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1、机械制造基础,制造学院金工教研室,第3讲 常见铸造合金及铸件结构工艺性,第3讲 铸造合金与铸件结构工艺性,铸造合金 掌握铸铁组织与性能的特点 了解常见铸造合金的组织与性能的特点 结构工艺性 评价铸件结构工艺性的标准： 保证铸件满足相关的力学性能、使用性能的要求 制造成本最低 对结构工艺性产生影响的因素 铸造工艺的特殊要求 合金铸造性能的要求 生产批量（大：自动化，小：手工） 铸件的结构工艺性不是一成不变的,一、常见铸造合金,铸铁 白口铸铁：硬、脆、难以加工，不用 麻口铸铁 灰口铸铁：碳多以石墨形态存在 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 铸钢 铸造铜、铝合金,白口铸铁,1.灰口铸铁,(1)普
2、通灰铸铁,石墨化及其影响因素,化学成分影响石墨化,化学成分影响石墨化,冷却速度影响石墨化,C%Si% vs 壁厚 I白口 IIa麻口 IIP基 IIbPF基 IIIF基 最佳：共晶 C%=3%-3.5% Si1.4%-2.4% S、P有害，Mn有益,冷却速度影响石墨化,冷却速度影响石墨化,快,慢,不同厚度不同组织不同性能,一包铁水 C%=3.2% Si%=1.8% wc+wsi%=5.0% 凝固后不同厚度截面上的组织 5mm：白口或麻口 10mm：P基灰铸铁 20mm：P基灰铸铁 30mm：PF基灰铸铁 40mm：F基灰铸铁 薄了不行，厚了更不行,5,10,20,30,40,普通灰铸铁的组织和
3、性能,组织：片状石墨 机械性能 b 120250MPa、抗拉强度很差 塑性、韧性差 抗压强度与钢接近（应合理应用） 工艺性能 不能锻造、焊接性能极差（白口组织） 铸造性能极好 切削加工性能极好,灰铸铁的组织,珠光体灰铸铁（P基） 石墨细小、分布均匀 强度硬度高、用于重要机件 珠光体铁素体灰铸铁（PF基） 石墨呈粗大片状 强度略低、铸造性能极好、减振性好 铁素体灰铸铁（F基） 石墨过多、过于粗大，应用极少,灰铸铁的其他优良性能,铸造性能好 优良的减振性 耐磨性好 切削加工性好 缺口敏感性小 但是机械性能差，不宜锻造，焊接困难,强化普通灰口铸铁的手段,孕育铸铁实质为P基 牌号（GB5675-85）
4、 HT100（F基） 、HT150（PF基） HT200、HT250 （P基） HT300、HT350 （孕育） 壁厚越大，抗拉强度越小？（讨论其原因） 生产特点 熔炼碳、硅含量低的铁液，加入孕育剂 共晶，工艺简化、1200-1350浇铸、时效,(2)可锻铸铁,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,可锻铸铁常识,白口铸铁经石墨化退火形成 基体：F、P 抗拉b 300400MPa 有一定塑性韧性，但还是不可锻造 牌号 KTH300-06：抗拉MPa伸长率 （黑心、珠光体、白心）,(3)球墨铸铁,球墨铸铁常识,强度接近钢：900MPa 伸长率18 铸造性能近似灰铸铁 牌号：QT40018 生产： 铁水高含
5、碳 球化处理孕育处理 正火：P基 退火：F基,(4)蠕墨铸铁,蠕墨铸铁常识,性能介于灰铸铁和球墨铸铁 导热耐热性好、抗氧化、耐磨性极好 牌号（GB5612-85） RuT-400：抗拉强度,2.铸钢,应用广泛 强度高、塑性韧性优良、焊接性能好 铸焊联合结构：重型机械制造 加入10各种合金元素 耐磨、耐腐蚀、耐热 铸造性能差：糊状凝固 浇注温度高、流动性差 收缩率大、一定要定向凝固,铸钢件的铸造工艺示例,3.铸造铜、铝合金,铸造铜合金 铸造铝合金 生产特点 收缩率高，定向凝固 锡青铜除外：为什么？,小结,铸造工艺基础 流动性/充型能力/缩孔缩松/铸造应力/裂纹 铸造缺陷防止 常见铸造合金 四种铸
6、铁 铸钢 铸造铜铝合金：铸造有点难,讨论：关于壁厚与强度,铸造厂生产了一批灰铸铁件。经检测，随炉单个挠注的30试棒的抗拉强度为2052l0MPa，符合图纸提出的HT200的要求。用户验收时，在铸件不同部位取样，检测结果表明，铸件上壁厚为： 8mm处的b为200MPa 15mm处的b为196MPa 25mm处的b为175MPa 30mm处的b为168MPa。 据此，用户认为该批铸件不合格，理由是： 1）铸件机械性能不符合HT200要求 2）铸件整体强度不均匀 试判断用户的意见是否正确，为什么?,二、铸造工艺对结构的影响,铸件外形：便于取模 外部不应有不必要的凸缘 分型面尽量为平面 尽量减少分型面
7、的数目 凸台、肋等结构应便于起模 结构斜度 铸件内腔： 尽量少用或不用型芯 便于型芯的固定和排气 利于型芯的去除,便于取模,外部不应有不必要的凸缘,取模方向,三箱造型,便于取模,便于取模,分型面应尽量为平面,分型面应尽量为平面,凸台与筋板,凸台与筋板,凸台与筋板,不加工表面应有结构斜度,避免水平壁,避免容易热变形的结构,避免水平大平面,不用或少用型芯,自带型芯,加强型芯头强度,加强型芯头强度,加强型芯头强度,三、合金铸造性能对铸件结构工艺性的影响,铸件的壁厚 合适的壁厚，防止浇不足、冷隔 壁厚力求均匀，避免形成缩孔、缩松和裂纹 内壁和外壁壁厚设计，应使整个铸件均匀冷却 或符合顺序凝固原则 壁的
8、连接 结构圆角 相交壁设计原则 壁厚不均匀时，应采用过渡结构 壁的设计应考虑防止变形和裂纹的要求,1.铸件的壁厚,最小壁厚限制 浇不足、冷隔,合理壁厚：避免厚大截面,并非越大越好 “丁、工”字形、槽形、箱形、加强筋,大型铸件的壁厚仅15mm,用加强筋减小壁厚,合理壁厚：壁厚均匀,合理壁厚：壁厚均匀,合理壁厚：壁厚均匀,合理壁厚：顺序与同时凝固,收缩明显的合金：顺序凝固,收缩小的合金： 同时凝固,2.壁的过渡与连接,圆角过渡金属结晶,圆角过渡半径,锐角过渡,转角结构,防裂筋,减缓轮辐收缩阻碍,合理布置筋板位置,避免阻碍铸件收缩,总结,各种铸造工艺方法的适用范围均有限 结构工艺性 与铸造方法有关 与合金铸造性能有关,圆角和结构斜度,如图圆角合理吗？ 如图的结构斜度方向有问题 “结构斜度”还是“起模斜度”？,三个小问题,空心球铸造容易吗？ 操作不易：不易下芯 裂纹：型芯阻止收缩 下水道的井盖为什么有网状花纹 收缩、强度 砂箱箱带的条纹,下水道井盖,结构问题,不加工面的结构斜度,圆角过渡,均匀壁厚,
