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1、第二章 常用合金铸件的生产 本章介绍各种铸铁的组织、性能、生产特点及其应用，同时，简介铸钢和铸造铜、铝合金及其生产特点。第一节 铸铁件生产 白口铸铁：碳大部以渗碳体形式存在灰口铸铁：碳大部以片状石墨形式存在可锻铸铁：碳大部以团絮状石墨形式存在球墨铸铁：碳大部以球状石墨形式存在蠕墨铸铁：碳大部以蠕虫状石墨形式存在,一、灰铸铁 金属基体+片状石墨1灰铸铁的性能抗拉强度低，塑性、韧性差，通常b仅120250 MPa， 、ak近于零。灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。,图 2-12 灰铸铁的显微组织,铸造性能好，价格低、生产简单，强度低，减磨，耐磨，减振，石墨膨胀，作承受压力的机床底座，床
2、身和不重要的构件、零件如：端盖、凸轮等导轨、缸体,铸造性能好切削加工性能优良优良的减振性 由于石墨对机械振动起缓冲作用，从而阻止振动能量的传播。机器底座的好材料。耐磨性好 石墨本身是一种良好的润滑剂，而石墨剥落后又可使金属基体形成储存润滑油的凹坑，故灰铸铁的耐磨性优于钢，适于制造机器导轨、衬套、活塞环等。缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺口，因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了零件工作的可靠性。,2影响铸铁组织和性能的因素珠光体基：强度、硬度相对较高，重要件珠光体铁素体基：其铸造性、减振性均佳，且 便于熔炼铁素体基：强度、硬度差，很少应用。,石墨化：碳以石墨方式析出
3、影响石墨化因素:(1)化学成分 碳：含碳愈高，析出的石墨数量愈多、愈粗大，而基体中铁素体增加、珠光体减少；反之，含碳降低，石墨减少，且细化。 硅：强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。铸铁若含硅量过少，即使含碳量甚高石墨也难以形成。,硫：引起铸铁的热脆性，阻碍石墨的析出，增加白口倾向。 磷：增加铸铁的冷脆性，但对石墨化基本没有影响。 锰：可部分抵消硫的有害作用，并可增加铸铁的强度，属有益元素。但含锰过多将阻碍石墨的析出，增加铸铁的白口倾向。,(2)冷却速度 冷却速度越慢，石墨析出越多、越粗大；反之，石墨的析出受到抑制。影响冷却速度的因素：铸型材料、铸件的壁厚。,铸型材料：导热能
4、力越强，铸件的冷却速度快，致使石墨化受到严重阻碍，铸件容易产生白口组织。 在铸型材料相同的条件下，不同壁厚的铸件因冷却速度的差异，铸铁的组织也随之而变(参见图214)，因此，必须按照铸件的壁厚选定铸铁的化学成分和牌号。,图214 冷却速度对铸铁组织的影响,3灰铸铁的孕育处理 原铁水：含碳(2733)、硅(12)均低。 孕育剂：含硅量75的硅铁，加入量为铁水重量的02506。 孕育处理的铸铁石墨细小、均匀，并获得珠光体基体。孕育铸铁的强度、硬度较普通灰铸铁均高，其塑性和韧性仍然很低，故其本质仍属灰铸铁。 孕育铸铁对冷却速度的敏感性降低，因此，厚大截面铸件上的性能较为均匀。孕育铸铁适用于静载荷下要
5、求较高强度、高耐磨性或高气密性铸件，特别是厚大件。,4灰铸铁的牌号及其生产特点(1) HT+数字灰铸铁共分为HTl00、HTl50、HT200、HT250、HT300、HT350六个牌号。选择铸铁牌号时必须考虑铸件的壁厚。,二、可锻铸铁 可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁。抗拉强度得到显著提高，且有着相当高的塑性与韧性(但不可锻)。,种类：黑心可锻铸铁（铁素体基体，KTH，强度、硬度较珠光体可锻铸铁低。 ）珠光体可锻铸铁白心可锻铸铁,图2-15 黑心可锻铸铁,应用：可锻铸铁通常用于制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件。这些小件若用一般铸钢制造困难较大；若用球墨铸铁
6、，质量上又难保证。 工艺：缓慢加热到920980的高温，保温1020h。石墨化退火的总周期一般为4070h。可锻铸铁的生产过程复杂，退火周期长，能源耗费大，铸件的成本较高。,各种管件,螺丝扳手、减速器壳、转向节壳、制动器、曲轴、凸轮轴、连杆、万向接头,三、球墨铸铁 向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。 1球墨铸铁的组织和性能 强度和韧性高; 可热处理(退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火等)使基体形成不同组织，如铁素体、珠光体及其它淬火、回火组织; 球墨铸铁还兼有接近灰铸铁的优良铸造性能。,图2-16 球墨铸铁,球墨铸铁目前已成功地取代部分可锻铸铁件、铸钢件，也取代部分负荷较
7、重但受冲击不大的锻钢件，因此是很有发展前途的铸造合金。,河南巩县铁生沟西汉铁镢,西汉铁镢金相照片,柴油机汽油机曲轴磨床铣床车床的主轴,阀门,汽车拖拉机传动齿轮,球墨铸铁的牌号：QT+两组数字,表2-5 球墨铸铁的主要牌号、力学性能和用途举例,2球墨铸铁的生产特点 (1)铁水 制造球墨铸铁所用的铁水含碳要高(36一40)，但硫、磷含量要低。出炉的铁水温度必须高达1400以上。 (2)球化处理和孕育处理 球化剂：作用是使石墨呈球状析出，我国广泛采用的球化剂是稀土镁合金。稀土镁合金中的镁和稀土都是球化元素，其含量均小于10，其余为硅和铁。以稀土镁合金作球化剂，减少了镁的用量，还能改善球墨铸铁的质量。
8、,孕育剂：作用是促进石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。常用的孕育剂为含硅量75的硅铁，加入量为铁水重量的0410。,冲入法：图 2-17 冲入法球化处理(3) 工艺 球墨铸铁较灰铸铁容易产生缩孔、缩松、皮下气孔和夹渣等缺陷，因此在热节上安置冒口、冷铁，同时，应增加铸型刚度，防止因铸件外形扩大所造成的缩孔和缩松。,(4)热处理 常用的热处理是退火和正火。退火可获得铁素体基体，正火可获得珠光体基体。,四、蠕墨铸铁,石墨呈短片状，片端钝而圆，类似蠕虫(图218)，是介于片状和球状石墨之间的一种过渡组织。,图2-18 蠕墨铸铁,1蠕墨铸铁的性能 蠕墨铸铁的力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间
9、，强度和韧性都不如球铁。 蠕墨铸铁的突出优点是导热性优于球铁，同时，其断面敏感性较灰铸铁小，故厚大截面上的性能较为均匀。此外，蠕墨铸铁的耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁。 蠕墨铸铁的牌号：RuT+三位数字,2蠕墨铸铁的制取 原铁水和炉前处理与球墨铸铁类似(高碳)。炉前处理时，先向铁水中加蠕化剂，再加入孕育剂。蠕化剂一般采用稀土镁钛、稀土镁钙合金或镁钛合金，加入量为铁水重量的1一2。 蠕墨铸铁的铸造性能接近灰铸铁，缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小，故铸造工艺较简便。3蠕墨铸铁的应用 适于制造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、制动盘、钢锭模、金属型等。 制造形状复杂的大铸件，如重
10、型机床和大型柴油机机体等。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（缩孔倾向小）。,第二节，铸钢件生产 机械性能好，有优良的塑性和韧性，焊接性能好。,一、铸钢的类别和性能 分铸造碳钢和铸造合金钢两大类，其中铸造碳钢应用较广，约占铸刚件总产量的80以上。表26所示为常用铸造碳钢的牌号、成分和力学性能。,表 2-6 一般工程用铸造碳钢件（GB 11352- 89）,注：1.牌号表示意义：“ZG”系铸钢二字汉语拼音的第一个字母，后 面的数字，第一组代表屈服强度值，第二组代表抗拉强度值。,2.表列性能适用于厚度为100mm以下的铸件。,3.断面收缩率和冲击韧性根据合选择：如需方无要求，由制
11、造 厂选择其一 。,铸造合金钢具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能，一般加入超过10的合金元素。例如，ZGMnl3为铸造耐磨钢，常用来制造坦克和推土机的履带板、火车道岔、破碎机颚板等。又如，ZGlCrl8Ni9为铸造镍铬不锈钢，这种钢耐蚀性甚佳，常用来制造耐酸泵等石油、化工用机器设备。二、铸钢件的生产特点 1钢的熔炼 铸钢的熔炼必须采用炼钢炉，如电弧炉、感应电炉等。 2铸造工艺 钢的浇注温度高、流动性差，钢水易氧化和吸气，同时，其体积收缩率约为灰铸铁的23倍，因此，铸造性能差，容易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷。为防止上述缺陷的产生，必须在工艺上采取相应的措施。,铸钢用型砂应有高的耐
12、火度和抗粘砂性，以及高的强度、透气性和退让性，通常要采用颗粒大而均匀的硅砂，型腔表面要涂以硅粉或锆石粉涂料，大件多采用干砂型或水玻璃砂快干型。此外，型砂中还常加入糖浆、木屑等，以提高强度和退让性。 铸钢件的浇注系统和冒口的安置对铸件质量有很大影响，必须使之既能防止缩孔、缩松，又能防止裂纹。一般说来，铸钢件都要安置冒口，有时还需冷铁，使之实现定向凝固。 3铸钢件的热处理 铸钢件的晶粒粗大、组织不均，且常存有残余内应力，致使铸件的强度、特别是塑性和韧性不够高。为此，铸后必须进行正火或退火。,图 2-19 铸钢齿圈的铸造工艺,第三节 铜、铝合金铸件生产 铜、铝合金具有优良的物理性能和化学性能，因此也
13、常用来制造铸件。 一、铸造铜合金 纯铜俗称紫铜，其导电性、导热性、耐蚀性及塑性均优，但强度、硬度低，且价贵，因此极少用它来制造机件。机械上广泛应用的是铜合金。 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。随着含锌量增加，合金的强度和塑性显著提高，但超过47之后其力学性能将显著下降，故黄铜的含锌量小于47。铸造黄铜除含锌外，还常含有硅、锰、铝、铅等合金元素。铸造黄铜的力学性能多比青铜高，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。,表27为几种铸造铜合金的牌号、名称、成分、性能和用途。,表2-7 几种铸造铜合金的牌号、名称、成分、性能和用涂,1.本表摘自 GB 1176
14、87 2.力学性能指砂型铸造件。,铜与锌以外的元素所组成的合金统称青铜。其中，铜和锡的合金是最普通的青铜，称锡青铜。锡青铜的线收缩率低，不易产生缩孔，其耐磨性和耐蚀性优于黄铜，但易产生显微缩松，故适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。除锡青铜外，铝青铜有着优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性较差，故仅用于重要的耐磨、耐蚀件。 二、铸造铝合金 铝合金的密度小，熔点低，导电性、导热性和耐蚀性优良，因此也常用来制造铸件。,铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝锌合金四类。铝硅合金又称硅铝明，其流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广，约占铸造铝合金总产量的50
15、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，如内燃机气缸体、化油器、仪表外壳等。铝铜合金的铸造性能较差，如热裂倾向大，气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、气缸头等。表28所示为几种铸造铝合金的牌号、成分、性能和用途举例。 三、铜、铝合金铸件的生产特点 铜、铝合金的熔化特点是金属料与燃料不直接接触，以减少金属的损耗和保证金属的纯洁。在一般铸造车间，铜、铝合金多采用以焦炭为燃料的坩埚炉来熔化。,表 2-8 几种铸造铝合金的牌号、代号、成分、性能和用途举例,注：1.本表摘自 GB 117386 2.力学性能指铸态下的砂型铸件。 3.代号中“ZL”表示“铸铝”。首位数字表示合金的类别：1铝硅合金； 2铝铜合金；3铝镁合金；4铝锌合金。后两位数字为合金顺序序号。,
