第六章 金属液态成型(二-各类合金)

1、一一. .常用铸铁件及其熔铸工艺常用铸铁件及其熔铸工艺 铸铁是机械制造中应用最广泛的铸铁是机械制造中应用最广泛的金属材料。一般机器中，铸铁件的质金属材料。一般机器中，铸铁件的质量占机器总质量的量占机器总质量的50%以上；在铸造以上；在铸造生产中，铸铁件占铸造总产量的生产中，铸铁件占铸造总产量的80%以上。以上。铁铁 碳合碳合金中碳的金中碳的存在形式存在形式 渗碳体渗碳体石石 墨墨钢钢白口铸铁白口铸铁(生铁生铁)灰口灰口铸铁铸铁麻口铸铁麻口铸铁普通灰口铸铁普通灰口铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁（1）铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类 灰口铸

2、铁的组织特征灰口铸铁的组织特征: : 金属基体金属基体 + + 石墨石墨（1）普通灰口铸铁普通灰口铸铁 组织：组织： 相当于在钢的机体相当于在钢的机体上嵌入了大量石墨片，上嵌入了大量石墨片，将金属机体割裂开了许将金属机体割裂开了许多口子。多口子。 性能特点：性能特点：1) 铸造性能和切削加工性能好；铸造性能和切削加工性能好； 2) 耐磨性好耐磨性好（灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）（灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）：石墨本身的摩擦系数小石墨本身的摩擦系数小; ; 脱落石墨处的凹坑脱落石墨处的凹坑 , , 可以储存润滑油。可以储存润滑油。3) 减震性好：减震性好：石墨在金属基体中能很好的阻止石墨在金属基体中

3、能很好的阻止振动的传播。振动的传播。4) 缺口敏感性小；缺口敏感性小；5) 机械性能较差：机械性能较差：灰口铸铁组织灰口铸铁组织= = 钢的组织钢的组织+ +大大量石墨量石墨6) 其他工艺性差：其他工艺性差：焊接性差焊接性差; ;热处理性能差热处理性能差; ;不不能锻造和冲压。能锻造和冲压。 向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。组织：组织： 球墨铸铁中的石墨呈球球墨铸铁中的石墨呈球状析出，对金属机体的割裂状析

4、出，对金属机体的割裂作用小得多，对作用小得多，对机体强度的机体强度的利用率达利用率达70%90%，因此，因此, ,力学性能接近于钢。力学性能接近于钢。 球化处理球化处理: : 往铁水中加入球化剂往铁水中加入球化剂 , , 球化剂是球化剂是稀土镁合金。稀土镁合金。 球化处理方法：球化处理方法： 性能特点性能特点: : 抗抗拉强度和屈服强拉强度和屈服强度很高度很高 ; ;疲劳强疲劳强度较高度较高; ;硬度和耐磨性比其他铸铁都高。硬度和耐磨性比其他铸铁都高。 热处理特点：热处理特点：退火退火: : 可使铸态组织中的可使铸态组织中的FeFe3 3C C分解分解 , , 以获得高以获得高塑性的铁素体基体

5、组织。（相当于塑性的铁素体基体组织。（相当于35）正火正火: : 使具有使具有 F + P + Fe3C 的铸态基体组织的铸态基体组织, , 为高强度的珠光体基体组织。（相当于为高强度的珠光体基体组织。（相当于4545） 白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相组织而获得的具有较高韧性的铸铁。组织而获得的具有较高韧性的铸铁。组织：组织： 团絮状石墨对金属机体团絮状石墨对金属机体的割裂作用比片状石墨小，的割裂作用比片状石墨小，比球状石墨大，因此，其抗比球状石墨大，因此，其抗拉强度、塑性和韧性都比较拉强度、塑性和韧性都比较高，但综合力学性能比球墨高，但综合力学性

6、能比球墨铸铁差。铸铁差。铸造性能铸造性能浇注系统浇注系统冒口冒口凝固原则凝固原则易产生缺陷易产生缺陷灰口铸铁流动性好收缩性好自身补缩封闭、半封闭系统不用冒口或只用出气口同时凝固球磨铸铁介于灰口铸铁和铸钢之间较高的浇注温度和较大的浇注系统尺寸增设冒口和冷铁加强补缩，排渣顺序凝固缩孔、缩松、内应力、浇不足和冷隔等可锻铸铁流动性差收缩性大较高的出炉温度和浇注温度，提高型砂的耐火性、退让性和透气性增设冒口和冷铁，排渣顺序凝固浇不足、冷隔、缩孔和裂纹等 向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为稀土硅铁或稀土硅钙合金）进行蠕化处理，并加稀土硅铁或稀土硅钙合金）进行蠕化处

7、理，并加入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。组织：组织： 蠕虫状石墨形状介于对蠕虫状石墨形状介于对片状、球状之间，因此，其片状、球状之间，因此，其力学性能介于相同金属机体力学性能介于相同金属机体组织的灰铸铁和球墨铸铁之组织的灰铸铁和球墨铸铁之间。间。 熔炼铸铁的主要设熔炼铸铁的主要设备有冲天炉、电弧炉、备有冲天炉、电弧炉、工频炉等，应用最广工频炉等，应用最广泛的设备是泛的设备是 冲天炉冲天炉。 冲天炉冲天炉 由炉底、由炉底、炉体（炉缸、炉身）、炉体（炉缸、炉身）、烟囱、送料机构及前烟囱、送料机构及前炉等组成。炉等组成。1.铸钢的种类和牌号铸钢

8、的种类和牌号 分类分类: :铸钢铸钢碳素铸钢碳素铸钢合金铸钢合金铸钢低合金铸钢低合金铸钢高合金铸钢高合金铸钢除铁之外，其他元素的含量均除铁之外，其他元素的含量均小于小于1%合金含量合金含量小于小于5%合金含量合金含量大于大于10%铸钢的铸造性能铸钢的铸造性能 熔点高，钢液易氧化熔点高，钢液易氧化; ;流动性差流动性差; ;收缩量大收缩量大; ;易产生铸造缺陷易产生铸造缺陷; ;铸钢件生产中的工艺措施铸钢件生产中的工艺措施 提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂料；合理运用铸造工艺；料；合理运用铸造工艺；铸钢件的热处理铸钢件的热处理 由于铸钢件存在许多铸造缺陷由

9、于铸钢件存在许多铸造缺陷, , 机械性能机械性能差差, , 特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应力。常用的热处理工艺有力。常用的热处理工艺有: : 退火和正火。铸钢退火和正火。铸钢件不宜淬火，易开裂件不宜淬火，易开裂 。 1. 铸造铝合金铸造铝合金（1）分类、性能及应用分类、性能及应用铸铸铝铝铝硅铝硅合金合金铝铜铝铜合金合金铝锌铝锌合金合金铝镁铝镁合金合金铸造性能好，力学性能和切削加工性铸造性能好，力学性能和切削加工性能良好，应用广泛。能良好，应用广泛。铸造性能较差，但高温力学性能比较铸造性能较差，但高温力学性能比较好，常做活塞等零件。好，常做活塞等零件。铸

10、造性能和热稳定性较好，强度较高铸造性能和热稳定性较好，强度较高, 但比重大，耐腐蚀性较差，可做发动但比重大，耐腐蚀性较差，可做发动机配件。机配件。强度最高，密度最小，耐腐蚀性好，强度最高，密度最小，耐腐蚀性好，但铸造性能较差，熔炼和铸造工艺复但铸造性能较差，熔炼和铸造工艺复杂，用做航空航天零件。杂，用做航空航天零件。 铝合金的熔点较低，流动性好，对型铝合金的熔点较低，流动性好，对型砂和芯砂的耐火性要求也低，可用细砂造砂和芯砂的耐火性要求也低，可用细砂造型型，获得表面光滑的薄壁铸件；但容易氧获得表面光滑的薄壁铸件；但容易氧化，生成化，生成Al2O3，其熔点大大高于铝液（铝，其熔点大大高于铝液（铝

11、为为680C780C；Al2O3 为为2050C左右左右），常以固态悬浮在铝液中，形成夹），常以固态悬浮在铝液中，形成夹渣缺陷。渣缺陷。 可以加入可以加入KCl、NaCl等作为溶剂，将等作为溶剂，将铝液与空气隔开。铝液与空气隔开。2. 铸造铜合金铸造铜合金（1 1）分类、性能及应用）分类、性能及应用分类分类铸铜铸铜黄黄 铜铜青青 铜铜锡青铜（铜锡合金）锡青铜（铜锡合金）铝青铜（铜铝合金）铝青铜（铜铝合金）铅青铜（铜铅合金）铅青铜（铜铅合金）（铜锌合金）（铜锌合金） 铜的熔点低，密度大，流动性好，砂铜的熔点低，密度大，流动性好，砂型铸造时，一般采用细砂造型。铜合金熔型铸造时，一般采用细砂造型。铜

12、合金熔炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成氧化亚铜（氧化亚铜（Cu2O）, ,溶于铜液内，使其力溶于铜液内，使其力学性能下降。学性能下降。 由于各种成分的铜合金的结晶特征不由于各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也不同。不同。铸造性能铸造性能浇注系统浇注系统冒口冒口凝固原则凝固原则易产生缺陷易产生缺陷铸钢熔点高流动性差收缩率高开放式浇注系统形状简单，内浇道横截面积大。中小型铸钢件开设在分型面或铸件上面（顶注）大型钢铸件底注一定数量的冒口，热节出设置冷铁。冒口所耗钢水占浇入金属总量的25-50%顺序凝固粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、夹渣、