常用合金铸件生产4

1、第一节第一节 铸铁件的生产铸铁件的生产 铸铁是含碳量超过铸铁是含碳量超过 2.11%的铁碳合金，铸铁件的铁碳合金，铸铁件的产量占全部铸件总产量的的产量占全部铸件总产量的80%左右，要得到优质左右，要得到优质的铸件，研究铸铁的的组织十分重要。研究发现铸的铸件，研究铸铁的的组织十分重要。研究发现铸铁中的碳主要以石墨状态存在，铁中的碳主要以石墨状态存在，经过不同的热处理经过不同的热处理之后，石墨可以呈之后，石墨可以呈片状、絮状、球状、蠕状片状、絮状、球状、蠕状等不同等不同状态，使铸铁获得不同的性能。状态，使铸铁获得不同的性能。下面我们着重分析下面我们着重分析四种常用铸铁材料：四种常用铸铁材料：灰铸铁

2、、可锻铸铁、球墨铸铁灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。和蠕墨铸铁。第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产一、灰铸铁：一、灰铸铁：组织中石墨呈片状，断口颜色为灰黑组织中石墨呈片状，断口颜色为灰黑色（图片），这类铸铁应用最广泛。色（图片），这类铸铁应用最广泛。1.1.灰铸铁的性能灰铸铁的性能：其显微组织由金属基体：其显微组织由金属基体(F(F和和P)P)和片和片状石墨组成（图片）。石墨强硬度高、塑性极低，状石墨组成（图片）。石墨强硬度高、塑性极低，铁素体强度不高、塑性好，但整体上灰铸铁的抗拉铁素体强度不高、塑性好，但整体上灰铸铁的抗拉强度低，塑性差强度低，塑性差 ( (接近为零接近

3、为零) )，随着含碳量增加，石，随着含碳量增加，石墨成分愈多、愈粗大，其力学性能愈差。但灰铸铁墨成分愈多、愈粗大，其力学性能愈差。但灰铸铁的的抗压强度抗压强度较好，与钢相近，这就为其应用提供便较好，与钢相近，这就为其应用提供便利，用于抗压场所。利，用于抗压场所。灰铸铁优越特性灰铸铁优越特性: :优良的减震性优良的减震性( (石墨对机械运动缓石墨对机械运动缓冲作用，灰铸铁是钢的冲作用，灰铸铁是钢的5-105-10倍倍) )；较好的耐磨；较好的耐磨性性能（石墨是一种良好的润滑剂，适用于制造导轨、轴套能（石墨是一种良好的润滑剂，适用于制造导轨、轴套等等) )；较小的缺口敏感性；较小的缺口敏感性 (

4、(石墨本身的存在使基体形石墨本身的存在使基体形成了大量缺口，即使再多一个也影响甚微）；铸造切成了大量缺口，即使再多一个也影响甚微）；铸造切削性能好（灰铸铁的成分接近于共晶，流动性好，而且削性能好（灰铸铁的成分接近于共晶，流动性好，而且石墨的存在抵消了铁液的收缩，铸造性能较好；石墨的石墨的存在抵消了铁液的收缩，铸造性能较好；石墨的存在使灰铸铁切削时具有脆断性，容易加工存在使灰铸铁切削时具有脆断性，容易加工) )。2. 2. 影响铸铁组织性能的因素影响铸铁组织性能的因素(1)(1)灰铸铁的分类：珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁的分类：珠光体灰铸铁、珠光体- -铁素体灰铸铁素体灰铸铁、铁素体灰铸铁三种；强

5、硬度依次降低。铁、铁素体灰铸铁三种；强硬度依次降低。影响铸铁的关键因素是其石墨化程度，这与铸铁的化学影响铸铁的关键因素是其石墨化程度，这与铸铁的化学成分和冷却速度关系密切，所以影响铸铁组织性能的因成分和冷却速度关系密切，所以影响铸铁组织性能的因素有两个：素有两个：化学成分化学成分（碳、硅促进石墨化程度，锰阻（碳、硅促进石墨化程度，锰阻碍石墨的析出，增加白口倾向碍石墨的析出，增加白口倾向)()(图片图片) )；冷却速度冷却速度( (速速度快石墨的析出受到抑制），而冷却速度主要取决于铸度快石墨的析出受到抑制），而冷却速度主要取决于铸型材料（砂型、金属型等）和铸件的壁厚（厚的冷却速型材料（砂型、金属

6、型等）和铸件的壁厚（厚的冷却速度缓慢），度缓慢），化学成分相同的铸铁，采用不同的冷却速度化学成分相同的铸铁，采用不同的冷却速度时得到的组织是不一样的，速度由慢到快，组织断口由时得到的组织是不一样的，速度由慢到快，组织断口由灰口灰口麻口麻口白口白口依次变化依次变化(白口和灰口铸铁图片白口和灰口铸铁图片)。3.3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理：为了改善灰铸铁的性能（尤其是：为了改善灰铸铁的性能（尤其是抗拉强度），通常对铁液进行孕育处理，处理后材料的抗拉强度），通常对铁液进行孕育处理，处理后材料的强度、耐磨性、气密性得到提高。强度、耐磨性、气密性得到提高。处理方法处理方法：在含碳：在含碳2.8-

7、3.2%2.8-3.2%、含硅、含硅1-2%1-2%的铁液中，加入的铁液中，加入含硅含硅75%75%的的Si-FeSi-Fe合金（粒度合金（粒度5-10mm5-10mm）孕育剂，加入量为）孕育剂，加入量为铁液总重的铁液总重的0.2-0.7%0.2-0.7%，然后进行均匀搅拌。，然后进行均匀搅拌。孕育处理的机制孕育处理的机制：硅的加入增加了结晶核心，晶粒得：硅的加入增加了结晶核心，晶粒得 到细化；石墨化作用显著提高，而且石墨细到细化；石墨化作用显著提高，而且石墨细小均匀，弥散分布，获得珠光体灰铸铁。小均匀，弥散分布，获得珠光体灰铸铁。 4.灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号：以其力学性能表示牌号，如：以其

8、力学性能表示牌号，如HT100、HT150等，分别表示最低抗拉强度为等，分别表示最低抗拉强度为100、150MPa的灰铸铁的灰铸铁。HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200表示普通灰铸铁，表示普通灰铸铁，HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350是经过是经过孕育处理的高强度灰铸铁。生产中根据铸件的孕育处理的高强度灰铸铁。生产中根据铸件的力学性能（力学性能（）和和壁厚（壁厚（）要求，）要求，选择适当选择适当牌号的灰铸铁材料。牌号的灰铸铁材料。应用举例应用举例 铸件壁厚铸件壁厚8mm，抗拉强度要求，抗拉强度要求170MPa，根据，根据53页表页表2-3

9、应选择应选择HT150； 铸件壁厚铸件壁厚25mm，抗拉强度要求，抗拉强度要求260MPa，根据，根据53页表页表2-3应选择应选择HT350； 铸件壁厚铸件壁厚15mm，抗拉强度要求，抗拉强度要求150MPa，根据，根据53页表页表2-3应选择？应选择？HT200二、可锻铸铁二、可锻铸铁：将白口铸铁经过石墨化退火后形成：将白口铸铁经过石墨化退火后形成的一种铸铁，其中石墨呈团絮状，大大改善了材料的一种铸铁，其中石墨呈团絮状，大大改善了材料抗拉强度和塑性，强度达抗拉强度和塑性，强度达300-400MPa（700），塑），塑性（延伸率）达性（延伸率）达12%左右。左右。 组织图片分析组织图片分析

10、（1）可锻铸铁分类可锻铸铁分类: 黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁三种。我国常用黑心可锻铸铁，铁、白心可锻铸铁三种。我国常用黑心可锻铸铁，其特征是塑性、韧性好，耐蚀性较高，强硬度比珠其特征是塑性、韧性好，耐蚀性较高，强硬度比珠光体可锻铸铁稍低。光体可锻铸铁稍低。 （2）表示牌号：表示牌号：在在KTH后面最低抗拉强度和最低后面最低抗拉强度和最低伸长率，如伸长率，如KTH330-08、KTH370-12等。等。 （3）特殊用途特殊用途：制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁：制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁件，这类零件用铸钢生产很困难，用球墨铸铁生产件，这类零件用铸钢生产

11、很困难，用球墨铸铁生产质量不过关。但生产可锻铸铁过程复杂、退火周期质量不过关。但生产可锻铸铁过程复杂、退火周期较长，所以铸件的成本较高。较长，所以铸件的成本较高。 零件图片零件图片三三 、球墨铸铁、球墨铸铁 球墨铸铁是向铁液中加入球化剂和孕育剂而得到的球墨铸铁是向铁液中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁，性能更加优良（强度高、塑性好）。球状石墨铸铁，性能更加优良（强度高、塑性好）。1.1.球墨铸铁的组织性能球墨铸铁的组织性能：球墨铸铁中的石墨呈球状，对：球墨铸铁中的石墨呈球状，对于力学性能的发挥较理想，其性能远远高于灰铸铁，与于力学性能的发挥较理想，其性能远远高于灰铸铁，与钢材料接近。如抗

12、拉强度为钢材料接近。如抗拉强度为500-700MPa，伸长率在，伸长率在10%10%左右，并可通过退火、正火、调质等热处理方式进一步左右，并可通过退火、正火、调质等热处理方式进一步改善组织性能。改善组织性能。 球墨铸铁的组织照片球墨铸铁的组织照片 表示牌号表示牌号：QT400-18、QT700-2、QT900-2等，数字表等，数字表示其最低抗拉强度和最小延伸率。示其最低抗拉强度和最小延伸率。2.2.球墨铸铁的生产技术球墨铸铁的生产技术： 铁液要求，含碳铁液要求，含碳3.6-4.0%3.6-4.0%、含硅、含硅2.4-2.8%2.4-2.8%（较高），但硫、磷含量要求严格，要较低；（较高），但硫

13、、磷含量要求严格，要较低； 同时球化处理和孕育处理，球化剂是稀土同时球化处理和孕育处理，球化剂是稀土镁铁硅合金，其中含镁铁硅合金，其中含ReRe和和MgMg在在10% 10% 以下，硅和铁以下，硅和铁占占80% 80% 以上，加入量为铁液重量的以上，加入量为铁液重量的1.3-1.8%1.3-1.8%；孕；孕育剂为含硅育剂为含硅75% 75% 的硅铁合金，加入量为铁液重量的硅铁合金，加入量为铁液重量的的0.4-1.0%(0.4-1.0%(略高于灰铸铁的孕育处理略高于灰铸铁的孕育处理) )； 孕育剂的作用：使组织中的碳石墨化；孕育剂的作用：使组织中的碳石墨化； 球化剂的作用：使石墨化后碳球化（球状

14、）。球化剂的作用：使石墨化后碳球化（球状）。 铸型工艺铸型工艺：球墨铸铁比灰铸铁容易产生缩：球墨铸铁比灰铸铁容易产生缩 缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此在铸造工艺上缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此在铸造工艺上要采取安置冒口、冷铁、挡渣板等浇注措施来要采取安置冒口、冷铁、挡渣板等浇注措施来提高球墨铸铁件的质量；提高球墨铸铁件的质量； 热处理热处理：热处理的目的是消除缺陷（微：热处理的目的是消除缺陷（微观上的组织缺陷，空位、组织不均匀、残余应观上的组织缺陷，空位、组织不均匀、残余应力等），提高铸件的力学性能，常用退火和正力等），提高铸件的力学性能，常用退火和正火处理，退火得到的是铁素体基体，而正火得火处理

15、，退火得到的是铁素体基体，而正火得到的是珠光体基体；到的是珠光体基体； 说明说明：要根据材料的性能要求选择正确的：要根据材料的性能要求选择正确的热处理方法，如制取牌号热处理方法，如制取牌号QT900-2球墨铸铁要球墨铸铁要经过退火、等温淬火等工艺才能获得。经过退火、等温淬火等工艺才能获得。四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁中石墨呈短片状，类似蠕虫，所蠕墨铸铁中石墨呈短片状，类似蠕虫，所以取名为蠕墨铸铁（组织照片分析）。以取名为蠕墨铸铁（组织照片分析）。1.蠕墨铸铁的制备蠕墨铸铁的制备：原铁液与球墨铸铁相似：原铁液与球墨铸铁相似(含含碳、硅较高碳、硅较高，含硫磷较低含硫磷较低)，先向铁液中加入先

16、向铁液中加入蠕蠕化剂化剂（稀土硅铁合金、稀土硅钙合金等），加（稀土硅铁合金、稀土硅钙合金等），加入量为铁液总重量的入量为铁液总重量的1.0-2.0%，蠕化处理后再，蠕化处理后再进行孕育处理，最后得到蠕墨铸铁；进行孕育处理，最后得到蠕墨铸铁； 2.蠕墨铸铁的性能和应用蠕墨铸铁的性能和应用：蠕墨铸铁组织中的：蠕墨铸铁组织中的石墨形状介于片状和球状之间（蠕虫状），所石墨形状介于片状和球状之间（蠕虫状），所 以其力学性能也介于灰铸铁和球墨铸铁之间，也以其力学性能也介于灰铸铁和球墨铸铁之间，也就是强度和塑性高于灰铸铁而低于球墨铸铁，如就是强度和塑性高于灰铸铁而低于球墨铸铁，如蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的在在26

17、0-420MPa, 在在0.75-3.0%；其耐其耐磨性、气密性优于灰铸铁，导热性、耐热性高于磨性、气密性优于灰铸铁，导热性、耐热性高于球墨铸铁，其铸件适应于在较大温差变化的环境球墨铸铁，其铸件适应于在较大温差变化的环境中工作而不中工作而不蠕变（组织变软现象）蠕变（组织变软现象）。 3.表示牌号表示牌号：用用RuT+最低抗拉强度表示，如最低抗拉强度表示，如RuT260RuT260、 RuT300RuT300、 RuT340RuT340、 RuT380RuT380等。蠕墨等。蠕墨铸铁的起步较晚，牌号少（仅铸铁的起步较晚，牌号少（仅5个个)，发展空间很，发展空间很大，生产规律还不成熟，须要进一步研

18、究。大，生产规律还不成熟，须要进一步研究。 第二节第二节 铸钢件生产铸钢件生产 铸钢铸钢的含碳量低于的含碳量低于2.11%，分为铸造碳钢和铸造，分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类；铸钢的力学性能优良，强度高、合金钢两大类；铸钢的力学性能优良，强度高、焊接焊接性能性能好，尤其是好，尤其是塑性塑性较好，达较好，达20%左右。左右。 1.铸钢的牌号铸钢的牌号：ZG +屈服点强度屈服点强度-抗拉强度表示，通抗拉强度表示，通过牌号可以清楚的知道材料的强度，如过牌号可以清楚的知道材料的强度，如ZG270-500. 2.改善铸铁性能的途径改善铸铁性能的途径：加入适量合金元素，当合金：加入适量合金元素，当合金元素

19、总量小于元素总量小于5%时，称为低合金钢，如时，称为低合金钢，如ZG40Mn40Mn；为；为了提高铸钢的耐磨、耐蚀及耐热等特殊性能，加入的了提高铸钢的耐磨、耐蚀及耐热等特殊性能，加入的合金元素种类和数量较多合金元素种类和数量较多，当合金元素总量超过当合金元素总量超过10%时，称为高合金钢；如时，称为高合金钢；如ZG1Cr18Ni9ZG1Cr18Ni9为镍铬不锈钢，常为镍铬不锈钢，常用来制造耐酸、耐热等化工设备。用来制造耐酸、耐热等化工设备。1.1.纯纯CuCu的性质的性质 又叫紫铜（紫红色得名），属于重有色又叫紫铜（紫红色得名），属于重有色金属，密度金属，密度8.98.910103 3kg/m

20、kg/m3 3，熔点，熔点10831083； fccfcc晶格晶格塑性好，强度低，可进行冷热塑性好，强度低，可进行冷热压力加工（各种紫铜管）；压力加工（各种紫铜管）； 具有优良的导电性、导热性及良好的耐具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性能，工程材料需对蚀性能，工程材料需对CuCu进行合金化，加入一进行合金化，加入一些适宜的合金元素些适宜的合金元素(Zn(Zn、NiNi、AlAl等等) )，这些元素，这些元素能提高铜的性能，获得强韧结合的铜合金。能提高铜的性能，获得强韧结合的铜合金。第三节第三节 铜及铝合金铸件生产铜及铝合金铸件生产2.2.铜合金分类铜合金分类：根据化学成分的特点，铜合金分为

21、根据化学成分的特点，铜合金分为黄铜、白铜和青铜三大类。黄铜、白铜和青铜三大类。黄铜黄铜是以锌为主要合金是以锌为主要合金元素的铜合金；元素的铜合金；白铜白铜是以镍为主要合金元素的铜合是以镍为主要合金元素的铜合金；金；青铜青铜是指除是指除ZnZn和和NiNi以外为主加元素的合金以外为主加元素的合金（如（如BeBe青铜，性能最好，青铜，性能最好，在在1200-1500MPa1200-1500MPa，但冶炼工，但冶炼工序繁琐，较昂贵注意安全保护，避免组织损伤、矽序繁琐，较昂贵注意安全保护，避免组织损伤、矽肺病等发生）。铜合金冶炼时需要加入肺病等发生）。铜合金冶炼时需要加入脱氧剂脱氧剂。 H68H68黄

22、铜黄铜：单相：单相黄铜，强度较高，塑性特黄铜，强度较高，塑性特别好，适合冷热加工成形，有别好，适合冷热加工成形，有“弹壳黄铜弹壳黄铜”之称。之称。 H62H62黄铜黄铜：为两相（：为两相（+）黄铜，又称双相）黄铜，又称双相黄铜。低温下塑性较差，宜于在黄铜。低温下塑性较差，宜于在500500以上加工。以上加工。 H80H80黄铜黄铜：单相：单相黄铜，色泽美观，具有优黄铜，色泽美观，具有优良的加工塑性，强度不及良的加工塑性，强度不及H68H68、H62H62高，多用于镀层高，多用于镀层及装饰材料。及装饰材料。3.纯铝的性质纯铝的性质: :质量轻，比强度高质量轻，比强度高( (2.7x103kg/m3) )、是、是除除MgMg、BeBe、LiLi以外，是工程金属中