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1、湖北金阳石新型耐磨材料科技有限公司 工程师 朱景芝 15922953566 2015.10,钢铁铝铜材质熔炼和工艺,第一节 铸铁件生产 第二节 铸钢件生产 第三节 铜、铝合金铸件生产,常用钢铁铝铜铸件的生产,铸铁wc2.11%的Fe-C合金。 常用成分：wc=2.44.0。 其它元素：C，Si，Mn，S，P。 分类：白口，灰口，麻口铸铁。 灰口铸铁灰铸铁、球墨、蠕墨、可锻铸铁。,一、铸铁件生产,铸铁的熔炼与浇铸的生产过程,1、 白口铸铁 C极少溶于F 外。其余皆以Fe 3 C形式存在，断口兰银白色。这类铸铁组织中都存在着共晶莱氏体，性能硬很脆，很难切削加工，很少直接用来作机械零件，主要炼钢原钢
2、原料或可锻铸铁件毛坯。有时也利用它的硬而耐磨的特征，铸造成冷硬铸铁件。冷碛铸铁常用作一些要求耐磨的工件，如轧辊、球磨机的磨球等。 2、 灰口铸铁 C主要以片状的游离G存在，由于断口呈暗黑色。 3、 麻口铸铁它是碳一部分以渗碳体形式存在；另一部分以石墨形式存在的铸铁，断口呈灰白色相间。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上应用很少。,3 .铸铁的种类、牌号、性能及用途 白口铸铁（碳以渗碳体形式存在） 根据铸铁中碳存在的形式分为 灰口铸铁（碳以石墨形式存在） 灰铸铁（片状，用“HT+性能”表示） 球墨铸铁（球状，用“QT+性能”表示） 根据石墨的形态灰口铸铁分为 蠕墨铸铁（蠕虫状，用“RUT+性能”表
3、示） 可锻铸铁（团絮状，用“KT+性能”表示）,黑心可锻铸铁（铁素体基体+团絮状石墨） 可锻铸铁根据金相组织又分为 珠光体可锻铸铁（珠光体基体+团絮状石墨） 白心可锻铸铁（珠光体基体+团絮状石墨） 分别用“KTH+性能”、“KTZ+性能”和“KTB+性能”来表示。,灰 口 铸 铁,灰铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,可锻铸铁,显微组织与性能特点 影响石墨化主要因素 工业用途 孕育处理,1. 灰铸铁,机械性能：抗拉强度比钢低得多；抗压强度与钢相当；塑性、韧性0。 工艺性能：不能锻造、冲压；焊接性差；铸造、切削工艺性好。 使用性能：减振能力为钢的5-10倍；耐磨性好，缺口敏感性小。,显微组织：钢基体+片状
4、石墨,性能取决于基体组织和石墨分布。,石墨化程度决定P，F，和P+F3种基体。石墨片间距。影响因素主要是化学成分和冷却速度。,在这3种灰铸铁中，石墨形态都是片状，区别仅在钢基体。随冷却速度的减慢，依次出现P+G、P+F+G和F+G。,C、Si 促进石墨化 S 会阻碍石墨析出 P 对石墨化没影响,化学成分的影响,冷却速度的影响,主要取决于铸型材料的导热性和铸件壁厚。,灰口,白口,麻 口,机床床身、机座等。,用途,孕育处理,浇注前铁水中加入Si-Fe合金孕育剂。促进石墨化，晶粒细化，降低冷速敏感性。,灰铸铁的牌号由HT+三位数字组成： 其中HT是灰铁的汉语拼音缩写；数字代表铸铁的抗拉强度。 如HT
5、200表示最低抗拉强度为200M Pa的灰铸铁。 最小的灰铁是HT100，往上以50为间隔递增，最大为HT350。,灰铸铁的牌号,2. 可锻铸铁,白口铸铁经石墨化退火儿得到。 组织为钢基体+团絮状石墨。,可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可锻铸铁依靠石墨化退火获得。,生产 可锻铸铁生产分两个步骤。 第一步，先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨； 第二步，进行长时间的石墨化退火处理。 将白口铸铁加热到900960，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石
6、墨化过程。随后以较快的速度（100/h）冷却通过共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至720760后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在650700出炉冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。,碳=2.2%2.8% 硅=1.0%1.8% 锰=0.4%1.2% 硫0.18% 磷0.2%,化学成分,可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。 KT350-10、KTZ600-3 铁素体可锻铸铁以 “KT”表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。,牌号,可锻铸铁常用来制
7、造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。 这些零件用铸钢生产时，因铸造性不好，工艺上困难较大；而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。 与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、铁水处理简单、容易组织流水生产等优点。尤其对于薄壁件，若采用球墨铸铁易生成白口，需要进行高温退火，采用可锻铸铁更为适宜。,性能和用途,3. 球墨铸铁,钢基体+球状石墨，石墨对钢基体的割裂作用小，力学性能大大提高。,球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。,1、
8、牌号 球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度极限和延伸率。如QT420-10、QT600-2、QT800-2 2、应用 球墨铸铁具有较好的疲劳强度。表中给出了球墨铸铁和45钢试验的对称弯曲疲劳强度。可以用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、轴等。,球墨铸铁的牌号和应用,球墨铸铁性能及牌号： 在铸铁中性能最优，切削性、铸造工艺性、热处理工艺性好。,球墨铸铁的化学成分和球化处理,1、球墨铸铁的成分 球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：3.6%3.9%C, 2.2%2.8%Si, 0.6%0.8%Mn, 0.07%S, 0.1%P。 2、球化处理 球墨铸铁的的球化处
9、理必须伴随着孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用的孕育剂为75%硅铁和硅钙合金等。,球化及孕育处理,球化剂：稀土Mg,孕育剂：促进石墨化，防白口；细化石墨, 改善力学性能。,F+G,F+P+G,P+G,4.蠕墨铸铁,钢基体+蠕虫状石墨组织。,蠕化剂,Mg-Ti合金等。,一般成分范围如下：碳=3.5%3.9% 硅=2.1%2.8% 锰=0.4%0.8% 硫0.1% 磷0.1% 蠕墨铸铁是在上述成分铁液中，加入适量蠕化剂进行蠕化处理和孕育剂进行孕育处理后获得的。,蠕
10、墨铸铁的化学成分,蠕虫状石墨的显微组织,蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，在光学显微镜下为互不相连的短片，与灰口铸铁的片状石墨类似。所不同的是，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。 蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。,性能,RuT300、RuT420 蠕墨铸铁牌号、性能以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 蠕墨铸铁已成功地用于高层
11、建筑中高压热交换器。内燃机、汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。,牌号与应用,各种铸铁的机械性能,铸铁冶炼生产过程,冲 天 炉,冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。它用焦炭作燃料，焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度，在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。但冲天炉的缺点，主要是由于铁液直接与焦炭接触，故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。,二、铸钢件生产,1. 铸钢铸造工艺特点 （1）熔点高，容易氧化； （2）流动性差； （3）收缩率大。,2 . 铸造工艺-因为其铸造工艺性差，浇注温度高，因此对铸造工艺要求严格。一般都应设置冒口和冷铁，采
12、用顺序凝固原则。 铸钢件的热处理-铸造后都应按工艺要求进行热处理。常见的热处理为退火和回火。 标注代号： ZG19Mn12Si7 ( zh . H ),（1）提高型砂质量：强度，耐火度和透气性； （2）采用定向凝固原则，设置冒口和冷铁； （3）控制浇注温度，1500-1650C。,工艺措施,1）电弧炉炼钢,电弧产生熔炼所需热量。,1-倾炉液压缸 2-倾炉摇架 3-炉门 4-熔池 5-炉盖 6-电极 7-电极夹紧器 8-炉体 9-电弧 10-出钢槽,2）感应电炉炼钢,1-水泥石棉盖板 2-坩埚 3-感应线圈 4-水泥石棉防护板 5-耐火砖底座 6-铝制边框,感 应 炉,铸钢热处理,目的：细化晶粒
13、；消除魏氏组织；消除铸造应力。,铸钢力学性能比锻钢低（尤其冲击韧性）原因： （1）存在缩松，缩孔，裂纹，气孔等缺陷；晶粒粗大，存在魏氏组织。（2）铸造内应力大,性能：,从表中的数值可见：铸钢的综合机械性能高于铸铁，而且铸钢的可焊性好于铸铁。,三、 铜、铝合金铸件生产,1. 铸造铜合金 2. 铸造铝合金,紫铜：纯铜，熔点1083C.导热性、导电性、耐蚀性、塑性好；强度、硬度低。 纯铜 纯铜是玫瑰色红色的金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故称紫铜。它是工业上常用的纯铜。其密度为8.9g/cm3，熔点为1083。在固态时具有面心立方晶格，无同素异构转变，属逆磁性材料，具有抗磁性。,1.铜及铜合
14、金,纯铜的突出优点是导电及导热性好，广泛地应用在电气工业方面。纯铜的主要用途就是制作电工导体。此外它还具有较高的抗蚀性。,纯铜的抗拉强度较低，不宜作结构材料，铸造性能差，熔化时易吸收一氧化碳和二氧化硫等气体，形成气孔。 工业纯铜按含杂质的量可分为四种：T1、T2、T3、T4。“T ”是铜的汉语拼音字首，数字为编号，数字愈大则纯度愈低。,黄铜：Cu-Zn合金，wZn47%；其它元素Si、Mn、Al、Pb等。熔点低、结晶温度范围窄、流动性好，力学性能可以。 青铜： Cu-Sn合金，线收缩率低，耐磨蚀性更好。 白铜: 以镍为主要添加元素的铜基合金称为白铜。主要用在精密机械、医疗器材、电工器材方面。,
15、在纯铜中加入合金元素制成铜合金。,黄铜由铜、锌组成。铜的含量占64%67%.锌的含量占33%36%。杂质含量小于等于0.3%。 普通黄铜是铜和锌的二元合金，具有相当好的抗腐蚀性，加工性能很好。 普通黄铜的牌号用“H”加数字表示。“H”是“黄”字汉语拼音字首，数字表示平均含铜量，余量为Zn。,黄铜,为了改善黄铜的某些性能，向其中加入少量其它元素，如Al、Mn、Sn、Si、Pb等，形成固溶体，提高合金强度及改善耐腐蚀性，这种黄铜称为特殊黄铜。根据主要添加元素命名为锰黄铜、铅黄铜、锡黄铜等。 特殊黄铜的牌号是在“H”之后标以主加元素的化学符号， 并在其后表明铜及合金元素含量的百分数，如HPb59-1
16、表示含Cu59%，含Pb1%余为Zn的铅黄铜。它具有良好的切削加工性，适用热冲压和切削方法制作的零件。,特殊黄铜,黄铜含锌量与机械性能的关系,青铜是铜和锡的二元合金，也叫锡青铜。主要特点是有良好的耐磨性，具有很高的耐蚀性能(但耐酸性差)，具有足够的抗拉强度和一定的塑性，致密程度较低。 青铜的牌号以“青”字的汉语拼音字首“Q ”加锡元素和数字表示。 如QSn6.5-0.4表示含Sn为6.5%含其它元素(P)0.4%，余为Cu的锡青铜。,青铜,用其它元素象Al、Pb、Mn等代替价格昂贵而稀缺的Sn，把此类青铜称为无锡青铜。如铝青铜、铅青铜、锰青铜等。加入的合金元素可以改善合金的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性以及热强性等。其牌号表示方法与锡青铜类似。,特殊青铜,锡青铜,耐磨性、耐腐蚀性好， 铸造性和切削性好，可用于有腐 蚀介质环境的轴瓦、
