发生不均衡变化而引起的应力。c收缩应力收缩应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。2铸造应力的防止
21、和消除措施铸造应力的防止和消除措施a采用同时凝固的原则采用同时凝固的原则同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各局部在同一时间凝固。如图件各局部在同一时间凝固。如图1-9所示。所示。b提高铸型温度提高铸型温度c改善铸型和型芯的退让性改善铸型和型芯的退让性d进行去应力退火进行去应力退火3铸件的变形和防止铸件的变形和防止铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及随后的切削加工变形。防止铸件变形有以下几随后的切削加工变形。防止铸件变形有以下
22、几种方法：种方法：a采用反变形法采用反变形法可在模样上做出与铸件变可在模样上做出与铸件变形量相等而方向相反的预变形量来抵消铸件的形量相等而方向相反的预变形量来抵消铸件的变形，此种方法称为反变形法。变形，此种方法称为反变形法。b进行去应力退火进行去应力退火铸件机加工之前应先进铸件机加工之前应先进行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切削加行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切削加工变形程度。工变形程度。c设置工艺肋设置工艺肋为了防止铸件的铸态变形，为了防止铸件的铸态变形，可在容易变形的部位设置工艺肋。可在容易变形的部位设置工艺肋。4铸件的裂纹及防止铸件的裂纹及防止a铸件裂纹的分类及其形貌铸件裂纹的分类
23、及其形貌铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。当固态铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。当固态合金的线收缩受到阻碍，产生的应力假设超过合金的线收缩受到阻碍，产生的应力假设超过该温度下合金的强度，即产生热裂；而冷裂是该温度下合金的强度，即产生热裂；而冷裂是铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的。热裂裂纹一般沿晶界产生和度极限而产生的。热裂裂纹一般沿晶界产生和开展，其外形曲折短小，裂纹缝内外表呈氧化开展，其外形曲折短小，裂纹缝内外表呈氧化色；冷裂裂纹常常是穿晶断裂，裂纹细小，外色；冷裂裂纹常常是穿晶断裂，裂纹细小，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹
24、缝内干净，形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。有时呈轻微氧化色。b铸件裂纹的防止铸件裂纹的防止为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能采为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的参加量及钢铁中的硫、磷含量。围元素的参加量及钢铁中的硫、磷含量。三、铸造合金的偏析和吸气性三、铸造合金的偏析和吸气性1.偏析偏析铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏
25、析和体积质量偏析三类。偏析可分为晶内偏析、区域偏析和体积质量偏析三类。晶内偏析又称枝晶偏析是指晶粒内各局部化学成晶内偏析又称枝晶偏析是指晶粒内各局部化学成分不均匀的现象，这种偏析出现在具有一定凝固温度分不均匀的现象，这种偏析出现在具有一定凝固温度范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的产生，范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的产生，在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的方法。在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的方法。区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组织的不区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀。均匀。铸件上、下局部化学成分不均匀的现象称为体积质量铸件上、下局部化学成分不均匀的现
26、象称为体积质量偏析。偏析。2.铸件中的气孔和合金的吸气铸件中的气孔和合金的吸气1侵入性气孔侵入性气孔侵入性气孔是由于铸型外表聚集的侵入性气孔是由于铸型外表聚集的气体侵入金属液中而形成的孔洞。多位于铸件的上外气体侵入金属液中而形成的孔洞。多位于铸件的上外表附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔壁光滑，外表附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔壁光滑，外表有光泽或有轻微氧化色。表有光泽或有轻微氧化色。2析出性气孔析出性气孔析出性气孔是溶解在金属液中的气析出性气孔是溶解在金属液中的气体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件所产生体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件所产生的气孔。其特征是尺寸细小，多而分散
27、，形状多为圆的气孔。其特征是尺寸细小，多而分散，形状多为圆形、椭圆形或针状，往往分布于整个铸件断面内。形、椭圆形或针状，往往分布于整个铸件断面内。3反响性气孔反响性气孔浇入铸型中的金属液与铸型材料、浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或溶渣之间，因化学反响产生气体而形型芯撑、冷铁或溶渣之间，因化学反响产生气体而形成的气孔，统称反响性气孔。这种气孔经常出现在铸成的气孔，统称反响性气孔。这种气孔经常出现在铸件外表层下件外表层下1mm-2mm处，孔内外表光滑，孔径处，孔内外表光滑，孔径1mm-3mm。第二节第二节常用铸造合金常用铸造合金一、铸铁一、铸铁铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总
28、称。铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时能保存在奥氏体固溶体中的量。能保存在奥氏体固溶体中的量。一一铸铁的分类铸铁的分类1.根据碳在铸铁中的存在形式分类根据碳在铸铁中的存在形式分类1白口铸铁白口铸铁指碳主要以游离碳化铁形式出现的指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，断口呈银白色。铸铁，断口呈银白色。2灰铸铁灰铸铁指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。3麻口铸铁麻口铸铁指碳局部以游离碳化铁形式出现
29、，指碳局部以游离碳化铁形式出现，局部以石墨形式出现，断口灰白相间。局部以石墨形式出现，断口灰白相间。2.根据铸铁中石墨形态分类根据铸铁中石墨形态分类1普通灰铸铁普通灰铸铁石墨呈片状，见图石墨呈片状，见图1-10；2蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状，见图石墨呈蠕虫状，见图1-11；3可锻铸铁可锻铸铁石墨呈团絮状，见图石墨呈团絮状，见图1-12；4球墨铸铁球墨铸铁石墨呈球状，见图石墨呈球状，见图1-13。3.根据铸铁的化学成分分类根据铸铁的化学成分分类1普通铸铁普通铸铁2合金铸铁合金铸铁二二灰铸铁灰铸铁1.灰铸铁的显微组织及其性能灰铸铁的显微组织及其性能1灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组
30、织由金属基体铁素体和珠光灰铸铁的显微组织由金属基体铁素体和珠光体与片状石墨组成。体与片状石墨组成。2灰铸铁的性能灰铸铁的性能a力学性能力学性能由于石墨的存在，一方面使得基由于石墨的存在，一方面使得基体承载的有效面积减少，另一方面在基体中容体承载的有效面积减少，另一方面在基体中容易造成应力集中现象，最终导致灰铸铁的抗拉易造成应力集中现象，最终导致灰铸铁的抗拉强度和弹性模量均比钢低得多，断裂强度通常强度和弹性模量均比钢低得多，断裂强度通常为为120250Mpa；塑性和冲击韧性近于；塑性和冲击韧性近于0，属，属于脆性材料。于脆性材料。b工艺性能工艺性能灰铸铁属于脆性材料，不能进行灰铸铁属于脆性材料，
31、不能进行冲压冲压；同时，其焊接性能也很差。但灰铸铁的切；同时，其焊接性能也很差。但灰铸铁的切削加工性能较好。削加工性能较好。c减振性减振性灰铸铁具有良好的减振性，其减震能灰铸铁具有良好的减振性，其减震能力约为钢的力约为钢的510倍。工业上常用它来制造机床倍。工业上常用它来制造机床床身、机座等。床身、机座等。d耐磨性好耐磨性好e缺口敏感性低缺口敏感性低2.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理孕育是以少量材料参加熔融金属，促进成核，以孕育是以少量材料参加熔融金属，促进成核，以改善其组织和性能的方法。参加的材料称为孕育改善其组织和性能的方法。参加的材料称为孕育剂。常用的孕育剂是剂。常用的孕育剂是FeSi
32、75，熔点为，熔点为1300，经，经孕育处理后的铸铁称孕育铸铁。孕育铸铁的强度、孕育处理后的铸铁称孕育铸铁。孕育铸铁的强度、硬度比普通灰铸铁有显著提高。孕育铸铁适用于硬度比普通灰铸铁有显著提高。孕育铸铁适用于对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件，尤对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件，尤其是厚大铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体其是厚大铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体和气缸套等。灰铸铁的孕育处理见图和气缸套等。灰铸铁的孕育处理见图114。三三可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高化处理
33、，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁实际上并非可以锻造，这韧性的铸铁。可锻铸铁实际上并非可以锻造，这个名子只表示它具有一定的塑性和韧性。个名子只表示它具有一定的塑性和韧性。1.可锻铸铁件的微观组织及其性能特点可锻铸铁件的微观组织及其性能特点1可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织由金属基体铁素体和珠光可锻铸铁的显微组织由金属基体铁素体和珠光体与团絮状石墨组成。体与团絮状石墨组成。2可锻铸铁的性能可锻铸铁的性能可锻铸铁的强度一般为可锻铸铁的强度一般为300400Mpa，最高可达，最高可达700Mpa，同时，可锻铸铁具有一定的塑性和较，同时，可锻铸铁具有一定的塑
34、性和较高的冲击韧度。高的冲击韧度。2.可锻铸铁的铸造性能可锻铸铁的铸造性能可锻铸铁的碳、硅质量分数低，熔点比灰铸铁高，可锻铸铁的碳、硅质量分数低，熔点比灰铸铁高，凝固温度范围大，故铁液的流动性差，必须适当提凝固温度范围大，故铁液的流动性差，必须适当提高铁液的出炉温度，以防产生冷隔、浇不到等缺陷。高铁液的出炉温度，以防产生冷隔、浇不到等缺陷。同时，可锻铸铁的凝固过程没有石墨化膨胀阶段，同时，可锻铸铁的凝固过程没有石墨化膨胀阶段，体积收缩和线收缩较大，易形成缩孔和裂纹等缺陷。体积收缩和线收缩较大，易形成缩孔和裂纹等缺陷。在设计铸件时除应考虑合理的结构形状外，在铸造在设计铸件时除应考虑合理的结构形状
35、外，在铸造工艺上应采用定向凝固的原则设置冒口和冷铁，适工艺上应采用定向凝固的原则设置冒口和冷铁，适当提高型砂的耐火度，退让性和透气，为挡住熔渣，当提高型砂的耐火度，退让性和透气，为挡住熔渣，在浇注系统中应安放过滤网。在浇注系统中应安放过滤网。四球墨铸铁四球墨铸铁球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大局部或全球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大局部或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。1.球墨铸铁的组织与性能球墨铸铁的组织与性能球墨铸铁的显微组织由金属基体铁素体和珠光体球墨铸铁的显微组织由金属基体铁素体和珠光体与球状石墨组成。球墨铸铁不仅强度远远高于灰与球状石墨组
36、成。球墨铸铁不仅强度远远高于灰铸铁，优于可锻等铁，甚至可与钢媲美，尤其屈强铸铁，优于可锻等铁，甚至可与钢媲美，尤其屈强比一般大于比一般大于0.7明显高于碳钢仅明显高于碳钢仅0.6左右，疲左右，疲劳强度与中碳钢接近，而且其耐磨性远高于劳强度与中碳钢接近，而且其耐磨性远高于45钢外钢外表淬火。球墨铸铁还具有优良的热处理性能，球墨表淬火。球墨铸铁还具有优良的热处理性能，球墨铸铁的铸造性能、减振性、切削加工性及缺口敏感铸铁的铸造性能、减振性、切削加工性及缺口敏感性较灰铸铁差，但仍优于铸钢。其塑性和韧性虽低性较灰铸铁差，但仍优于铸钢。其塑性和韧性虽低于钢，但仍能满足一般零件的要求。于钢，但仍能满足一般零
37、件的要求。2.球墨铸铁的铸造工艺特点球墨铸铁的铸造工艺特点球墨铸铁的铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间。其流球墨铸铁的铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间。其流动性与灰铸铁相近，可生产壁厚动性与灰铸铁相近，可生产壁厚3mm4mm铸件。铸件。球墨铸铁的结晶特点是在凝固收缩前有较大的膨胀，球墨铸铁的结晶特点是在凝固收缩前有较大的膨胀，在铸造工艺上应采用定向凝固原则，用干型或水玻在铸造工艺上应采用定向凝固原则，用干型或水玻璃砂快干型提高铸型的强度，并增设冒口以加强补璃砂快干型提高铸型的强度，并增设冒口以加强补缩。球墨铸铁凝固时有较大的内应力、变形和冷裂缩。球墨铸铁凝固时有较大的内应力、变形和冷裂倾向，故对重要的球
38、墨铸铁件要退火以消除应力。倾向，故对重要的球墨铸铁件要退火以消除应力。五五蠕墨铸铁蠕墨铸铁指大局部石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的力指大局部石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。二、铸钢二、铸钢一铸钢的种类与性能一铸钢的种类与性能铸钢按化学成分的不同，可分为以下两大类：铸钢按化学成分的不同，可分为以下两大类：1.碳素铸钢碳素铸钢指以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。指以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。根据碳质量分数的上下可分为低碳、中碳和高碳铸钢。根据碳质量分数的上下可分为低碳、中碳和高碳铸钢
39、。铸钢的强度与球墨铸铁相近，但铸钢的冲击韧度和疲铸钢的强度与球墨铸铁相近，但铸钢的冲击韧度和疲劳强度都高得多，另外，铸钢的焊接性能远比铸铁优劳强度都高得多，另外，铸钢的焊接性能远比铸铁优良。良。2.铸造合金钢铸造合金钢对于具有较高力学性能或某些特殊性能要求的零件或对于具有较高力学性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金铸钢即铸造合金钢。合金铸钢工具，可采用合金铸钢即铸造合金钢。合金铸钢按其合金质量分数可分为低合金铸钢和高合金铸钢。按其合金质量分数可分为低合金铸钢和高合金铸钢。二铸钢的铸造工艺特点二铸钢的铸造工艺特点1.钢液的流动性差钢液的流动性差其铸件壁厚不能小于其铸件壁厚不能小于8mm
40、，且浇注系统应力求，且浇注系统应力求简单、截面尺寸要比铸铁大、铸型常用干型。简单、截面尺寸要比铸铁大、铸型常用干型。此外，铸钢件晶粒粗大，热裂、气孔和粘砂等此外，铸钢件晶粒粗大，热裂、气孔和粘砂等倾向大，故应根据具体情况确定适宜的浇注温倾向大，故应根据具体情况确定适宜的浇注温度。一般小件、薄壁及形状复杂的铸件，其浇度。一般小件、薄壁及形状复杂的铸件，其浇注温度比钢的熔点高注温度比钢的熔点高150左右；大件、厚壁左右；大件、厚壁铸件的浇注温度比钢的熔点高铸件的浇注温度比钢的熔点高100左右。左右。2.铸钢的体积收缩率和线性缩率大铸钢的体积收缩率和线性缩率大铸钢的体积收缩率为铸钢的体积收缩率为10
41、%-14%，线收缩率为，线收缩率为1.8%-2.5%。3.易吸气氧化和粘砂易吸气氧化和粘砂三铸钢件的热处理三铸钢件的热处理为了细化组织，消除内应力，改善偏析，提高为了细化组织，消除内应力，改善偏析，提高铸件的力学性能，必须对铸钢件进行正火或退铸件的力学性能，必须对铸钢件进行正火或退火处理。正火的力学性能较退火高，且生产率火处理。正火的力学性能较退火高，且生产率高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但正高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但正火较退火的内应力大，因此形状复杂、易产生火较退火的内应力大，因此形状复杂、易产生裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。对于小型中裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。对于小型
42、中碳钢铸件，则常用调质处理，以提高其综合力碳钢铸件，则常用调质处理，以提高其综合力学性能。学性能。三、有色金属铸造三、有色金属铸造一铝合金铸造一铝合金铸造1.铸造铝合金的种类铸造铝合金的种类按化学成分的不同，铸造铝合金可分为铸造铝硅合金、按化学成分的不同，铸造铝合金可分为铸造铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。2.铝合金的铸造工艺特点铝合金的铸造工艺特点1铸造铝合金熔点低、流动性好、对型砂耐火度要铸造铝合金熔点低、流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型。求不高，可用细砂造型。2为防止铝液在浇注过程中的氧化和吸气，通常采为防止铝液在浇注过程中的氧化和吸气，
43、通常采用开放式浇注系统及应用，蛇形直浇道和缝隙内浇道用开放式浇注系统及应用，蛇形直浇道和缝隙内浇道等。等。3应能造成合理的温度分布，使铸型进行定向凝固。应能造成合理的温度分布，使铸型进行定向凝固。二铜合金铸件的生产二铜合金铸件的生产1.铜合金种类铜合金种类铸造铜合金按其成分不同可分为黄铜和青铜。铸造铜合金按其成分不同可分为黄铜和青铜。2.铜合金的铸造工艺特点铜合金的铸造工艺特点1铸造黄铜熔点低、结晶温度窄，流动性好、对型铸造黄铜熔点低、结晶温度窄，流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，但其收缩率大、砂耐火度要求不高，可用细砂造型，但其收缩率大、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。
44、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。2锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽量锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽量使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽，凝固收缩和线收式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽，凝固收缩和线收缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏析与缩松，降低铸件的致密度。锡青铜适合采用金属析与缩松，降低铸件的致密度。锡青铜适合采用金属型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。3铝青铜的凝
45、固温度范围小，有利于提高流铝青铜的凝固温度范围小，有利于提高流动性和铸件组织致密度，是青铜的代用材料，动性和铸件组织致密度，是青铜的代用材料，广泛应用于制造重要的齿轮、轴套、蜗杆和阀广泛应用于制造重要的齿轮、轴套、蜗杆和阀体等铸件。但铝青铜的收缩较大，易产生集中体等铸件。但铝青铜的收缩较大，易产生集中缩孔，为此需安置冒口、定向凝固。又因液态缩孔，为此需安置冒口、定向凝固。又因液态铝青铜易氧化吸气，故宜采用开放式及底注式铝青铜易氧化吸气，故宜采用开放式及底注式浇注系统，且浇注时不能断流。此外，浇注系浇注系统，且浇注时不能断流。此外，浇注系统中还应安放过滤网以除去浮渣。统中还应安放过滤网以除去浮渣
46、。4铅青铜浇注时，因铅体积质量大会下沉，铅青铜浇注时，因铅体积质量大会下沉，故需控制浇注温度，且浇注前应充分搅拌，并故需控制浇注温度，且浇注前应充分搅拌，并加快铸件冷却以减小偏析。加快铸件冷却以减小偏析。第三节第三节砂型铸造砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制造模样，制备造型材料、造型、工序包括：制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。等。一、造型方法的选择一、造型方法的选择用造
47、型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。通常分为手工造型和机器造型两大类。一手工造型一手工造型手工造型是全部用手工或手开工具完成的造型工序。手工造型是全部用手工或手开工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，水平要求高，所以手工造型主要用于单
48、件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。特别是重型和形状复杂的铸件。1.手工造型方法分类手工造型方法分类根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；根型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。各种手工造型方法的示意图如图型。各种手工造型方法的示意图如图1-15所示。所示。2.各种手工造型方法的主要特征及其适用范
49、围各种手工造型方法的主要特征及其适用范围两箱造型两箱造型两箱造型两箱造型是造型的最基本方法，铸型由成对的上型是造型的最基本方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。种大小的铸件。三箱造型三箱造型三箱造型三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度的铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。产的铸件。脱箱造型脱箱造型脱箱造型脱箱造型主要采用
50、活动砂箱来造型，在铸型合型后，主要采用活动砂箱来造型，在铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。将砂箱脱出，重新用于造型。一个砂箱可制出许多一个砂箱可制出许多铸型。金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周铸型。金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上套箱。常用于生产小铸件，围填紧，也可在铸型上套箱。常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，故砂箱一般小于因砂箱无箱带，故砂箱一般小于400mm。地抗造型地抗造型地抗造型地抗造型是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气