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1、作业讲评,P170 T14根据下列零件的性能要求及技术条件选择热处理工艺方法,第十一章,铸造,11.1概述 铸造的概念:熔炼金属,制造铸型,并将熔融的金属浇入铸型,凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。 按生产方法分类: 、砂型铸造:占铸件总量80%、特种铸造:包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等,铸造的特点与分类 一、优点: 、能生产形状复杂,特别是内腔复杂的毛坯。加工量小,节约材料。 、批量、尺寸、重量、材料适应性广。 、成本低。 缺点:力学性能较差,质量不稳定,生产环境差 主要工序有:制模、配制造型材料、造型、造芯、烘干、合箱、熔炼、浇注、铸件的清理与检查。,对造型材料型砂
2、的要求 造型材料:型砂、芯砂 性能要求: 、耐火度:抵抗高温的能力 、强度:不易变形和破坏的能力 、透气性:气体通过的能力 、可塑性:获得和保持形状的能力 、退让性:可压缩的能力,手工造型生产过程,分模造型生产过程,挖砂造型,活块造型,刮板造型,三箱造型,机器造型,制造砂芯,、过程:芯砂填入芯盒,紧砂、脱盒、烘干、修整 、芯盒结构形式:整体式、对开式、可拆式,浇注过程(见下图),浇注系统,将金属液体注入型腔而在铸型中开设的一系列通道,一般包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道 内浇道的形式:顶注式、中注式、底注式、阶梯式,铸铁的熔炼设备冲天炉,冲天炉的组成:炉身、炉缸、前炉、烟囱 炉料及作用:金属
3、料、燃料、熔剂,金属料提供合适的化学成分;燃料一般为焦炭,它与金属料的质量比叫焦铁比,一般为1/81/12;熔剂一般为石灰石或氟石,使炉渣变稀,以便分离。,浇注、落砂与清理 、浇注: 、浇注温度:过高时,收缩大、粘砂严重、晶粒粗大。过低时,产生冷隔、浇不足等缺陷。要根据铸造合金种类、结构、尺寸确定温度 、浇注速度:保持金属液连续不断注入铸型,不得断流,保持浇口杯满 、落砂与清理 、落砂温度:过早时,产生白口及铸造应力,过晚时也产生铸造应力,影响生产率 、清理:清除表面杂质及多余金属,常用金属的铸造性,1、灰铸铁:熔点低、流动性好,收缩率小 2、球墨铸铁:流动性差,容易缩孔、缩松,铸造应力大 3
4、、蠕墨铸铁:流动性好 4、可锻铸铁:流动性差,收缩大,铸铁应力大 5、铸钢:流动性差,收缩率大,容易粘砂 6、铝合金:熔点低,流动性好 7、铸造黄铜和铝青铜:流动性较好,收缩率大 8、铸造锡青铜:流动性较差,补缩困难,其他特种铸造方法简介,1、熔模铸造:铸件精度高,表面质量好;可制造形状复杂的铸件;适用于各种合金铸件;生产批量不受限制。但工序多、生产周期长、费用高、大尺寸易变形。用于形状复杂、精度要求高、熔点高和难切削加工的小型零件 2、金属型铸造:尺寸精度高,表面质量好,加工余量小;组织致密,力学性能好;可一型多铸,生产率高,劳动条件好。但成本高,充型能力和排气条件差,易产生白口。用于有色金
5、属的大批量生产,3、压力铸造:精度高,表面质量好;可铸机形状复杂、轮廓清晰的铸件;铸件强度高;生产率高;便于采用镶嵌法。但设备投资大,压铸高熔点合金时,压型寿命低,铸件内部有小气孔,不能进行热处理及高温工作。用于有色金属小型、薄壁、复杂铸件的大批量生产。 4、离心铸造:组织致密,无缩孔、缩松、气孔、夹渣,力学性能好;可简化工艺;便于浇注流动性差的合金和薄壁件;便于铸造双金属。但密度不均匀,内孔尺寸不精确,内表面粗糙,有熔渣。用于生产回转体的中空铸件。,按主要质量等级分 优质合金钢特殊质量合金钢 合金钢 工程结构用合金钢机械结构用合金钢不锈、耐蚀钢和耐热钢按主要性能及使用特性分 合金工具钢和高速
6、钢轴承钢特殊物理性能钢其他合金钢,合金元素对钢性能的影响 表104,合金结构钢的编号与应用举例 表105,铸 铁 1、概念:是指一系列主要由铁、碳、硅组成的合金的总称。 与碳钢的区别:含碳量和含硅量较高,杂质元素锰、硫、磷较多。 2、特点: 、优良的铸造性能、切削加工性、减磨性、及减振性, 、工艺与设备简单,成本低廉。 因此应用广泛,铸铁分类:按碳存在的形式和形态分 、白口铸铁:硬而脆,很少用来直接制造零件 、灰铸铁:力学性能不高,但生产简单、成本低,应用最广泛 、球墨铸铁:力学性能较高,可通过热处理加强,用于受力大重要零件 、蠕墨铸铁:性能在灰铸铁与球墨铸铁之间 、可锻铸铁:力学性能接近球墨
7、铸铁,用于薄壁复杂的铸件,灰铸铁:一定成分的铁水作简单的处理,得到的具有片状石墨的铸铁。灰铸铁的性能:取决于基体和石墨的分布状态 抗拉强度低,塑性、韧性几乎为零 抗压强度远高于抗拉强度,珠光体基体灰铸铁高于其它两种铸件 铸造性能好:熔点低,流动性好,收缩率小 减摩性好:石墨本身润滑作用,空隙储存润滑油 减振性好:石墨的缓冲作用 切削性能好:易断屑,石墨润滑作用 缺口敏感性较低:石墨本身相当小缺口,灰铸铁的牌号及应用 、牌号:HT数字,数字为30试棒抗拉强度值 、灰铸铁的强度与壁厚有关,选择时要考虑壁厚的因素 、孕育铸铁的力学性能较高3、灰铸铁的热处理 、去应力退火:消除应力,又叫时效处理 、消
8、除铸件白口、改善切削加工性的退火 、表面淬火:有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火,淬火深度0.20.3mm,硬度5961HRC,球墨铸铁:一定成分的铁水在浇注前,经过球化处理和孕育处理而获得的具有球状石墨的铸铁 球化处理:向铁水中加入球化剂,使石墨成球状结晶的工艺方法,球化剂有镁、钙、稀土元素 孕育处理:镁、稀土强烈阻止石墨化,球化处理后要及时加入硅铁合金等孕育剂,促进石墨化,并使石墨球细小、圆整、分布均匀的工艺方法,1、球墨铸铁的成分、组织和性能 、成分:比灰铸铁含碳、含硅量高,锰含量低,并有稀土和镁 、组织:有铁素体球墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁 、
9、性能: 基体的利用率可达7090%,而灰铸铁仅为3050% 铁素体基体塑性韧性好,珠光体基体强度好,热处理后硬度最高,贝氏体基体综合力学性能好 铸造性能、减摩性,切削加工性能好,但白口倾向大,熔炼、铸造工艺要求高,2、球墨铸铁的牌号及用途 、牌号:QT抗拉强度伸长率 、用途:受力较大、受冲击和耐磨损的零件,在部分场合可取代铸钢件或锻钢件3、球墨铸铁的热处理 、去应力退火 、石墨化退火 、正火 、淬火与回火 、等温淬火,蠕墨铸铁:经蠕化处理和孕育处理,得到的具有蠕虫状石墨的铸铁 1、成分、组织和性能 、成分:与球墨铸铁相似 、组织:介于片状与球状之间 、性能:力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,强
10、度、韧性、耐磨性高于灰铸铁,铸造性能、减振性和导热性高于球墨铸件 2、牌号及用途 、牌号:RuT抗拉强度 、用途:大型铸件,有热交换及有较大温差工况下的零件,代替高强度灰铸铁,可减少铸件壁厚,可锻铸铁:白口坯件经可锻化退火而获得的具有团絮状石墨的铸铁,可锻铸铁实际上不能锻造 可锻化退火:铸铁的石墨化1、成分、组织、性能 、成分:低碳、低硅 、组织:黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁 、性能:接近球墨铸铁,比球墨铸铁铸造容易2、牌号及用途 、牌号:KTH或Z抗拉强度伸长率 、用途:薄壁、复杂小型零件,但生产周期长,需要连续退火设备,使用上受到限制,合金铸铁:含有一定合金元素的铸铁 1、耐
11、磨铸铁:分减摩铸铁与抗摩铸铁 减摩铸铁:在在润滑的条件下使用 抗摩铸铁:在无润滑的干摩擦条件下使用 牌号:KmTB元素符号名义质量百分数 2、耐热铸铁:在高温条件下使用 牌号:RT 元素符号名义质量百分数 3、耐蚀铸铁:在腐蚀介质中使用 牌号:ST 元素符号名义质量百分数,有色金属及其合金,黑色金属:铁及其合金, 有色金属:其它非铁金属及其合金称 常用有色金属:铝、镁、钛、铜、锡、铅、锌 一、铝及铝合金 二、铜及铜合金 三、滑动轴承合金 四、粉末冶金与硬质合金,一、铝及铝合金 工业纯铝 1、特点:银白色轻金属,密度小,熔点低,有良好的导电、导热性,抗蚀性好,塑性高,强度、硬度低 2、牌号:按杂
12、质含量编制,如1050、1070、1200、1370等,编号越大,杂质越多 3、用途:制作电线、电缆及强度不高的器皿,常用铝合金 1、分类:变形铝合金、铸造铝合金。变形铝合金又分为不能用热处理强化合金和能用处理强化合金两类。 2、热处理:固溶时效,强度、硬度显著提高,塑性明显下降。 在淬火后孕育期,常利用来进行各种冷变形,如:铆接、弯曲、矫直、卷边等,3、变形铝合金 、防锈铝合金:有适中的强度、良好的塑性和抗蚀性,主要用于制造油罐、各种容器、防锈蒙皮 、硬铝合金:经热处理后强度较高,耐蚀性差,用于轧成板材、管材和型材,制造较高负荷下的铆接与焊接零件 、超硬铝合金:在硬铝的基础上加锌而成,主要用
13、于制造重量轻、受力较大的零件 、锻造铝合金:具有优良的锻造工艺性能,用来制造各种锻件和模锻件,3、铸造铝合金 代号:ZL三位数,第一位数代表合金类别:1为铝硅系,2为铝铜系,3为铝镁系,4为铝锌系;第二三位数表示顺序号 牌号:ZAl合金元素符号质量分数 、铝硅系:具有良好的铸造性,加入铜、镁、锰可使合金强化,可热处理提高性能。用于制造内燃机活塞、汽缸体等 、铝铜系:强度较高,加入镍锰可提高耐热性,用于高强度或高温条件下的零件 、铝镁系:良好的耐蚀性,用作腐蚀条件下的铸件 、铝锌系:较高的强度,价格便宜,用于医疗器械零件、仪表零件、日用品 变质处理:细化共晶组织,提高强度和塑性,常用铜合金:黄铜
14、、青铜、白铜 1、黄铜:铜锌合金 、普通黄铜:H铜含量的质量分数 H80:色泽美观,较好的力学性能和冷、热加工性能,耐蚀性好。用于装饰品等 H70:强度高塑性好,冷成形性能好。用于弹壳、散热器、垫片等,又称为弹壳黄铜、73黄铜 H62:较高的强度,热状态下塑性好,切削性能好,易焊接,耐腐蚀,价格较低。用于散热器、油管、垫片、螺钉等,、特殊黄铜: 压力加工黄铜:合金元素较少,塑性较高,变形能力强。编号方法为:H主合金元素铜的质量分数合金元素质量分数。常用的牌号:Hpb59-1,切削加工性好,制作结构零件;HAl59-3-2,耐蚀性较好,用于耐腐蚀零件 铸造用黄铜:合金元素较多,强度和铸造性能较好
15、。编号方法:Z+Cu+Zn及其含量其它元素符号及其含量,如:ZCuZn16Si4,2、青铜:黄铜与白铜之外的铜合金,分压力加工青铜和铸造青铜,压力加工青铜表示方法:Q+元素符号质量分数,铸造青铜表示方法:ZCu主合金元素及含量其它元素及含量 、锡青铜:良好的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和铸造性。铸造收缩率小,但流动性差,抗蚀性比纯铜和黄铜高,耐磨性好。用于耐磨与耐蚀的零件 、铝青铜:价格低,性能优良,强度、硬度比黄铜和锡青铜高,用于承受重载的耐磨、耐蚀零件,、铍青铜和钛青铜:经淬火时效强化后强度可达12001500Mpa,硬度330400HBS,弹性极限、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性、导电性好,耐寒
16、、无磁性、冲击无火花。 铍青铜价格昂贵,工艺复杂,有毒,钛青铜工艺较简单,无毒,价格便宜,为新型高强度合金 用于精密仪器仪表中的贵重弹簧及弹性元件、耐磨件,3、白铜:铜镍合金,加锰后为锰白铜 锰白铜有极高的电阻率,小的电阻温度系数,是制造电工测量仪器、变阻器、热电偶及电热器不可缺少的材料,二、铜及铜合金,工业纯铜 1、特点:颜色为紫红色,又叫紫铜。密度8.93,熔点1083度,具有良好的塑性、导电性、导热性和耐蚀性。强度较低 2、用途:制造电线、电缆、铜管及配制铜合金 3、代号:T1、T2、T3,顺序号越大纯度越低。前两种用于导电器材,或高级铜合金,T3用于配制普通铜合金,概念:在滑动轴承中,制造轴瓦和轴瓦内衬的合金 性能要求: 、足够的强度和塑性、韧性,抵抗冲击和振动 、适当的硬度,能承受载荷又能减少轴的磨损 、良好的减磨性和磨合性 、良好的导热性与耐蚀性 、成本低廉,易于制造 组织要求:软基体上均匀分布硬质点,或硬基体上均匀分布软质点 较理想的材料:以锡或铅为基体的轴承合金,又叫巴氏合金,还有铜基、铝基合金,