1、第二章 铸 造,绪论 1、铸造：熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇入到铸型中，冷却凝固后获得一定形状铸件的工艺方法，称为铸造。 2、铸造的特点； 1、液态金属比固态金属易于成形。可以生产各种形状，特别是具有复杂内腔的铸件； 2、可以用各种金属，如铸铁、钢、非铁金属、难熔合金铸造铸件。 3、可以生产重量从几克到几百吨，壁厚从不到一毫米到几百毫米的铸件，如气缸体、气缸、曲轴、减速箱体、活塞等。 铸型：砂型或金属型和砂芯或金属芯组成的成形工具。 铸型质量影响铸件尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。 按铸型和浇注方式不同分砂型铸造和特种铸造。 铸件通常作为毛坯，经切削加工后成为零件才能使用，但有时也可作为
2、零件而直接使用。,砂型铸造工艺流程,第一节 铸造技术基础,1-1 液态合金的充型 将液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰，薄而复杂的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。 合金浇注时，必须要有比较好的充型能力。若合金的充型能力不好，则会产生浇不到或冷隔等铸造缺陷，如图所示。,影响充型能力的主要因素如下：,一、合金的流动性 合金的流动性，是合金的 铸造性能之一。 合金的流动性越好，充型 能力越强，越便于浇注轮廓 清晰、形状完整、薄而复杂 的铸件。 合金的流动性取决于合金 的化学成分，它与合金相图 中的结晶温度区间有关。 化学成分决定了结晶温度区间和 熔点。 结晶温度区间小，合金的 流动性好
3、。液固两相区域，粘度、流动阻力大。 纯金属和共晶成分具有最好的流动性。 合金的熔点越高，流动性越差。 灰口铸铁、硅黄铜流动性好，铝合金其次，铸钢流动性最差。,合金的流动性用浇注螺旋形试样的长度来衡量，如图所示：,二、浇注条件,浇注条件浇注温度和浇注速度。 浇注温度：浇注时，液态合金所处的温度为浇注温度。 合金的充型能力随着浇注温度的升高而明显增强。 但浇注温度如果过高，由于液态合金吸气增多、氧化严重，铸件易出现缩孔、缩松、粘砂、气孔、夹杂等缺陷。 选择浇注温度原则：在保证合金能充满铸型的前提下，浇注温度越低越好。 流动压力越大，流动速度越快，充型能力越好。 三、铸型条件（铸型导热能力、铸型流动
4、阻力） 铸型导热能力差，散热慢，则合金保持在液态的时间长，充型能力好。砂型比金属型好 加高直浇口、扩大浇口截面积、安置出气口，则可提高液态合金的充型能力。 此外，零件壁厚小、复杂程度高充型能力降低。,1-2 铸件的凝固,一、铸件的凝固 铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称结晶。 铸件凝固过程中，一般存在着固相区、凝固区和液相区三个区域，其中凝固区是液相与固相共存的区域，凝固区的大小对铸件质量影响较大，按照凝固区宽窄，分为逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种凝固方式，如图2-2所示。,1逐层凝固 纯金属和共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域的宽度为零，截面上固
5、液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心，如图2-2(a)所示。 2中间凝固 金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，如图2-2(b)所示。 3体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固时，其液固共存凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件截面，如图2-2(c)所示。 影响铸件凝固方式主要因素是合金的结晶温度范围（取决于合金化学成分）和铸件的温度梯度。 合金结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。 当合金成分一定时，凝固方式取决于铸件截面上的温度梯度，温度梯度越大，对
6、应凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。,1-3 铸件的收缩 收缩是体积和尺寸减小的现象，是合金的铸造性能之一,一、合金收缩的三个阶段 液态收缩 从浇注温度冷却到液相线温度产生的收缩； 凝固收缩 从液相线温度冷却到固相线温度产生的收缩； 固态收缩 从固相线温度冷却到室温的收缩。 合金的液态收缩和凝固收缩表现为型腔内液面的降低，通常用体收缩率来表示，它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩表现为铸件尺寸的缩小，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 浇注温度越高，液态收缩越大。 合金结晶温度区间越大，凝固收缩越大。 不同合金的收缩率不同。碳素钢随含碳
7、量增加，凝固收缩率增加，固态收缩率略减。灰口铸铁中，碳硅含量越高，石墨数量越多，凝固时因石墨析出造成体积膨胀弥补凝固收缩，收缩率减少。铸钢的收缩率大于铸铁。 浇注温度越高，液态收缩增大，总收缩率增加。,铸型中的收缩不是自由收缩，而是受阻收缩。阻力来源： （1）收缩阻力：壁厚不均，冷却速度不同而产生的。 （2）机械阻力：铸型和型芯对收缩产生的阻力。 （3）浇注系统不合理造成铸件收缩阻力。,二、铸件中的缩孔与缩松 由液态收缩和凝固收缩造成,1缩孔与缩松的形成 （1）缩孔 缩孔是在铸件最后凝固部位容积 大而集中的孔洞，呈倒圆锥形， 内表面粗糙。 （2）缩松 细小而分散的缩孔称为缩松。缩松 常分布在铸
8、件厚大部位、冒口根部 和内浇口附近。缩松的分布面积比 缩孔大得多。,缩孔形成在铸件最后凝固的部位。 纯金属，共晶合金和结晶温度范围小的合金，缩孔倾向大，而形成缩松倾向小；结晶温度范围大的合金缩孔倾向小，但缩松倾向大。 缩松分宏观缩松和微观缩松。宏观缩松分布于铸件中心轴和缩孔下方。微观缩孔难以完全避免，一般铸件多不作为缺陷。但是，气密性、机械性能、物理化学性能高的铸件必须设法减少。,2缩孔与缩松的防止,顺序凝固：通过采用冒口和冷铁，使铸件远离冒口的部位最先凝固，然后是靠近冒口的部分凝固，最后冒口本身凝固，将收缩的体积转移到冒口中去。 冒口的作用：补缩。冒口为铸件的多余部份，在铸件清理时予以切除。
9、 冷铁作用：加快铸件局部的冷却速度，以控制铸件的凝固顺序。但冷铁本身不起补缩作用。冷铁通常用钢或铸铁制造。,顺序凝固的优点： 可有效地防止缩孔和缩松。 缺点： 1、耗费许多合金。 2、增加造型工时，加大了铸件成本。 3、顺序凝固扩大了铸件各部分的温度差，热应力大，促进了铸件产生应力、变形和裂纹倾向。,三、铸造应力、变形和裂纹,1、铸造应力 铸件凝固后，固态收缩，受到阻碍，内部产生应力。 应力大于屈服强度变形； 应力大于抗拉强度裂纹。 类型：热应力、收缩应力（机械应力）。 （1）热应力：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，致使在同一时期内铸件各部分收缩不一致所引起。 热应力的形成过程
10、：金属在不同温度的两种力学状态 塑性状态：应力使金属产生塑性变形而应力消失 弹性状态：应力使金属产生弹性变形而保持应力 临界温度T临：金属塑性、弹性状态的转变温度 钢和铸铁 620650 ,1）t0t1，杆II杆I，塑性变形，应力消失； 2）t1t2，杆II受拉，杆I受压，杆I塑性变形，应力消失； 3）t2t3，杆I收缩大，杆II收缩小；杆II受压，杆I受拉。,结论：热应力使铸件厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。 固态收缩率越高，壁厚差别越大，热应力越大。 防止热应力的方法： 减小各部分的温度差，均匀冷却。 铸造工艺：采用同时凝固。 同时凝固：通过采用厚壁处加冷铁、浇注位置在薄壁处等方法，使铸件
11、各部分均匀冷却。 同时凝固的优点：防止铸件产生热应力。 缺点：增大了铸件产生缩孔的倾向性。 顺序凝固和同时凝固应根据合金种类、铸件结构合理选择。 收缩大的合金，壁厚大、气密性高的铸件，应采用顺序凝固。 气密性高的铸件，应选用结晶温度区间小的合金，防止缩松。 收缩小、壁厚均匀的薄壁铸件，应采用同时凝固。 结构复杂的铸件，可以组合使用。,（2）机械（收缩）应力 它是铸件固态收缩时受到铸型和型芯的阻碍所产生的应力。 在砂型铸造中，通过提高砂型和砂芯的退让性，可以减小机械应力。 机械（收缩）应力是暂时的，铸件经落砂后可自行消除。但它可与热应力共同起作用，增大某些部位的应力，促进铸件的裂纹倾向。,2铸件
12、的变形和防止 残余应力的铸件不稳定，通过变形减少应力，使状态趋于平稳； 薄处受压应力，厚处受拉应力。 铸件变形的一般规律：厚的部位呈内凹，薄的部分呈外凸。 防止铸件变形的方法： 1）铸件壁厚设计尽量均匀； 2）同时凝固：根据合金和铸件结构合理选择顺序和同时凝固； 3）反变形法：铸件形状对称；木模制成与铸件变形相反； 4）不允许发生变形的铸件，要去应力退火。,3铸件的裂纹与防止 当铸件的内部应力超过金属抗拉强度时，铸件便产生裂纹。,热裂纹是在固相线附近形成的裂纹。 其形状特征是，裂纹短、缝隙宽形状曲折，缝内表面呈氧化颜色。主要在厚薄不均的连接处或拐角处。 成因：收缩率高，结构不合理，型（芯）砂退
13、让性差，高温强度低 防止热裂纹的方法：正确设计零件结构；应合理地选用型砂和芯砂的粘结剂，以改善其退让性。严格限制钢和铸铁中硫的含量。 冷裂纹是低温下形成的裂纹。 裂纹的形状特征是：裂纹细小、呈连续直线，有时缝内呈轻微氧化色。 冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，应力集中处。 防止措施：降低含磷量；防止应力和变形措施皆可。,1-4 铸件中的气孔 气孔：气体在铸件形成的孔洞。 破坏铸件完整性，引起应力集中，降低铸件强度和气密性。 根据气体的来源，可分为析出气孔、侵入气孔和反应气孔。 一、析出气孔 液态合金在冷却、凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及排除，而在铸件中形成的气孔，称为析出气孔
14、。 析出气孔的特征多为分散小圆孔，表面光亮，直径为0.52.0mm，或者更大，分布较广，有时遍及整个铸件截面，均匀分布。 防止方法：降低浇注温度。,二、侵入气孔 是由于铸型表面层聚集的气体侵入液态合金而形成的气孔。 铸型材料的水分、粘结剂、附加物。气化或燃烧形成的气体。 侵入气孔的特征是多位于铸件局部表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形。 防止方法：降低型砂、芯砂的发气量和提高铸型的排气能力。 三、反应气孔 液态合金与铸型、冷铁、芯撑或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔，称为反应气孔。 反应气孔多分布在铸件表层下1-2毫米处，呈皮下气孔。,第三节 铸造方法 3-1 砂型铸造,一、砂型铸造工
15、艺流程 模样+芯盒，配制型砂、芯砂，作砂型、砂芯，装配铸型，浇注铸件。,二、造型 用模样和型砂制造砂型的过程，称为造型。 造型是砂型铸造的最基本工序，它可分为手工造型和机器造型两大类。 1手工造型 用于单件、小批量生产 手工造型方法，根据铸件的形状特点选择 1）整模造型 2）分模造型 3）活块造型 4）三箱造型 5）挖砂造型,2机器造型,机器造型是指紧砂和起模靠造型机来完成的造型方法。 机器造型使用模板。模板是铸件模样、浇注系统模样和模底板的组合体，模样形成型腔，模底板形成分型面。模板通常是单面的，上模板固定在一台造型机的工作台上，造上型，下模板固定在另一台造型机的工作台上，造下型。 机器造型
16、的优点： 1、铸件尺寸精度高、表面粗糙度低。 2、生产率高。3、劳动条件好。 工艺特点： 1、机器造型只适于两箱造型。 2、用外砂芯解决铸件在垂直于分型面方向上有凸台、耳子、筋条或凹槽妨碍起模的问题。 3、机器造型适用于成批和大量生产，它是现代化铸造生产的基本方式。,第四节 铸造工艺图的制定 铸造工艺图是指导模样、芯盒和铸型制造，生产准备以及铸件验收的基本工艺文件。,一、浇注位置与分型面的选择 1浇注位置的选择 浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。 选择浇注位置的目的是为了保证铸件质量。 浇注位置的选择原则如下： （1）重要加工面或主要工作面应处于铸型的底面或侧面。避免出现气孔、砂眼、夹
17、杂等缺陷 （2）铸件的大平面应处于铸型的底面。大平面朝上通常容易出现夹砂缺陷。,床身导轨是主要工作面，又是重要加工面， 不允许有明显铸造缺陷。 合理位置：铸型的底面。,圆周表面是主要工作面，又是重要加工面。 平浇上侧圆周表面的质量难以保证。 合理位置： 立浇所有的圆周表面处于侧立，质量一致。,型腔上表面在液体金属烘烤下，易拱起或开裂。 液体进入表层裂缝，形成夹砂。 合理位置： 大平面朝下放置。,2分型面的选择 选择分型面的目的是为了简化造型工艺,分型面是上型和下型的接触面。 分型面的选择原则如下： （1）尽量将铸件全部或大部放在同一半铸型内，因为分型面损害了铸件精度。 （2）尽量使分型面呈平面
18、。 （3）尽量减少分型面的数目。 选择浇注位置和分型面的原则，对于某个具体铸件来说，往往难以全面顾及，有时甚至相互矛盾。因此，需要提出几种方案，抓住主要矛盾，进行分析比较。 对质量要求高的铸件应优先满足浇注位置的要求， 对质量要求不高或外形复杂，生产批量又不大的铸件，应优先考虑分型面。,a b A、铸件分别在铸型两侧，如错箱，机加困难。 B、铸件同在铸型一侧，可以保证尺寸精度。,A、分型面阶梯面挖砂造型； B、平面两箱造型。,1、3个分型面四箱造型； 2、2个分型面三箱造型； 3、1个分型面两箱造型。,二、工艺参数的选择,1加工余量 加工余量是指铸件上供机械加工时切除的金属层厚度。 过大浪费材
19、料、工时； 过小不能保证尺寸精度。 可以参照设计手册图表确定。（参表2-12） 2起模斜度 起模斜度是指在零件图上垂直于分型面的加工表面上的附加斜度。 起模斜度是为易于起模而设置的，绝非零件结构所需要。经过机加，起模斜度、机加余量都被切除。 起模斜度的大小取决于造型方法、模样材料、垂直壁的高度等因素，通常为153。 机器造型比手工造型斜度小，金属模比木模斜度小，垂直壁越高斜度越小。 起模斜度结构斜度,起模斜度与结构斜度的对比,（2）芯头 砂芯是由形成铸件轮廓的主体芯和芯头组成的。 芯头是为砂芯在铸型中定位、安放、排气和从铸件中清除砂芯而采取的工艺措施。,芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。 垂
20、直芯头一般有上芯头、下芯头，芯头必须有一定的斜度。以便于合箱。 水平芯头，为了便于合箱，铸型上芯座的端部也应留出一定的斜度。,3铸孔 大孔应铸出，可以节约原材料和工时；避免热节。 小孔不铸出，机械加工更为经济。 最小铸孔 最小铸孔孔径指的是毛坯孔径。 当孔径小于最小铸孔孔径时，这个孔就不铸出来，而机械加工出来。 灰铸铁件的最小铸孔推荐如下：单件、小批生产3050mm，成批生产1530mm，大量生产1215mm。 4收缩率 铸件在凝固和冷却过程中，它的各部分尺寸一般都要缩小，铸件尺寸缩小的百分率就是收缩率，制造模样或芯盒时要按确定的收缩率，将模样或芯盒放大一些，以保证冷却后的铸件尺寸符合要求。
21、收缩率的大小，随合金种类、铸件结构而不同，通常，灰铸铁为0.71.0，铸钢为1.52.0，有色合金为1.01.5。,三、零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例 首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，然后确定： 1、加工余量；2、起模斜度；3、孔、槽处理；4、砂芯部位， 要画出砂芯的位置、形状和芯头。 衬套零件图，HT200，批量生产。,重要工作面,1、平放： 优点：造型简单，下芯方便； 缺点：上下铸造质量不一致，易错箱； 2、立放： 优点：质量一致，造型比较简单。,50,全部,120,120,80,54,M154均布,下,上,收缩率1%,120 ,154均布,200,50,80,25,8,其余,下
22、,上,收缩率1%,4-2 应用题 1绳轮（图4-3），材料为HT200，批量生产。绘制零件的铸造工艺图。,4-2 应用题 1绳轮（图4-3），材料为HT200，批量生产。绘制零件的铸造工艺图。,3轴承座，如图4-5（a）所示，材料为HTl50，批量生产。图（b）为零件图的右视图，请在此图上定性绘制出零件的铸造工艺图。,上,下,特种铸造 （砂型铸造以外 的铸造方法） 熔模铸造 工艺过程 a、制造金属母模 b、制造蜡模 c、制成蜡模组 d、浸泡涂料 e、喷石英砂 f、硬化 g、浸泡热水 h、浇注,金属母模用于制造蜡模的模型。 蜡模母模中射蜡制造蜡模。蜡模材料，通常由50的石蜡和50的硬脂酸配制而成
23、，熔点为5457。 蜡模组 将单个蜡模焊在一个直浇口模棒上，制成蜡模组。 制造铸型按浸挂涂料（水玻璃+石英粉）喷石英砂硬化（氯化铵水溶液）这个顺序重复46次，直到结成510mm厚的硬壳为止。 氯化铵+水玻璃化学反应硅酸凝胶粘住砂粒。 脱模 将附有硬壳的蜡模组浸泡在热水槽中，水温为8590，蜡模组熔化而脱出，得到型壳，即没有分型面的铸型。蜡模组是用熔化法脱出的，所以这种铸造方法得名为熔模铸造。 造型 将型壳置于铁箱中，周围填上干砂。送进焙烧炉中，焙烧温度为850950。通过焙烧，去除了型壳中的水分、残余蜡料和杂质，从而提高了型壳强度、净化了型腔。 浇注 为了提高液态金属的充型能力，常在焙烧后趁热
24、（600700）进行浇注。通常，液态金属在重力作用下充填铸型。 落砂和清理 凝固冷却后，破碎型壳，取出铸件，然后去掉浇口，清理铸件上残留的耐火材料。对于铸钢件，还需进行退火或正火处理，以细化晶粒获得所需的力学性能。,二、熔模铸造的特点和应用范围,1、铸型没有分型面，不需要砂芯，型腔表面极为光洁。 2、熔模铸件的表面质量好于砂型铸件，尺寸精度达IT1114，表面粗糙度达Ra25Ra3.2，加工余量仅为0.20.7mm。 3、为保证尺寸精度，防止蜡模变形，熔模铸件一般不超过25kg。 4、熔模铸造适于铸造各种合金，尤其在铸造高熔点合金和难切削加工合金时，可充分发挥其优越性。 5、熔模铸造时，液态金
25、属充填热的铸型，因此，熔模铸造可以铸造薄壁、形状复杂的铸件，最小壁厚为0.7mm。 6、熔模铸造适于成批、大量生产，也可用于单件生产。但以前者为主。它主要用于制造汽轮机、燃气轮机、涡轮发动机叶片和叶轮，切削刀具成型铣刀和大直径钻头以及汽车、拖拉机上的一些小零件等。,6-2 金属型铸造 一、金属铸型,在重力作用下填充金属铸型。 金属型和金属芯用铸铁或钢制成。金属型可反复多次使用（几百次到几千次），所以金属型铸造又叫永久型铸造。 根据分型面在空间位置的不同，金属型可分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式等几种结构。 垂直分型便于开设浇口和取出铸件，易于机械化生产，应用最广泛。,二、金属型铸
26、造的工艺过程 1 一定要预热 目的：减小液体与金属型的温度差，延长金属型和金属芯的使用寿命。 2 喷刷绝热涂料 喷刷涂料的作用，是减弱液态金属对金属型和金属芯表面的热冲击和调节铸件的冷却速度。 目的：延长金属型和金属芯的使用寿命。 3 合型、浇注 浇注温度比砂型铸造高2035 4 开型 清理 停留时间不宜过长，否则出型和抽芯困难。 二、金属型铸造的特点和应用范围 金属型与砂型相比，尺寸精度高、表面粗糙度低、 金属型铸件的表面质量和机械性能好于砂型铸件。 金属型铸造实现了“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，从而大大提高了生产率。 金属铸造的应用，因金属型制造费用高、使用寿命有限而受到限制。
27、 这种铸造方法主要用于非铁合金。 适用于中、小型铸件的成批、大量生产。 不适于大型、薄壁铸件生产。,6-3 压力铸造 液态金属在压力作用下（5150MPa）充填金属铸型，并在压力作用下凝固形成铸件的方法，称为压力铸造。 一、压力铸造的工艺过程 压铸型动型、定型和金属芯 1、预热与喷涂料 减轻液体热冲击，提高压铸型寿命。 2、闭合压铸型（金属铸型）和注入金属（定量勺浇注） 3、压铸 冲头（活塞）推动液体进入型腔。压力越高，表面质量越好。 4、取出铸件、清理检验,二、压力铸造的特点与应用范围 1. 压铸件的表面质量高于其他各种铸造方法生产的铸件。 可以铸造形状复杂的薄壁件或镶嵌件，可直接铸出小孔、
28、螺纹等。 2.提高了压铸件的强度、硬度，如抗拉强度比砂型铸件高2530。 3.压力铸造的生产率比其它铸造方法都高，最高可达500次小时。 液态金属充型速度极高，约为0.550ms。 4. 型腔内的气体来不及排出，致使铸件内常有气孔，因此，压铸件不进行热处理。 压铸型制造费用很高，使用寿命有限而受到限制。 适于在成批、大量生产中制造低熔点非铁合金的小型铸件。,6-4 离心铸造 液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力的作用下充填铸型和凝固，这种形成铸件的方法称为离心铸造。,一、离心铸造的种类 离心铸造使用的铸型有砂型和金属型，其中以金属型应用最为广泛。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，通常有绕垂
29、直轴旋转的离心铸造和绕水平轴旋转的离心铸造。 铸件内腔不用型芯形成，适于生产管类铸件。,二、离心铸造的特点和应用范围,在离心力的作用下，液态金属的凝固从外向内进行，顺序凝固，因而铸件致密，没有缩孔、缩松、气孔、夹杂等缺陷，力学性能好。 铸件的外表面质量高于内表面。液态金属中的气体、熔渣因比重轻均聚集在内表面。铸件内表面若需机械加工，必须增大加工余量。 定量浇注，决定铸件壁厚。 适合于成批大量生产各类铸造合金。,通 知,本班10月30日的课由于本人出差暂停一次，同学们可到逸夫楼B211, A206, B110（任选其一）听课，10月30日之后的课正常。,第2节 常用合金铸件的生产 2-1 铸铁件
30、的生产,铸铁是碳的含量大于2.11、并含有较多Si、Mn、P、S杂质元素的铁碳合金。 根据碳的存在形式，铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。 白口铸铁中的碳基本以Fe3C形式存在，断口呈银白色，这种铸铁硬而脆，难以进行切削加工，只能用来制造非强烈冲击情况下的抗磨铸件，工业很少使用。 麻口铸铁中的碳基本以Fe3C+G（石墨）形式存在，断口呈银白色中有暗灰点，这种铸铁性能与白口铸铁基本相同。 灰口铸铁中的碳主要以石墨形式存在，这种铸铁的断口呈暗灰色，用来生产结构件。 根据石墨形态，灰口铸铁可分为普通灰口铸铁、球墨铸铁，可锻铸铁和蠕墨铸铁等。,一、灰口铸铁,1灰口铸铁的组织与性能 灰口铸铁的组织：
31、由金属基体和片状石墨组成。 灰口铸铁分类： 1、铁素体灰口铸铁（强度、硬度低）； 2、珠光体-铁素体灰口铸铁 （强度、硬度中低）； 3、珠光体灰口铸铁（强度、硬度高）。 灰口铸铁的特点： 抗拉强度低，塑性差，属脆性材料。 灰口铸铁抗拉强度200MPa，铸造碳钢400MPa（表2-2) 。 抗压强度与钢接近，适合做承压件。 性能低的原因： 1、片状石墨的强度极低，严重割裂了金属基体，减少了基体有效截面积。 2、片状石墨的尖角造成应力集中，极大地降低了铸铁的强度。,灰口铸铁若干优良性能： 1、灰口铸铁具有优良的加工工艺性能，铸造性能好。流动性好，收缩率小。成分一般在共晶点附近，可以铸造复杂、薄壁的
32、铸件。 2、灰口铸铁切削加工性能好，但不能锻造和冲压。石墨割裂基体连续性，切屑容易断，有利于散热；并且石墨对刀具有一定润滑作用。 3、灰口铸铁耐磨性好，摩擦面上的石墨脱落后构成了大量的显微凹坑，能起储存润滑油作用，同时石墨本身也是一种良好的润滑剂。 4、灰口铸铁的减振性好；片状石墨对机械振动起缓冲作用，有效地阻止了振动能量传播所致。 5、良好的缺口敏感性，石墨在基体中形成了大量小缺口，因而减少了对外来缺口的敏感性。,2影响灰口铸铁组织和性能的因素 灰口铸铁的性能取决于组织。要控制灰口铸铁的组织和性能，就必须控制铸铁的石墨化。 石墨化是指石墨的形成过程。 影响石墨化的主要因素：化学成分和冷却速度
33、。 （1）化学成份 C、Si为石墨化元素。碳是形成石墨的元素，硅是强烈促进石墨化的元素，碳硅含量越高，析出石墨越多，越粗大，并且使基体中铁素体增多，珠光体减少。反之，石墨减少，而细化。 C% 控制在2.7 % -3.7%； Si% 控制在1.1 % -2.7% S、Mn是反石墨化元素。硫不仅阻碍石墨化，并使铸铁具有热脆性。锰也是阻碍石墨化的元素，但它可与硫形成MnS，削弱硫的有害作用。此外锰还可提高渗碳体的稳定性，有助于形成珠光体。 磷是对石墨化影响不显著的元素。过多磷可增加灰口铸铁的冷脆性。,（2）冷却速度 影响铸铁冷却速度的取决于铸型材料和铸件壁厚。在同样的铸型条件下，铸件壁厚不同，获得的
34、铸铁组织也不同。 冷却速度快，阻碍石墨化，产生白口组织；反之，石墨可顺利析出，易获得灰口组织。 但在生产中，铸件结构已定，因此不能通过改变铸件壁厚来调整铸铁组织，而是根据铸件的壁厚选择适当的铁水化学成分。,砂型铸造时，铸件壁厚、化学成分对铸铁组织的影响 1、白口铁（P+FeC）；2、麻口铁（P+Fe3C+G）；3、珠光体灰口铁（P+G）；4、珠光体+铁素体灰口铁（P+F+G）；5、铁素体灰口铁（ F+G） 目标：生产强度高的珠光体灰口铸铁 化学成分：不出现白口、麻口铁前提下，尽量降低C、Si含量； 冷却速度：不出现白口、麻口铁前提下，尽量提高冷却速度。,3孕育铸铁 孕育处理：向铁水中加入孕育剂
35、（通常为含硅量75的硅铁颗粒）。目的：得到珠光体灰铁，高强度灰铁 生产孕育铸铁件的条件： 原铁水成分C、Si含量较低。 这种成分铁水若不经孕育处理 直接浇注，铸件就会出现出白口 组织。 孕育处理的作用：细化片状石墨， 且均匀分布在基体上。促进获得 珠光体基体，防止产生白口组织。 孕育铸铁的优点： 1、孕育铸铁强度、硬度高，适用于静载荷要求较高强度、高耐磨性或高气密性铸件。 2、冷却速度对其组织和性能的影响甚小，因此，铸件厚大截面的力学性能较为均匀。 3、适用于重要的厚大铸件。,4灰口铸铁的牌号 灰口铸铁的牌号以力学性能来表示。,HTl00、铁素体灰铁 HT150、铁素体-珠光体灰铁 HT200
36、、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT250、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT300、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT350、珠光体灰铁、孕育铸铁 其中，“HT”代表灰口铸铁，后面的数字表示30mm试棒测出最低抗拉强度值。 如HT200，表示以30mm试棒测出的抗拉强度值b200MPa。,表2-3 不同壁厚灰口铸铁件力学性能参考值及用法举例,二、球墨铸铁,铁水加入球化剂和孕育剂得到的球状石墨的铸铁。简称球铁 1、球墨铸铁的组织、性能 组织： 金属基体上分布着球状石墨。 球墨铸铁种类分为珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。 珠光体球墨铸铁强度、硬度高，耐磨性好； 铁素体球墨铸铁塑性好，韧性好。,2球墨铸铁的生产,1、球化
37、处理：向铁水中加入球化剂（稀土镁合金）。 （其中镁是具有很强球化能力的元素） 球化剂的作用是使石墨呈球状析出。 我国最常用的球化剂是稀土镁合金。 2、孕育处理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。 孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨。常用的孕育剂为硅的质量分数75硅铁。 球化铸铁的优点： 球状石墨显著降低石墨割裂基体和应力集中的作用。 力学性能大大超过灰口铸铁，塑性、韧性大大提高，屈强比高，同时保留了灰口铸铁的优点，如耐磨性，减震性，低缺口敏感性。 可以替代可锻铸铁、铸钢件和部分锻件。,3、球墨铸铁的牌号,QT400-17 “QT”表示“球铁”，第一组数字400为最低抗拉强度
38、400MPa，第二组数字17为最低延长率17%。为铁素体球墨铸铁。 QT1200-01 为珠光体球墨铸铁 球墨铸铁的铸造性能比钢好，但低于灰铁，并可通过热处理进行强化。 多数球墨铸铁件要进行热处理。球墨铸铁常用的热处理有退火和正火。 退火的目的是获得铁素体基体，以提高其塑性和韧性，QT400-17，QT420-10等牌号球铁一般都需退火。 正火的目的是获得珠光体基体，以提高其强度和硬度。QT600-02等牌号球铁一般都需正火。,三、可锻铸铁,白口铸铁高温石墨化退火获得。 （渗碳体分解形成石墨）。 1、组织性能 组织： 金属基体上分布着团絮状石墨。 性能 与灰口铸铁相比，可锻铸铁强度高，塑性好，
39、性能略低于球铁。但它并不能锻造。 球墨铸铁出现前，力学性能最高。 根据退火工艺不同，分黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁 黑心可锻铸铁：铁素体+团絮状石墨； 珠光体可锻铸铁：珠光体+团絮状石墨。,可锻铸铁的生产,1）、首先生产出白口铸铁件，（条件：低C、Si铁水，冷却速度要快） 2）、进行高温石墨化退火处理，使组织中的渗碳体转变为石墨，呈团絮状石墨析出。 可锻铸铁的铸造性能低于球铁，由于石墨化退火周期长，耗费能源，目前已基本被球铁取代。 可锻铸铁的牌号： KTH300-06，牌号中的符号“KTH”表示黑心可锻铸铁； KTZ700-02，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁。字母后面两组数字的含意与球墨铸铁相
40、同。,2-2 铸钢件的生产,一、铸钢的类别和性能 按照化学成分，铸钢分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中，碳素铸钢应用最广，约占铸钢总产量80以上。 铸钢的性能：强度高，塑性好。 因此，铸钢件常在重载荷或冲击载荷工况下服役。 铸钢的牌号：ZG 200-400， 牌号中的“ZG”表示“铸钢”，第一组数字200表示最低的屈服强度为200MPa，第二组数字400表示最低的抗拉强度为400MPa。,二、铸钢的生产工艺特点,1、钢的浇注温度高（1500）、采用电炉熔炼。 2、铸造性能差：收缩大、流动性差、易氧化，铸件易产生粘砂、浇不到、缩孔、缩松、夹砂、气孔、裂纹等缺陷。 3、铸钢件用的型砂透气性、耐火性
41、、强度和退让性都要好。为此，原砂要采用颗粒大而均匀的人造石英砂。 4、为防止粘砂，铸型表面还要涂以石英粉或锆砂粉涂料。 为提高铸型强度，多采用干型或水玻璃砂型。 5、铸钢件都要安置相当数量的冒口，采用顺序凝固，防止产生缩孔，热节处放冷铁，一般出品率为50-60%。 6、热处理是生产铸钢件的必需工序。通过热处理改善铸钢的组织和机械性能。通常用退火和正火；正火力学性能更高，生产率高成本低，故尽量用正火替代退火。,第五节 零件的铸造结构工艺性,零件的铸造结构工艺性，是指所设计的零件在保证使用性能的前提下，获得合格铸件的难易程度。 5-1 零件壁的设计 一、零件的壁厚 最小壁厚 零件非加工表面的最小壁
42、厚，是指液态合金在一定条件下能够充满铸型型腔的最小厚度。 最小壁厚值与铸造方法、合金种类、零件尺寸等因素有关。,若设计壁厚小于铸造最小壁厚，应予以修正。 否则易出现浇不到、冷隔等缺陷。 最小壁厚与铸件轮廓尺寸关系可参考图表。,壁厚均匀 目的是减小和防止铸件形成热应力，或产生裂纹。所设计零件的内壁应该比外壁薄一些。 金属聚集区域热节，易于产生缩孔、缩松。 壁厚是否均匀，可用内切圆直径来确定。相邻壁截面上内切圆直径之比小于1.5，壁厚是均匀的。,a 内壁、外壁厚度相等，铸造时，冷却速度不一致。外壁冷却快，内壁冷却慢。易导致热应力。 b 内壁设计厚度薄一些，冷却速度一致。 灰口铸铁内壁通常比外壁薄1
43、020。,二、零件壁的联接 结构圆角 零件上非加工表面的转角处，都应以结构圆角相联。 零件若没有外圆角，铸造时柱状晶在转角的对角线上形成一个整齐的界面，分布杂质，如图2-63a，用热处理不能消除。 零件有了外圆角，就消除了这个薄弱界面，提高了零件的机械性能。同时，外圆角还可美化零件的外形，避免划伤人体。 零件如果没有内圆角，铸造过程中由于此处散热慢而产生缩孔或裂纹。内圆角过大易导致热节。,避免锐角联接 为减小热节和热应力，应避免零件壁间的锐角联接。 平滑过渡 零件壁厚不同部分的联接，力求平滑过渡，避免截面突变，以减少应力集中，防止铸造过程中产生裂纹。 相差不大可以圆角过渡；相差很大，楔形过渡。
44、,筋可提高零件强度和刚度；防止大平面变形。 通常为壁厚的0.8倍。 为了减少热节，常按T或O型布置。,轮辐设计 轮形零件的轮辐如为直线形、偶数，结构刚度大，轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收缩不一致，热应力过大，而使铸件产生裂纹。为防止上述裂纹，应设计为弯曲形轮辐，或直线形奇数轮辐。它可借轮辐本身的微量变形来减小热应力，设计时，也可以有孔的辐板代替轮辐。,5-2 零件外形与内腔的设计 零件外形和内腔设计力求简化造型、造芯、合箱与清理过程，以保证铸件质量、降低成本和为铸造生产机械化创造条件。 一、零件的外形 凸台 通常高度等于0.5s，角度为3045。,筋的布置应易于起模。,结构斜度 结构斜度与
45、起模斜度是完全不同的两个概念。结构斜度是指设计人员在设计零件时在垂直于分型面的非加工表面上给出的斜度。 结构斜度根据分型面的位置而确定。 内壁结构斜度大于外壁。,平面分型面最佳。 A 阶梯面 B 平面,二、零件的内腔 铸件内腔通常是靠砂芯来形成的。需要造芯，合箱、清理。 因此，内腔设计力求不用或节省砂芯。 A 悬臂芯； B 无砂芯。,零件内腔在一定条件下也可用砂型来形成。 内腔靠自带砂芯来形成。 要使用自带砂芯，内腔必须具备二个条件： 一是开口式的（没有内凹）； 二是开口直径D大于高度H。,砂芯的安放、排气和铸件清理 砂芯在铸型中的安放要牢固，防止砂芯在液态金属浮力作用下发生位移（飘芯或偏芯）。 同时，芯头应提供足够的通气使浇注时所生的气体能够通过芯头迅速排出型外，以免出现气孔。 此外，还必须便于在铸件清理时取出砂芯。 A 悬臂芯，为了保证稳固，需要用芯撑。增加下芯工作量，清理不好会有气孔。仅用于不加工表面和不要求耐压的铸件。 B 连通内腔 C 增加工艺孔（为便于铸造而增设的孔），铸造后应修复，螺钉或柱塞堵住。,5-3 应用题 下列零件采用砂型铸造生产毛坯，材料为HT200。请标注分型面；在不改变标定尺寸的前提下，修改结构上不合理处，并简述理由。 托架（图5-1）,2. 箱盖（图5-2） 3 轴承架（图5-3）,
