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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑铸造技术培训内容 铸造技术培训 第1章 根基学识 第1节 铸铁 铸铁是一种含碳量在2.0%以上的铁碳合金。碳、硅、锰、磷、硫是铸铁的主要合金元素，通常称之为铸铁的五大元素。此外，铸铁中还含有多种微量元素，如：钛、钒、铬、铜、砷、铝、铅、镁、铋、锡等。 1 铸铁的分类、特征及用途 1）分类 根据碳在铸铁中存在的形式和断口特征，可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。根据石墨的外形，灰口铸铁又可分为普遍灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。 根据使用性能，铸铁可分为灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、冷硬铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。 根据化学成分，铸铁可分
2、为普遍铸铁和合金铸铁。按照合金元素的含量不同，合金铸铁又可分为低合金铸铁（合金元素含量小于3%）、中合金铸铁（合金元素含量310%）和高合金铸铁（合金元素含量大于10%）。 2）特征及用途 铸铁的特征及主要用途见表7.1.1。 表7.1.1 2 铸铁的凝固 1） 碳当量 碳当量表示铸铁中硅和磷对铁碳共晶综合影响的指标，用来估计某一铸铁成分在确定冷却速度时接近共晶的程度。 CE=C+1/3（Si+P） 式中CE碳当量（%）； C总碳含量（%）； Si硅含量（%）； P含磷量（%）。 2） 共晶度 普遍铸铁中含碳量与共晶点含碳量的比值。反映铸铁成分接近共晶的程度。 Sc=C/4.26-1/3（Si
3、+P） Sc共晶度； C总碳含量（%）； Si硅含量（%）； P含磷量（%）。 3） 铸铁冷却曲线 冷却曲线反映铸铁合金的凝固结晶处境，是快速测定铸铁碳当量和碳、硅含量的依据。典型的铸铁冷却曲线见图7.1.1。 图7.1.1 铸铁的冷却曲线 4） 铸铁的凝固结晶过程及其组织 根据碳当量或共晶度，铸铁可分为CE4.26%或Sc1为亚共晶铸铁、CE=4.26%或Sc=1为共晶铸铁、CE4.26%或Sc1为过共晶铸铁。 表7.1.2 铸铁的组织 2.F为铁素体，G为石墨，P为珠光体，C为渗碳体。 3 影响铸铁组织和性能的因素 灰铸铁金相组织包括石墨与金属基体两个片面。 1）铸铁中石墨的外形、分布、大
4、小和数量对铸铁机械性能有着重要影响。 表7.1.3 铸铁的石墨外形与其抗拉强度的关系 在石墨平匀分布的条件下，石墨尺寸越大，铸铁的性能越差。细小分布的石墨可有效地提高铸铁的力学性能。此外，铸铁中石墨的数量对力学性能亦产生确定影响，通常石墨 数量越多，机械性能越差。 2）灰铸铁的基体可分为铁素体基体、铁素体和珠光体混合基体、珠光体基体等三类。以铁素体为基体的铸铁机械性能强度差、硬度和塑性亦较差。铁素体和珠光体混合基体灰铸铁强度和硬度随着珠光体数量的增多而提高。以珠光体为基体的灰铸铁强度和硬度均较高，并且随着珠光体的细化而明显提高。 铸铁中磷共晶若呈网状存在时，其强度大大降低，脆性增加。因此磷共晶
5、在铸铁中以分散孤立分布为好。 铸铁基体中假设展现碳化物和自由渗碳体，那么使铸铁性能恶化，强度降低，脆性增加，硬度剧增，切削加工性能也变坏。因此对铸铁中的自由渗碳体和碳化物要严加限制。 3）化学元素对组织与性能的影响见表7.1.4。 表7.1.4 4）铸件冷却速度对铸铁组织与性能的影响: 在保证析出石墨的冷却速度范围内，冷却速度慢，过冷度小，石墨粗大；反之石墨细化。冷却速度过快，过冷度大，那么形成细小的过冷石墨。 影响铸件冷却速度的因素好多，主要有： （1） 铸件壁厚的影响 （2）浇注温度的影响 浇注温度高，冷却速度慢，铸件石墨粗大，铁素体量增加，铸件的强度和和硬度降低。 反之，浇注温度低，铸件
6、冷却速度快，促进石墨细化，增加珠光体数量，提高铸件强度和硬度。 （3）铸型材料的影响 不同的铸型材料与冷却速度的关系见表7.1.6。 表7.1.6铸型材料与冷却速度的关系 （4）浇注系统的影响 铁液经直浇道、横浇道和内浇道进入型腔，浇道邻近的铸件被加热，降低了铸件的冷却速度，从而使该片面铸件晶粒粗大，铁素体量增加。冒口邻近亦如此。 4 普遍铸铁件常见缺陷和防止方法 1）常见的缺陷： 气孔、疏松、针孔、外观气泡；冷隔、接缝、起皮；铁豆；粗晶组织； 缩孔：外缩孔、内缩孔、缩松；热裂、冷裂；材质硬化，如局部硬化、白口化、反白口；浇缺乏、冷疤；夹杂物；夹渣滓、包砂、夹砂、结疤；石墨漂泊；化学粘砂、机械
7、粘砂；外观粗糙等。 2）产生理由与防止方法： （1）气孔 气孔产生的理由： 铁水中产生气体的主要理由是熔化过程中铁水的氧化，铁水的氧化取决于所用的原材料及熔化气氛中带入的氧气，以及浇包未烘干、冷铁外观状态不适当（如有铁锈、大气中凝聚的水分）等。 气孔防止方法： 获得纯真的铁水可裁减气体含量；使用无锈和无粘附杂物的明净原材料。 在熔化时还要根据熔化时设备采取适当的防止方法。冲天炉熔化时关键在于制止过量的送风，并保证有适当的底焦高度。电炉熔化时存在着铁水与大气接触的问题，提高熔化温度是必不成少的措施。 保持铸型内适合的水分。 使铸型中产生的气体能够从铸型中直接排出，设计铸造工艺时提高铸型的透气性，
8、开设透气孔。 （2）疏松 呈分散状态分布，每个空洞的尺寸较小。疏松不确定展现在铸件的表层，铸件内部同样存在。形成疏松的理由与气孔一致，因此其防止方法与气孔一样。 （3）针孔 针孔是一种在铸件外观局部区域存在，像针尖扎过的细小空洞的缺陷，往往展现于铸件的表层或皮下。产生理由与气孔和疏松一样，主要由铁水中的氧化物与碳回响生成的一氧化碳，或铁水与型砂接触而产生的气体，以及铸型中的水分等引起的，它更加轻易展现于薄壁铸件。此外，在参与的孕育剂（硅铁合金等）未充分枯燥，铝等特殊元素含量较多或浇注在强恢复性气氛中熔化的铁水等处境下，也较易产生针孔。 防止方法首先务必获得纯真的铁水，适当地降低浇注温度，并尽可
9、能地缩短浇注时间。其次采用水分少的造型材料，以及制止在型砂中混入有机物等材料，是防止产生针孔的好 方法。 （4）缩孔 铸件的缺陷中，缩孔的产生比例最高。由于金属从开头凝固直至冷却到室温的过程中，一般都产生体积收缩，但是对凝固过程中析出石墨的铸铁来说，由于石墨的析出会引起确定的体积膨胀。因而与其他金属相比，铸铁产生的倾向要小得多。但也有难以制止的处境。 防止方法： 设计铸件时，尽可能裁减壁厚差。 设置足够的冒口以补偿厚壁片面的凝固收缩。但是过量的冒口不仅不经济，而且还会引起其它缺陷。 为加速厚壁片面的冷却，可使用冷铁等。 在可能的范围内提高碳硅含量，以促进石墨化。 使用不含阻碍石墨化的杂质元素的
10、优质材料。 为更有效地发挥冒口的作用，使用发热保温剂、冒口搅拌法以及补浇高温铁水等方法。 （5）粗晶组织（缩松） 在厚壁处由于冷却缓慢，石墨得到了很好的成长，形成粗大组织，有时即使用肉眼也能看出断口颜色和光泽的区别。稍微粗点的组织并不是一种缺陷，但在壁厚极厚的铸件中，假设化学成分调整不当，碳硅过多时，往往呈现出极端粗大组织。假设此时再切断凝固收缩时的铁水补给，就会形成粗晶组织或缩松的缺陷。 缩松的形成机理与缩孔一样，它的特点是在局部凝固迟的部位搜集了铁水中低熔点的物质，而这些物质收宿时已无法再得到铁水的补给。 防止方法与缩孔完全一致，但更加要留神含碳量。 （6）浇缺乏，冷疤 浇入铸型的铁水不能
11、完全浇到铸型的每个角落，而使边缘成圆角的处境称为浇缺乏。 最有效的防止方法是提高浇注温度。此外，提高浇注速度、抑制型砂和涂料等产生气体，以及使型内的气体顺遂排出型外等也很重要。 （7）热裂、冷裂 热裂和冷裂的产生条件完全一致，都是由于铁水在凝固和冷却过程中存在着不平匀的冷却，使铸件的某一片面在膨胀、收缩阶段变形，产生内应力，当铸件经受不住这个应力时，便产生热裂和冷裂。 热裂是铸件在达成室温前冷却过程中产生的裂纹，它的断口呈茶褐色或紫红色。冷裂是冷却后形成的裂纹，其断口一般呈灰色。 防止方法 设计铸件时，尽量裁减壁厚差。 设计铸造工艺时，考虑壁厚不同时如何使整个铸件平匀冷却，如在厚壁处设置冷铁等
12、。 在同一条件下，由于碳当量越高收缩越少，因此在允许范围内，也可考虑选用碳当量高的铁水。 铸型的强度不必过高，使铸型能顺遂地适应铸件的收缩。 （8）其他缺陷 因型砂性能而产生的缺陷有包砂、夹砂、机械粘砂和外观粗糙等。其主要因素有： 砂子的耐火度不够。 砂子粒度不恰当而引起的透气性差或外观粗糙。 粘结剂过多而使透气性缺乏。 水分过多而造成强度不够。 过分紧实后铸型强度过高而引起的透气性缺乏。 为防止由型砂引起的这些缺陷，可改善型砂本身的性能或改善造型条件等，同时结合型砂性能选用铸造工艺是最有效的措施。 第2节 铸钢 1 铸钢的分类及组织特征 含碳量低于2.0%的铁-碳二元合金称。 铸钢可按化学成
13、分分为：碳素铸钢和合金铸钢。碳素铸钢按碳含量分为：C0.20%为低碳铸钢；C0.20.5%为中碳钢；C0.5%为高碳钢。合金钢按合金元素含量分为：低合金钢（一般合金元素总量在8%以下）和高合金钢（一般合金元素总量在8%以上）。 铸钢按用途可分为：布局铸钢、耐磨铸钢、不锈铸钢、耐热铸钢及工具铸钢等。 铸钢按组织分为：珠光体类铸钢、铁素体类铸钢、马氏体类铸钢和奥氏体类铸钢等。 2 铸钢的凝固特性和凝固方式的操纵 1）钢液的滚动性 液体金属的铸造性能，即液体金属充填铸型的才能好坏（称为滚动性），抉择着铸件生产的难易程度。液体金属的滚动性受到粘性、外观张力及成分的影响，但主要取决于浇注温度至凝固温度之
14、间的温度差和浇注开头至凝固终止的时间。温差越大，时间越长，那么滚动性越好。 由于铸钢凝固开头的温度（液相线温度）比铸铁高，所以一致温度铸铁的滚动性比铸钢好。为使铸钢滚动性良好，需过热到较高的温度，但这不仅会增加钢水的吸气量，而且也促使氧化，同时从铸型材料的耐火度等方面也存在问题。所以浇注温度应不超过液相线以上约50为好。另外，铸钢也轻易产生各种各样的缺陷，因此不能制造壁厚极薄的铸件。 2）凝固组织与收缩量、缩孔 浇入铸型内的钢水，由于铸型的热传导而散失热量，并从与铸型相接触的外观层开头依次凝固并冷却。铸钢件的凝固组织由最外层无方向性的细等轴晶，里层垂直于铸型壁并具有方向性的柱状晶（树枝状晶）及
15、铸件中心片面无方向性的粗等轴晶所组成。各结晶的大小取决于凝固时的冷却速度（随铸件壁厚及化学成分而变化）。 铸钢在冷却过程中体积会发生变化。铸型内铸件的收缩分为液态时由于温度下降而产生的液态收缩；钢水凝固时所产生的凝固收缩；以及凝固后冷却过程中所产生的固体收缩。铸钢的收缩鲜明比铸铁要大得多。其中，固态收缩可在制造模型时由工艺设计人员根据实际处境用缩尺加以补正，而液态收缩和固态收缩务必用冒口来举行补缩。 为提高冒口的补缩效果，最好是从离冒口最远处向冒口方向依次凝固，冒口在结果凝固。这时凝固前沿始终保持有从冒口中流出来的钢水，对凝固收缩充分举行补缩，从而可以制得无缩孔的铸件。这种使凝固向冒口方向举行的过程称作为方向性依次凝固，它是铸钢工艺人员在举行铸件工艺设计时最根本、最重要的思路。 3）凝固组织与裂纹 铸型中
