《金属工艺》铸造改进2

1、1.5 铸造金属材料的特性1.5.1 铸铁及铸铁件生产一、铸铁及其熔炼： 铸铁通常是指含C 2.5%4.0% 、Si 1.0%2.5% 接近共晶成分的铁碳合金。它具有良好的铸造性能，又易于切削加工，最适宜制造形状复杂的铸件。是工业中应用较广的材料，铸铁约占机器重量的50%以上。铸铁的分类：白口铸铁：Fe3C，硬脆，难加工，应用很少。麻口铸铁：灰口铸铁：石墨普通灰口铸铁：片状可锻铸铁：团絮状球墨铸铁：球状蠕墨铸铁：蠕虫状此外，还有合金铸铁。二、灰口铸铁：（1）石墨对灰铸铁性能的影响：灰口铸铁的显微组织由金属基体与石墨片所组成，相当于在钢的基体中嵌入了大量石墨片。机械性能：b=120250MPa，

2、压钢 塑性、韧性近于零，属于脆性材料。 石墨强度极低，塑性近于零，3%的石墨占10%的体积，所以灰口铸铁可视为充满裂纹的钢。基体强度利用率仅3050%。吸震性：吸震能力为钢的510倍，是制造机床床身、机座的好材料。耐磨性：石墨凹坑可以储存润滑油，石墨本身也是良好的润滑剂。缺口敏感性低：零件工作可靠。灰口铸铁基体类别：P基体、P-F混合基体、F基体。影响铸铁石墨化的因素：化学成份：a）碳和硅：碳愈多，可能析出的石墨量愈多；硅越多，碳石墨化的可能性越大；含碳量高，而含硅量少时，只能得到含化合碳的白口铁。 控制铸铁中碳、硅含量的不同配比，将得到不同组织与性能的铸铁。b）硫和锰：硫是强烈的反石墨化元素

3、。锰具有稳定珠光体的作用，能提高铸铁的强度和硬度。锰与硫形成熔点高（1600）、密度小的MnS，进入熔渣而排出炉外。锰在0.6%1.2%时是铸铁中有益的元素。c）磷：含磷量超过0.3%时，形成Fe3P共晶体。呈网状分布于晶界、低熔点、硬度高（390520HB）。利于提高铸铁的耐磨性，故耐磨铸铁件的含磷量可高达0.5%0.7%。 冷却速度：冷却速度越慢，石墨片越粗大。冷却速度很大时，产生白口组织。冷却速度主要受铸型及铸件壁厚的影响：铸型材料：砂型与金属型。铸件壁厚：（2）灰铸铁的孕育处理：孕育处理是先熔炼出低碳、硅含量（C2.7%3.3%、Si1.0%2.0%）的高温铁水(14001450)；然

4、后向铁水中冲入少量细颗粒状或粉末状孕育剂。孕育剂占铁水重量的0.25%0.6%。孕育剂一般为含Si75%的硅铁(有时也用硅钙)。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，它的强度、硬度显著提高。冷却速度对孕育铸铁组织和性能影响很小。(3) 灰铸铁件的生产特点及牌号选用 灰铸铁件的生产特点： 一般在冲天炉中熔炼，成本低廉。 一般不需冒口补缩，也较少应用冷铁，通常采用同时凝固。 一般不通过热处理来提高其机械性能。 灰铸铁牌号的选用： 用HT表示，其数值表示其最低抗拉强度。 HT250350是经过孕育处理后的的孕育铸铁，用于要求更高的重要件。 选择牌号时要考虑壁厚。三、可锻铸铁：定义：白口铁经石墨化退火、得到

5、团絮状石墨铸铁，因其有一定的塑性，故称可锻铸铁。低碳、硅量的铁水，通常为C2.4%2.8%、Si0.4%1.4%,以获得完全的白口组织。壁厚不得太厚，尺寸不宜太大。可锻铸铁件的石墨化退火工艺是，缓慢加热到920980 ，保温1020小时，再按规范冷到室温。石墨化退火的总周期一般为4070小时，生产过程复杂且周期长、能耗大、铸件的成本高。 920980700（1）可锻铸铁的生产特点：（2）可锻铸铁的性能、牌号及应用：使用性能： 耐热性：可锻铸铁的耐热性优于灰铸铁和碳钢。 耐蚀性：耐蚀性优于碳钢。黑心可锻铸铁的耐 蚀性优于珠光体可锻铸铁。.铸造性能： 流动性：流动性差，宜增大浇道尺寸，薄件宜适当提

6、高浇注温度。 收缩大：铸件易产生应力和开裂，应改善砂型及型芯的退让性。铸件易产生缩孔、缩松。在铸造工艺上多采用冒口和冷铁等措施来防治。 .机械性能：b=300400MPa,12%,30J/cm2。可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁及白心可锻铸铁，牌号分别用汉语拼音“KTH”、“KTZ”及“KTB”表示。KTHxxx-xx,前面的大写字母代表黑心可锻铸铁，后面的两组数字代表最低抗拉强度和延伸率。可锻铸铁在生产形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件时，目前仍有不可替代的位置。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。四、球墨铸铁（简称球铁）：铁水中加入一定数量的球化剂和孕育剂，

7、直接得到球状石墨的铸铁。 (1)球铁对原铁水的要求及制备： 铁水成分：控制S0.07%、P0.1%，并要求适当提高含碳量（C 3.6%4.0%） 铁水温度：出炉温度应高于1400。 球化和孕育处理：球化剂的作用是使石墨呈球状析出。孕育剂的主要作用是促进石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。 球化剂：稀土镁合金。 球化处理工艺有：冲入法和型内球化法。球墨铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。缩孔、缩松倾向大（石墨化膨胀），应采用如 下工艺措施： 增加铸型刚度。 安放冒口、冷铁，对铸件进行补缩皮下气孔：Mg+H2OMgO+H2 MgS+H2OMgO+H2S 工艺措施：降低S含量和残余Mg量，

8、限制型砂水分或采用干型。(2)球铁的铸造工艺：QTxxx-xx前面的字母代表球铁，后面的两组数字代表最低抗拉强度和延伸率。如QT400-17,QT800-2。是典型的铁素体和珠光体基体的球墨铸铁。(3) 球铁的牌号、性能及应用：球铁的力学性能有显著提高：屈强比（0.2/b0.70.8）高于碳钢（0.2/b0.6）；用球铁代替钢是完全可靠的。有良好的抗疲劳性能。球铁还可用热处理进一步提高其性能。以铁代钢，以铸代锻。铸件种类合金性能特点适宜的铸件结构灰铸铁件1.流动性好，收缩小；2.综合机械性能低，并随截面增加显著下降；3.抗压强度较高。薄壁（但不能太薄，以防产生白口）、形状复杂的铸件。不宜用于厚

9、大铸件，否则强度过低。球墨铸铁件1.铸造性能比灰铸铁差；2.综合机械性能比灰铸铁高很多。1.壁厚均匀，避免厚大截面，对某些厚大截面可设计成中空均匀壁厚的截面或带肋结构。可锻铸铁件1.铸造性能比灰铸铁差；2.综合机械性能稍次于球墨铸铁；3.退火前为白口铸铁，很脆，坯件易损坏。1.薄壁小铸件，适宜壁厚为516mm；2.壁厚均匀；3.为增加刚性，截面多为T字形或工字形，避免十字形，局部突出部分可用肋加强。蠕墨铸铁件1.铸造性能接近灰铸铁；2.综合机械性能比灰铸铁高，壁厚敏感性比灰铸铁小得多。大截面复杂铸件。五、铸铁的熔炼： 冲天炉熔炼过程。1铸钢的分类、性能及应用：性能：综合力学性能好，强度高，且塑

10、、韧性好；焊接性能好，可采用铸-焊联合结构制造重型机器。分类：铸造碳钢低碳钢：0.25%,易氧化热裂,电机零件.中碳钢：0.250.5%高碳钢：0.5%,塑性低,冷裂,轧辊等耐磨件.铸造合金钢：合金元素10%,耐蚀.耐磨.耐热等特殊性能。1.5.2 铸钢及其熔炼：2铸钢件的熔铸工艺:(1)铸钢件熔炼: 最常用的是工频感应电炉炼钢，因这种炼钢炉开炉和停炉方便，钢水质量又高，可炼的钢种多。(2) 钢件的铸造工艺: 钢水的浇注温度高（1500），收缩大（比铸铁大三倍），流动性差，易氧化、吸气，因此铸造困难，易产生浇不到、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷。为了获得健全铸钢件应采用的工艺措施： 铸钢用

11、砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，低的发气性等。 铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现定向凝固。防止铸件产生缩孔和缩松。在两壁交接处设置防裂筋（割筋）。铸钢件的热处理：是生产铸钢件的必要工序。1.5.3 铸造非铁合金及熔铸：1铸造铜合金： (1)铸造黄铜： 黄铜是指铜和锌为主组成的合金，有优良的铸造性能。 铸造黄铜常用于重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和形状复杂的阀门及大型螺旋桨等耐蚀件。(2)铸造青铜： 青铜是指除锌外，铜与其他元素形成的合金。铜与锡形成的合金称为锡青铜。 锡青铜容易产生显微缩松，这些缩松可作为储油槽，使锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。 青铜的耐蚀性一般优于黄铜，更适合海水中工作的零件。2铸造铝合金： 铸造铝合金分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。 铝硅合金因流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广，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、化油器、仪表外壳等。3铸造铜、铝合金的熔铸工艺： 铸造铜、铝合金在液态下