1、一、铸铁件的生产一、铸铁件的生产 铸铁是含碳量超过铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。的铁碳合金。 工业用铸铁实际上是以工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为为主要元素的多元合金。主要元素的多元合金。 铸铁中碳的存在形式：铸铁中碳的存在形式： 渗碳体渗碳体化合状态。化合状态。 石墨石墨游离状态。游离状态。 铸铁分类铸铁分类 按石墨的形态和形状，分类如下：按石墨的形态和形状，分类如下： 1）白口铸铁：白口铸铁：炭极少数溶于铁素体，其余炭极少数溶于铁素体，其余都以碳化三铁的形式存在；断口呈银白色，都以碳化三铁的形式存在；断口呈银白色，又脆，又硬，不易机加工，可用来做可煅铸又脆，又硬，不易机加工，可用
2、来做可煅铸铁毛胚。铁毛胚。 2）灰口铸铁：灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部碳除微量溶于铁素体，大部分以片状石墨形状存在断口呈灰色存在。分以片状石墨形状存在断口呈灰色存在。 3）球墨铸铁：球墨铸铁：碳大部分以球状石墨形式碳大部分以球状石墨形式存在。存在。 4）可锻铸铁：可锻铸铁：碳大部分或全部以团絮状碳大部分或全部以团絮状形式存在。形式存在。 白口铸铁白口铸铁 灰口铸铁灰口铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 控制热流，保证液一固界面上液体金属有足够的温度梯度u (1)严格保证单向散热，以使凝固前沿始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用之下，并且要绝对阻止侧向散热以避免界面前方型壁及其附近
3、的生核和长大。u (2)在一定合金成分下提高G/R比值，以便使成分过冷限制在允许的范围内，要减小液体的非均质生核能力；避免界面前方液体内的生核现象。u (3)提高液体的纯洁性，减少杂质，减小金属液体的生核能力。对已有的有效质点可通过高温过热或加入其他元素来改变其组成和结构，以消除外来质点的生核作用。u (4)要避免液态金属的对流、搅拌和振动，从而阻止界面前方的晶体游离。 定向凝固方法定向凝固方法 功率降低法功率降低法(P .D法法) 高速凝固法高速凝固法(H. R. S法法) 液体金属冷却法液体金属冷却法 (L. M. C法法) 区域熔化液态金属冷却法（ZMLMC法） 1试样；2感应圈；3隔热
4、板；4冷却水；5液态金属；6拉锭；7熔区；8坩埚连续定向凝固（连续定向凝固（OCC法）法） 图4.1.6 四种OCC连铸方法示意图（a）普通下引法（b）虹吸管下引法（c）上引法（d）水平引锭式1合金液；2热铸型；3电加热器；4冷却水；5铸锭；6冷却水喷嘴；7牵引轮；8导向装置 特种定向凝固技术特种定向凝固技术（1 1）超高温度梯度定向凝固）超高温度梯度定向凝固图图4.1.7 凝固速率凝固速率v对对DD8单晶镍基单晶镍基合金固液界面形态的影响合金固液界面形态的影响（a）v=1.42um/s（b）v=2.08um/s（c）v=2.17um/s（d）v=2.94um/s（e）v=12.6um/s（f
5、）v=110.2um/s（2）侧向约束下的定向凝固 图4.1.8 单晶镍基高温合金侧向约束条件下的组织（a）沿凝固方向组织变化（b）胞晶顶端失稳分岔（c）无共晶区纤维组织（3）对流下的定向凝固图4.1.9 加速坩埚旋转技术装置图（4）二维定向凝固(a)(b)图4.1.10 二维定向凝固法制备的高温合金圆盘试样的组织形貌(a)宏观组织形貌（b）微观组织形貌4.2.3快速凝固技术1快速凝固：由金属从液相到固相的相变过程进行得非常快，当液态金属以1051010K/s的速度进行凝固，从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。传统的凝固理论与技术的研究主要围绕铸锭和铸件的凝固过程进行
6、的。其冷却速度通常在10-3102K/s的范围内。大型铸锭的冷却速率为10-310-1K/s，中等铸件的冷却速率约为1K/s。特薄的铸件压铸过程的冷却速率可达103K/s，当液态金属以1051010K/s的冷却速度进行凝固时，称之为快速凝固。 （1）偏析形成倾向小（随着凝固速度的增加，实际溶质分配系数偏离平衡而增加，并趋近于1） （2）形成非平衡相（亚稳定相） （3）细化凝固组织（细化枝晶） （4）析出相结构发生变化 （5）形成非晶态2 快速凝固组织的特征3快速凝固的条件（1）凝固过程的传热 铸件凝固过程伴随着热量的传递，这部分热量包括过热（T浇-T液）、潜热（T液-T固）和显热（T固-T室温
7、），只有热量及时导出才能保证凝固过程的进行。（a）快速冷却一方面，选用热导率大的铸型材料或对铸型强制冷却，提高凝固速度；另一方面，凝固层内部热阻随凝固层厚度的增大而迅速提高，导致凝固速度下降。 在雾化法、单辊法、双辊法、旋转圆盘法及纺线法等非晶、微晶材料制备过程中，试件的尺寸都很小，故凝固层内部的热阻都可以忽略(即温度均匀)、界面散热成为主要控制环节。通过增大散热强度，可以实现快速冷却。（2）实现快速凝固的条件（b）深过冷快冷法只能在薄膜、细线及小尺寸颗粒中实现，对于大尺寸铸件，减小凝固过程中的热量导出是实现快速凝固的唯一途径。通过抑制凝固过程的形核，使合金溶液获得很大的过冷度，从而凝固过程释
8、放的潜热被过冷熔体吸收掉，可减少凝固过程中要导出的热量。深过冷快速凝固成形主要见于液相微粒的雾化法和经过净化处理的大体积液态金属的快速凝固。 快速凝固的工艺方法（1）粉末快速凝固法雾化法 常见的方法有亚音速气体雾化法、超音速气体雾化法、水雾化法、旋转电极法、旋转盘法、快速旋转杯法等。概括起来可分为流体雾化法和离心雾化法两大类。工艺参数包括射流距离、射流压力、喷嘴的几何形状、气体和金属的流速以及金属液的温度等。一般地，射流压力越高、射流距离越小，产生的粉末越细小。 1细粉；2气体；3气源；4合金液；5真空感应加热器；6喷嘴；7雾化室；8收集室；9粉末（2）带材快速凝固常用的方法有单辊法、溢流法和
9、双辊法等。 图4.2.4 单辊法快速凝固原理图（a）自由喷射甩出（FJMS）法 （b）平流铸造（PFC）法 1.激冷辊；2.感应加热器；3.排气阀；4.压力表；5.带材；6.喷嘴；7.合金液；8激冷基底（单辊表面）单辊法图4.2.6 双辊法快速凝固原理图1带材；2合金液；3加热器；4坩埚；5喷嘴；6双辊图4.2.5 溢流法快速凝固原理图溢流法双辊法（3）线材快速凝固 快速凝固法制备非晶合金线材的关键在于：首先是获得细而稳定的熔液流柱，其次是采用一定的冷却介质对该熔液流柱进行激冷，对于连续生产，还要实现线材的连续卷取。目前较成熟的线材凝固技术包括：玻璃包覆熔融纺线法、合金熔液注入快冷法、旋转水纺
10、线法和传送带法。 图4.2.7玻璃包覆纺线法快速凝固原理图玻璃包覆熔融纺线法 图4.2.8 合金溶液注入快速凝固原理图 1，7分流管；2喷嘴；3合金液；4感应加热器；5稳流罩；6分散器；8泵合金熔液注入快冷法 图4.2.9 旋转水纺线法线材快速凝固原理图1旋转鼓；2冷却水；3喷嘴；4喷射液柱；5加热器旋转水纺线法 传送带法 图4.2.10 连续式旋转水纺线法1旋转鼓；2喷嘴；3熔融金属；4金属丝；5磁性辊；6卷取机4.2.5通电流对合金铸态组织的影响 由于金属是导体，由电磁理论可知，在感应圈中通入交变电流（形成一个电磁场的作用），就会在放入线圈的金属（液）中感应出频率相同的感应电流，该电流在交变磁场中受到洛伦兹力作用。作用于熔体的这一作用力将对铸态组织产生如下影响：电磁约束成形、电磁搅拌、电磁净化及电磁制动等。作业：1 铸件典型凝固组织有哪几种？2 快速凝固有哪几种方法？快速凝组织有哪些特点？
