常用铸造合金

第一页，共六十三页，2022年，8月28日材料成型基础张艳梅第二页，共六十三页，2022年，8月28日第二章常用铸造合金常用铸造合金有：铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金。第三页，共六十三页，2022年，8月28日根据碳的存在形式分:1.白口铸铁:

碳以Fe3C存在，断口呈银白色。2.灰口铸铁:碳以石墨状存在，断口呈灰色。3.麻口铸铁:碳以Fe3C和石墨两种状态存在，断口有黑白相间的麻点。2.1铸铁2.1.1铸铁的分类第四页，共六十三页，2022年，8月28日根据化学成分:1.普通铸铁

2.合金铸铁2.1铸铁2.1.1铸铁的分类第五页，共六十三页，2022年，8月28日1.普通灰口铸铁:

石墨呈片状。2.可锻铸铁:石墨呈团絮状。3.球墨铸铁:石墨呈球状。4.蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。2.1铸铁灰口铸铁的分类:第六页，共六十三页，2022年，8月28日2.1.2铸铁的石墨化1.石墨化过程

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。碳、硅含量低，冷却速度快，碳以Fe3C的形式析出，为白口铸铁。2.碳、硅含量高，冷却速度慢，碳以石墨状析出，为灰口铸铁。2.1铸铁第七页，共六十三页，2022年，8月28日2.1.2铸铁的石墨化1.石墨化过程

分三个阶段：1.1154℃共晶反应形成石墨。1154-738℃析出二次石墨。738℃共析反应形成石墨。2.1铸铁第八页，共六十三页，2022年，8月28日2.1.2铸铁的石墨化1.石墨化过程2.1铸铁

根据第三阶段的转变情况，可出现不同的灰口铸铁基体组织：1.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加珠光体：铁素体加珠光体灰铸铁第九页，共六十三页，2022年，8月28日2.

影响铸件石墨化的因素（1）铸铁成分的影响硅和碳是有效促进石墨化的元素。图2-2

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。2.1铸铁2.1.2铸铁的石墨化第十页，共六十三页，2022年，8月28日2.

影响铸件石墨化的因素2.1铸铁2.1.2铸铁的石墨化第十一页，共六十三页，2022年，8月28日2.

影响铸件石墨化的因素2.1铸铁2.1.2铸铁的石墨化第十二页，共六十三页，2022年，8月28日2.

影响铸件石墨化的因素（2）冷却速度的影响冷却速度越慢越有利于碳的石墨化。冷却速度受铸型冷却条件及铸件壁厚的影响。1.铸型材料

金属型、砂型2.铸件壁厚

厚壁处易形成铁素体+粗大石墨片；薄壁处易形成白口或麻口组织。图2-32.1铸铁2.1.2铸铁的石墨化第十三页，共六十三页，2022年，8月28日1.

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墨片。图2-4（1）力学性能

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。

原因

灰铸铁中的片状石墨犹如钢基体中布满裂纹。①降低承载能力；②造成应力集中。

抗压强度与钢相近，达60-80MPa，一般铸铁可作抗压件用。2.1铸铁2.1.3灰铸铁第十四页，共六十三页，2022年，8月28日1.

灰铸铁的组织与性能（2）工艺性能铸造性能好；切削性能好；不可锻造、冲压；可焊性差。

2.1铸铁2.1.3灰铸铁第十五页，共六十三页，2022年，8月28日1.

灰铸铁的组织与性能（3）减振性灰铸铁的减振性是钢的5-10倍，是制造机床床身、机座、导轨、车辆制动器的理想材料。2.1铸铁2.1.3灰铸铁（4）耐磨性灰铸铁的耐磨性比钢好，适于制造导轨、衬套、活塞环。（5）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性。第十六页，共六十三页，2022年，8月28日1.

灰铸铁的组织与性能2.1铸铁2.1.3灰铸铁

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：1.珠光体灰铸铁：力学性能好，强度、硬度高，用于制造重要机件；铁素体灰铸铁：塑性、韧性好，但强度太低，生产上很少使用；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，用途最广。第十七页，共六十三页，2022年，8月28日2.

灰铸铁的孕育处理2.1铸铁2.1.3灰铸铁孕育处理：采用孕育剂硅铁（硅含量75w%）。孕育铸铁组织：细晶粒珠光体+细片状石墨。孕育铸铁的性能：强度、硬度显著提高（抗拉强度250-350MPa，布氏硬度HB=170-270）；塑性、韧性较差；冷却速度对孕育铸铁的组织、性能影响很小，铸件厚大截面的性能均匀。孕育铸铁的应用：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、缸套、液压件等。第十八页，共六十三页，2022年，8月28日2.

灰铸铁的孕育处理2.1铸铁2.1.3灰铸铁第十九页，共六十三页，2022年，8月28日3.

灰铸铁件的生产特点及牌号2.1铸铁2.1.3灰铸铁（1）灰铸铁的生产特点

灰铸铁的铸造性能好：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、气孔、变形、裂纹等倾向小。

不需热处理。第二十页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.3灰铸铁（2）灰铸铁的牌号第二十一页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.3灰铸铁第二十二页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.4球墨铸铁

球化剂：镁、钙、稀土；孕育剂：硅铁、硅钙合金。球墨铸铁的性能：第二十三页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁第二十四页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.4球墨铸铁1.球墨铸铁的化学成分和组织

球墨铸铁的化学成分特点：高碳，低硅，低锰、硫、磷。

球墨铸铁的铸态组织：珠光体、铁素体、球状石墨、少量自由渗碳体。图2-5。

热处理后，可得：贝氏体、马氏体+球状石墨。

第二十五页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.4球墨铸铁2.球墨铸铁的球化和孕育处理球化剂：镁、稀土（镧La、铈Ce、钕Nd等）；孕育剂：含75w%硅的硅铁、硅钙合金。冲入法、型内球化法。

第二十六页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.4球墨铸铁2.球墨铸铁的生产特点

第二十七页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁3.球墨铸铁的牌号以抗拉强度和延伸率为牌号分级标准。

第二十八页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.5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。

组织：铁素体或珠光体+团絮状石墨。

性能：可锻铸铁的力学性能，如抗拉强度、塑性、韧性优于灰铸铁；并接近于同类基体的球墨铸铁。第二十九页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.5可锻铸铁

可锻铸铁分类：（1）铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）（2）珠光体可锻铸铁（3）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。第三十页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.5可锻铸铁第三十一页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁第三十二页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁

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。白心可锻铸铁的力学性能较差，一般很少使用。第三十三页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.5可锻铸铁

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。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，主要是探求快速退火新工艺，发展可锻铸铁新品种。第三十四页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁第三十五页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁蠕墨铸铁的组织2.1.6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，石墨的重量百分数约4％。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2-10，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。第三十六页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁蠕墨铸铁的性能：

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。2.1.6蠕墨铸铁第三十七页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁蠕墨铸铁的性能：2.1.6蠕墨铸铁第三十八页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁

蠕墨铸铁的生产特点

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）。孕育处理：孕育剂。

2.1.6蠕墨铸铁

蠕墨铸铁的牌号

RuT420第三十九页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁蠕墨铸铁的应用：

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、制动盘、气缸套、排气管、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，又可节省许多废钢。2.1.6蠕墨铸铁第四十页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁1.耐磨铸铁

高磷耐磨铸铁：加入0.4％-0.7％的P可形成高硬度断续网状分布的磷共晶；铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的C、N化合物；钒钛耐磨铸铁：加入V、Ti等元素，可形成高硬度的C、N化合物；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。2.1.7合金铸铁第四十一页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.7合金铸铁2.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。氧化是指在高温600℃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．并在高温使用时不致发生石墨化过程，从而提高铸铁的耐热性。

第四十二页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.7合金铸铁2.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。

耐热铸铁用于加热炉底板、炉门、钢锭模等。第四十三页，共六十三页，2022年，8月28日2.1铸铁2.1.7合金铸铁3.耐蚀铸铁

铸铁中加入大量的Si、Al、Ni、Cu、Mo等合金元素，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。如高硅耐蚀铸铁在含氧酸(如硝酸等)中耐蚀性好；含铜耐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、泵及相关容器。第四十四页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢

铸钢占铸件总量的15%，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、耐热性。（3）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。

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80％以上。第四十五页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢1.碳素铸钢

碳素铸钢的主要强化元素为碳，其含量为0.2％一0.6％，次要强化元素为硅和锰，它们的含量分别为(0.5％一0.6％)Si，(0.8％一0.9％)Mn，其它元素的总量不超过1%。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，可作为一般工程结构。第四十六页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢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。第四十七页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢2.合金铸钢

合金铸钢牌号ZG+数字+合金元素符号+数字。合金铸钢分为低合金铸钢（合金总量小于5%）和高合金铸钢（合金总量大于10%）。第四十八页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢2.合金铸钢

低合金铸钢：锰系、锰硅系、铬系。

普通低合金钢发展以Cr、Mn、Ni、Mo、Si为主的合金系，国外重点发展Cr、Ni、Mo合金系，我国结合资源条件发展Cr、Mn合金系，辅以Si、Mo、V等元素，近年也注意Ni在低合金钢中的应用。

在锰系低合金钢中，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(Fe，Mn)3C碳化物。第四十九页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢2.合金铸钢锰硅系：

一般碳钢的硅含量为0.20％一0.45％，当硅量超过这一含量范围时便称为合金元素。将锰钢中的硅含量提高到0.6为一1.0％，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．其固溶强化作用很大，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。第五十页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢高合金铸钢：

铸造高合金钢含有10％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、耐蚀性和耐磨性。适用于高温、耐蚀或抗磨的机械零件。

高锰钢是含约13％Mn，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。2.合金铸钢第五十一页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢2.2.2铸钢的铸造工艺

铸钢的铸造性能差：

熔点高（＞1500℃）、流动性差、收缩大（比铸铁大三倍），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、裂纹等。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，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。（3）在壁厚相交处设计防裂筋。

第五十二页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢2.2.2铸钢的铸造工艺

（2）铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。第五十三页，共六十三页，2022年，8月28日2.2铸钢3.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，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0.35%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0.35%或形状简单的铸钢件可采用正火。第五十四页，共六十三页，2022年，8月28日2.3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。

常用的有铸造铜合金和铸造铝合金。第五十五页，共六十三页，2022年，8月28日2.3铸造有色金属及合金2.3.1铸造铝合金1.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，分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。牌号：ZAl+主元素+主元素的质量分数。

特点：密度小，熔点低，导电性好，耐蚀性优良。第五十六页，共六十三页，2022年，8月28日2.3铸造有色金属及合金2.3.1铸造铝合金1.铸造铝合金的分类、性能及应用

铝硅合金：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，还具有良好的力学性能，故应用最广，约占铸铝件产量的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，如内燃机缸体、活塞、化油器、仪表外壳、电动机外壳等。第五十七页，共六十三页，2022年，8月28日2.3铸造有色金属及合金2.3.1铸造铝合金铸造铝合金的分类、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，铸造性能差。

第五十八页，共六十三页，2022年，8月28日2.3铸造有色金属及合金2.3.1铸造铝合金2.铸造铝合金的生产特点（1）铸造铝合金在液态下具有易氧化和吸气的特性。铝合金易氧化生成Al2O3，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