铸造学2008-04

《铸造学2008-04》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸造学2008-04（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、铸造学(4) Principles of Foundry and Casting张家泉北京科技大学钢冶系课程大纲1)浇注与凝固理论与技术综述(传统铸造学与现代广义铸造学 ) 2)合金铸造性能、铸造合金与铸造方法介绍 3)金属液态成形工艺基础 4)流动与充填、凝固收缩与变形等铸造性能 5)凝固组织的形成与控制 6)常用合金铸件生产与铸造方法 7)机器零件的铸造(砂型铸造) 8)特种铸造与连铸 9)铸造工艺与铸件缺陷 10)铸件凝固模拟方法与应用介绍 11)课堂讨论与复习 12)考试常用铸造成形合金及其熔炼主要介绍: 铸铁 iron casting 铸钢 Steel casting 铸造有色合金

2、nonferrous metals casting1-1 铸铁件生产铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：1.白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。由于白 口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件 ，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。 2.灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。 3.麻口铸铁： 组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰 口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。根据铸铁中石墨形态的不同， 灰口铸铁又可分为：4蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示

3、。 bcd1普通灰铸铁 ： 简称灰铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。2可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。影响铸铁组织和性能的因素铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存 在。碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。1、化学成分 1）碳和硅碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高， 析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显 著增多。 所以：当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、 愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。 2）硫硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高易促使碳 以Fe3C形式出现, 白

4、口组织；硫量高导致铸件热脆性； 使铸铁铸造性能 恶化（如降低流动性，增大收率）。所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度 铸铁则应更低。 3）锰锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体 ，提高铸铁强度和硬度的作用。一般控制 在0.61.2%之间.4）磷磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将 增加铸铁的冷脆性。一般限制在0.5%以下 ，高强度铸铁则限制在0.20.3%以下。2冷却速度1）铸型材料2）铸件壁厚 铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化 倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和 铁素体基体。由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的 数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度 反而下降。这一现象称为壁厚（对力

5、学性能的）敏感性。在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚 （主要部位的壁厚），选择适当的化 学成分（主要指碳、硅），以获得所 需要的组织。白口铸铁： P+Fe3C+Le 麻口铸铁： P+Fe3C+G+Le 灰口铸铁：珠光体灰口铸铁： P+G片珠光体+铁素体灰口铸铁 ：P+F+G片铁素体灰口铸铁： F+G片铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白 口 铸 铁麻 口 铸 铁灰口铸铁珠光体灰口铸铁珠光体+铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁二、普通灰铸铁（一）灰铸铁的化学成分、组织和性能 1 灰铸铁的化学成分与组织 灰铸铁的化学成分一般为：2.63.6%C，1.2

6、3.0%Si， 0.41.2Mn，S0.15%，P0.3%。1) 铁素体灰铸铁（F+G片）：这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用 来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。2) 铁素体-珠光体灰铸铁（F+P+G片）：此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造 性能、切削加工性能和减振性较好，因此应用较广。3) 珠光体灰铸铁（ P+G片）：这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。灰铸铁组织特点金属基体（F、F+P、P）与片状石墨（G） a）铁素体灰铸铁 b）铁素体+珠光体灰铸铁 c）珠光体灰铸铁 2 灰铸铁的性能 1）力学性能：b=120-250Mpa，仅为钢件 的

7、20-30%， 0 2）良好的减振性 3）良好的耐磨性 4）低的缺口敏感性 （二）灰铸铁的孕育处理 灰铸铁的组织和性能，很大程度上取决于石 墨的数量、大小和形态。孕育处理 熔炼出相当于白口或麻口组织 的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入 细颗粒的孕育剂(inoculant)，孕育剂在铁 水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石 墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠 光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。 孕育铸铁：P细+G细片 b=250-400Mpa， HB=170-270， 0常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。冷却速度对其组织和性能的影响很小。孕育铸铁适用于静

8、载荷下，要求较高强度、硬度 、耐磨性或气密性的铸件，特别是厚大截面铸件 。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。必须指出： 孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高； 原铁水出炉温度不应低于1400； 经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕 育作用衰退。（三）灰铸铁的工艺性能1)良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。2)良好的切削加工性能。3)锻造性和焊接性差。 （四）灰铸铁生产特点及牌号选用1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；2）具有良好的铸造性能。3）灰铸铁一般不通过热处理来提高其性能。2 灰铸铁的牌号选用灰铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度b （Mp

9、a）。灰铸铁的牌号选用牌 号 组织 用途举例 HT100F+G片盖、外罩、油盘、手轮、支架、底板、镶导轨的机床 底座等对强度无要求的零件 HT150F+P+G片底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台；泵壳、容 器、法兰盘;工作压力不太大的管件 HT200F+P+G片要求高的强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法 兰、硝化塔机床床身、立柱、平尺、划线平板、汽缸、齿轮、活 塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架压力为80Mpa以下的油缸、泵体、阀门 HT250P+G片HT300P细+G细片床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴 箱、卡盘、齿轮、高压油缸、水缸、泵体、阀门、衬套 、凸轮、大

10、型发动机曲轴、气缸体、气缸盖；冷镦模、 冷冲模 HT350P细+G细片三、可锻铸铁（一）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用 1 可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用 1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团）：具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动 和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零 件、各种水管接头、农机件等。 2）珠光体（P+ G团）：其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热 处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。 显微组织 金属基体和团絮状石墨组成 a）铁素体可锻铸铁 b）珠光体可锻铸铁 2 可锻铸铁的牌号 可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一

11、组数字 表示其最低抗拉强度b （Mpa），第二组数字表示其最 低伸长率 。KTH30006 KTZ45006 可铁黑可铁珠bb可锻铸铁的牌号与选用牌 号 组织 用 途 举 例 KTH30006 F+G团三通、管件、中压阀门 KTH33008F+G团 输电线路件、汽车、拖拉机的前 后轮壳、差速器壳、转向节壳、 制动器；农机件及冷暖器接头等 。KTH35010F+G团KTH37012 F+G团KTZ45006 P+ G团 曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇 臂、活塞环、轴套、犁片、耙片 、闸、万向接头、棘轮、扳手、 传动链条、矿车轮 KTZ55004 P+ G团KTZ65002P+ G团KTZ70002

12、 P+ G团（二）可锻铸铁的生产特点 1.铸出白口坯料 1）碳、硅含量要低。通常为2.42.8%C，0.41.4%Si。2）冷却速度要快。2.石墨化退火 720 650Fe3C A+G团P F+G团P+G团F+ G团t920 -980 石墨化退火的总周期一般为4070小时高温阶段的石墨化退火时间需10-20小时四、球墨铸铁1球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途1）珠光体球墨铸铁（P + F少+G球） (正火)其性能特点是：a）强度高。特别是屈服强度高，屈、强比（0.2/b0.7 0.8）高于45号钢（0.2/b0.6)。b）疲劳强度较高c）硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高 因此，珠光体球墨铸铁可代替

13、碳钢制造某些受较大交变负荷 的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。b=600800 MPa ; =2%2）铁素体球墨铸铁 （F + P少+G球） (退火) 其性能特点：b=450500 MPa ; =17%我国主要用于代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底 盘类零件，如后桥壳等。国外则大量用于铸管， 如上、下水管道及输气管道等。 球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QT”和两组数字表 示，两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。 球墨铸铁的显微组织随着化学成分、冷却速度和热处理方法的不同，球墨铸铁可得到不同的 基体组织（F、F+P、P）。 a）铁素体球墨铸铁 b）铁素体+珠光体球墨铸铁 c）珠光体球墨铸铁 球墨铸

14、铁的牌号与应用牌 号 组织 用 途 举 例 QT40017 F+G球汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂 、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、 中低压阀门、管道。QT42010 F+G球QT50005 F+P+G球机座、传动轴、机车护瓦等。 QT60002 P+G球曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸 套、机床蜗轮、蜗杆等 QT70002 P+ G球 QT80002 P+ G球QT120001 B下+ G球汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器 齿轮、曲轴、凸轮等2球墨铸铁的生产1）控制原铁水化学成分 a）应严格控制 S0.07%、P0.1%。b）适当提高含碳量（3.64.0%C），以改善铸造性能。2）

15、较高的铁水温度 :出炉温度应高于1400 。 3）球化处理和孕育处理 a）球化处理球化剂的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。 如稀土镁合金,常球化剂加入量一般为铁水重量的1.0-1.6%。 b）孕育处理孕育剂的作用：促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的 白口倾向 。常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁 水重量的0.4-1.0%。 球化处理工艺有: 冲入法和型内球化法 。铁水合金球化剂硅铁粉铁水包出铁槽草木灰反应室铸件冒口积渣包4）球墨铸铁的热处理退火、正火及其它热处理（淬火、回火等）。五、蠕墨铸铁蠕墨铸铁中的石墨片比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小， 端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态 蠕墨铸铁的显微组织 蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。 （2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。 （3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相 近。 （4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。 （5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。 （6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。 蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合 金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸 铁生产复杂的大型铸件。如,大型柴油机机 体、大型机床立柱等，更适合制造在热循 环作用下工作的零件，如大型柴油机