金属工艺学铸造第二章课件.ppt（31页）

1、 一、铸铁件生产一、铸铁件生产铸铁是极其重要的铸造合金（总量占铸件铸铁是极其重要的铸造合金（总量占铸件80%以上）以上）含碳量超过含碳量超过2.11%；碳全部或大部以石墨形式存在碳全部或大部以石墨形式存在.分类：分类：（依据石墨形态分类）依据石墨形态分类）灰铸铁；灰铸铁；（组织：片状石墨（组织：片状石墨+金属基体）金属基体）可锻铸铁；可锻铸铁；（组织：团絮状石墨（组织：团絮状石墨+金属基体）金属基体）球墨铸铁；球墨铸铁；（组织：球状石墨（组织：球状石墨+金属基体）金属基体）蠕墨铸铁等。蠕墨铸铁等。（组织：蠕虫状石墨（组织：蠕虫状石墨+金属基体）金属基体）（一）灰铸铁（灰口铸铁）（一）灰铸铁（灰

2、口铸铁）灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁应用最广，占铸铁总产量应用最广，占铸铁总产量80%以上。以上。灰铸铁的组织：灰铸铁的组织：片状石墨片状石墨+金属基体金属基体几点注意：几点注意：铸铁含碳量；铸铁含碳量；状态图上的位置；状态图上的位置；铸铁的常温组织。铸铁的常温组织。1.灰铸铁的性能灰铸铁的性能：抗拉强度低抗拉强度低（b仅仅120250MPa）,塑性、韧性差塑性、韧性差（3%、aK0）；（灰铸铁性能与石墨有关，石墨愈多、愈粗大、分（灰铸铁性能与石墨有关，石墨愈多、愈粗大、分布愈不均布愈不均,其力学性能愈差）其力学性能愈差）灰铸铁的灰铸铁的抗压强度与钢相近抗压强度与钢

3、相近；优良的铸造性能和切削加工性能；优良的铸造性能和切削加工性能；属于脆性材料属于脆性材料,不能锻造和冲压不能锻造和冲压；灰铸铁的灰铸铁的焊接性能很差、焊接性能很差、；（因价格较低廉，重要件最多只用于焊补）（因价格较低廉，重要件最多只用于焊补）石墨的存在，使灰铸铁具有如下优越性能石墨的存在，使灰铸铁具有如下优越性能:优良的减振性优良的减振性（由于石墨对振动起缓冲作用（由于石墨对振动起缓冲作用,从而阻止振动能量的传从而阻止振动能量的传播。灰铸铁减振能力为钢的播。灰铸铁减振能力为钢的510倍）倍）应用：制造机床床身、底座、复杂件的壳体。应用：制造机床床身、底座、复杂件的壳体。耐磨性好（减磨性）耐磨

4、性好（减磨性）（石墨本身是一种良好的润滑剂（石墨本身是一种良好的润滑剂,而石墨剥落后又可使而石墨剥落后又可使金属基体形成储存润滑油的凹坑）金属基体形成储存润滑油的凹坑）应用：制造机器导轨、衬套、活塞环等。应用：制造机器导轨、衬套、活塞环等。缺口敏感性小缺口敏感性小（石墨已使金属基体形成了大量缺口（石墨已使金属基体形成了大量缺口,外来缺口对灰铸外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微）铁的疲劳强度影响甚微）优良的铸造性能切削加工性能优良的铸造性能切削加工性能 铸铁性能取决于（片状石墨铸铁性能取决于（片状石墨+金属基体）金属基体）灰铸铁基体组织灰铸铁基体组织 可分为三类：可分为三类：铁素体灰铸铁：铁素体

5、灰铸铁：F+片状石墨片状石墨 珠光体珠光体-铁素体灰铸铁；铁素体灰铸铁；（F+P）+片状石墨片状石墨 珠光体灰铸铁：珠光体灰铸铁：P+片状石墨片状石墨 2.影响铸铁组织和性能因素：影响铸铁组织和性能因素：（化学成分、冷却速度）（化学成分、冷却速度）（1）化学成分）化学成分 （主要是碳、硅元素）（主要是碳、硅元素）碳：形成石墨化主要元素碳：形成石墨化主要元素（2.7%3.9%）硅：是强烈促进石墨化的元素。硅：是强烈促进石墨化的元素。（1.1%2.6%）因此因此,调整铸铁含硅量，可改变铸铁的组织和性能。调整铸铁含硅量，可改变铸铁的组织和性能。硫：阻碍石墨化元素。（还会引起热脆性硫：阻碍石墨化元素。

6、（还会引起热脆性,增加白口倾向）增加白口倾向）磷：对石墨化基本没有影响，但会增加铸铁的冷脆性。磷：对石墨化基本没有影响，但会增加铸铁的冷脆性。硫、磷属有害杂质硫、磷属有害杂质,一般限制在一般限制在0.1%0.15%以下。以下。锰：有益元素。锰：有益元素。（0.6%1.2%）（2）冷却速度：）冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化出现。（冷却过快形成白口组织）缓慢冷却有利于石墨化出现。（冷却过快形成白口组织）白口组织白口组织铸铁组织中碳以铸铁组织中碳以 Fe3C 形式存在，断口白色。形式存在，断口白色。3.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理 目的：目的：改变铸铁组织中的石墨形态，让其变细小均改变铸铁组织中

7、的石墨形态，让其变细小均匀，是匀，是 提高灰铸铁抗拉强度的有效方法。提高灰铸铁抗拉强度的有效方法。方法：方法：获得含碳获得含碳(2.7%3.3%)、硅、硅(1%2%)均低的铁水均低的铁水加入孕育剂加入孕育剂,浇注浇注孕育剂：孕育剂：含硅量含硅量75%的硅铁，加入量：铁水重量的的硅铁，加入量：铁水重量的0.25%0.6%孕育铸铁性能孕育铸铁性能：强度、硬度较普通灰铸铁高强度、硬度较普通灰铸铁高,如如b=250400MPa HB达达170270。必须注意，孕育铸铁的石墨仍为片状；。必须注意，孕育铸铁的石墨仍为片状；冷却速度对其组织和性能的影响较小；冷却速度对其组织和性能的影响较小；厚大截面铸件上的

8、性能（心部与外部性能）较为均匀；厚大截面铸件上的性能（心部与外部性能）较为均匀；其塑性和韧性仍然很低其塑性和韧性仍然很低,故其故其本质仍属灰铸铁。本质仍属灰铸铁。4.灰铸铁的牌号及应用灰铸铁的牌号及应用灰铸铁的牌号：灰铸铁的牌号：HT+三位数字三位数字（参阅（参阅GB561285铸铁牌号表示方法铸铁牌号表示方法HT：表示灰铁表示灰铁 数字：数字：为其最低抗拉强度值，为其最低抗拉强度值，MPa。应用应用：参见书：参见书 P53 表表 2-3 （二）可锻铸铁（二）可锻铸铁（玛铁、玛钢）（玛铁、玛钢）由白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁由白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁 1.组织：组织：团絮状石墨

9、团絮状石墨+金属基体金属基体 2.机械性能：机械性能：石墨割裂作用减小石墨割裂作用减小,抗拉强度显著提高。抗拉强度显著提高。b=300400MPa,最高可达最高可达700MPa。(12%,aK30J/cm2,）但不能用于锻造但不能用于锻造。3.分类：分类：黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 （右图）（右图）珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 白心可锻铸铁白心可锻铸铁（右图）（右图）4.牌号牌号：KTH数字数字1数字数字2 KT：表示可锻铸铁，：表示可锻铸铁，H：表示黑心：表示黑心 Z：表示珠光体：表示珠光体 数字数字1：表示最低抗拉强度：表示最低抗拉强度 数字数字2：表示最低伸长率：表示最低伸长率5.生产方式

10、：生产方式：先铸出白口坯件先铸出白口坯件清理坯件清理坯件石墨化退火石墨化退火特点：特点：低碳低碳(2.4%2.8%)和低硅和低硅(0.4%1.4%)含量铁水；含量铁水；铸出白口坯件；铸出白口坯件；石墨化退火（缓慢加热到石墨化退火（缓慢加热到920980,保温保温1020h）有时）有时几次；石墨化退火的总周期一般为几次；石墨化退火的总周期一般为4070h。特点：特点：生产过程复杂生产过程复杂,退火周期长退火周期长,能耗大能耗大,铸件成本较高。铸件成本较高。（三）球墨铸铁（球铁）（三）球墨铸铁（球铁）1.球墨铸铁的组织与性能球墨铸铁的组织与性能组织：组织：球状石墨球状石墨+金属基体金属基体性能性能

11、：（球状石墨割裂作用减轻（球状石墨割裂作用减轻,性能发生本质变化）性能发生本质变化）抗拉强度一般为抗拉强度一般为400600MPa,最高可达最高可达900MPa;伸长率一般为伸长率一般为2%10%,最高可达最高可达18%；可通过退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火可通过退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火等热处理方法（其它铸铁无效果）；等热处理方法（其它铸铁无效果）；有接近灰铸铁的优良工艺性能（铸造、切削性有接近灰铸铁的优良工艺性能（铸造、切削性能）；能）；“以铁代钢以铁代钢”的主要材料选择。的主要材料选择。球墨铸铁的组织球墨铸铁的组织 牌号及应用：牌号及应用：QT+数字数字1数字数字2 QT

12、：表示表示“球铁球铁”，球墨铸铁，球墨铸铁 数字数字1：表示其最低抗拉强度表示其最低抗拉强度 数字数字2：表示其最低伸长率表示其最低伸长率（表（表2-5为球铁主要牌号、力学性能和用途举例）为球铁主要牌号、力学性能和用途举例）生产特点生产特点 要求低硫、低磷的铁水，向出炉的铁要求低硫、低磷的铁水，向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。墨铸铁。铁水要求铁水要求：球化剂：有镁球化剂和稀土镁球化剂两种球化剂：有镁球化剂和稀土镁球化剂两种 孕育剂：含孕育剂：含75%硅的硅铁硅的硅铁 孕育处理：孕育处理：铸型工艺：铸型工艺：热处理：热处理：（四）蠕墨铸铁

13、四）蠕墨铸铁 1.组织组织：蠕虫状石墨蠕虫状石墨+金属基体金属基体 2.蠕墨铸铁的性能蠕墨铸铁的性能力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间；力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间；抗拉强度抗拉强度 b=360440MPa,优于灰铸铁优于灰铸铁,塑性和塑性和韧性韧性=1.5%4.5%）强度和韧性不如球铁；强度和韧性不如球铁；铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小,故故铸造工艺较简便；铸造工艺较简便；耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁；耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁；导热性优于球铁导热性优于球铁,抗氧化性较其它铸铁均高；抗氧化性较其它铸

14、铁均高；断面敏感性较灰铸铁小断面敏感性较灰铸铁小,厚大截面上的性能较为均匀。厚大截面上的性能较为均匀。蠕墨蠕墨铸铁的组织铸铁的组织 2蠕墨铸铁牌号蠕墨铸铁牌号 RuT+数字数字 RuT：表示蠕墨铸铁表示蠕墨铸铁 数字：数字：表示其最低抗拉强度表示其最低抗拉强度 3蠕墨铸铁的制取蠕墨铸铁的制取 原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似。原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似。炉前处理：向铁水中加蠕化剂炉前处理：向铁水中加蠕化剂,再加入孕育剂。再加入孕育剂。（蠕化剂：稀土镁钛、稀土镁钙合金或镁钛合金，（蠕化剂：稀土镁钛、稀土镁钙合金或镁钛合金，加入量为铁水重量的加入量为铁水重量的1%2%）孕育剂：含孕育剂：含75%

15、硅的硅铁硅的硅铁 4.蠕墨铸铁的应用蠕墨铸铁的应用 工作温度较高或具有较高温度梯度的零件工作温度较高或具有较高温度梯度的零件,如大型柴油机气缸盖、制动如大型柴油机气缸盖、制动盘、钢锭模、金属型等。盘、钢锭模、金属型等。由于其断面敏感性小、铸造性能好由于其断面敏感性小、铸造性能好,故可用于故可用于制造形状复杂的大铸件制造形状复杂的大铸件,如如重型机床和大型柴油机机体等。重型机床和大型柴油机机体等。蠕墨铸铁蠕墨铸铁代替孕育铸铁代替孕育铸铁既可提高强度既可提高强度,又可节省许多废钢。又可节省许多废钢。墨铸铁综合性能优良墨铸铁综合性能优良,是有广阔发展前途的新材料。是有广阔发展前途的新材料。排排气气管

16、管 进进气气管管 二、铸钢件生产二、铸钢件生产 1.铸钢的类别：铸钢的类别：可分为可分为铸造碳钢铸造碳钢和和铸造合金钢铸造合金钢2.组织组织：同钢的组织同钢的组织3.牌号牌号：ZG+数字数字1+数字数字2 ZG：表示铸造用钢（铸钢）表示铸造用钢（铸钢）数字数字1：表示其最低屈服强度表示其最低屈服强度 数字数字2：表示其最低抗拉强度表示其最低抗拉强度采用钢作为铸造材料主要原因是采用钢作为铸造材料主要原因是钢有良好的塑性钢有良好的塑性性能，性能，可用于一些抗冲击要求较高的场合可用于一些抗冲击要求较高的场合；提供钢件毛坯。提供钢件毛坯。4.铸钢件的铸钢件的生产特点生产特点 熔炼：采用炼钢炉熔炼：采用

17、炼钢炉,如电弧炉、感应电炉等；如电弧炉、感应电炉等；铸钢的浇注温度高、铸钢的浇注温度高、流动性差流动性差,钢水易氧化和吸气；钢水易氧化和吸气；体积体积收缩率约为灰铸铁的收缩率约为灰铸铁的23倍；倍；铸造性能差铸造性能差,容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷；热裂、粘砂等缺陷；铸钢用型砂应有铸钢用型砂应有高的耐火度和抗粘砂性高的耐火度和抗粘砂性,以及高的强以及高的强度、透气性和退让性；度、透气性和退让性；铸件都要铸件都要安置冒口安置冒口,有时还需有时还需冷铁冷铁,以实现以实现定向凝固；定向凝固；5.铸钢件的热处理：铸钢件的热处理：铸钢件的铸钢件的晶

18、粒粗大、晶粒粗大、组织不均组织不均,常存有残余内应力；常存有残余内应力；铸后铸后必须进行正火或退火必须进行正火或退火。三、三、铜、铝合金铸件生产铜、铝合金铸件生产1.铸造铜的分类：铸造铜的分类：纯铜：纯铜：俗称紫铜俗称紫铜,导电、导热、耐蚀及塑性均优导电、导热、耐蚀及塑性均优,但强度、硬度但强度、硬度低低,且价贵且价贵黄铜：黄铜：是以锌为主加元素的铜合金。铸造黄铜的力学性能多比是以锌为主加元素的铜合金。铸造黄铜的力学性能多比青铜高青铜高,而价格却较青铜低。铸造黄铜常用于一般用途的而价格却较青铜低。铸造黄铜常用于一般用途的轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐

19、蚀件。青铜：青铜：铜与锌以外的元素所组成的合金统称。铜与锌以外的元素所组成的合金统称。锡青铜：锡青铜：铜和锡的合金是最普通的青铜。锡青铜的线收缩率低铜和锡的合金是最普通的青铜。锡青铜的线收缩率低,不易产生缩孔不易产生缩孔,其耐磨性和耐蚀性优于黄铜其耐磨性和耐蚀性优于黄铜,但易产生显微但易产生显微缩松缩松,故适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。故适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。铝青铜：铝青铜：铜和铝的合金。有着优良的力学性能和耐磨、耐蚀性铜和铝的合金。有着优良的力学性能和耐磨、耐蚀性,但铸造性较差但铸造性较差,故仅用于重要的耐磨、耐蚀件。故仅用于重要的耐磨、耐蚀件。表表2-7为几种铸造铜合金

20、的牌号、名称、成分、性能和用途为几种铸造铜合金的牌号、名称、成分、性能和用途。2.铸造铝合金分类：铸造铝合金分类：分为分为铝硅合金铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金铝铜合金、铝镁合金及及铝锌铝锌合金合金四类。四类。铝硅合金又称铝硅合金又称硅铝明硅铝明,其流动性好、线收缩率低、其流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好热裂倾向小、气密性好,又有足够的强度又有足够的强度,所以应用所以应用最广最广,约占铸造铝合金总产量的约占铸造铝合金总产量的50%以上。铝硅合金以上。铝硅合金适用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件适用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件,如内燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。如内

21、燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。铝铜合金的铸造性能较差铝铜合金的铸造性能较差,如热裂倾向大如热裂倾向大,气密性和气密性和耐蚀性较差耐蚀性较差,但耐热性较好但耐热性较好,主要用于制造活塞、气主要用于制造活塞、气缸头等。缸头等。表表2-8为几种铸造铝合金的牌号、成分、性能和用途。为几种铸造铝合金的牌号、成分、性能和用途。3.铜、铝合金铸件的生产特点铜、铝合金铸件的生产特点 A.铜合金的熔化铜合金的熔化采用以焦炭为燃料的坩埚炉来熔化采用以焦炭为燃料的坩埚炉来熔化 铜合金在液态下极易氧化铜合金在液态下极易氧化,形成的氧化物形成的氧化物()熔化青铜时应加熔剂以覆盖铜液。为去除熔化青铜时应加熔剂以覆盖铜液

22、。为去除已形成的已形成的Cu2O,出炉前向铜液中加入出炉前向铜液中加入0.3%0.6%磷铜来脱氧。磷铜来脱氧。熔化黄铜时不需另加熔剂和脱氧剂。熔化黄铜时不需另加熔剂和脱氧剂。可倾式电阻坩埚炉 1倾斜机构 2炉盖 3坩埚 4加热元件（硅炭棒）5炉壳 6炉衬 7支架 8控制柜感应炉结构示意图 小型中频感应炉成套设备小型中频感应炉成套设备 B铝合金的熔化铝合金的熔化 采用以焦炭为燃料的坩埚炉来熔化采用以焦炭为燃料的坩埚炉来熔化;液态下也极易氧化液态下也极易氧化,形成的氧化产物形成的氧化产物Al2O3Al2O3的熔点的熔点2050,易呈非金属夹渣易呈非金属夹渣;铝液还极易吸收氢气铝液还极易吸收氢气,使

23、铸件产生针孔缺陷使铸件产生针孔缺陷;为了减缓铝液的氧化和吸气为了减缓铝液的氧化和吸气,可向坩埚内加入可向坩埚内加入KCl、NaCl等作为熔剂等作为熔剂;铝液出炉之前应进行驱氢精炼铝液出炉之前应进行驱氢精炼;（压入氯化锌（压入氯化锌(ZnCl2)、六氯乙烷、六氯乙烷(C2Cl6).3.铸造工艺铸造工艺细砂造型（为使铜、铝铸件表面光洁）细砂造型（为使铜、铝铸件表面光洁）安置冒口、定向凝固。安置冒口、定向凝固。（铜、铝合金的凝固收缩率较灰铸铁高（铜、铝合金的凝固收缩率较灰铸铁高,以便以便补缩。补缩。）结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日