第二章 常用铸造合金

1、材料成型基础材料成型基础张艳梅张艳梅第二章第二章 常用铸造合金常用铸造合金常用铸造合金有：常用铸造合金有：铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金。铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金。根据碳的存在形式分根据碳的存在形式分:1.白口铸铁白口铸铁: 碳碳以以Fe3C存存在，断口呈银白色。在，断口呈银白色。2.灰口铸铁灰口铸铁:碳以石墨状碳以石墨状存在，存在，断口呈灰色。断口呈灰色。3.麻口铸铁麻口铸铁:碳以碳以Fe3C和和石墨两种状态存在，断石墨两种状态存在，断口有黑白相间的麻点。口有黑白相间的麻点。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.1 铸铁的分类铸铁的分类根据化学成分根据化学成分: 1.普通铸铁普通铸铁

2、 2.合金铸铁合金铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.1 铸铁的分类铸铁的分类1.普通灰口铸铁普通灰口铸铁: 石墨呈片状石墨呈片状。2.可锻铸铁可锻铸铁:石墨呈团絮状石墨呈团絮状。3.球墨铸铁球墨铸铁:石墨呈球状。石墨呈球状。4.蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。石墨呈蠕虫状。2.1 2.1 铸铁铸铁灰口铸铁的分类灰口铸铁的分类:2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1.石墨化过程石墨化过程 石墨化过程和铸铁中的碳、硅含量有关；和铸铁石墨化过程和铸铁中的碳、硅含量有关；和铸铁的冷却速度有关。的冷却速度有关。碳、硅含量低，冷却速度快，碳以碳、硅含量低，冷却速度快，碳以Fe3C的形式析出，的形式析出

3、，为白口铸铁。为白口铸铁。2. 碳、硅含量高，冷却速度慢，碳以石墨状析出，为灰碳、硅含量高，冷却速度慢，碳以石墨状析出，为灰口铸铁。口铸铁。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1.石墨化过程石墨化过程 分三个阶段：分三个阶段：1. 11541. 1154共晶反应形共晶反应形成石墨。成石墨。1154-7381154-738析出二析出二次石墨。次石墨。2.2. 738738共析反应形成共析反应形成石墨。石墨。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1.石墨化过程石墨化过程2.1 2.1 铸铁铸铁 根据第三阶段的转变情况，可出现不同的灰口铸根据第三阶段的转

4、变情况，可出现不同的灰口铸铁基体组织：铁基体组织：1. 1. 珠光体组织：珠光体灰铸铁珠光体组织：珠光体灰铸铁铁素体组织：铁素体灰铸铁铁素体组织：铁素体灰铸铁2.2. 铁素体加珠光体：铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体：铁素体加珠光体灰铸铁2. 影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素（1 1）铸铁成分的影响铸铁成分的影响 硅和碳是有效促进石墨化的元素。硅和碳是有效促进石墨化的元素。图图2-2 铝、钛、镍、铜也可促进石墨化过程。铝、钛、镍、铜也可促进石墨化过程。 硫和锰以及铬、钨、钼等碳化物形成元素阻碍石墨化。硫和锰以及铬、钨、钼等碳化物形成元素阻碍石墨化。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2

5、铸铁的石墨化铸铁的石墨化2. 影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化2. 影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化2. 影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素（2 2）冷却速度的影响冷却速度的影响 冷却速度越慢越有利于碳的石墨化。冷却速度越慢越有利于碳的石墨化。 冷却速度受铸型冷却条件及铸件壁厚的影响。冷却速度受铸型冷却条件及铸件壁厚的影响。1.铸型材料铸型材料 金属型、砂型金属型、砂型2.铸件壁厚铸件壁厚 厚壁处厚壁处易形成铁素体易形成铁素体+粗大石墨片；粗大石墨片；

6、薄壁处薄壁处易形成白口或麻口组织。易形成白口或麻口组织。图图2-32.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1. 灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能 灰铸铁的组织结构可看作在钢的基体中嵌入了大量石灰铸铁的组织结构可看作在钢的基体中嵌入了大量石墨片。墨片。图图2-4（1）力学性能）力学性能 抗拉强度和弹性模量比钢低得多，抗拉强度仅为抗拉强度和弹性模量比钢低得多，抗拉强度仅为120-250MPa。塑性、韧性近于为零，脆性材料。塑性、韧性近于为零，脆性材料。 原因原因 灰铸铁中的片状石墨犹如钢基体中布满裂纹。灰铸铁中的片状石墨犹如钢基体中布满裂纹。 降低承载能力；降低承载能力；

7、造成应力集中。造成应力集中。 抗压强度与钢相近，达抗压强度与钢相近，达60-80MPa，一般铸铁可作抗，一般铸铁可作抗压件用。压件用。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁1. 灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能（2 2）工艺性能）工艺性能铸造性能好；铸造性能好；切削性能好；切削性能好；不可锻造、冲压；不可锻造、冲压；可焊性差。可焊性差。 2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁1. 灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能（3 3）减振性）减振性 灰铸铁的减振性是钢的灰铸铁的减振性是钢的5-105-10倍，是制造机床床身、机倍，是制造机床床身、机座、导轨、车辆制动器的理想材料

8、。座、导轨、车辆制动器的理想材料。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁（4 4）耐磨性）耐磨性 灰铸铁的耐磨性比钢好，适于制造导轨、衬套、活塞灰铸铁的耐磨性比钢好，适于制造导轨、衬套、活塞环。环。（5 5）缺口敏感性）缺口敏感性 灰铸铁的缺口敏感性比钢好，增加了零件工作的可靠灰铸铁的缺口敏感性比钢好，增加了零件工作的可靠性。性。1. 灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁 灰铸铁的力学性能除了与石墨的数量、大小、分灰铸铁的力学性能除了与石墨的数量、大小、分布有关外，还与基体组织有关：布有关外，还与基体组织有关：1. 1. 珠光体灰铸铁：

9、力学性能好，强度、硬度高，珠光体灰铸铁：力学性能好，强度、硬度高，用于制用于制造重要机件造重要机件；铁素体灰铸铁：塑性、韧性好，但强度太低，铁素体灰铸铁：塑性、韧性好，但强度太低，生产上生产上很少使用很少使用；2.2. 铁素体加珠光体灰铸铁：强度比珠光体灰铸铁稍低，铁素体加珠光体灰铸铁：强度比珠光体灰铸铁稍低，但铸造性能、切削性能、减振性能好，但铸造性能、切削性能、减振性能好，用途最广用途最广。2. 灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁孕育处理：孕育处理：采用孕育剂硅铁（硅含量采用孕育剂硅铁（硅含量75w%）。）。孕育铸铁组织：孕育铸铁组织：细晶粒珠

10、光体细晶粒珠光体+细片状石墨。细片状石墨。孕育铸铁的性能：孕育铸铁的性能：强度、硬度强度、硬度显著提高（抗拉强度显著提高（抗拉强度250-350MPa，布氏硬度，布氏硬度HB=170-270）；）；塑性、韧性塑性、韧性较差；冷却较差；冷却速度对孕育铸铁的组织、性能影响很小，速度对孕育铸铁的组织、性能影响很小，铸件厚大截面的性铸件厚大截面的性能均匀能均匀。孕育铸铁的应用：孕育铸铁的应用：适于静载下，要求较高强度、耐磨或气密适于静载下，要求较高强度、耐磨或气密性的铸件，特别是厚大铸件，如重型机床床身、气缸体、缸性的铸件，特别是厚大铸件，如重型机床床身、气缸体、缸套、液压件等。套、液压件等。2. 灰

11、铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁3. 灰铸铁件的生产特点及牌号灰铸铁件的生产特点及牌号2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁（1）灰铸铁的生产特点）灰铸铁的生产特点 灰铸铁的铸造性能好：灰铸铁的铸造性能好：接近共晶成分，流动性好；接近共晶成分，流动性好；石墨化膨胀，收缩小，铸件的浇不到、缩孔、缩松、石墨化膨胀，收缩小，铸件的浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹等倾向小。气孔、变形、裂纹等倾向小。 不需热处理。不需热处理。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁（2）灰铸铁的牌号）灰铸铁的牌号2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸

12、铁灰铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁 球化剂：球化剂：镁、钙、稀土；镁、钙、稀土； 孕育剂：孕育剂：硅铁、硅钙合金。硅铁、硅钙合金。 球墨铸铁的性能：球墨铸铁的性能：2.1 2.1 铸铁铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁1.1.球墨铸铁的化学成分和组织球墨铸铁的化学成分和组织 球墨铸铁的化学成分特点：球墨铸铁的化学成分特点：高碳，低硅，低锰、硫、高碳，低硅，低锰、硫、磷。磷。 球墨铸铁的铸态组织：球墨铸铁的铸态组织：珠光体、铁素体、球状石墨、珠光体、铁素体、球状石墨、少量自由渗碳体。少量自由渗碳体。图图2-52-5。 热处理后，可得：热处理后，可得

13、：贝氏体、马氏体贝氏体、马氏体+ +球状石墨。球状石墨。 2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁2.2.球墨铸铁的球化和孕育处理球墨铸铁的球化和孕育处理 球化剂：球化剂：镁、稀土（镧镁、稀土（镧La、铈、铈Ce、钕、钕Nd等）；等）； 孕育剂：孕育剂：含含75w%硅的硅铁、硅钙合金。硅的硅铁、硅钙合金。 冲入法、型内球化法。冲入法、型内球化法。 2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁2.2.球墨铸铁的生产特点球墨铸铁的生产特点 2.1 2.1 铸铁铸铁3.球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号 以抗拉强度和延伸率为牌号分级标准。以抗拉强度和延伸率为牌号分级标准。 2.1 2.

14、1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁又称玛钢或玛铁。它是将白口铸铁件在退火可锻铸铁又称玛钢或玛铁。它是将白口铸铁件在退火炉中经长时间高温石墨化退火，使白口组织中的渗碳体分炉中经长时间高温石墨化退火，使白口组织中的渗碳体分解，而获得铁素体或珠光体基加团絮状石墨的铸铁。解，而获得铁素体或珠光体基加团絮状石墨的铸铁。 组织：组织：铁素体或珠光体铁素体或珠光体+团絮状石墨。团絮状石墨。 性能：性能：可锻铸铁的力学性能，如抗拉强度、可锻铸铁的力学性能，如抗拉强度、塑性、韧塑性、韧性性优于灰铸铁；并接近于同类基体的球墨铸铁。优于灰铸铁；并接近于同类基体的球墨铸铁。2.1 2.1 铸铁铸铁2.

15、1.5 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁分类：可锻铸铁分类： （1）铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁） （2）珠光体可锻铸铁）珠光体可锻铸铁 （3）白心可锻铸铁）白心可锻铸铁白口铸铁在中性介质中按图工艺曲线退火第一、二两个白口铸铁在中性介质中按图工艺曲线退火第一、二两个阶段石墨化过程充分进行，得到黑心铁素体可锻铸铁；若阶段石墨化过程充分进行，得到黑心铁素体可锻铸铁；若第二阶段石墨化过程未进行，得到珠光体可锻铸铁。若在第二阶段石墨化过程未进行，得到珠光体可锻铸铁。若在氧化性气氛中退火石墨化，同时还有脱碳过程，可得白心氧化性气氛中退火石墨化，同时还有脱碳过程，可得白心可锻铸铁。

16、可锻铸铁。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁 黑心可锻铸铁的基体为铁素体，故塑性、韧性黑心可锻铸铁的基体为铁素体，故塑性、韧性好，耐腐蚀，适于制造受到冲击、形状复杂的薄壁小好，耐腐蚀，适于制造受到冲击、形状复杂的薄壁小件，广泛用于制造各种水管接头、农机件等。件，广泛用于制造各种水管接头、农机件等。 珠光体可锻铸铁的强度、硬度耐磨性优良，并珠光体可锻铸铁的强度、硬度耐磨性优良，并可通过淬火、调质等处理来强化，可取代锻钢制造小可通过淬火、调质等处理来强化，可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。型连杆、曲轴等重要件。 白心可锻铸铁的力

17、学性能较差，一般很少使用。白心可锻铸铁的力学性能较差，一般很少使用。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁虽然存在退火周期长，生产过程复杂，能可锻铸铁虽然存在退火周期长，生产过程复杂，能耗大的缺点，但在生产形状复杂，承受冲击载荷的薄耗大的缺点，但在生产形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件时，目前仍有不可替代的位置。这些小件若用壁小件时，目前仍有不可替代的位置。这些小件若用铸钢制造困难较大，若用球墨铸铁，质量又难保证。铸钢制造困难较大，若用球墨铸铁，质量又难保证。可锻铸铁不仅对金属原材料的限制小，且质量容易控可锻铸铁不仅对金属原材料的限制小，且质量容易控制。今后发展方向，主要

18、是探求快速退火新工艺，发制。今后发展方向，主要是探求快速退火新工艺，发展可锻铸铁新品种。展可锻铸铁新品种。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的组织2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕墨铸铁显微组织是由蠕虫状石墨和钢的基体组成，蠕墨铸铁显微组织是由蠕虫状石墨和钢的基体组成，石墨的重量百分数约石墨的重量百分数约4。光学显微镜下，蠕墨铸铁中石。光学显微镜下，蠕墨铸铁中石墨形似片状，片短而厚，长厚比为墨形似片状，片短而厚，长厚比为2-10，端部比较钝、，端部比较钝、比较圆似蠕虫状。其三维结构为相互联接的立体分枝状。比较圆似蠕虫状。其三维结构为相互联接的立体分枝状。2.1

19、 2.1 铸铁铸铁蠕墨铸铁的性能：蠕墨铸铁的性能： 因蠕虫状石墨对基体的割裂作用不如片状强烈，且应因蠕虫状石墨对基体的割裂作用不如片状强烈，且应力集中小，故蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、断后伸长力集中小，故蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、弹性模量和弯曲强度均优于灰铸铁，接近于铁素体基率、弹性模量和弯曲强度均优于灰铸铁，接近于铁素体基体的球墨铸铁，同时其导热性、减振性、铸造性、切削加体的球墨铸铁，同时其导热性、减振性、铸造性、切削加工性优于球墨铸铁。工性优于球墨铸铁。2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁蠕墨铸铁的性能：蠕墨铸铁的性能：2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁2.1

20、2.1 铸铁铸铁 蠕墨铸铁的生产特点蠕墨铸铁的生产特点 蠕墨铸铁的生产原理同球墨铸铁：蠕墨铸铁的生产原理同球墨铸铁： 蠕化处理：蠕化剂（镁钛合金、稀土镁钛合金）。蠕化处理：蠕化剂（镁钛合金、稀土镁钛合金）。 孕育处理：孕育剂。孕育处理：孕育剂。 2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的牌号蠕墨铸铁的牌号 RuT4202.1 2.1 铸铁铸铁蠕墨铸铁的应用：蠕墨铸铁的应用： 因蠕墨铸铁的机械性能好，导热性和耐热性优良，因因蠕墨铸铁的机械性能好，导热性和耐热性优良，因而适于制造在热循环、工作温度较高或较大温度梯度下工而适于制造在热循环、工作温度较高或较大温度梯度下工作的零件，如大型柴油机的汽缸盖、

21、制动盘、气缸套、排作的零件，如大型柴油机的汽缸盖、制动盘、气缸套、排气管、钢锭模及金属型等。气管、钢锭模及金属型等。 又因其断面敏感性小，铸造性能好，故可用于制造形状又因其断面敏感性小，铸造性能好，故可用于制造形状复杂的大铸件，如重型机床和大型柴油机的机体等。复杂的大铸件，如重型机床和大型柴油机的机体等。 用蠕墨铸铁代替孕育铸铁既可提高强度，又可节省许多用蠕墨铸铁代替孕育铸铁既可提高强度，又可节省许多废钢。废钢。2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁 1. 耐磨铸铁耐磨铸铁 高磷耐磨铸铁：加入高磷耐磨铸铁：加入0.4-0.7的的P可形成高硬度断续可形成高硬度断续网状分布的磷共晶；

22、网状分布的磷共晶； 铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的C、N化合物；化合物； 钒钛耐磨铸铁：加入钒钛耐磨铸铁：加入V、Ti等元素，可形成高硬度的等元素，可形成高硬度的C、N化合物化合物 ； 耐磨铸铁用于机床导轨、汽车发动机缸套、活塞环、轴耐磨铸铁用于机床导轨、汽车发动机缸套、活塞环、轴套、磨球等。套、磨球等。2.1.7 合金铸铁合金铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁 2. 耐热铸铁耐热铸铁 铸铁的耐热性是指它在高温下抵抗氧化和生长的能力。铸铁的耐热性是指它在高温下抵抗氧化和生长的能力。氧化是指在高温氧化是指在高温600

23、以上反复加热时，使铸铁表层发生化学以上反复加热时，使铸铁表层发生化学腐蚀起皮的现象。这种现象是由于渗碳体分解为石墨，以及腐蚀起皮的现象。这种现象是由于渗碳体分解为石墨，以及氧化性气体渗入铸铁内部造成氧化所致。氧化性气体渗入铸铁内部造成氧化所致。 为防止铸铁的高温氧化，可向铸铁中加入铝、硅、铬等为防止铸铁的高温氧化，可向铸铁中加入铝、硅、铬等合金元素，使铸件表面形成一层致密的如合金元素，使铸件表面形成一层致密的如A12O3，Si02，Cr2O3等氧化膜，保护内部不被继续氧化并在高温使用时等氧化膜，保护内部不被继续氧化并在高温使用时不致发生石墨化过程，从而提高铸铁的耐热性。不致发生石墨化过程，从而

24、提高铸铁的耐热性。 2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁 2. 耐热铸铁耐热铸铁 耐热铸铁的组织最好是铁素体基体的球墨铸铁，因为球耐热铸铁的组织最好是铁素体基体的球墨铸铁，因为球状石墨呈孤立分布，互不相连，不易形成气体渗入通道，有状石墨呈孤立分布，互不相连，不易形成气体渗入通道，有利于耐热性提高。利于耐热性提高。 耐热铸铁用于加热炉底板、炉门、钢锭模等。耐热铸铁用于加热炉底板、炉门、钢锭模等。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁3. 耐蚀铸铁耐蚀铸铁 铸铁中加入大量的铸铁中加入大量的Si、Al、Ni、Cu、Mo等合金元素，等合金元素，可以提高铸铁基体组织的电极电

25、位，并使铸铁表面形成一可以提高铸铁基体组织的电极电位，并使铸铁表面形成一层致密的保护膜，内部组织为单相基体加孤立分布的少量层致密的保护膜，内部组织为单相基体加孤立分布的少量球状石墨，从而可使铸铁具有耐蚀性。球状石墨，从而可使铸铁具有耐蚀性。 根据腐蚀介质的不同，需选择不同的耐蚀合金铸铁。根据腐蚀介质的不同，需选择不同的耐蚀合金铸铁。如高硅耐蚀铸铁在含氧酸如高硅耐蚀铸铁在含氧酸(如硝酸等如硝酸等)中耐蚀性好中耐蚀性好 ；含铜耐；含铜耐蚀铸铁在碱性介质中耐蚀性好。蚀铸铁在碱性介质中耐蚀性好。 耐蚀合金铸铁主要用于制造化工机械的阀门、管道、耐蚀合金铸铁主要用于制造化工机械的阀门、管道、泵及相关容器泵

26、及相关容器。2.2 2.2 铸钢铸钢 铸钢占铸件总量的铸钢占铸件总量的15%，仅次于灰铸铁。，仅次于灰铸铁。 （1）铸钢的综合机械性能高于各类铸铁，它不仅强度铸钢的综合机械性能高于各类铸铁，它不仅强度高，而且具有铸铁不可比的优良塑性和韧性，最适宜制造高，而且具有铸铁不可比的优良塑性和韧性，最适宜制造承受大能量冲击负荷下的高强度、高韧性复杂零件，如火承受大能量冲击负荷下的高强度、高韧性复杂零件，如火轮、锻锤机架和砧座、高压阀门、轧辊等。轮、锻锤机架和砧座、高压阀门、轧辊等。 （2）某些合金铸钢具有特殊性能，如耐磨性、耐蚀性、）某些合金铸钢具有特殊性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性。耐热性。 （3）铸

27、钢的焊接性能好，便于采用铸一焊联合结构制铸钢的焊接性能好，便于采用铸一焊联合结构制造形状复杂的大型铸件，在重型机械制造中甚为重要。造形状复杂的大型铸件，在重型机械制造中甚为重要。 按化学成分，铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢两大按化学成分，铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类。其中，碳钢应用铰广，约占铸钢件总产量的类。其中，碳钢应用铰广，约占铸钢件总产量的80以上。以上。2.2 2.2 铸钢铸钢1. 碳素铸钢碳素铸钢 碳素铸钢的主要强化元素为碳，其含量为碳素铸钢的主要强化元素为碳，其含量为0.2一一0.6，次要强化元素为硅和锰，它们的含量分别为，次要强化元素为硅和锰，它们的含量分别为(0.5一一

28、0.6)Si，(0.8一一0.9)Mn，其它元素的总量不，其它元素的总量不超过超过1%。由于合金元素少、成本低、铸造性能及综合。由于合金元素少、成本低、铸造性能及综合力学性能好、熔炼容易而得到广泛应用，可作为一般力学性能好、熔炼容易而得到广泛应用，可作为一般工程结构。工程结构。2.2 2.2 铸钢铸钢碳素铸钢的牌号碳素铸钢的牌号 我国碳素铸钢按屈服强度和抗拉强度分级，计有五个牌号。我国碳素铸钢按屈服强度和抗拉强度分级，计有五个牌号。2.2 2.2 铸钢铸钢2. 合金铸钢合金铸钢 合金铸钢牌号合金铸钢牌号ZG+数字数字+合金元素符号合金元素符号+数字。数字。 合金铸钢分为低合金铸钢（合金总量小于

29、合金铸钢分为低合金铸钢（合金总量小于5%）和高）和高合金铸钢（合金总量大于合金铸钢（合金总量大于10%）。）。2.2 2.2 铸钢铸钢2. 合金铸钢合金铸钢 低合金铸钢：锰系、锰硅系、铬系。低合金铸钢：锰系、锰硅系、铬系。 普通低合金钢发展以普通低合金钢发展以Cr、Mn、Ni、Mo、Si为主为主的合金系，国外重点发展的合金系，国外重点发展Cr、Ni、Mo合金系，我国结合金系，我国结合资源条件发展合资源条件发展Cr、Mn合金系，辅以合金系，辅以Si、Mo、V等元等元素，近年也注意素，近年也注意Ni在低合金钢中的应用。在低合金钢中的应用。 在在锰系低合金钢中锰系低合金钢中，锰是主要强化元素。它一部

30、分，锰是主要强化元素。它一部分固溶于铁素体中，使铁素体强化。过剩的锰形成固溶于铁素体中，使铁素体强化。过剩的锰形成(Fe，Mn)3C碳化物。碳化物。2.2 2.2 铸钢铸钢2. 合金铸钢合金铸钢 锰硅系锰硅系： 一般碳钢的硅含量为一般碳钢的硅含量为0.20一一0.45，当硅量超，当硅量超过这一含量范围时便称为合金元素。将锰钢中的硅含过这一含量范围时便称为合金元素。将锰钢中的硅含量提高到量提高到0.6为一为一1.0，就构成硅锰低合金钢。，就构成硅锰低合金钢。 硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体其固溶硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体其固溶强化作用很大，仅次于碳而超过其它合金元素，从而强化作用很大

31、，仅次于碳而超过其它合金元素，从而大大提高钢的强度和硬度。大大提高钢的强度和硬度。2.2 2.2 铸钢铸钢高合金铸钢高合金铸钢： 铸造高合金钢含有铸造高合金钢含有10以上的一种或多种合金元素。以上的一种或多种合金元素。加入大量合金元素的主要目的是改变材料的耐热性、耐蚀加入大量合金元素的主要目的是改变材料的耐热性、耐蚀性和耐磨性。性和耐磨性。 适用于高温、耐蚀或抗磨的机械零件。适用于高温、耐蚀或抗磨的机械零件。 高锰钢是含约高锰钢是含约13Mn，具有很高的耐磨性，可制作，具有很高的耐磨性，可制作球磨机衬板，挖掘机的斗齿，坦克及拖拉机的履带板等。球磨机衬板，挖掘机的斗齿，坦克及拖拉机的履带板等。2

32、. 合金铸钢合金铸钢 2.2 2.2 铸钢铸钢2.2.2 铸钢的铸造工艺铸钢的铸造工艺 铸钢的铸造性能差：铸钢的铸造性能差： 熔点高熔点高（1500） 、流动性、流动性差、收缩大差、收缩大（比铸铁大三倍）（比铸铁大三倍） ，钢液易氧化、吸气，易产，钢液易氧化、吸气，易产生粘砂、冷隔、浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹生粘砂、冷隔、浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹等。等。 改善铸造性能的措施：改善铸造性能的措施： （1）铸钢用砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，铸钢用砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，低的发气性等。低的发气性等。 （2）铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。铸钢件要

33、安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。 （3）在壁厚相交处设计防裂筋。）在壁厚相交处设计防裂筋。 2.2 2.2 铸钢铸钢2.2.2 铸钢的铸造工艺铸钢的铸造工艺 （2）铸钢件要安置冒口和铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。冷铁，以实现顺序凝固。2.2 2.2 铸钢铸钢3. 铸钢的热处理铸钢的热处理 热处理是生产铸钢件的必要工序。因为铸态件晶粒粗大，热处理是生产铸钢件的必要工序。因为铸态件晶粒粗大，组织不均匀，常存有残余内应力，会降低铸钢件的强度，特组织不均匀，常存有残余内应力，会降低铸钢件的强度，特别是塑性和韧性。为此需对铸钢件进行正火或退火处理，以别是塑性和韧性。为此需对铸钢件进行正火或退火

34、处理，以细化晶粒，提高机械性能和消除内应力。细化晶粒，提高机械性能和消除内应力。 正火钢件的机械性能高于退火钢件且成本低，应尽可能正火钢件的机械性能高于退火钢件且成本低，应尽可能采用。但正火较退火的应力大，因此，对于碳质量分数大于采用。但正火较退火的应力大，因此，对于碳质量分数大于或等于或等于0.35%或形状复杂，容易产生裂纹的铸钢件应采用退或形状复杂，容易产生裂纹的铸钢件应采用退火；对于碳质量分数小于火；对于碳质量分数小于0.35%或形状简单的铸钢件可采用或形状简单的铸钢件可采用正火。正火。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金 铸造有色合金一般是指除铸钢、铸铁等黑色合金以铸造

35、有色合金一般是指除铸钢、铸铁等黑色合金以外的铸造合金。铸造有色合金品种较多，有铝合金、铜外的铸造合金。铸造有色合金品种较多，有铝合金、铜合金、镁合金、钛合金以及轴承合金等。合金、镁合金、钛合金以及轴承合金等。 常用的有铸造铜合金和铸造铝合金。常用的有铸造铜合金和铸造铝合金。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金1. 铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 由铝与硅、铜、镁、锌等组成的合金称为铸造铝合金，由铝与硅、铜、镁、锌等组成的合金称为铸造铝合金，分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。 牌号：牌

36、号：ZAl+主元素主元素+主元素的质量分数。主元素的质量分数。 特点：特点：密度小，熔点低，导电性好，耐蚀性优良。密度小，熔点低，导电性好，耐蚀性优良。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金1. 铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 铝硅合金：铝硅合金：流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，因此，有良好的铸造性能。经变质处理或时效处理，还好，因此，有良好的铸造性能。经变质处理或时效处理，还具有良好的力学性能，故应用最广，约占铸铝件产量的具有良好的力学性能，故应用最广，约占铸铝件产量的

37、50。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、活塞、化油器、仪表外壳、电动机外壳等。内燃机缸体、活塞、化油器、仪表外壳、电动机外壳等。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 铝铜、铝镁合金：因远离共晶成分，结晶温度范围大，铝铜、铝镁合金：因远离共晶成分，结晶温度范围大，铸造性能差。铸造性能差。 2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金2. 铸造铝合金的生产特点铸造铝合金的生产

38、特点（1）铸造铝合金在液态下具有易氧化和吸气的特性。）铸造铝合金在液态下具有易氧化和吸气的特性。 铝合铝合金易氧化生成金易氧化生成Al2O3，在铸件中形成非金属夹渣。铝液还极，在铸件中形成非金属夹渣。铝液还极易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。 （2）采用坩埚炉熔炼。用）采用坩埚炉熔炼。用NaCl和和KCl等密度小、熔点低的等密度小、熔点低的熔剂覆盖金属液隔绝空气。熔炼后期用熔剂覆盖金属液隔绝空气。熔炼后期用ZnCl和和C2Cl6去气精去气精炼。炼。（3）为防止铝液在浇注过程中氧化、吸气，尽量使其平稳）为防止铝液在浇注过程中氧化、吸气，尽量使其平稳快浇、快凝，多采用底注式或某些特殊的浇注系统，防止金快