第五节 合金铸造性能及铸件生产

第五节

合金铸造性能及铸件的生产铸造合金分为三大类：铸铁、铸钢(碳钢及合金钢)、铸造有色合金.一铸铁的铸造性能及生产

铸铁是含碳量大于2.11％（2.8％～3.5％）,并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的的铁碳合金。铸铁通常占机器设备总重量的50%以上。铸铁件产量约占铸件总产量的80%左右。

用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。

箱体启动阀

2.分类及应用

一）

灰铸铁的铸造性能及生产:

铸造性能

HT为近共晶成分合金，倾向逐层凝固，熔点低（过热度大），流动性好，且石墨化使其收缩率小，因此HT铸造性能好。所以，较常采用同时凝固原则，减小铸造应力，工艺简单，因其铸造性能好，不易产生缩孔缩松，可生产形状复杂的大中小型铸件。加之其原材料来源广泛，成本低，所以ＨＴ是应用最广泛的铸造合金，占铸铁产品的80%以上。

1）普通灰铸铁，又称低强度灰铸铁。铁水不经任何处理，包括HT100，HT150和HT200。组织和性能特点：(1)HT100：F+粗大C，强度，硬度很低，应用很少。(2)HT150，HT200：C及Si含量较高（C=3.0-3.7%,Si=1.8-2.4%),F+P+较粗大C，强度不高，但铸造性能，切削加工性能良好，应用很广。→机架，箱体类零件。(3)普通灰铸铁壁厚敏感性大。壁厚↑，C↑，强度↓。当壁厚（截面）=100MM时，强度降50%。故不宜做壁厚大件。应用：受力较小，形状复杂的中小铸件，如机座，箱体，支架，阀体，带轮，飞轮等。叶轮发动机飞轮

壁厚（对机械性能的）敏感性：随着壁厚的增加，石墨片数量和尺寸都增加，铸铁强度，硬度反而下降的现象。2）孕育铸铁，又称高强度灰铸铁。铁水需经孕育处理，包括HT250，HT300，HT350。组织和性能特点：ⅰ）细小P+细小C，C割裂作用减弱，故强度，硬度明显提高，但仍属灰铸铁，塑性，韧性仍很差。组织和性能的均匀性提高。ⅱ）孕育铸铁壁厚敏感性很小，且同一截面上机械性能的齐一性好。齐一性好对于厚壁铸件是十分重要的。应用：动载荷较小，静载荷较大，要求耐磨性和减震性好的重要铸件，特别是厚大铸件，如机床床身，发动机气缸体等。3、灰铸铁生产特点:1)普通灰铸铁生产特点（1）冲天炉熔炼:为降低含S量,选优质铁料和焦炭,减少从焦炭中吸S.在熔炼高牌号铸铁时,加废钢以控制含C量。（2）铸造性能优良,便于铸出薄而复杂的铸件,(流动性好,收缩↓)（3）一般不需冒口,冷铁,使工艺简化.（4）一般不用热处理,或仅需时效.

2）高强度灰铸铁生产特点进行孕育处理或变质处理，得到P+细小C．孕育铸铁(变质铸铁，高强度铸铁),适于较高强度,高耐磨性,气密性的厚大铸件。

（1）厚壁高牌号HT的生产要采用顺序（定向）凝固原则。（2）铁水中C，Si含量要低。若原铁水含C,Si高,加入孕育剂后石墨粗。一般，C：2.8-3.2%,Si:1.0-2.0%.（3）铁水出炉温度要高。低的C，Si铁水流动性较差，且孕育处理还降温。应不低于1420-1440℃。（4）常用孕育剂:令Si75%的硅铁,加入量为铁水的0.2~0.6%.冲入孕育剂.与Si对石墨化影响一致。（5）孕育处理方法：在前炉出铁槽内加入孕育剂，铁水应在此后15-20MIN内浇注。（6）ＨＴ的熔炼设备：冲天炉，感应电炉．

二）球墨铸铁的铸造性能及生产铁水经球化处理及孕育处理，使石墨大部或全部成球状析出的铸铁。１．铸造性能ＱT的流动性较ＨＴ稍差，存在相当宽的液－固共存的凝固区，即倾向于中间凝固方式。同时收缩较HT大。这是由于球状石墨析出时膨胀力很大(而中间凝固或糊状凝固在浇注后较长时间外壳不够结实），能使型壁移动，引起铸件外形胀大，很容易产生缩孔，缩松．当然，若砂型刚度很大，铸件外形不会胀大，其收缩率接近HT．一般来讲，QT的收缩率随砂型刚度而变，在HT和ZG（铸钢）之间变动．总的说来，QT铸造性能介于HT和ZG（铸钢）之间．所以，工艺上常采用顺序（定向）凝固原则，增设冒口冷铁以进行补缩。１）分类（1）珠光体球铁:QT600-3，QT700-2，QT800-2。（2）铁素体球铁:QT400-18，QT400-15，QT450-10。（3）铁素体+珠光体球铁:QT500-7，QT600-3。２.球铁的分类及应用：

２）球铁的应用：（1）珠光体球铁:QT700-2，QT800-2，或QT600-3也可包括。通常经正火处理得到．性能与45钢相比，45钢：σb=600MPa,σs=355MPa,HBS=229,δ=16%．QT700-2，σb=700MPa,σs=420MPa,HBS=225-305,δ=２%.ⅰ）抗拉强度，屈服强度及屈强比均高于45锻钢．ⅱ）硬度，耐磨性及疲劳强度也与45钢(中碳钢)接近（当然远比高强度HT好）．ⅲ）延伸率（伸长率）δ低于４５钢．应用:P-QT铸造工艺比铸钢简单,成本低,性能好,可代许多铸钢,可锻铸铁件．在实际应用中，P-QT可以替代碳钢，制造某些受较大交变载荷和受摩擦的重要零件，如柴油机曲轴，连杆，凸轮，蜗轮，蜗杆及立式车床主轴等．2）铁素体球铁:QT400-18，QT400-15，QT400-10，通常经退火处理得到．性能与45钢及P-QT相比，ⅰ）抗拉强度比45钢及P-QT低．ⅱ）塑性，韧性（冲击韧性）比P-QT高，与45钢相近．应用：制造受力较大又承受振动冲击的零件，如汽车拖拉机的底盘零件，后桥壳，中低压阀门，各种铸管（上下水管道，输气管道）等．

球墨铸铁管道接口

３、球铁的生产特点

在铁水熔炼技术，处理工艺上比HT要求更高．1)严格控制化学成分．C,Si含量比HT高，Mn,P,S含量比HT低.(1)C,Si含量比HT高.QT共晶点由于球化元素的影响已移至4.6-4.7%C，而不管是HT或QT，碳当量应选在共晶点附近．所以，F-QT:C=3.6-4.0%;Si=2.4-2.8%.P-QT:C=3.4-3.8%;Si=2.2-2.6%.以改善铸造性能和球化效果．(2)Mn,P,S含量比HT低.为提高机械性能，特别是冲击韧性，应降低Mn,P,S含量．ⅰ）Mn:提高铸铁强度，但降低韧性，应≤0.4-0.6%.ⅱ)P:增加冷脆性，应≤0.04-0.06%（实际≤0.1%),以提高塑性,韧性．ⅲ)S:S易和球化剂合成硫化物,浪费球化剂，严重影响球化作用（球化元素都是强有力的脱硫剂），并引起球化退化及皮下气孔，应≤0.02%(实际≤0.06%,S含量高低对QT生产非常关键，也是我国当前QT生产和国外的主要差距之一．）．2)比HT更高的出铁温度，以补偿球化，孕育处理铁水温度的下降，且QT流动性比HT差．≥1450-1470℃。

3)球化处理:即往铁水中加入球化剂-使石墨结晶生长成球状的添加剂．我国普遍使用稀土镁合金,加入量：铁水量1.3-1.8%.加入法：冲入法（应用最多）和型内球化法．冲入法:球化剂放入堤坝式浇包内，上面覆盖硅铁粉及稻草灰，铁水分两次冲入，第一次用1/3-1/2铁水冲入，待球化剂充分反应后,再用其余铁水冲入孕育剂,进行孕育处理，经搅拌和扒渣后浇注.处理后的铁水要及时浇注,保证球化效果.5)铸造工艺:4)孕育处理促使石墨化,消除球化元素造成的白口倾向，使石墨细化,分布均匀，增加共晶团数量．孕育剂:(硅铁75%Si)，孕育方法也相同，但加入量加大．由于比HT较易产生缩孔,缩松,夹渣等．

ⅰ）热节上安冒口,冷铁→补缩，也就是采用顺序凝固原则．

ⅱ）增加铸型刚度,防止石墨膨胀导致铸件外形扩大．在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则，不用冒口或用较小冒口．ⅲ）QT易出现夹渣，浇注系统应使铁水平稳流入,并有良好的挡渣效果，多采用滤渣网，集渣包等挡渣结构．ⅳ）降低型砂含水量→气孔↓(侵入)；砂型紧实度，透气性应比HT好．

三）

可锻铸铁(又叫马铁，玛钢)

白口铁经长时间石墨化退火而成的具有团絮状石墨一种铸铁。１．铸造性能

熔点比灰铁高,凝固温度范围大,液固两相区宽，流动性不好；ＫＴ要先浇注出白口铸坯，没有石墨化膨胀阶段，故收缩率大。铸造性能较ＨＴ差。２．分类及应用

石墨呈团絮状,故抗拉强度↑且塑,韧↑牌号:KTH(KTZ)+3位数+2位数，3位数—抗拉强度,2位数---延伸率

KTH－F基体

－黑心

KTZ－P基体－白心应用:形状复杂,承受冲击载荷的薄壁小件(KTH),曲轴,连杆

,齿轮等(KTZ)。３.生产特点

生产过程:白口铁—石墨化退火(920~980℃,保温10~20h)—团絮状石墨

１）必须采用C,Si含量低的铁水,防石墨化.通常2.4~2.8%C,0.4~1.4%Si２）砂型耐火性要求高.

３）周期长(40~70h),成本高.

铸铁件合金性能特点及结构特点四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。

、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用

蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。

RuT300、RuT420

如：蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。

牌号：性能：应用：排气管

进气管

五)特殊性能铸铁在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。

1、耐磨铸铁（加铬）2、耐热铸铁

（Al、Si、Cr

）扇形扩散器托架衬板弯管二铸钢的铸造性能及生产

铸钢件也是一种重要的铸造合金,产量仅次于ＨＴ,约为ＱＴ和ＫＴ的和.一）铸钢的铸造性能熔点高（浇注温度高），凝固温度范围较大,即液固两相区较宽，倾向于中间凝固，

流动性差，收缩率大（约为ＨＴ的三倍）。铸造性能差。铸造工艺复杂，必须采取顺序（定向）凝固原则等。二）

铸钢的类别和应用

1、类别：分两类，1）铸造碳钢：应用广泛:ZG+两位数(含C万分之几)2）铸造合金钢：性能:强

塑

韧↑应用:适于制造形状复杂的,强度和韧性要求高的零件．铸—焊大件：火车轮，锻锤机架等．三）

生产特点

1、熔炼:

电弧炉(多用),感应炉(合金钢中小件),平炉等

电弧炉:利用电极与金属炉料间电弧产生热量熔炼金属.

优点:钢液质量高,熔炼速度快(一炉2~3h)温度容易控制,适于各类铸钢件

原料:废钢

生铁

铁合金等

造渣材料

氧化剂

增碳剂等

感应炉:利用感应圈中交流电的感应作用,使金属炉料(钢液)产生感应电流,产生热量.

优点:加热速度快,热量散失少.氧化轻.

2、铸造工艺:

易产生各种铸造缺陷，包括，浇不足，冷隔，缩孔缩松，变形，裂纹，气孔和粘砂（钢浇注温度高,易吸气和氧化）。因此工艺上要采取，１）加冒口,冷铁，实现顺序（定向）凝固，以防止缩孔缩松。２）增大浇注系统截面积，采用干砂型，提高浇注温度，以提高充型能力，以防止浇不足和冷隔。３）降低钢水Ｓ、P含量，同时铸型（型芯）退让性要好，并改善铸件结构，增设防裂筋，等等，以防止裂纹产生。

４）型（芯）砂:要具有高耐火性，高强度和透气性。

3热处理

∵晶粒粗大，组织不均（铸态组织）,铸造内应力,强、塑低。一般要进行退火和正火。∴退火:适于含碳量大于0.35%或结构特别复杂的铸钢件正火:适于含碳量小于0.35%的铸钢件.

三有色（非铁）合金铸造性能及生产

一）

铜及铜合金

1纯铜:

导电

导热↑塑↑(面心)

强

硬↓2黄铜:Cu+Zn—普通黄铜

Cu+Zn+Pb,Al,Si等

特殊黄铜

可铸可锻

3青铜:

除黄铜,白铜(铜镍合金)以外的,铜与其它元素组成.

锡青铜:Sn+Cn耐磨

耐蚀

铝青铜:耐磨

耐蚀

4铸造工艺

1)

熔炼:易氧化

吸气

①防氧化:液面盖上溶剂(碎玻璃,苏打,鹏砂)②脱氧:Cu+O2-Cu2O(氧化亚铜)塑↓加磷铜

脱氧

普通黄铜和铝青铜因有Zn能脱氧

③除气:锡青铜:吹N2,N2上浮带出H2.

铝青铜:吹N2

黄铜:沸腾法Zn(907℃)蒸汽带出H2

④精炼除渣:铝青铜液中有AL2O3,加碱性溶剂(苏打,莹石等)精练,造出比重小,熔点低的溶渣.熔炼用坩埚炉

2)

铸造:①细砂铸型—光洁

减少切削量,粘砂②浇注时勿断流—防氧化

③浇注系统使液流平稳流入—防飞溅

④加冒口—