华北理工大学2016年热加工工艺复习重点章节部分铸造2部分部分课件

1、常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 铸铁铸铁 可可 锻锻 铸铸 铁铁 熔熔 炼炼 铸铸 钢钢 件件 热热 处处 理理 铸铸 钢钢 铸铸 造造 工工 艺艺 铸铸 钢钢 铸铸 造造 特特 性性 铸钢铸钢 蠕蠕 墨墨 铸铸 铁铁 球球 墨墨 铸铸 铁铁 灰灰 铸铸 铁铁 铸铸 造造 普普 通通 灰灰 铸铸 铁铁 孕孕 育育 铸铸 铁铁 铸铸 造造 工工 艺艺 特特 点点 2. 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 实际生产中，由于铸铁材料实际生产中，由于铸铁材料(包括灰口铸铁、可锻铸铁、包括灰口铸铁、可锻铸铁、 球墨铸铁球墨铸铁)具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价具有优良的铸造性能，且资

2、源丰富，冶炼方便，价 格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。 铸铁通常是铸铁通常是C%=2.5%4.0%的铁碳合金的铁碳合金, 碳在铁碳合金中碳在铁碳合金中 的存在形式有：渗碳体和石墨的存在形式有：渗碳体和石墨 . 2.1 铸铁的分类铸铁的分类 根据碳存在形式铸铁可以分为：根据碳存在形式铸铁可以分为： 白口铸铁：白口铸铁：Fe3C 断口银白色，莱氏体，硬脆，很少应用断口银白色，莱氏体，硬脆，很少应用 灰口铸铁：灰口铸铁：C 断口灰色，石墨，基体不同，性能不同，应用多断口灰色，石墨，基体不同，性能不同，应用多 麻口铸铁麻口铸铁: C+ Fe3C 断口

3、灰白，石墨和渗碳体，硬脆，很少应用断口灰白，石墨和渗碳体，硬脆，很少应用 根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可以分为：根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可以分为： 普通灰铸铁：普通灰铸铁：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：石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状 球墨铸铁：球墨铸铁：石墨呈球状石墨呈球状 根据铸铁化学成分不同，铸铁可以分为：根据铸铁化学成分不同，铸铁可以分为： 普通铸铁：普通铸铁：常规元素，规定质量分数常规元素，规定质量分数 合金铸铁：合金铸铁：多种合金元素，高于规定质量分数，多种合金元素，高于规定质量分数， 特殊性能特殊性能 4 灰灰 铸铁铸铁

4、显微组织显微组织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁 石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌 5 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨 珠光体基体珠光体基体 铁素体基体铁素体基体 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 显微组织显微组织 6 7 铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 8 2.2 灰铸铁灰铸铁 2.2.1 灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织 显微组织：基体显微组织：基体+片状石墨片状石墨 基体：基体：铁素体、铁素体铁素体、铁素体+珠光体、珠光体珠光体、

5、珠光体 片状石墨：片状石墨：A型、型、B型、型、C型、型、D型、型、E型、型、F型型 9 基体 铁素体基体：F+粗大C； 强度、硬度低，塑性、韧性差； 质软、易加工、铸造性能好，要求不高的铸件。 铁素体+珠光体基体： F+P+较粗大C； 一定的强度、硬度； 铸造、切削、减震性能好，用途广。 珠光体基体：P+细小均匀C； 强度、硬度高； 重要零件。 10 灰铸铁灰铸铁 灰铸铁灰铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 11 片状石墨片状石墨 A型：型： 均匀分布，无方向性的片状和曲片状；均匀分布，无方向性的片状和曲片状； 共晶或接近共晶成分的亚共晶铸铁；共晶或

6、接近共晶成分的亚共晶铸铁； 过冷度小；过冷度小； 同基体，强度较好。同基体，强度较好。 B型：型： 聚集，无方向性，中心石墨细小，外围粗大，菊花状石墨；聚集，无方向性，中心石墨细小，外围粗大，菊花状石墨； 共晶或接近共晶成分的亚共晶铸铁；共晶或接近共晶成分的亚共晶铸铁； 比比A型过冷度大；型过冷度大； 石墨密集，析出铁素体，出现软点，强度低，耐磨性差。石墨密集，析出铁素体，出现软点，强度低，耐磨性差。 C型：型：部分带尖角的块状，平直粗大部分带尖角的块状，平直粗大CI+小片共晶石墨；小片共晶石墨； 过共晶铸铁或生铸铁，不常见；过共晶铸铁或生铸铁，不常见； 12 D型：型：无方向性，石墨细小，分

7、布于枝晶间，分枝频繁无方向性，石墨细小，分布于枝晶间，分枝频繁 亚共晶铸铁；亚共晶铸铁； 过冷度很大；过冷度很大； 石墨细小，但不均匀，出现铁素体，强度低。石墨细小，但不均匀，出现铁素体，强度低。 E型：型：有方向性，石墨细小，分布于枝晶间；有方向性，石墨细小，分布于枝晶间； 远离共晶成分点的亚共晶铸铁；远离共晶成分点的亚共晶铸铁； 石墨排列方向性，增强基体的割裂，强度更低。石墨排列方向性，增强基体的割裂，强度更低。 F型：型：小、蜘蛛状小、蜘蛛状CI+小片状共晶石墨；小片状共晶石墨； 高碳过共晶铸铁；高碳过共晶铸铁； 过冷度大；过冷度大； 强度低。强度低。 2.2.2 灰铸铁的性能灰铸铁的性

8、能 铸铁之所以用得如此广泛铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在是因为石墨的存在,使铸铁使铸铁 具有铸钢所不具备的性能。具有铸钢所不具备的性能。. 力学性能：力学性能： 1.1.b b 、 、E E低于钢，塑性和冲击韧性为零，脆性材料；低于钢，塑性和冲击韧性为零，脆性材料； 2.2.石墨密度是铁的三分之一，石墨密度是铁的三分之一， 3% 3%质量的石墨占质量的石墨占10%10%的体积，可视的体积，可视 为孔洞和裂纹；为孔洞和裂纹； 石墨的减缩作用石墨的减缩作用有效承载面积减少有效承载面积减少 割裂和应力集中作用割裂和应力集中作用石墨尖端应力集中石墨尖端应力集中 3.3.基体强度利用率低，但抗

9、压性好。基体强度利用率低，但抗压性好。 14 工艺性能：工艺性能：不能锻造和冲压，只能铸造；不能锻造和冲压，只能铸造； 共晶成分，流动性好、铸造性能优良，共晶成分，流动性好、铸造性能优良， 石墨膨胀抵消部分凝固收缩，缺陷少；石墨膨胀抵消部分凝固收缩，缺陷少； 减震性：减震性：片状石墨阻碍振动传递，转化为热量消失；片状石墨阻碍振动传递，转化为热量消失； 用于机床床身，底座等用于机床床身，底座等 耐磨性：耐磨性：石墨润滑剂，脱落在摩擦面上起润滑作用；石墨润滑剂，脱落在摩擦面上起润滑作用； 石墨被磨掉后，形成凹坑，可储存润滑油；石墨被磨掉后，形成凹坑，可储存润滑油； 机床导轨、滑动轴承等。机床导轨、

10、滑动轴承等。 缺口敏感性：缺口敏感性：石墨存在，基体中大量缺陷，石墨存在，基体中大量缺陷， 外来缺口对疲劳强度影响小外来缺口对疲劳强度影响小 15 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。 铸铁的优点铸铁的优点 2.2.3 影响铸铁组织和性能的因素影响铸铁组织和性能的因素 性能性能组织组织碳的存在形式碳的存在形式 石墨化：碳以石墨的形式析出的过程。通常视石墨化过程石墨化：碳以石墨的形式析出的过程。通常视石墨化过程 充分与

11、否，会得到不同基体的铸铁组织充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。 铸铁的基体通常有：铸铁的基体通常有： WC总 总=WC石墨石墨+WC化合化合 WC石墨 石墨=全部 全部铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 WC化合 化合0.3%，形成低熔点、硬度高的形成低熔点、硬度高的Fe3P，分布在晶界，提高耐磨分布在晶界，提高耐磨 性；性； 过高则增加铸铁的冷脆倾向，一般控制在过高则增加铸铁的冷脆倾向，一般控制在0.5%以下。以下。 19 影响石墨化的因素影响石墨化的因素冷却速度冷却速度 减小冷却速度可以促进石墨化减小冷却速度可以促进石墨化 ， 易得到粗大的石墨片和铁易得到粗大的石墨片和铁 素体基体；素体基体； 增

12、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此时只有部分碳以细石墨片 析出，而另一部分则以渗碳析出，而另一部分则以渗碳 体析出，得到珠光体基体。体析出，得到珠光体基体。 导热能力：砂型、金属型导热能力：砂型、金属型 影响冷却速度的因素：影响冷却速度的因素： 铸型材料：铸型材料：导热能力；导热能力； 壁厚：壁厚：控制铸件的控制铸件的C、Si、Mn量，限制量，限制S、P含量。含量。 22 2.2.4 孕育处理孕育处理 灰口铸铁的孕育处理方法：灰口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 浇铸前加入质量分数为浇铸前加入质量分数为 0.25% 0.60%的

13、孕育剂（含的孕育剂（含Si量为量为75%的硅铁），孕育剂在铁水的硅铁），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高，中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高， 从而得到细小、均匀分布的片状石墨组织，改善力学性能。从而得到细小、均匀分布的片状石墨组织，改善力学性能。 铁水温度：铁水温度：1400 1450 碳质量分数：碳质量分数：2.7% 3.3% 硅质量分数：硅质量分数：1% 2% 提高和改善灰铸铁提高和改善灰铸铁 的性能的途径的性能的途径 改善基体组织（改善基体组织（P） 改变石墨形态、数量、大小和分布改变石墨形态、数量、大小和分布 孕育处理是提高和改善灰铸铁

14、的性能的途径孕育处理是提高和改善灰铸铁的性能的途径 碳、硅元素含量较低，若不进行孕育处理，直接浇注易形成白口组织。碳、硅元素含量较低，若不进行孕育处理，直接浇注易形成白口组织。 碳含量越低，石墨片越细小，强度、硬度越高，耐磨性越好。碳含量越低，石墨片越细小，强度、硬度越高，耐磨性越好。 但是石墨仍然是片状，塑性和韧性仍很低；冷却速度对组织和性能影但是石墨仍然是片状，塑性和韧性仍很低；冷却速度对组织和性能影 响不大，后截面铸件的组织、性能均匀。响不大，后截面铸件的组织、性能均匀。 选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨越细选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨越细 小，铸铁的强度、硬

15、度就越高。小，铸铁的强度、硬度就越高。 冷却速度冷却速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：对其组织和性能影响较小。如下面的图： 25 2.2.5 灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理 一般不需要热处理，特殊零件需要；一般不需要热处理，特殊零件需要； 热处理过程与钢相似；热处理过程与钢相似； 只改变铸铁基体组织，不改变石墨形状；只改变铸铁基体组织，不改变石墨形状； 提高力学性能效果不大。提高力学性能效果不大。 2.2.6 灰铸铁的牌号和用途灰铸铁的牌号和用途 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：HTXXX HT: 表示灰口铸铁中文拼音的代号表

16、示灰口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：片状片状 问题问题 1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少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？表示，而用力学性能表示？ 2）有一铸件当其强度不够时，可否通有一铸件当其强度不够时，可否通 过增大截面过增大截面 解决？解决？ 2.3 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁生产：可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白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口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体

17、分布着团絮 状石墨的铸铁。状石墨的铸铁。较高塑性、韧性。较高塑性、韧性。 黑黑心可锻铸铁心可锻铸铁(KTH, 铁素体基体铁素体基体) 珠珠光体可锻铸铁光体可锻铸铁(KTZ) 白白心可锻铸铁心可锻铸铁(KTB，很少用，很少用) 种类种类 30 特点：特点： 石墨団絮状，数量少，减少对基体的割裂作用，强度高石墨団絮状，数量少，减少对基体的割裂作用，强度高b=300-400MPa； 絮状石墨不形成尖锐缺口，应力集中减小，塑性（絮状石墨不形成尖锐缺口，应力集中减小，塑性（ 2% 12%），韧性），韧性 （k 30J/cm2)； 基体是铁素体，耐腐蚀性能好；基体是铁素体，耐腐蚀性能好； 原料中需加入大量

18、废钢料；原料中需加入大量废钢料； 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、厚度不超过适用于制造承受震动和冲击、形状复杂、厚度不超过25mm的薄壁小件。的薄壁小件。 碳、硅质量分数小，熔点高，凝固温度范围宽，铁液流动性差；碳、硅质量分数小，熔点高，凝固温度范围宽，铁液流动性差； 没有石墨化膨胀过程，收缩量大，易形成缩孔和裂纹缺陷；没有石墨化膨胀过程，收缩量大，易形成缩孔和裂纹缺陷； 2.4 球墨铸铁球墨铸铁 高碳、低硅、低硫、低磷高碳、低硅、低硫、低磷 向高温铁水中加入一定量的球化剂和向高温铁水中加入一定量的球化剂和 孕育

19、剂，直接得到球状石墨的铸孕育剂，直接得到球状石墨的铸 造合金。造合金。 球化剂：金属镁或稀土镁球化剂：金属镁或稀土镁 孕育剂：含孕育剂：含Si量为量为75%或或 95%的硅铁的硅铁 32 球墨铸铁：球墨铸铁：在钢的基体上分布球状石墨，对基体的破坏作用缩小在钢的基体上分布球状石墨，对基体的破坏作用缩小 至最低，有效截面至最低，有效截面70%90%，应力集中减少，抗拉，应力集中减少，抗拉 强度高，塑性、韧性好。强度高，塑性、韧性好。 球墨铸铁件球墨铸铁件 石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低， 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

20、过热处理改善金属基体，进一步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。提高性能。这一点与灰铸铁不同。 球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、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，应适当提高铸型刚度。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。 球墨铸铁件球墨铸铁件 生产中应生产中应 注意的问题：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原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本 相同；具有高相同；具有高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、孕育处较高的铁液温度，以防止

21、球化处理、孕育处 理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷 球化处理、孕育处理。球化处理、孕育处理。 球墨铸铁的牌号、性能及用途球墨铸铁的牌号、性能及用途 2.5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 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。 力学性能：力学性能： 介于同基体的灰铸铁和球墨铸铁之间，抗拉强度优于灰铸铁；介于同基体的灰铸铁和球墨铸铁之间，抗拉强度优于灰铸铁； 具有一定的塑性和韧性；具有一定的塑性和韧性； 对断面敏感性小于灰铸铁，厚大截面的力学性能均匀。对断面敏感性小于灰铸铁，厚大截面的力学性能均匀。 生产：生产： 蠕化剂：稀土镁合金；孕育剂：蠕化剂：稀土镁合金；孕育剂：75%FeSi 应用：应用： 工作温度高，或较高温度梯度的零件；工作温度高，或较高温度梯度的零件； 断面敏感性小，铸造性能好，复杂大型铸件。断面敏感性小，铸造性能好，复杂大型铸件。 2.6 铸钢铸钢 2.6.1 铸钢的分类铸钢的分类 化学成分：化学成分： 碳素铸钢：碳素铸钢：低碳、中碳、高碳低碳、中碳、高碳 以中碳铸钢用的最多；以中碳铸钢用的最多； 而低碳铸钢和高碳铸钢用的少。而低碳铸钢和高碳铸钢用的少。 铸造合金钢：铸造合金钢：在