第2章（2）常用的铸造合金课件

1．合金的流动性铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流动性。流动性好的合金：①易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；②有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；③易于补缩及热裂纹的弥合。合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。

1．合金的流动性1

合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样2影响合金流动性的因素a、合金性质方面纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑）亚、过共晶合金流动性差。（在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）

影响合金流动性的因素3第2章（2）常用的铸造合金课件4b、铸造工艺条件凡是减小合金流动阻力、延长凝固时间的因素，都可以提高流动性。适当提高浇注温度，延长凝固时间，金属液传导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢，都能提高流动性。但是，浇注温度太高使铸件容易产生气孔、缩孔，并易产生粘砂、夹砂等缺陷。因此，在保证流动性的前提下，浇注温度不宜过高。提高直浇道高度、增加充型静压力、降低铸型导热系数(如用干型代替湿型)、提高铸型温度、提高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力、简化浇注系统和增大内浇道截面、减少金属液流动阻力等，都可以提高合金的流动性。b、铸造工艺条件5C、铸件结构铸件壁厚>最小允许壁厚C、铸件结构62．合金的收缩

⑴收缩的概念收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。收缩的三个阶段：液态收缩形成缩孔、缩松（体收缩率）凝固收缩固态收缩——产生变形和裂纹（线收缩率）2．合金的收缩7几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量(%)浇注温度(℃)液态收缩(%)凝固收缩(%)固态收缩(%)总体积收缩(%)线收缩率(%)碳素铸钢白口铸铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4-6.33.3-4.212.4612-12.96.9-7.81.38-2.01.35-2.00.8-1.0几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量(%)浇注温度液态收缩8

⑵铸件的缩孔和缩松

缩孔的形成：纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。

缩松的形成：结晶温度范围大的合金易形成缩松。

⑵铸件的缩孔和缩松9第2章（2）常用的铸造合金课件10第2章（2）常用的铸造合金课件11

缩孔和缩松的防止：定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果——铸件各部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。缩孔和缩松的防止：12第2章（2）常用的铸造合金课件13

⑶铸造应力铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂的基本原因。

热应力的形成——热胀冷缩不均衡

机械应力的形成——收缩受阻

减少和消除应力的措施：结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对称。工艺上——同时凝固，去应力退火。⑶铸造应力14同时凝固和定向凝固比较

定向凝固——用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。

同时凝固——用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不致密。同时凝固和定向凝固比较15⑷铸件的变形对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。

⑷铸件的变形16第2章（2）常用的铸造合金课件17⑸铸件的裂纹铸钢件热裂纹（防止办法：改善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳）

轮形铸件的冷裂（防止办法：减少铸件应力的各项措施，降低合金的脆性）⑸铸件的裂纹18常见的铸件缺陷及产生原因常见的铸件缺陷及产生原因19型砂含水过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。

型砂含水过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；20

铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造成局部金属积聚；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分不合格，收缩过大。铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造21型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合箱时铸型局部损坏浇注系统不合理，冲坏了铸型。型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；22型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄。型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高；未刷涂料23模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上、下砂箱未对准。模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上、下砂箱24铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退让性差；落砂过早。铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退25浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道太小。浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；26浇注时金属量不够；浇注时液体金属从分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇注速度太慢。浇注时金属量不够；浇注时液体金属从分型面流出；27二、铸铁及工艺性能铸铁是含碳量超过2.11%的铁碳合金。工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元合金。铸铁中碳的存在形式：渗碳体——化合状态石墨———游离状态铸铁分类：白口铸铁灰铸铁（片状石墨）灰口铸铁可锻铸铁（团絮状石墨）麻口铸铁球墨铸铁（球状石墨）二、铸铁及工艺性能28（一）铸铁的石墨化1、石墨化过程石墨化——铸铁中析出石墨的过程。石墨化形式：缓慢冷却时，L(A)→石墨加热时，Fe3C→石墨因此石墨是稳定相，是亚稳定相。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。（一）铸铁的石墨化29石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层302、影响石墨化的因素（1）化学成分碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，硅促进石墨析出(C:2.7~3.6%,Si:1.1~2.5%)。碳和硅含量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬度低。锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，提高铸铁强度和硬度(Mn:0.4~1.2%)。硫和磷是有害元素（S≤0.1~0.15%,P≤0.2）。碳当量：CE=C+(Si+P)/3%CE=4.28%，共晶成分；CE＜4.28%，亚共晶成分；CE＞4.28%，过共晶成分。2、影响石墨化的因素31（2）冷却速度同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形成白口组织（2）冷却速度32冷却速度对铸铁组织的影响冷却速度对铸铁组织的影响33（二）灰铸铁1、灰铸铁的组织和性能特点灰铸铁的组织：铁素体灰铸铁铁素体+珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁

（二）灰铸铁34以片状石墨分布在基体以片状石墨分布在基体35

灰铸铁的性能：①机械性能——强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近。②其它性能——耐磨性好、减震性好、缺口敏感性小、铸造性能和切削加工性能良好。

362、灰铸铁的牌号与用途

HT200表示灰铸铁，σb≥200N/mm2牌号基体组织用途HT100铁素体低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。HT150铁素体+珠光体受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。HT200珠光体受较大负荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。2、灰铸铁的牌号与用途牌号基体组织用途HT10373、孕育铸铁HT250、HT300、H350灰铸铁的孕育处理孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度；浇注前向铁水中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化组织，促进石墨化。孕育铸铁的特点：强度较高，冷却速度对其组织和性能的影响甚小。特别适合生产厚大铸件如重型机床、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。3、孕育铸铁38（三）球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂，获得具有球状石墨的铸铁。1、球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织：铁素体球铁铁素体+珠光体球铁珠光体球铁（三）球墨铸铁39以球状石墨分布在基体以球状石墨分布在基体402、球墨铸铁的牌号与用途QT500-7表示球墨铸铁，σb≥500N/mm2,δ≥7%牌号基体组织用途QT450-10铁素体农机具零件、中低压阀门、输气管道。QT600-3铁素体+珠光体负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮。QT700-2珠光体QT800-2珠光体高强度齿轮。2、球墨铸铁的牌号与用途牌号基体413、球墨铸铁铸造工艺特点（1）流动性比灰铸铁差（2）收缩较灰铸铁大球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。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小冒口。3、球墨铸铁铸造工艺特点42三、铸钢及工艺性能铸钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。铸钢主要用于制造承受重