金属工艺学cp2.2 常用合金铸件的生产

1、第二章第二章 常用合金铸件的生常用合金铸件的生产产教学重点：铸铁件、铸钢件的生产过程与特点教学难点：铸铁件的生产过程与特点教学目标和要求：掌握铸铁件、铸钢件的生产过程与特点，了解铜、铝合金铸件的生产过程与特点一、铸铁一、铸铁: 一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，分铸造生铁和炼钢生铁两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材。特点：特点：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。1、白口铸铁、白口铸铁碳以碳化物（Fe3C)形式出现。断口：银白色，硬而脆；很难切削加工，很少直接

2、用于零件. 2、灰口铸铁、灰口铸铁碳以石墨（graphite）形式出现。断口：呈灰色。按石墨的形状不同，又分为：（1）灰铸铁片状石墨（2）可锻铸铁（玛铁）团絮状石墨（3）球墨铸铁球状石墨（4）蠕墨铸铁蠕虫状石墨3、麻口铸铁、麻口铸铁碳以 Fe3C+石墨 形式出现。断口：白色与灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。第一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产一一 灰铸铁灰铸铁1、灰铸铁的性能、灰铸铁的性能成分成分：Wc=2.7%3.9%；Wsi=1.12.6%；Mn=0.61.2% 共晶铸铁最常用：共晶铸铁最常用： Wc=3%3.5%；Wsi=1.42.4%组织组织（1）F+片状片状G；（；（2）F+P+

3、片状片状G；（；（3）P+片片G 性能：性能： （1）力学性能：力学性能： b低低；、ak很差很差；但但压压高高； （2）优点：优点：减振性好；减摩性好；低的缺口敏感性；铸减振性好；减摩性好；低的缺口敏感性；铸造性好；切削加工性好造性好；切削加工性好。缺点：缺点：脆性大，不能锻造和冲脆性大，不能锻造和冲压。焊接性很差压。焊接性很差。第一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产2 影响铸铁组织和性能的因素影响铸铁组织和性能的因素组织与性能组织与性能（1 1）铁素体灰铸铁）铁素体灰铸铁 F+F+粗大片状粗大片状G G；C C全部以石墨形态存在。强度全部以石墨形态存在。强度硬度差、很少采用。硬度差、很少采用。

4、（2 2）珠光体）珠光体- -铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 F+P+F+P+较大片状较大片状G G；化合态的；化合态的C C为为8%8%左右，左右，铸造性减震性熔炼性很好，应用最广。铸造性减震性熔炼性很好，应用最广。（3 3）珠光体灰铸铁）珠光体灰铸铁 P+P+细小片细小片G G ；化合态的；化合态的C C小于小于8%8%、强度硬度高，、强度硬度高，用于重要铸件。用于重要铸件。铸铁的石墨化程度控制着铸铁的组织与性能：铸铁的石墨化程度控制着铸铁的组织与性能：石墨化影响因素石墨化影响因素: : (1) (1)化学成分化学成分 如如C C、SiSi、MnMn、S S、P P（2 2）冷却速度）冷却速度第

5、一节第一节 铸铁件生产铸铁件生产1、铸铁石墨化、铸铁石墨化铸铁中石墨的铸铁中石墨的形成过程称为形成过程称为“石墨化石墨化”。石墨石墨 “ G ” 表示是碳的一种结表示是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列层片状排列； 性能性能：、ak很低，硬度为很低，硬度为3HBS；2、化学成分影响化学成分影响石墨化的因素石墨化的因素强石墨化元素C、SiG核核，有利于有利于 G 析出析出；主要依靠于硅的调整。S引起热脆，阻碍 G ，促进白口化，所以严格控制。P冷脆；Mn提高强度，消除S的有害作用，但阻碍石墨化。2、冷却速度、冷却速度：冷却速度冷却速度快快V原子来不原子来不急

6、扩散，急扩散，G难以进行；易白难以进行；易白口口Fe3C 。冷却速度冷却速度慢慢V小小易得到易得到灰口灰口 G 。所以所以设计时：合理选择设计时：合理选择 铸铸件壁厚和铸型材料件壁厚和铸型材料铸件壁厚：铸件壁厚：薄 件 白口厚大件灰口铸型材料：铸型材料：金属型冷却速度比砂型快。牌号牌号： H T b MPa灰铸铁灰铸铁简称简称“灰铁灰铁”3、孕育处理：、孕育处理：先熔炼出含先熔炼出含碳（碳（1%左右）、硅（左右）、硅（1.5%左右）较低的铁水，然后左右）较低的铁水，然后加入孕育剂（硅铁、硅含加入孕育剂（硅铁、硅含量量75%、加入量、加入量0.253.3%），经过孕育处理后），经过孕育处理后再浇

7、铸，从而提高灰铸铁再浇铸，从而提高灰铸铁的抗拉强度。特点：析出的抗拉强度。特点：析出的石墨细小均匀。孕育铸的石墨细小均匀。孕育铸铁仍是灰铸铁。铁仍是灰铸铁。优点：抗拉强度达到优点：抗拉强度达到250-400MPa，HB达到达到170-270。冷却速度对组织与性能影冷却速度对组织与性能影响小。响小。4 4、灰铸铁的牌号及生产特点、灰铸铁的牌号及生产特点1）牌号HT100：铁素体灰铸铁HT150： P+F灰铸铁HT200 HT250 P灰铸铁HT300 HT350 孕育铸铁2）生产特点：冲天炉熔炼-浇注。铸造工艺简单，一般不需冒口和冷铁。浇注温度较低（1200-1350度）。铸件一般不需热处理。二

8、、二、可锻铸铁可锻铸铁（玛铁玛铁、玛钢）：玛钢）：白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁。1、成分：、成分：Wc=2.42.8%,Wsi=0.41.4; 含碳、硅量较低。2、生产原理：、生产原理：首先浇注成白口铸铁件，然后再经过可锻化（石墨化）退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁。3、分类、分类：据退火后断口颜色不同又分：白心可锻铸铁；珠光体可锻铸铁；黑心可锻铸铁；黑心可锻铸黑心可锻铸铁最常用，基体为铁素体。铁最常用，基体为铁素体。4、性能性能：相当高的塑韧性12% 、ak30J/cm2，比灰铸铁好，但不能锻造。 石墨呈团絮状，减轻了对金属基体的割裂作用，抗拉强度显著提高。 黑心可锻铸铁塑韧性比珠光体可

9、锻铸铁高，但强度硬度较低。5、牌号、牌号：如：如：KTH30006；用作弯头、三通管件、阀门等。KTZ55004；用于载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。 K T H（或（或Z）* *=*%b * MPa可锻铸可锻铸铁铁珠珠光体光体黑黑心（铁素体心（铁素体）6、生产特点：、生产特点：1）先生产白口铸铁件，不能出现片状石墨，因此C、Si量要低。2）石墨化退火，缓慢加热到920-980度，保温10-20小时，然后冷却（黑心铸铁需进行700度以上第二段冷却），退火周期40-70小时，能耗高、成本高。三、三、 球墨铸铁球墨铸铁 在金属液中加入球化剂在金属液中加入球化剂 稀土镁合稀土镁合金金 球化处理使球

10、化处理使 片状片状G 变为变为球状球状G，另外还加入了孕育剂。另外还加入了孕育剂。1、成分、成分：含碳量高（：含碳量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。 2、组织、组织：基体是（：基体是（F，F+P，P）+球状球状石墨石墨 G 。3、性能、性能：较高的：较高的 b、 -1，但，但、ak比比钢差。钢差。 石墨呈球状，对金属基体的割裂作用小于可锻铸铁和灰铸铁，抗拉强度显著提高。 b=400-600MPa、甚至、甚至900MPa。 =2-10%、最高达到、最高达到18%。可以热处理，。可以热处理，铸造性能良好。铸造性能良好。4、牌号、牌号 GB134888如：如：QT40018；QT6

11、003牌号：牌号：Q T = %b= MPa球墨铸铁球墨铸铁简称简称球铁球铁5、生产特点：、生产特点：*铁水的含碳量高（铁水的含碳量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。*出炉的铁水温度必须高，出炉的铁水温度必须高，1400以以上，保证浇注温度高。上，保证浇注温度高。*球化处理球化处理+孕育处理孕育处理球化处理：球化处理：使石墨呈球状析出，使石墨呈球状析出，球化球化剂剂为稀土镁合金。为稀土镁合金。Mg、RE均为球化均为球化元素，含量小于元素，含量小于10%，其余为硅和铁。，其余为硅和铁。加入的球化剂为铁水重量的加入的球化剂为铁水重量的1.0-1.6%。孕育处理：孕育处理：促进石墨化

12、，防止球化元促进石墨化，防止球化元素形成白口组织。孕育剂为硅铁，含素形成白口组织。孕育剂为硅铁，含硅量硅量75%，加入的孕育剂为铁水重量，加入的孕育剂为铁水重量的的0.4-1.0%。*工艺方法：冲入法工艺方法：冲入法 缺点：比灰铸铁易于出现缩孔、缩松、缺点：比灰铸铁易于出现缩孔、缩松、皮下气孔和夹渣等，还存在残余内应力、皮下气孔和夹渣等，还存在残余内应力、自由渗碳体等。自由渗碳体等。*热处理热处理1、退火：获得铁素体基体、退火：获得铁素体基体（1）去应力退火）去应力退火（2）石墨化退火：低温退火、高温退）石墨化退火：低温退火、高温退火两种。火两种。 2、正火：获得珠光体基体、正火：获得珠光体基

13、体3、调质、调质4、等温淬火、等温淬火石墨呈蠕虫状，石墨片短、且端部圆而钝。介于球状和片状之间。1、成分：与球墨铸铁类似，、成分：与球墨铸铁类似，含碳含碳量高（量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。 2、组织、组织：基体是（：基体是（F，F+P，P）+蠕虫状石墨蠕虫状石墨 G 。3、性能、性能：较高的：较高的 b、 -1，但，但、ak比钢差。比钢差。 石墨呈蠕虫状，对金属基体的割裂作用小于灰铸铁，但高于球墨铸铁，其抗拉强度高于灰铸铁。 b=360-440MPa， =1.5-4.5%。第四节第四节 蠕墨铸铁蠕墨铸铁4、牌号：、牌号：RuT*，数字代表最低抗拉强，数字代表最低抗拉强度

14、。度。5、制取：、制取：*原铁水和炉前处理与球墨铸铁原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似。类似。*蠕化处理：先向铁水加入蠕化蠕化处理：先向铁水加入蠕化剂，再加入孕育剂。剂，再加入孕育剂。*蠕化剂：稀土镁钛等，加入量蠕化剂：稀土镁钛等，加入量为铁水的为铁水的1.0-2.0%。铸造性能接近灰铸铁。铸造性能接近灰铸铁。四、应用四、应用综合性能优良，应用前景广。综合性能优良，应用前景广。铸钢铸钢: : 铸造碳钢和铸造合金钢铸造碳钢和铸造合金钢特点：特点：铸钢强度高，塑性和韧性均优于铸铁，焊接性好，可采用铸焊联合结构制造巨大铸件，在重型机械工业生产中应用广泛。牌号：ZG*1 1、铸造碳钢、铸造碳钢: :ZGZ

15、G* * *表化学成分表化学成分（铸造合金钢）（铸造合金钢）(ZG(ZG* * * *- -* * * *) )表屈服强度和抗拉强度表屈服强度和抗拉强度如ZG15(ZG200-400). 第第二二节节 铸铸钢钢件生产件生产2 2、铸造合金钢、铸造合金钢加入较多的合金元素如ZGMn13-耐磨钢，履带等。 ZG1Cr18Ni9-不锈钢，耐酸泵。二、生产铁点二、生产铁点1.1.熔炼：熔炼：采用炼钢炉，如电弧炉、感应电炉。2.2.铸造工艺铸造工艺： 铸造特点：铸造特点：钢的浇注温度高、流动性差，钢水易氧化和吸气；其体积收缩率约为灰铸铁的23倍，铸造性能差，容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等

16、缺陷。工艺措施：工艺措施：型砂：型砂：要求高的耐火度和抗粘砂性，高的强度、透气性和退让性。采用颗粒大而均匀的硅砂，型腔表面涂以硅粉或锆石粉涂料，大件采用干砂型或快干型水玻璃砂。型砂中还常加入糖浆、木屑等，提高强度和退让性。浇注工艺：浇注工艺：铸钢件的浇注系统和冒口的安置要求既能防止缩孔、缩松，又能防止裂纹。铸钢件一般都要安置冒口，有时加冷铁，实现定向凝固。3.3.热处理：热处理：铸钢件的晶粒粗大、组织不均，存有残余内应力，致使铸件的强度、特别是塑性和韧性不够高,铸后必须进行正火或退火。第第三三节节 铜合金、铝合金铜合金、铝合金铸件生产铸件生产一、铸造铜合金一、铸造铜合金纯铜（紫铜）：导电性纯铜

17、（紫铜）：导电性/ /导热性好，但强度导热性好，但强度/ /硬度低，价硬度低，价格贵。格贵。铜合金：在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。铜合金：在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。黄黄铜铜CuZn合金，合金，青铜青铜CuSn. 合金合金 、CuAl合金，合金，白铜白铜CuNi合金；精密件，仪表；如合金；精密件，仪表；如 B19 等等。1 1、黄铜、黄铜 特点：颜色随特点：颜色随Zn，由黄红色，由黄红色淡黄色；淡黄色；Zn超过超过47%后力后力学性能显著下降。学性能显著下降。黄铜黄铜按成分不同分：按成分不同分： 普通黄铜：普通黄铜： WZn39% 特殊黄铜：特殊黄铜：加入加入 Pb、Sn、A

18、l加：Si改善铸造性；改善铸造性；Al提高提高强度、硬度、耐蚀性强度、硬度、耐蚀性； Pb提高切削加工性；提高切削加工性；Sn提高抗提高抗海水腐蚀海水腐蚀；分压力加工特殊黄铜和铸造特殊黄铜两种。分压力加工特殊黄铜和铸造特殊黄铜两种。2、青铜、青铜 一般指一般指CuSn 合金，合金， 常称锡青铜。常称锡青铜。有良好的弹性、耐磨性、抗磁性、耐蚀性。应用：化工机械、有良好的弹性、耐磨性、抗磁性、耐蚀性。应用：化工机械、弹性元件。弹性元件。二、铸造铝合金二、铸造铝合金铝合金按成分及工艺不同分铝合金按成分及工艺不同分：变形：变形铝合金和铝合金和铸造铸造铝合金铝合金1、变形铝合金：变形铝合金：直接加工成各

19、种规格的型材、板材、直接加工成各种规格的型材、板材、带材、管材等。带材、管材等。防锈铝合金防锈铝合金 L F Al-Mg合金，合金，5*硬铝铝合金硬铝铝合金 L Y Al-Cu合金，合金，2*超硬铝合金超硬铝合金 L C Al-Zn-Mg-Cu合金，合金，7*锻铝铝合金锻铝铝合金 L D Al-Si合金，合金，4*新新牌号：按牌号：按GB/T3190-96牌号采用国际四位数字符表牌号采用国际四位数字符表示；示；5A05LF5（代号）；（代号）；2A11 对应对应 代号代号 LY11； 7A04LC4等。等。（1）L F Al-Mg 、 Al-Mn 合金；合金；不能进行热处理强化不能进行热处理强

20、化。特点：耐蚀性、塑性好，抛光性好；适用小件，冲压件。特点：耐蚀性、塑性好，抛光性好；适用小件，冲压件。 L F 5（2）LY ：Al-Mg-Cu 合金；合金；通过热处理强化。特点：通过热处理强化。特点：较高的硬度、强度；但抗蚀性差（在海水）；用铆钉、较高的硬度、强度；但抗蚀性差（在海水）；用铆钉、骨架、隔框等。如骨架、隔框等。如 LY1 、LY11等。等。（3）LC：AlCuMgZn 合金；合金；热处理强化。特热处理强化。特点：强度高，一定的塑性；但抗蚀性差；通过在外边包点：强度高，一定的塑性；但抗蚀性差；通过在外边包一层铝锌合金，提高耐磨性。如一层铝锌合金，提高耐磨性。如 LC4受力的框架

21、、受力的框架、飞机梁等。飞机梁等。（4）L D AlCuMgSi 合金；合金；热处理强化。特点：具热处理强化。特点：具有良好的锻造性，较高强度、力学性能；在热态下易压有良好的锻造性，较高强度、力学性能；在热态下易压力加工。如力加工。如 LD7模锻件、高温下工作结构件模锻件、高温下工作结构件。新牌号：1*：纯Al 2*: Al-Cu合金合金3*: Al-Mn合金合金 4*: Al-Si合金合金5*：Al-Mg合金合金 6*： Al-Mg-Si合金合金7*： Al-Zn-Mg-Cu合金合金 8*：Al-Li合金合金9*：备用合金组：备用合金组2 2、铸造铝合金、铸造铝合金分非热处理型合金和热处理型

22、合金分非热处理型合金和热处理型合金 GB/T117395非热处理型合金：非热处理型合金： ZL102- AlSi；ZL103-AlMg热处理型合金：热处理型合金：如如ZL107AlCuSi，ZL104 Al-Mg-Si*铝合金热处理铝合金热处理（1）淬火）淬火 获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，足够的塑性足够的塑性。 （2）时效：）时效：自然时效自然时效放在露天中放在露天中时效时效处理的一种方法。处理的一种方法。人工时效人工时效加热加热280300（退火），目的是消除加工硬（退火），目的是消除加工硬化、稳定尺寸化、稳定尺寸.时效硬化时效硬化：淬火后铝合金随时间延长而发生淬火后铝合金随时间延长而发生、HB升高的现升高的现象，称为时效硬化象，称为时效硬化。三、铜、铝合金铸件的生产特点三、铜、铝合金铸件的生产特点 铜、铝合金的熔化特点是金属料与燃料不直接接触，以铜、铝合金的熔化特点是金属料与燃料不直接接触，以减少金属