鑄造-第2部分2013

1、 緒緒論論 1 1.1 .1 金屬材料液態(tài)成形理論基礎(chǔ)金屬材料液態(tài)成形理論基礎(chǔ) 1.2 1.2 常用合金鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn)常用合金鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn) 1.3 1.3 砂型鑄造工藝砂型鑄造工藝 1.4 1.4 特種鑄造與現(xiàn)代鑄造技術(shù)簡介特種鑄造與現(xiàn)代鑄造技術(shù)簡介 1.5 1.5 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)第一章第一章 液態(tài)成形液態(tài)成形*方法：方法：“綱舉目張綱舉目張”本章緒論 金屬材料的鑄造成形是將液態(tài)金屬材料澆注到金屬材料的鑄造成形是將液態(tài)金屬材料澆注到與零件的形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄形空腔中，待其冷與零件的形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄形空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。卻凝

2、固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。 鑄造成形是金屬材料主要的成形方法之一。鑄造成形是金屬材料主要的成形方法之一。鑄鑄造成形方法之所以被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)殍T造成形方造成形方法之所以被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)殍T造成形方法與其它金屬成形方法相比，法與其它金屬成形方法相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：具有以下一些優(yōu)點(diǎn)： (1 1* * * *) ) 能夠制造能夠制造各種形狀各種形狀的鑄件，尤其是內(nèi)的鑄件，尤其是內(nèi)腔腔復(fù)雜復(fù)雜的鑄件。的鑄件。 （2 2* * *）各種各種金屬金屬材料材料，只要能熔化，只要能熔化，都可以都可以鑄造成形，尤其是脆性材料，只能用鑄造方法成鑄造成形，尤其是脆性材料，只能用鑄造方法成形，如鑄鐵等。形，

3、如鑄鐵等。 (3(3* * *) )能夠制造能夠制造各種尺寸各種尺寸的零件的零件，鑄件的輪廓鑄件的輪廓尺寸大至十幾米，小至幾毫米；質(zhì)量大至數(shù)百噸，尺寸大至十幾米，小至幾毫米；質(zhì)量大至數(shù)百噸，小至幾克。小至幾克。 (4(4* *) ) 設(shè)備投資少，設(shè)備投資少，原材料來源廣泛原材料來源廣泛，價(jià)格低，價(jià)格低，因此、鑄件的因此、鑄件的成本低廉成本低廉。 (5) (5) 鑄件的鑄件的形狀尺寸形狀尺寸與零件非常接近與零件非常接近，切切削量小削量小，特別是精密鑄件無需再加工，特別是精密鑄件無需再加工, ,可直接可直接使用使用, ,降低了制造成本。降低了制造成本。 由于上述優(yōu)點(diǎn)使得鑄造成形成為現(xiàn)代工業(yè)由于上述

4、優(yōu)點(diǎn)使得鑄造成形成為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比例，的基礎(chǔ)。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比例，按質(zhì)量計(jì)在汽車中約占按質(zhì)量計(jì)在汽車中約占40%40%60%,60%,在機(jī)床中約在機(jī)床中約占占60%60%80%80%。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：機(jī)械性能差，質(zhì)量不穩(wěn)定，工序多，機(jī)械性能差，質(zhì)量不穩(wěn)定，工序多，易產(chǎn)生許多缺陷，影響因素復(fù)雜。易產(chǎn)生許多缺陷，影響因素復(fù)雜。 （1 1）合金的流動(dòng)性）合金的流動(dòng)性 1)1)基本概念基本概念 合金的流動(dòng)性是指液態(tài)合金充滿型腔，形成合金的流動(dòng)性是指液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰，形狀完整的鑄件的能力，它是合金本輪廓清晰，形狀完整的鑄件的能力，它是合金本身身固有屬

5、性，受外界條件的影響。固有屬性，受外界條件的影響。如果合金的流如果合金的流動(dòng)性較差，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)性較差，就會(huì)產(chǎn)生澆不到與冷隔，如圖澆不到與冷隔，如圖2.1.442.1.44所示；所示；也不利于也不利于氣體和非金屬夾雜物上浮氣體和非金屬夾雜物上浮。（有何辦。（有何辦法比較兩種材料流動(dòng)性好壞法比較兩種材料流動(dòng)性好壞？） 合金的合金的鑄造性能鑄造性能是指合金在鑄造成形的過是指合金在鑄造成形的過程中獲得程中獲得形狀正確，內(nèi)部無缺陷形狀正確，內(nèi)部無缺陷鑄件的能力。鑄件的能力。通常用通常用合金的流動(dòng)性、收縮性合金的流動(dòng)性、收縮性等指標(biāo)來衡量。等指標(biāo)來衡量。液態(tài)成形理論基礎(chǔ)液態(tài)成形理論基礎(chǔ)a.a.澆不到澆不到

6、b.b.冷隔冷隔圖圖2.1.44 2.1.44 澆不到與冷隔澆不到與冷隔 新合新合金的流動(dòng)金的流動(dòng)性性以澆注以澆注螺旋試樣螺旋試樣的長度來的長度來測定。測定。 在鐵碳合在鐵碳合金中，當(dāng)金中，當(dāng)碳碳的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過6.69%時(shí)，鐵時(shí)，鐵碳合金沒有實(shí)碳合金沒有實(shí)用價(jià)值。用價(jià)值。鐵碳鐵碳合金相圖實(shí)際合金相圖實(shí)際是是Fe-Fe3C相相圖。圖。（復(fù)習(xí)）（復(fù)習(xí)）鐵碳合金鐵碳合金相圖相圖簡化后的簡化后的Fe-Fe3C相圖。相圖。A AD DC CE EF FS SQ QP PG GK K1 15 53 38 81 12 22 27 71 11 14 48 87 72 27 79 91 12 26

7、 60 00 00 06 6. .6 69 94 4. .3 32 2. .1 11 10 0. .7 77 70 0. .0 02 21 18 8L LA A + + F Fe e3 3C CL L+ +A AA AF F + + F Fe e3 3C CF FF F+ +A AF Fe e( (F Fe e3 3C C) )T TL LF Fe e3 3C CWc / % a.a.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 w wC C 0.0218% 0.0218%； b.b.鋼鋼 0.0218%0.0218% w wC C 2.11% 2.11%； c.c.白口鑄鐵白口鑄鐵 2.11%2.11% w wC C

8、6.69% 6.69%。 鐵碳合金的分類鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 在鑄件的凝固過程中，其斷面上一般存在三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)，其中，對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式”就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄(圖23b中S)來劃分的。1逐層凝固逐層凝固 純金屬或共晶成分合金在凝固過程中因不存在液、固并存的凝固區(qū)，故斷面上外層的固體和內(nèi)層的液體由一條界限(凝固前沿)清楚地分開。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚、液體層不斷減少，直達(dá)鑄件的中心，這種凝固方式稱為逐層凝固。2糊狀凝固糊狀凝固 如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件的溫度分布較為平坦，則在凝固的某段時(shí)間內(nèi)，鑄

9、件表面并不存在固體層，而液、固并存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面。由于這種凝固方式與水泥類似，即先呈糊狀而后固化，故稱糊狀凝固。3中間凝固中間凝固 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固方式。2）影響合金流動(dòng)性的主要因素化學(xué)成分化學(xué)成分 （復(fù)習(xí)與思考復(fù)習(xí)與思考方法方法2：內(nèi)外因關(guān)系：內(nèi)外因關(guān)系）A、純金屬純金屬流動(dòng)性好：流動(dòng)性好：一定溫度下結(jié)晶，流動(dòng)層表面一定溫度下結(jié)晶，流動(dòng)層表面光滑，對(duì)液流阻力小；光滑，對(duì)液流阻力??；B、共晶成分共晶成分流動(dòng)性好：流動(dòng)性好：一定一定?，液流阻力液流阻力小，小，且且熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低，過熱度可以較大；，過熱度可以較大；C、非共晶非共晶成分流動(dòng)性差：成分流動(dòng)性

10、差：D、合金中若形成、合金中若形成高熔點(diǎn)化合物高熔點(diǎn)化合物如如MnS，降低降低流動(dòng)，若形成流動(dòng)，若形成低熔點(diǎn)化合物低熔點(diǎn)化合物，提高提高流動(dòng)流動(dòng)(P可可形成低熔點(diǎn)磷共晶，但易引起鑄鐵冷脆形成低熔點(diǎn)磷共晶，但易引起鑄鐵冷脆)。常見材料：灰鑄鐵常見材料：灰鑄鐵-硅黃銅硅黃銅-硅鋁明硅鋁明-鑄鋼鑄鋼2）影響合金流動(dòng)性的主要因素圖圖2.1.45 2.1.45 鑄鋼與鑄鐵流動(dòng)性比較鑄鋼與鑄鐵流動(dòng)性比較 合金的化學(xué)合金的化學(xué)成分對(duì)合金的流成分對(duì)合金的流動(dòng)性影響動(dòng)性影響最為最為顯顯著；著；合金的熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)越低，結(jié)晶溫度越低，結(jié)晶溫度區(qū)間越小，合金區(qū)間越小，合金的流動(dòng)性越的流動(dòng)性越好好，反之則越反之則越差

11、差。 其次，其次，合金合金粘度越大粘度越大其流動(dòng)其流動(dòng)性越性越差差。 問題：問題： 澆注溫度澆注溫度 適當(dāng)提高液態(tài)金屬的澆注溫度能提高其流動(dòng)性。適當(dāng)提高液態(tài)金屬的澆注溫度能提高其流動(dòng)性。但過但過高高- -收縮、吸氣、氧化嚴(yán)重。收縮、吸氣、氧化嚴(yán)重。充型壓力充型壓力 液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上受的壓力越大，其流動(dòng)性越好。液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上受的壓力越大，其流動(dòng)性越好。鑄型的條件鑄型的條件（-掌握稍難掌握稍難）（）（思考思考abcdabcd）a.a.鑄型蓄熱能力（鑄型蓄熱能力（金屬型、砂型金屬型、砂型） 是指是指鑄型鑄型從金屬中從金屬中吸收和貯存熱量吸收和貯存熱量的能力。鑄型材料的能力。鑄型材料導(dǎo)熱（書

12、中）導(dǎo)熱（書中）系數(shù)越小，傳遞熱量的速度越慢，液態(tài)合金系數(shù)越小，傳遞熱量的速度越慢，液態(tài)合金保溫效果越好，流動(dòng)性也越好。保溫效果越好，流動(dòng)性也越好。 砂型砂型蓄熱能力比蓄熱能力比金屬型金屬型好好，液態(tài)合金用，液態(tài)合金用砂型砂型鑄造充型的鑄造充型的能力較強(qiáng)。能力較強(qiáng)。 b.b.鑄型鑄型預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度 （如金屬型，（如金屬型，薄壁件薄壁件） 把鑄型預(yù)熱到適當(dāng)溫度，可以減少鑄型和液體合金之把鑄型預(yù)熱到適當(dāng)溫度，可以減少鑄型和液體合金之間的溫差，從而減緩合金冷卻速度，提高合金流動(dòng)性。間的溫差，從而減緩合金冷卻速度，提高合金流動(dòng)性。c.c.鑄型鑄型透氣性透氣性 高溫液態(tài)合金澆入鑄型時(shí)，巨大熱量會(huì)使鑄型

13、中的高溫液態(tài)合金澆入鑄型時(shí)，巨大熱量會(huì)使鑄型中的氣體氣體膨脹膨脹，型砂中的型砂中的少量水分少量水分還會(huì)還會(huì)汽化，汽化，煤粉、木屑等煤粉、木屑等有機(jī)物會(huì)有機(jī)物會(huì)燃燒燃燒產(chǎn)生大量的產(chǎn)生大量的氣體氣體，這些氣體會(huì)使型腔中的這些氣體會(huì)使型腔中的壓力急劇升高，壓力急劇升高，阻礙液態(tài)合金流動(dòng)，降低合金流動(dòng)性。因此，鑄型需有良好阻礙液態(tài)合金流動(dòng)，降低合金流動(dòng)性。因此，鑄型需有良好的透氣性的透氣性。 生產(chǎn)上常采用在生產(chǎn)上常采用在遠(yuǎn)離澆口的最高部位遠(yuǎn)離澆口的最高部位開設(shè)開設(shè)出氣口出氣口的辦法的辦法來提高鑄型透氣性。來提高鑄型透氣性。 d. d.鑄型的結(jié)構(gòu)鑄型的結(jié)構(gòu)（復(fù)雜、簡單，壁厚、薄，大、小）（復(fù)雜、簡單，壁

14、厚、薄，大、小） 當(dāng)鑄件壁厚過小，有大的水平面等結(jié)構(gòu)時(shí)都使金屬液的當(dāng)鑄件壁厚過小，有大的水平面等結(jié)構(gòu)時(shí)都使金屬液的流動(dòng)阻力增大。圖流動(dòng)阻力增大。圖2.1.462.1.46為蓋類鑄件的三種澆注方案。為蓋類鑄件的三種澆注方案。圖圖2.1.46 2.1.46 蓋類鑄件的不同澆注位置蓋類鑄件的不同澆注位置a-d標(biāo)題都是什么不記，但每個(gè)標(biāo)題含義要清楚標(biāo)題都是什么不記，但每個(gè)標(biāo)題含義要清楚 1 1）鑄件合金鑄件合金收縮的概念收縮的概念 鑄造合金的收縮是指液態(tài)合金從鑄造合金的收縮是指液態(tài)合金從澆入鑄澆入鑄型、凝固、型、凝固、直至直至冷卻冷卻到室溫的過程中，其到室溫的過程中，其體體積或尺寸積或尺寸的縮減現(xiàn)象。

15、的縮減現(xiàn)象。 鑄件的收縮是一種物理屬性，是形成鑄件的收縮是一種物理屬性，是形成縮縮孔、縮松孔、縮松( (動(dòng)畫動(dòng)畫) )、變形和裂紋等、變形和裂紋等缺陷的根本缺陷的根本原因。原因。( (一般材料，熱脹冷縮；一般材料，熱脹冷縮；水在水在0至至4的范圍，的范圍，青銅，銻、鉍、鎵 ) )（2）鑄件的收縮 2 2）鑄件收縮的三個(gè)階段）鑄件收縮的三個(gè)階段（若沒有固態(tài)收縮的相變問題，（若沒有固態(tài)收縮的相變問題，2 2）和）和3 3）應(yīng)交換順序，）應(yīng)交換順序，由由3 3個(gè)階段引出縮孔、松、裂紋等更易理解）個(gè)階段引出縮孔、松、裂紋等更易理解） 液態(tài)收縮液態(tài)收縮 指合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過程中的收縮。指合

16、金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過程中的收縮。澆澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大。注溫度越高，液態(tài)收縮越大。 凝固收縮凝固收縮 指合金在指合金在液相液相線至固相線之間線至固相線之間凝凝固階段的收縮。固階段的收縮。和和引起縮孔縮引起縮孔縮松松. .用用體積收縮率體積收縮率表示。表示。 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 指合金從指合金從固相固相線線溫度冷卻溫度冷卻到室溫到室溫時(shí)的收縮時(shí)的收縮（應(yīng)力變（應(yīng)力變 圖圖2.1.47 2.1.47 鑄件收縮的三個(gè)階段鑄件收縮的三個(gè)階段形裂紋形裂紋）。表現(xiàn)出尺寸的變化，因此，）。表現(xiàn)出尺寸的變化，因此，用用線收縮率線收縮率表示。表示。3 3）影響收縮的主要因素影響收縮的主要因素（方法

17、（方法3 3：比較法）：比較法） 成分、溫度、成分、溫度、相變相變（影響流動(dòng)性是壓力）、鑄型鑄型。 成分：成分：相圖中，相圖中，碳鋼碳鋼含碳量含碳量越大越大，（凝固），（凝固）收縮增大收縮增大（？相圖）（？相圖），固態(tài)收縮減?。?，固態(tài)收縮減??；石墨石墨體積大，密度小，抵體積大，密度小，抵消了鑄鐵的部分收縮，消了鑄鐵的部分收縮，灰鑄鐵灰鑄鐵中中碳是石墨化碳是石墨化元素，元素，硅是硅是促進(jìn)石墨化元素促進(jìn)石墨化元素，因此，因此灰鑄鐵收縮小灰鑄鐵收縮小。鑄型條件鑄型條件：不同：不同鑄件部分相互制約，鑄型和型芯對(duì)收縮有機(jī)械阻力。鑄件部分相互制約，鑄型和型芯對(duì)收縮有機(jī)械阻力。 從上面的討論可知：材料的結(jié)晶

18、溫度范圍越大，凝凝固收縮固收縮越大；材料收縮率收縮率越大，鑄件的收縮也越大；澆注溫度越高，液態(tài)收縮液態(tài)收縮越大。固態(tài)收縮固態(tài)收縮也和也和相變相變有關(guān)：有關(guān)：鑄鐵鑄鐵-石墨，石墨，奧氏體奧氏體-珠光體珠光體=體積膨脹體積膨脹 表表2.1.32.1.3鐵碳合金的收縮率（鐵碳合金的收縮率（% %）合金種類合金種類 體積收縮率體積收縮率 線收縮率線收縮率碳素鑄鋼碳素鑄鋼 101014.5 14.5 2 2白口鑄鐵白口鑄鐵 121214 14 2 2灰鑄鐵灰鑄鐵 5 58 8 1 1共晶成分的灰鑄鐵鑄造性能共晶成分的灰鑄鐵鑄造性能好好原因？原因？4 4）縮孔與縮松的形成）縮孔與縮松的形成（1 1）縮孔）

19、縮孔 縮孔縮孔多呈倒錐多呈倒錐形，內(nèi)表面粗糙，形，內(nèi)表面粗糙，一般隱藏在鑄件的一般隱藏在鑄件的內(nèi)部?？s孔形成的內(nèi)部?？s孔形成的過程如圖所示。過程如圖所示。復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固3 3方式？哪種方式最易產(chǎn)方式？哪種方式最易產(chǎn)生縮孔？逐層凝固，中生縮孔？逐層凝固，中間凝固也會(huì)產(chǎn)生。間凝固也會(huì)產(chǎn)生。 圖圖2.1.48 2.1.48 縮孔形成過程示意圖縮孔形成過程示意圖 鑄件最后凝固鑄件最后凝固部位形成的空洞，部位形成的空洞，容積較大的空洞叫容積較大的空洞叫縮孔縮孔 。 指鑄件最后凝指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬的補(bǔ)縮而液態(tài)金屬的補(bǔ)縮而形成的形成的分散、細(xì)小分散

20、、細(xì)小的孔洞的孔洞, ,如圖所示。如圖所示。圖圖2.1.49 2.1.49 縮松的形成過程示意圖縮松的形成過程示意圖 形成縮松的基形成縮松的基本原因和縮孔相同，本原因和縮孔相同，但是形成的條件卻但是形成的條件卻不同，它主要出現(xiàn)不同，它主要出現(xiàn)在在結(jié)晶溫度區(qū)間大結(jié)晶溫度區(qū)間大的合金的合金中。中。（2 2）縮松）縮松復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固方式中哪種方式最易產(chǎn)生縮松？復(fù)習(xí)與思考：鑄件凝固方式中哪種方式最易產(chǎn)生縮松？5 5）防止縮孔與縮松的主要措施）防止縮孔與縮松的主要措施 縮孔和縮松都使鑄件的力學(xué)性能下降，縮松還可使鑄件因滲漏滲漏而報(bào)廢。 措施措施： （選不生孔材選不生孔材）選選用收縮小的用收縮小的合

21、金合金，如普通灰鑄鐵，如普通灰鑄鐵（石墨石墨）；選用）；選用結(jié)晶溫度區(qū)間小結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金防止的合金防止縮松縮松; （有孔咋辦有孔咋辦） (鑄件上不能有孔，但收縮大的合金縮孔是客觀存縮孔是客觀存在在的，怎么辦？拿饃正吃著才發(fā)現(xiàn)手臟了咋辦？闌尾炎)采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，安放冒口、加冷鐵等，安放冒口、加冷鐵等，使鑄件實(shí)現(xiàn)“定向凝固”(即順序凝固)。盡管合金的收縮較大，也可獲得沒有縮孔的致密鑄件，主要用于鑄鋼、可鍛鑄鐵等易產(chǎn)生易產(chǎn)生縮孔的鑄件（適合于收縮大或壁厚差（適合于收縮大或壁厚差大的合金）大的合金）。P15：1）3）條。）條。 采用順序凝固是生產(chǎn)中防止鑄件產(chǎn)生縮采用順序凝固是生產(chǎn)中防止鑄件

22、產(chǎn)生縮孔的有效方法?？椎挠行Х椒?。 順序凝固是順序凝固是指鑄件按規(guī)定方向從一部分指鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固到另一部分逐漸凝固的過程。的過程。用用“凝固等溫線法凝固等溫線法”和和“內(nèi)切法內(nèi)切法”判斷縮孔位置。判斷縮孔位置。圖2.1.52 縮孔位置的確定圖2.1.50 順序凝固 閥閥體鑄件體鑄件上易產(chǎn)上易產(chǎn)生縮孔生縮孔的的熱節(jié)熱節(jié)不止一不止一個(gè)，底個(gè)，底部厚大部厚大部位無部位無法安裝法安裝冒口冒口，該處該處設(shè)設(shè)置冷鐵置冷鐵. .圖圖2.1.512.1.51閥體鑄件閥體鑄件選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金 設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，在多種合金可選的情況下，因結(jié)晶溫設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，在多種

23、合金可選的情況下，因結(jié)晶溫度區(qū)間小的度區(qū)間小的近共晶合金收縮較小，縮松幾率小，故優(yōu)近共晶合金收縮較小，縮松幾率小，故優(yōu)先選用。先選用。 順序凝固的順序凝固的缺點(diǎn)缺點(diǎn)是鑄件各部分是鑄件各部分溫差大溫差大，冷卻速度冷卻速度不一致。不一致。6 6）鑄造應(yīng)力）鑄造應(yīng)力 變形和裂紋變形和裂紋 鑄件在凝固之后凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮若受到阻礙阻礙，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力有時(shí)是在冷卻過程中暫存的，有時(shí)則一直保留到室溫，后者稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。（1）鑄造應(yīng)力）鑄造應(yīng)力（熱、機(jī)械、相變應(yīng)力）（熱、機(jī)械、相變應(yīng)力）與變形與變形 鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而產(chǎn)

24、生的應(yīng)力叫鑄造應(yīng)鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力叫鑄造應(yīng)力。力。鑄造應(yīng)力分為鑄造應(yīng)力分為熱應(yīng)力熱應(yīng)力和和機(jī)械機(jī)械（收縮）（收縮）應(yīng)力。應(yīng)力。（相變應(yīng)（相變應(yīng)力因小而不計(jì)）力因小而不計(jì)）熱應(yīng)力與變形熱應(yīng)力與變形 熱應(yīng)力是鑄件在凝固和冷卻過程中，各部分熱應(yīng)力是鑄件在凝固和冷卻過程中，各部分冷卻速度冷卻速度不不同，致使在同，致使在同一時(shí)期同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分內(nèi)鑄件各部分收縮不一致收縮不一致所引起的應(yīng)力。所引起的應(yīng)力。 圖圖2.1.53 2.1.53 框形鑄件熱應(yīng)力形成過程示意圖框形鑄件熱應(yīng)力形成過程示意圖熱應(yīng)力的形成過程 熱應(yīng)力的分布和鑄件的變形（剛度小時(shí)，變形熱應(yīng)力的分布和鑄件的變形（剛度小時(shí)，

25、變形是應(yīng)力的釋放過程）遵循以下規(guī)律：是應(yīng)力的釋放過程）遵循以下規(guī)律： 鑄件厚壁處或心部受拉應(yīng)力，鑄件厚壁處或心部受拉應(yīng)力，受拉應(yīng)受拉應(yīng)力的部位變形時(shí)趨于縮短向內(nèi)凹；力的部位變形時(shí)趨于縮短向內(nèi)凹；薄壁或薄壁或表層受壓應(yīng)力，表層受壓應(yīng)力，受壓應(yīng)力的部位變形時(shí)趨受壓應(yīng)力的部位變形時(shí)趨于伸長向外凸于伸長向外凸（像瘦爸爸拉胖孩子起來）（像瘦爸爸拉胖孩子起來）。 方法方法4 4：不嚴(yán)密地近似實(shí)驗(yàn)法。：不嚴(yán)密地近似實(shí)驗(yàn)法。 圖為床身鑄件，其導(dǎo)軌部分較厚，受拉應(yīng)力；其圖為床身鑄件，其導(dǎo)軌部分較厚，受拉應(yīng)力；其床身壁部分較薄、受壓應(yīng)力，于是床身發(fā)生朝導(dǎo)軌床身壁部分較薄、受壓應(yīng)力，于是床身發(fā)生朝導(dǎo)軌方向的彎曲。方

26、向的彎曲。圖圖2.1.54 2.1.54 鑄件變形示意圖鑄件變形示意圖 預(yù)防熱應(yīng)力的基本途徑是盡量減少減少鑄件各個(gè)部位間的各個(gè)部位間的溫溫度差，使其從開始就均勻地冷卻。度差，使其從開始就均勻地冷卻。機(jī)械應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）收縮應(yīng)力） 它是鑄件固態(tài)收縮時(shí)受到鑄型阻礙所產(chǎn)生的應(yīng)力，如圖它是鑄件固態(tài)收縮時(shí)受到鑄型阻礙所產(chǎn)生的應(yīng)力，如圖2.1.552.1.55所示。所示。機(jī)械應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生暫時(shí)性的正應(yīng)力或剪切應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在鑄件落砂之后便可自行消除（屬臨時(shí)應(yīng)屬臨時(shí)應(yīng)力力）。但它在鑄件冷卻過程中鑄件冷卻過程中可與熱應(yīng)力共同起作用與熱應(yīng)力共同起作用，增大了某些部位的應(yīng)力，促進(jìn)了鑄件的裂紋裂紋傾向。

27、圖圖2.1.55 2.1.55 機(jī)械應(yīng)力的形成機(jī)械應(yīng)力的形成（2）鑄造應(yīng)力的減少與防止鑄造應(yīng)力的減少與防止 機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力起因：壁厚不勻壁厚不勻-溫差不同溫差不同;應(yīng)力集中應(yīng)力集中-導(dǎo)致裂紋。導(dǎo)致裂紋。按照鑄造過程幫助分析（操作過程分析法操作過程分析法-方法方法5）（模樣模樣- -準(zhǔn)備造型材料準(zhǔn)備造型材料- -造型制芯造型制芯- -澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)- -合型澆注合型澆注- -落砂、清理落砂、清理- -鑄件鑄件）1、壁厚均勻壁厚均勻、壁與壁過度平滑過度平滑、熱節(jié)熱節(jié)（壁厚不勻）小而分散小而分散；2、改善砂型與砂芯的退讓性退讓性（用變形釋放應(yīng)力），如木屑、焦炭末木屑、焦炭末等附加物,控制舂砂緊實(shí)

28、度舂砂緊實(shí)度，合理合理設(shè)置澆冒口澆冒口。3、盡量減小各部分溫差。如：內(nèi)澆口內(nèi)澆口開在薄壁處，厚處安放冷鐵-同時(shí)凝固原則（收縮小的普通灰口鑄同時(shí)凝固原則（收縮小的普通灰口鑄鐵，它屬脆性材料）；鐵，它屬脆性材料）；4、（有應(yīng)力怎么辦？）去應(yīng)力退火（人工時(shí)效），自然時(shí)效。人工時(shí)效，將鑄件加熱到塑性狀態(tài)，一般在機(jī)械粗加工之后，以便將鑄造應(yīng)力和粗加工應(yīng)力一并消除。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火-說明（鑄后）說明（鑄后） 具有殘余應(yīng)力的鑄件經(jīng)具有殘余應(yīng)力的鑄件經(jīng)機(jī)械加工后，應(yīng)力將重新分布，使機(jī)械加工后，應(yīng)力將重新分布，使零件緩慢地變形，喪失原有加工精度，如圖零件緩慢地變形，喪失原有加工精度，如圖2.1.59所示。所

29、示。為此，為此，對(duì)不允許發(fā)生變形的對(duì)不允許發(fā)生變形的鑄件鑄件，必須及時(shí)，必須及時(shí)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火,再再加工加工。 去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：將鑄件鑄后加熱到將鑄件鑄后加熱到550-650,保溫一段時(shí)間，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。隨爐緩慢冷卻。 因殘余應(yīng)力去除較為徹底，故應(yīng)用廣泛。因殘余應(yīng)力去除較為徹底，故應(yīng)用廣泛。同時(shí)凝固同時(shí)凝固（為什么（為什么盡量減少鑄件各部分的溫差）圖圖2.1.56 2.1.56 同時(shí)凝固過程示意圖同時(shí)凝固過程示意圖鑄造應(yīng)力的減少與防止鑄造應(yīng)力的減少與防止 (a) (a)圓柱鑄件心部產(chǎn)生圓柱鑄件心部產(chǎn)生拉拉應(yīng)力，表層產(chǎn)生應(yīng)力，表層產(chǎn)生壓壓應(yīng)力；應(yīng)力； (b) (b)當(dāng)

30、外表面被加工掉一層后，鑄件變當(dāng)外表面被加工掉一層后，鑄件變短短； (c) (c) 當(dāng)在心部鉆孔，鑄件變當(dāng)在心部鉆孔，鑄件變長長； (d) (d)從側(cè)面切去一層，產(chǎn)生彎曲變形；從側(cè)面切去一層，產(chǎn)生彎曲變形； 圖圖2.1.59 2.1.59 圓柱體鑄件變形示意圖圓柱體鑄件變形示意圖圖圖2.1.57 2.1.57 不同截面件的變形不同截面件的變形b.b.鑄件壁厚盡量均勻（鑄件壁厚盡量均勻（同同防應(yīng)力法防應(yīng)力法）、對(duì)稱）、對(duì)稱（與減少應(yīng)力矛盾）（與減少應(yīng)力矛盾） （3）鑄件的變形與防止）鑄件的變形與防止a.變形是由應(yīng)力引起的，如何防止變形？（防應(yīng)力法除退讓性防應(yīng)力法除退讓性）c.c.反變形法反變形法

31、模樣制成與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形的模樣制成與變形方向正好相反的形狀以抵消其變形的方法叫反變形法。適用于細(xì)長易變形鑄件。方法叫反變形法。適用于細(xì)長易變形鑄件。圖圖2.1.58 2.1.58 床身導(dǎo)軌面的撓曲變形及反變形床身導(dǎo)軌面的撓曲變形及反變形 （4 4）裂紋與防止裂紋與防止 鑄件的收縮，產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力，當(dāng)鑄造應(yīng)力增大到鑄件的收縮，產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力，當(dāng)鑄造應(yīng)力增大到大于某一時(shí)刻材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)大于某一時(shí)刻材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)有裂紋產(chǎn)生。裂，就會(huì)有裂紋產(chǎn)生。裂紋又分為熱裂紋和冷裂紋。紋又分為熱裂紋和冷裂紋。 熱裂紋熱裂紋 指在鑄件指在鑄件凝固末期高溫凝固末期高溫下形成的下形成的裂紋。

32、裂紋。a.a.裂紋形態(tài)裂紋形態(tài) 裂紋短而寬，形狀曲折，沿裂紋短而寬，形狀曲折，沿晶界晶界擴(kuò)展，表面有明擴(kuò)展，表面有明顯的氧化色。顯的氧化色。 b.b.產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 機(jī)械應(yīng)力超過此時(shí)金屬的抗拉強(qiáng)度，即產(chǎn)生熱裂。機(jī)械應(yīng)力超過此時(shí)金屬的抗拉強(qiáng)度，即產(chǎn)生熱裂。如圖如圖2.1.602.1.60所示。所示。 合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)； 采用同時(shí)凝固原則； 改善鑄型和型芯的退讓性； 限制鑄鋼和鑄鐵中的S S含量； 選用結(jié)晶溫度區(qū)間小合金等措施。 紅色字前不是新方法。 圖圖2.1.60 2.1.60 熱裂紋形成示意圖熱裂紋形成示意圖c.防止措施 a.a.裂紋形態(tài)裂紋形態(tài) 裂紋細(xì)小呈直線，裂紋內(nèi)氧化色不明顯。裂紋細(xì)

33、小呈直線，裂紋內(nèi)氧化色不明顯。b.b.產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 鑄造時(shí)隨鑄造時(shí)隨溫度下降溫度下降，鑄件，鑄件應(yīng)力增大應(yīng)力增大，當(dāng)，當(dāng)鑄件應(yīng)力增大到大于材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋。鑄件應(yīng)力增大到大于材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋。 c.c.防止措施防止措施 減小減小鑄造鑄造應(yīng)力應(yīng)力；去應(yīng)力；去應(yīng)力退火退火；設(shè)計(jì)鑄件設(shè)計(jì)鑄件時(shí)應(yīng)時(shí)應(yīng)避免應(yīng)力集中避免應(yīng)力集中；降低鋼鐵材料中的降低鋼鐵材料中的含磷量含磷量等等。 冷裂紋冷裂紋 指高碳鋼、白口鐵等指高碳鋼、白口鐵等脆性大、塑性差脆性大、塑性差的合金的合金在在低溫時(shí)形成的裂紋，常產(chǎn)生在拉應(yīng)力及應(yīng)力集中處。低溫時(shí)形成的裂紋，常產(chǎn)生在拉應(yīng)力及應(yīng)力集中處。 金屬的偏析和

34、吸氣性（自學(xué)金屬的偏析和吸氣性（自學(xué)P20_21）。）。作業(yè)：作業(yè)：1、怎樣提高鑄型型腔中金屬液的流動(dòng)性？2、金屬液的流動(dòng)性和收縮是對(duì)等的兩個(gè)概念，兩者內(nèi)容和標(biāo)題有何異同。3、順序凝固原則和逐層凝固方式有何區(qū)別？同時(shí)凝固原則和糊狀凝固方式有何區(qū)別？順序凝固原則和同時(shí)凝固原則各自防止什么缺陷？同時(shí)又會(huì)帶來什么問題？*難點(diǎn)：鑄造應(yīng)力、變形和裂紋。難點(diǎn)：鑄造應(yīng)力、變形和裂紋。1.2 常用合金鑄件生產(chǎn)1.2.1.2.1 1 鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn) 1.2.1.2.2 2 鑄鋼件生產(chǎn)鑄鋼件生產(chǎn) 1.2.3 1.2.3 非鐵合金鑄件生產(chǎn)非鐵合金鑄件生產(chǎn) 鑄鐵是鑄鐵是Wc2.11%Wc2.11%的鐵碳合金。實(shí)

35、用的鑄的鐵碳合金。實(shí)用的鑄鐵是鐵是FeFeC CSi Si 為主的多元合金。鑄鐵具有為主的多元合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良性能，且制造簡單，成本低廉，是許多優(yōu)良性能，且制造簡單，成本低廉，是最常用的金屬材料之一。最常用的金屬材料之一。 1.2.1 鑄鐵件生產(chǎn) 1.1.鑄鐵的石墨化及影響因素鑄鐵的石墨化及影響因素 2.2.常用的鑄鐵常用的鑄鐵 鑄鐵分類鑄鐵分類碳部分以石墨的形式存在，碳部分以石墨的形式存在，部分以部分以FeFe3 3C C的形式存在，的形式存在，斷口呈黑白相間的麻點(diǎn)。斷口呈黑白相間的麻點(diǎn)。鑄鐵的分類根據(jù)碳在鑄鐵根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式分中存在形式分白口鑄鐵白口鑄鐵：灰口鑄鐵灰口鑄鐵：麻口

36、鑄鐵麻口鑄鐵：碳主要以碳主要以FeFe3 3C C的形式存在，的形式存在，斷口呈銀白色；斷口呈銀白色；碳全部或大部分以石墨碳全部或大部分以石墨(G)(G)的形式存在，斷口呈暗灰的形式存在，斷口呈暗灰色；色；在這三類鑄鐵中，灰口鑄鐵用的最多在這三類鑄鐵中，灰口鑄鐵用的最多 ?；铱阼T鐵的分類 灰鑄鐵分類灰鑄鐵分類灰鑄鐵：灰鑄鐵：石墨呈片狀（石墨呈片狀（ ）球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀 （ ）蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀 （ ）可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 （ ） 灰口鑄鐵根據(jù)組織中石墨形態(tài)的不同可分為四類，灰口鑄鐵根據(jù)組織中石墨形態(tài)的不同可分為四類，如表

37、如表1.2.11.2.1所示所示表表1.2.11.2.1灰口鑄鐵的分類灰口鑄鐵的分類1.鑄鐵的石墨化及影響因素(核心-石墨) 鑄鐵的石墨化是指鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程。鑄鐵的石墨化是指鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程。（1 1）鑄鐵的石墨化）鑄鐵的石墨化圖圖1.2.1鐵碳合金雙重相圖鐵碳合金雙重相圖 石墨化過程的兩個(gè)階段 （簡介）（簡介） 共析溫度以上的石墨化過程稱為第一階段石墨共析溫度以上的石墨化過程稱為第一階段石墨化；化； 第一階段石墨化過程進(jìn)行的程度決定得到什么第一階段石墨化過程進(jìn)行的程度決定得到什么鐵。第一階段石墨化過程無法進(jìn)行，得到白口鑄鐵；鐵。第一階段石墨化過程無法進(jìn)行，得到白口鑄

38、鐵；第一階段石墨化部分進(jìn)行，得到麻口鑄鐵；第一階第一階段石墨化部分進(jìn)行，得到麻口鑄鐵；第一階段石墨化過程能夠充分進(jìn)行，得到灰口鑄鐵。段石墨化過程能夠充分進(jìn)行，得到灰口鑄鐵。 共析及共析溫度以下的石墨化過程稱為第二階共析及共析溫度以下的石墨化過程稱為第二階段石墨化。段石墨化。 第二階段石墨化過程進(jìn)行的程度決定得到什么第二階段石墨化過程進(jìn)行的程度決定得到什么基體的鑄鐵，如表基體的鑄鐵，如表 1 1 所示。所示。 鑄鐵名稱鑄鐵名稱鑄鐵顯微組織鑄鐵顯微組織石墨化進(jìn)行的程度石墨化進(jìn)行的程度第一階段石墨化第一階段石墨化第二階段石墨化第二階段石墨化灰鑄鐵灰鑄鐵F F+G+G片片F(xiàn)+P+GF+P+G片片P P

39、+G+G片片完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行球墨鑄鐵球墨鑄鐵F+GF+G球球F+P+GF+P+G球球P+GP+G球球完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵F+GF+G蠕蟲蠕蟲F+P+GF+P+G蠕蟲蠕蟲完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行部分進(jìn)行部分進(jìn)行可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵F+GF+G團(tuán)絮團(tuán)絮P+GP+G團(tuán)絮團(tuán)絮完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行表表1.2.2 1.2.2 鑄鐵組織與石墨化進(jìn)行程度之間的關(guān)系鑄鐵組織與石墨化進(jìn)行程度之間的關(guān)系（2）影響石墨化的主要因素 化學(xué)成分和冷卻速度化學(xué)成分和冷卻速度是影響鑄鐵石墨是影響鑄鐵

40、石墨化的兩個(gè)主要因素，如圖化的兩個(gè)主要因素，如圖1.4.21.4.2所示所示 。圖圖1.2.21.2.2碳硅含量和鑄件壁厚對(duì)鑄件組織的影響碳硅含量和鑄件壁厚對(duì)鑄件組織的影響（1）灰鑄鐵 1 1）組織特征）組織特征 灰灰鑄鐵鑄鐵的組織由的組織由鋼的基體鋼的基體+ +片狀石墨片狀石墨所組所組成，按基體不同，灰鑄鐵分為三種類型，如成，按基體不同，灰鑄鐵分為三種類型，如圖圖1.2.31.2.3所示。所示。 a a）鐵素體基體）鐵素體基體 b)b)鐵素體鐵素體+ +珠光體基體珠光體基體 c)c)珠光體基體珠光體基體 圖圖1.2.3 1.2.3 灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織 鑄造鑄造性能性能好好。 2

41、 2）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn)（制造與使用，（制造與使用，不記但提到要懂不記但提到要懂）3) 3) 牌號(hào)及用途牌號(hào)及用途 按按GB9439-88GB9439-88規(guī)定，我國灰鑄鐵分為六個(gè)牌號(hào)。規(guī)定，我國灰鑄鐵分為六個(gè)牌號(hào)。“HTHT”表示表示“灰鐵灰鐵”二字的漢語拼音字頭，后面三二字的漢語拼音字頭，后面三位數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值。位數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) (ASTM) (ASTM) 中鑄鐵表示方法見中鑄鐵表示方法見表表1.2.31.2.3。（略）。（略） 抗拉抗拉強(qiáng)度低強(qiáng)度低，塑性差塑性差； 抗壓抗壓、彎曲強(qiáng)度較高；、彎曲強(qiáng)度較高； 減震減震； 耐磨耐磨

42、； 缺口缺口敏感敏感性性低低； 切削切削加工性加工性好好； 不能鍛不能鍛造造； 焊接焊接性能差；性能差；不敏感、好鑄造、好切削、不能鍛、難焊接不敏感、好鑄造、好切削、不能鍛、難焊接表表1.2.3 1.2.3 鑄鐵的表示方法鑄鐵的表示方法( (ASTMASTM) )（參考）（參考）名稱名稱牌號(hào)組成牌號(hào)組成說明說明1.一般灰鑄一般灰鑄鐵鐵一位和二位數(shù)組，例：一位和二位數(shù)組，例：26、40、50一 位 數(shù) 為 序 號(hào) ， 二 位 數(shù) 表 示 最 低 抗 拉 強(qiáng) 度 值一 位 數(shù) 為 序 號(hào) ， 二 位 數(shù) 表 示 最 低 抗 拉 強(qiáng) 度 值(1000PSi)，有時(shí)在數(shù)字后加字母表示尺寸種類，有時(shí)在數(shù)

43、字后加字母表示尺寸種類2.閥門管配閥門管配件灰鑄鐵件灰鑄鐵用用A、B、C字母表示字母表示3.球墨鑄鐵球墨鑄鐵六位三組數(shù)，例六位三組數(shù)，例805506 第一組數(shù)：最低抗拉強(qiáng)度值第一組數(shù)：最低抗拉強(qiáng)度值 (1000PSi) 第二組數(shù)：最低屈服強(qiáng)度值第二組數(shù)：最低屈服強(qiáng)度值 (1000PSi) 第三組數(shù)：最小伸長率第三組數(shù)：最小伸長率 (%)4.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵五位數(shù)組，例：五位數(shù)組，例：32510、 500055.奧氏體鑄奧氏體鑄鐵鐵D數(shù)字序號(hào)數(shù)字序號(hào)+字母類號(hào)，例：字母類號(hào)，例：D3B6.機(jī)動(dòng)車用機(jī)動(dòng)車用灰鑄鐵灰鑄鐵G+四位數(shù)字組四位數(shù)字組 四位數(shù)組：縮小四位數(shù)組：縮小10倍的最低抗拉強(qiáng)度值倍的

44、最低抗拉強(qiáng)度值 (PSi)7.汽車用可汽車用可鍛鑄鐵鍛鑄鐵M+四位數(shù)字組四位數(shù)字組 前兩位數(shù)：最小屈服強(qiáng)度前兩位數(shù)：最小屈服強(qiáng)度 (1000PSi)，后兩位數(shù)：，后兩位數(shù)：最小伸長率最小伸長率 (%)8.耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)+元素符號(hào)元素符號(hào)+.HC (或或LC) 例：例：20%-Cr-Mo-LC 百分?jǐn)?shù)代表第一位元素含量。百分?jǐn)?shù)代表第一位元素含量。HC：高含碳量，：高含碳量，LC：低含碳量：低含碳量鑄鑄鐵鐵注注: Psi: Psi：表示每平方英寸磅力，：表示每平方英寸磅力，1000PSi6.9MPa1000PSi6.9MPa。表表1.2.41.2.4灰鑄鐵的牌號(hào)、性能、組織及應(yīng)用舉例

45、灰鑄鐵的牌號(hào)、性能、組織及應(yīng)用舉例牌號(hào)牌號(hào)鑄件壁厚鑄件壁厚mm抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度N/mm2顯微組織顯微組織應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 基體基體石墨石墨HT1002.5102030102030501301009080F粗壯片粗壯片手工鑄造用砂箱、蓋、下水管、底座、外罩、手工鑄造用砂箱、蓋、下水管、底座、外罩、手輪、手把、重錘等手輪、手把、重錘等HT150(20B)2.510203010203050175145130120F+P較粗壯片較粗壯片機(jī)械制造業(yè)中一般鑄件，如底座、手輪、刀架機(jī)械制造業(yè)中一般鑄件，如底座、手輪、刀架等；冶金業(yè)中流渣槽、渣缸、壓鋼機(jī)托輥等；等；冶金業(yè)中流渣槽、渣缸、壓鋼機(jī)托輥等；機(jī)車用一

46、般鑄件，如水泵殼、閥體、閥蓋等；機(jī)車用一般鑄件，如水泵殼、閥體、閥蓋等；動(dòng)力機(jī)械中拉鉤、框架、閥門、油泵殼等動(dòng)力機(jī)械中拉鉤、框架、閥門、油泵殼等HT200(30B)2.510203010203050220195170160P中等片狀中等片狀一般運(yùn)輸機(jī)械中的氣缸體、缸蓋、飛輪等；一一般運(yùn)輸機(jī)械中的氣缸體、缸蓋、飛輪等；一般機(jī)床中的床身、機(jī)座等；通用機(jī)械承受中等般機(jī)床中的床身、機(jī)座等；通用機(jī)械承受中等壓力的泵體、閥體等；動(dòng)力機(jī)械中的外殼、軸壓力的泵體、閥體等；動(dòng)力機(jī)械中的外殼、軸承座、水套筒等承座、水套筒等HT250(35B)4.510203010203050270240220200細(xì)細(xì)P較細(xì)片狀

47、較細(xì)片狀運(yùn)輸機(jī)械中的缸體、缸蓋、；機(jī)床中立柱、橫運(yùn)輸機(jī)械中的缸體、缸蓋、；機(jī)床中立柱、橫梁、床身、滑板、箱體等；冶金礦山機(jī)械中的梁、床身、滑板、箱體等；冶金礦山機(jī)械中的軌道板、齒輪；動(dòng)力機(jī)械中的缸體、缸套、活軌道板、齒輪；動(dòng)力機(jī)械中的缸體、缸套、活塞塞HT300(45B)102030203050290250230細(xì)細(xì)P較小片狀較小片狀機(jī)床導(dǎo)軌、受力較大的機(jī)床床身、立柱機(jī)座等；機(jī)床導(dǎo)軌、受力較大的機(jī)床床身、立柱機(jī)座等；通用機(jī)械的水泵出口管、吸入蓋等；動(dòng)力機(jī)械通用機(jī)械的水泵出口管、吸入蓋等；動(dòng)力機(jī)械中的液壓閥體、渦輪、汽輪機(jī)隔板、泵殼、大中的液壓閥體、渦輪、汽輪機(jī)隔板、泵殼、大型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋型

48、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋HT350(50B)102030203050340290260細(xì)細(xì)P細(xì)小片狀細(xì)小片狀大型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、缸蓋、襯套；水泵缸體、大型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、缸蓋、襯套；水泵缸體、閥體、凸輪等；機(jī)床導(dǎo)軌、工作臺(tái)等摩擦件；閥體、凸輪等；機(jī)床導(dǎo)軌、工作臺(tái)等摩擦件；需經(jīng)表面淬火的鑄件需經(jīng)表面淬火的鑄件注：括號(hào)內(nèi)材料牌號(hào)為注：括號(hào)內(nèi)材料牌號(hào)為ASTM ASTM 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 灰鑄鐵的灰鑄鐵的碳當(dāng)量碳當(dāng)量接近接近共晶共晶成分，結(jié)晶溫度區(qū)成分，結(jié)晶溫度區(qū)間小、熔點(diǎn)低，故間小、熔點(diǎn)低，故流動(dòng)性好流動(dòng)性好，可澆注形狀復(fù)雜的薄可澆注形狀復(fù)雜的薄壁鑄件；壁鑄件； 灰鑄鐵灰鑄鐵收縮小收縮小、有自身有自身能力，可不用或能

49、力，可不用或少用冒口；少用冒口； 灰鑄鐵灰鑄鐵熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低（與鑄鋼比），（與鑄鋼比），對(duì)對(duì)型砂耐火度型砂耐火度要求要求低，低，適合于適合于。 由此由此可知，可知，灰鑄鐵鑄造性能好灰鑄鐵鑄造性能好，因而，不需爐，因而，不需爐前處理，一般不用冒口和冷鐵等特殊工藝，鑄后不前處理，一般不用冒口和冷鐵等特殊工藝，鑄后不需熱處理，僅復(fù)雜件鑄后時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力需熱處理，僅復(fù)雜件鑄后時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力和防止變形，所以應(yīng)用十分廣泛。和防止變形，所以應(yīng)用十分廣泛。4) 鑄造性能 普通灰鑄普通灰鑄鐵的壁厚越厚，鐵的壁厚越厚，心部的強(qiáng)度、心部的強(qiáng)度、硬度低。硬度低。 如壁厚為如壁厚為303050mm50mm

50、的鑄的鑄件，要求件，要求b b為為200200MPaMPa時(shí)，應(yīng)選時(shí)，應(yīng)選HTHT250250。 圖圖1.2.4 1.2.4 鑄鐵件截面上的硬度分布鑄鐵件截面上的硬度分布 但是，普通灰鑄鐵但是，普通灰鑄鐵石墨石墨呈呈粗大的片狀粗大的片狀，薄薄壁易產(chǎn)壁易產(chǎn)生生白口白口，厚厚壁壁晶粒粗大晶粒粗大，因此，因此，力學(xué)性能差力學(xué)性能差（使用）（使用）。影響鑄態(tài)組織的因素：影響鑄態(tài)組織的因素：原始爐料、冷卻速度、原始爐料、冷卻速度、孕育處理。孕育處理。5) 孕育處理 目前應(yīng)用最多的目前應(yīng)用最多的孕育劑孕育劑是是含硅含硅75%75%的硅鐵的硅鐵。 孕育處理常用的孕育處理常用的方法在方法在出鐵槽內(nèi)加孕育劑出鐵

51、槽內(nèi)加孕育劑。孕育衰退孕育衰退- -近近年發(fā)展了瞬時(shí)孕育（后孕育）年發(fā)展了瞬時(shí)孕育（后孕育）-如澆口杯、型內(nèi)孕育。如澆口杯、型內(nèi)孕育。 原鐵水原鐵水含碳、硅量低，澆注溫度高（孕育），收縮大，含碳、硅量低，澆注溫度高（孕育），收縮大，有時(shí)要冒口補(bǔ)縮，鑄造性能比普通灰口鑄鐵差，工藝較復(fù)雜。有時(shí)要冒口補(bǔ)縮，鑄造性能比普通灰口鑄鐵差，工藝較復(fù)雜。孕育鑄鐵石墨仍為片狀，塑形、韌性仍很低，本質(zhì)仍屬灰口孕育鑄鐵石墨仍為片狀，塑形、韌性仍很低，本質(zhì)仍屬灰口鑄鐵。鑄鐵。 粗大的片狀粗大的片狀石墨是普通灰口鑄鐵力學(xué)性能差的主要原因之一，石墨是普通灰口鑄鐵力學(xué)性能差的主要原因之一，因此，可以通過工藝手段使因此，可以

52、通過工藝手段使石墨片石墨片變得細(xì)小、均勻。變得細(xì)小、均勻。晶粒粗大晶粒粗大原因原因(自發(fā)形核早自發(fā)形核早-時(shí)間長，形核少時(shí)間長，形核少)。 （1）限制石墨晶核過早生成限制石墨晶核過早生成-盡量降低原鐵水含碳量，盡量降低原鐵水含碳量，同時(shí)適當(dāng)降低硅含量同時(shí)適當(dāng)降低硅含量。但。但易形成白口或麻口易形成白口或麻口，（，（2）因此在澆因此在澆注前的鐵水中加注前的鐵水中加硅鐵或硅鈣合金，產(chǎn)生硅鐵或硅鈣合金，產(chǎn)生大量的人工晶核大量的人工晶核，促進(jìn)石墨形核和結(jié)，促進(jìn)石墨形核和結(jié)晶。晶。6) 熱處理 常用的熱處理常用的熱處理（難以提高力學(xué)性能）（難以提高力學(xué)性能）方法：方法：去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火- -人工時(shí)效

53、人工時(shí)效（也有自然時(shí)效）（也有自然時(shí)效） 加熱、保溫、緩冷，加熱、保溫、緩冷，消除消除鑄件中鑄件中殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力，防止防止鑄件鑄件變形或開裂，變形或開裂，保證鑄件加工精度；保證鑄件加工精度；軟化軟化退火退火（消除表面硬化層）（消除表面硬化層） 加熱加熱850850950950，保溫、緩冷，使，保溫、緩冷，使FeFe3 3C C分解成分解成鐵和石墨，鐵和石墨，改善改善鑄件的鑄件的切削加工性；切削加工性；表面淬火表面淬火 提高提高表面硬度和耐磨性表面硬度和耐磨性，如機(jī)床導(dǎo)軌面采用接觸，如機(jī)床導(dǎo)軌面采用接觸電阻加熱表面淬火，使用壽命可提高電阻加熱表面淬火，使用壽命可提高1.51.5倍。倍。 選擇

54、鑄鐵牌號(hào)時(shí)，鑄件選擇鑄鐵牌號(hào)時(shí)，鑄件壁厚超過表列數(shù)值壁厚超過表列數(shù)值時(shí)，應(yīng)提高時(shí)，應(yīng)提高或降低牌號(hào)。或降低牌號(hào)。(2) 球墨鑄鐵（1947年英國人偶然發(fā)現(xiàn)了鑄鐵中的球狀石墨，年英國人偶然發(fā)現(xiàn)了鑄鐵中的球狀石墨，1949年成功利用年成功利用Mg進(jìn)行球化）進(jìn)行球化）盡管球墨鑄鐵盡管球墨鑄鐵的歷史很短，卻在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展，的歷史很短，卻在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展，在一些在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，工業(yè)發(fā)達(dá)國家，其產(chǎn)量已超過鑄鋼，其產(chǎn)量已超過鑄鋼，僅次于灰鑄鐵僅次于灰鑄鐵。我國我國1950年開始生產(chǎn)球墨年開始生產(chǎn)球墨鑄鐵，鑄鐵，20世紀(jì)世紀(jì)60年代又結(jié)合國內(nèi)豐富的稀年代又結(jié)合國內(nèi)豐富的稀土資源開發(fā)了土資源開發(fā)了

55、稀土鎂稀土鎂球墨鑄鐵，球墨鑄鐵，使我國球使我國球墨鑄鐵生產(chǎn)處于世界前列。球墨鑄鐵是通墨鑄鐵生產(chǎn)處于世界前列。球墨鑄鐵是通過球化處理和孕育處理使石墨呈現(xiàn)過球化處理和孕育處理使石墨呈現(xiàn)球狀球狀，并配合適當(dāng)?shù)牟⑴浜线m當(dāng)?shù)臒崽幚頍崽幚砀纳苹w組織，從而改善基體組織，從而使鑄鐵的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。使鑄鐵的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。球墨鑄鐵1 1）組織特征）組織特征2 2）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn)3 3）牌號(hào)及用途）牌號(hào)及用途4 4）球墨鑄鐵的生產(chǎn)）球墨鑄鐵的生產(chǎn)5 5）鑄造性能）鑄造性能6 6）熱處理）熱處理 1）組織特征 球墨鑄鐵的顯微組織是由球墨鑄鐵的顯微組織是由球狀石墨和鋼的球狀石墨和鋼的基體基體所組成，顯

56、微組織如圖所組成，顯微組織如圖1.4.51.4.5所示。在所示。在鑄鑄態(tài)態(tài)下，下，金屬基體金屬基體通常是通常是鐵素體鐵素體+ +珠光體珠光體的混合的混合組織，組織，鐵素體鐵素體位于石墨球周圍呈現(xiàn)位于石墨球周圍呈現(xiàn)“牛眼狀牛眼狀”，如圖如圖1.2.5b1.2.5b）。）。通過通過熱熱處理處理還可以得到還可以得到鐵素體鐵素體基體、珠光體基體或下貝氏體基體基體、珠光體基體或下貝氏體基體的球鐵。目的球鐵。目前，人們已經(jīng)通過各種工藝手段前，人們已經(jīng)通過各種工藝手段在在鑄態(tài)下鑄態(tài)下直接直接獲得獲得鐵素體或珠光體基體，鐵素體或珠光體基體，使球墨鑄鐵的生產(chǎn)使球墨鑄鐵的生產(chǎn)周期縮短，成本降低。周期縮短，成本降低

57、。 a a）F F球鐵球鐵250 x 250 x b)F+Pb)F+P球鐵球鐵250 x 250 x c)Pc)P球鐵球鐵200 x 200 x d)Bd)B下下球鐵球鐵500 x500 x 圖圖1.2.51.2.5球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織2）性能特點(diǎn) 由于球狀石墨對(duì)基體的割裂作用小，從由于球狀石墨對(duì)基體的割裂作用小，從而使而使基體強(qiáng)度的利用率基體強(qiáng)度的利用率從灰鑄鐵的從灰鑄鐵的30%30%50%50%提高到提高到70%70%9090% %，其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰鑄，其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰鑄鐵，鐵，抗拉強(qiáng)度可與鋼媲美，塑性、韌性明顯抗拉強(qiáng)度可與鋼媲美，塑性、韌性明顯提高提高，尤其是尤其

58、是屈強(qiáng)比（屈強(qiáng)比（0.20.2/b b）高）高，更更增加了使用的可靠性。增加了使用的可靠性。球墨鑄鐵仍具有球墨鑄鐵仍具有良好良好的鑄造的鑄造性能、性能、切削加工切削加工性能、性能、減震性、耐磨減震性、耐磨性，及低的缺口敏感性性，及低的缺口敏感性等性能。等性能。 。3）牌號(hào)及用途 球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途見表見表1.2.51.2.5，其中，其中“QTQT”表示表示“球鐵球鐵”二二字字的漢語拼音字頭，后面的的漢語拼音字頭，后面的兩組數(shù)字兩組數(shù)字分分別表示別表示最低抗拉強(qiáng)度最低抗拉強(qiáng)度和和最小伸長率數(shù)值。最小伸長率數(shù)值。( (括號(hào)中是括號(hào)中是ASTMASTM標(biāo)準(zhǔn)中

59、的表示方法標(biāo)準(zhǔn)中的表示方法) )。表表 1.2.51.2.5球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途 牌牌 號(hào)號(hào)基體組織基體組織力學(xué)性能力學(xué)性能用途舉例用途舉例 bMPa0.2MPa %HBS不小于不小于QT400-18(60-40-18)鐵素體鐵素體40025018130180承受沖擊、振動(dòng)的零件，如汽車、拖拉承受沖擊、振動(dòng)的零件，如汽車、拖拉機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋殼、差速器殼、撥叉，中低機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋殼、差速器殼、撥叉，中低壓閥門、管道、齒輪箱等壓閥門、管道、齒輪箱等QT400-15鐵素體鐵素體40025015130180QT450-10鐵素體鐵素體45031010160210QT50

60、0-7(80-55-06)鐵素體鐵素體+珠珠光體光體5003207170230機(jī)座、傳動(dòng)軸、飛輪、電動(dòng)機(jī)架、油泵機(jī)座、傳動(dòng)軸、飛輪、電動(dòng)機(jī)架、油泵齒輪、機(jī)車軸瓦等齒輪、機(jī)車軸瓦等QT600-3鐵素體鐵素體+珠珠光體光體6003703190270載荷大、受力復(fù)雜的零件，如汽車、拖載荷大、受力復(fù)雜的零件，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸、連桿、凸輪軸、氣缸套、拉機(jī)的曲軸、連桿、凸輪軸、氣缸套、部分機(jī)床的主軸、機(jī)床蝸桿、蝸輪、軋部分機(jī)床的主軸、機(jī)床蝸桿、蝸輪、軋鋼機(jī)軋輥、大齒輪、小型水輪機(jī)主軸、鋼機(jī)軋輥、大齒輪、小型水輪機(jī)主軸、氣缸體、起重機(jī)大小滾輪等氣缸體、起重機(jī)大小滾輪等QT700-2(100-70-03)