金屬工藝學(xué)cp2.2 常用合金鑄件的生產(chǎn)

1、第二章第二章 常用合金鑄件的生常用合金鑄件的生產(chǎn)產(chǎn)教學(xué)重點：鑄鐵件、鑄鋼件的生產(chǎn)過程與特點教學(xué)難點：鑄鐵件的生產(chǎn)過程與特點教學(xué)目標(biāo)和要求：掌握鑄鐵件、鑄鋼件的生產(chǎn)過程與特點，了解銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn)過程與特點一、鑄鐵一、鑄鐵: 一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱，分鑄造生鐵和煉鋼生鐵兩種；鑄造生鐵與其他材料一起熔化后，獲得的材料，叫鑄鐵；煉鋼生鐵通過進一步的熔煉，得到鋼材。特點：特點：鑄鐵有良好的鑄造性、耐磨性、減摩性、減振性、切削加工性等優(yōu)良性能，且制造容易、價格便宜，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。1、白口鑄鐵、白口鑄鐵碳以碳化物（Fe3C)形式出現(xiàn)。斷口：銀白色，硬而脆；很難切削加工，很少直接

2、用于零件. 2、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵碳以石墨（graphite）形式出現(xiàn)。斷口：呈灰色。按石墨的形狀不同，又分為：（1）灰鑄鐵片狀石墨（2）可鍛鑄鐵（瑪鐵）團絮狀石墨（3）球墨鑄鐵球狀石墨（4）蠕墨鑄鐵蠕蟲狀石墨3、麻口鑄鐵、麻口鑄鐵碳以 Fe3C+石墨 形式出現(xiàn)。斷口：白色與灰色之間；此類鑄鐵脆性很大，很少使用。第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)一一 灰鑄鐵灰鑄鐵1、灰鑄鐵的性能、灰鑄鐵的性能成分成分：Wc=2.7%3.9%；Wsi=1.12.6%；Mn=0.61.2% 共晶鑄鐵最常用：共晶鑄鐵最常用： Wc=3%3.5%；Wsi=1.42.4%組織組織（1）F+片狀片狀G；（；（2）F+P+

3、片狀片狀G；（；（3）P+片片G 性能：性能： （1）力學(xué)性能：力學(xué)性能： b低低；、ak很差很差；但但壓壓高高； （2）優(yōu)點：優(yōu)點：減振性好；減摩性好；低的缺口敏感性；鑄減振性好；減摩性好；低的缺口敏感性；鑄造性好；切削加工性好造性好；切削加工性好。缺點：缺點：脆性大，不能鍛造和沖脆性大，不能鍛造和沖壓。焊接性很差壓。焊接性很差。第一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)2 影響鑄鐵組織和性能的因素影響鑄鐵組織和性能的因素組織與性能組織與性能（1 1）鐵素體灰鑄鐵）鐵素體灰鑄鐵 F+F+粗大片狀粗大片狀G G；C C全部以石墨形態(tài)存在。強度全部以石墨形態(tài)存在。強度硬度差、很少采用。硬度差、很少采用。

4、（2 2）珠光體）珠光體- -鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵 F+P+F+P+較大片狀較大片狀G G；化合態(tài)的；化合態(tài)的C C為為8%8%左右，左右，鑄造性減震性熔煉性很好，應(yīng)用最廣。鑄造性減震性熔煉性很好，應(yīng)用最廣。（3 3）珠光體灰鑄鐵）珠光體灰鑄鐵 P+P+細(xì)小片細(xì)小片G G ；化合態(tài)的；化合態(tài)的C C小于小于8%8%、強度硬度高，、強度硬度高，用于重要鑄件。用于重要鑄件。鑄鐵的石墨化程度控制著鑄鐵的組織與性能：鑄鐵的石墨化程度控制著鑄鐵的組織與性能：石墨化影響因素石墨化影響因素: : (1) (1)化學(xué)成分化學(xué)成分 如如C C、SiSi、MnMn、S S、P P（2 2）冷卻速度）冷卻速度第

5、一節(jié)第一節(jié) 鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)1、鑄鐵石墨化、鑄鐵石墨化鑄鐵中石墨的鑄鐵中石墨的形成過程稱為形成過程稱為“石墨化石墨化”。石墨石墨 “ G ” 表示是碳的一種結(jié)表示是碳的一種結(jié)晶形式，六方晶格，碳原子呈晶形式，六方晶格，碳原子呈層片狀排列層片狀排列； 性能性能：、ak很低，硬度為很低，硬度為3HBS；2、化學(xué)成分影響化學(xué)成分影響石墨化的因素石墨化的因素強石墨化元素C、SiG核核，有利于有利于 G 析出析出；主要依靠于硅的調(diào)整。S引起熱脆，阻礙 G ，促進白口化，所以嚴(yán)格控制。P冷脆；Mn提高強度，消除S的有害作用，但阻礙石墨化。2、冷卻速度、冷卻速度：冷卻速度冷卻速度快快V原子來不原子來不急

6、擴散，急擴散，G難以進行；易白難以進行；易白口口Fe3C 。冷卻速度冷卻速度慢慢V小小易得到易得到灰口灰口 G 。所以所以設(shè)計時：合理選擇設(shè)計時：合理選擇 鑄鑄件壁厚和鑄型材料件壁厚和鑄型材料鑄件壁厚：鑄件壁厚：薄 件 白口厚大件灰口鑄型材料：鑄型材料：金屬型冷卻速度比砂型快。牌號牌號： H T b MPa灰鑄鐵灰鑄鐵簡稱簡稱“灰鐵灰鐵”3、孕育處理：、孕育處理：先熔煉出含先熔煉出含碳（碳（1%左右）、硅（左右）、硅（1.5%左右）較低的鐵水，然后左右）較低的鐵水，然后加入孕育劑（硅鐵、硅含加入孕育劑（硅鐵、硅含量量75%、加入量、加入量0.253.3%），經(jīng)過孕育處理后），經(jīng)過孕育處理后再澆

7、鑄，從而提高灰鑄鐵再澆鑄，從而提高灰鑄鐵的抗拉強度。特點：析出的抗拉強度。特點：析出的石墨細(xì)小均勻。孕育鑄的石墨細(xì)小均勻。孕育鑄鐵仍是灰鑄鐵。鐵仍是灰鑄鐵。優(yōu)點：抗拉強度達(dá)到優(yōu)點：抗拉強度達(dá)到250-400MPa，HB達(dá)到達(dá)到170-270。冷卻速度對組織與性能影冷卻速度對組織與性能影響小。響小。4 4、灰鑄鐵的牌號及生產(chǎn)特點、灰鑄鐵的牌號及生產(chǎn)特點1）牌號HT100：鐵素體灰鑄鐵HT150： P+F灰鑄鐵HT200 HT250 P灰鑄鐵HT300 HT350 孕育鑄鐵2）生產(chǎn)特點：沖天爐熔煉-澆注。鑄造工藝簡單，一般不需冒口和冷鐵。澆注溫度較低（1200-1350度）。鑄件一般不需熱處理。二

8、、二、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵（瑪鐵瑪鐵、瑪鋼）：瑪鋼）：白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而成的一種鑄鐵。1、成分：、成分：Wc=2.42.8%,Wsi=0.41.4; 含碳、硅量較低。2、生產(chǎn)原理：、生產(chǎn)原理：首先澆注成白口鑄鐵件，然后再經(jīng)過可鍛化（石墨化）退火而得到團絮狀石墨的可鍛鑄鐵。3、分類、分類：據(jù)退火后斷口顏色不同又分：白心可鍛鑄鐵；珠光體可鍛鑄鐵；黑心可鍛鑄鐵；黑心可鍛鑄黑心可鍛鑄鐵最常用，基體為鐵素體。鐵最常用，基體為鐵素體。4、性能性能：相當(dāng)高的塑韌性12% 、ak30J/cm2，比灰鑄鐵好，但不能鍛造。 石墨呈團絮狀，減輕了對金屬基體的割裂作用，抗拉強度顯著提高。 黑心可鍛鑄鐵塑韌性比珠光體可

9、鍛鑄鐵高，但強度硬度較低。5、牌號、牌號：如：如：KTH30006；用作彎頭、三通管件、閥門等。KTZ55004；用于載荷較高的耐磨損、凸輪軸，齒輪等。 K T H（或（或Z）* *=*%b * MPa可鍛鑄可鍛鑄鐵鐵珠珠光體光體黑黑心（鐵素體心（鐵素體）6、生產(chǎn)特點：、生產(chǎn)特點：1）先生產(chǎn)白口鑄鐵件，不能出現(xiàn)片狀石墨，因此C、Si量要低。2）石墨化退火，緩慢加熱到920-980度，保溫10-20小時，然后冷卻（黑心鑄鐵需進行700度以上第二段冷卻），退火周期40-70小時，能耗高、成本高。三、三、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 在金屬液中加入球化劑在金屬液中加入球化劑 稀土鎂合稀土鎂合金金 球化處理使球

10、化處理使 片狀片狀G 變?yōu)樽優(yōu)榍驙钋驙頖，另外還加入了孕育劑。另外還加入了孕育劑。1、成分、成分：含碳量高（：含碳量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。 2、組織、組織：基體是（：基體是（F，F(xiàn)+P，P）+球狀球狀石墨石墨 G 。3、性能、性能：較高的：較高的 b、 -1，但，但、ak比比鋼差。鋼差。 石墨呈球狀，對金屬基體的割裂作用小于可鍛鑄鐵和灰鑄鐵，抗拉強度顯著提高。 b=400-600MPa、甚至、甚至900MPa。 =2-10%、最高達(dá)到、最高達(dá)到18%?？梢詿崽幚?，?？梢詿崽幚恚T造性能良好。鑄造性能良好。4、牌號、牌號 GB134888如：如：QT40018；QT6

11、003牌號：牌號：Q T = %b= MPa球墨鑄鐵球墨鑄鐵簡稱簡稱球鐵球鐵5、生產(chǎn)特點：、生產(chǎn)特點：*鐵水的含碳量高（鐵水的含碳量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。*出爐的鐵水溫度必須高，出爐的鐵水溫度必須高，1400以以上，保證澆注溫度高。上，保證澆注溫度高。*球化處理球化處理+孕育處理孕育處理球化處理：球化處理：使石墨呈球狀析出，使石墨呈球狀析出，球化球化劑劑為稀土鎂合金。為稀土鎂合金。Mg、RE均為球化均為球化元素，含量小于元素，含量小于10%，其余為硅和鐵。，其余為硅和鐵。加入的球化劑為鐵水重量的加入的球化劑為鐵水重量的1.0-1.6%。孕育處理：孕育處理：促進石墨化

12、，防止球化元促進石墨化，防止球化元素形成白口組織。孕育劑為硅鐵，含素形成白口組織。孕育劑為硅鐵，含硅量硅量75%，加入的孕育劑為鐵水重量，加入的孕育劑為鐵水重量的的0.4-1.0%。*工藝方法：沖入法工藝方法：沖入法 缺點：比灰鑄鐵易于出現(xiàn)縮孔、縮松、缺點：比灰鑄鐵易于出現(xiàn)縮孔、縮松、皮下氣孔和夾渣等，還存在殘余內(nèi)應(yīng)力、皮下氣孔和夾渣等，還存在殘余內(nèi)應(yīng)力、自由滲碳體等。自由滲碳體等。*熱處理熱處理1、退火：獲得鐵素體基體、退火：獲得鐵素體基體（1）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火（2）石墨化退火：低溫退火、高溫退）石墨化退火：低溫退火、高溫退火兩種?；饍煞N。 2、正火：獲得珠光體基體、正火：獲得珠光體基

13、體3、調(diào)質(zhì)、調(diào)質(zhì)4、等溫淬火、等溫淬火石墨呈蠕蟲狀，石墨片短、且端部圓而鈍。介于球狀和片狀之間。1、成分：與球墨鑄鐵類似，、成分：與球墨鑄鐵類似，含碳含碳量高（量高（3.6-4.0%），），S、P含量低。含量低。 2、組織、組織：基體是（：基體是（F，F(xiàn)+P，P）+蠕蟲狀石墨蠕蟲狀石墨 G 。3、性能、性能：較高的：較高的 b、 -1，但，但、ak比鋼差。比鋼差。 石墨呈蠕蟲狀，對金屬基體的割裂作用小于灰鑄鐵，但高于球墨鑄鐵，其抗拉強度高于灰鑄鐵。 b=360-440MPa， =1.5-4.5%。第四節(jié)第四節(jié) 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵4、牌號：、牌號：RuT*，數(shù)字代表最低抗拉強，數(shù)字代表最低抗拉強度

14、。度。5、制?。?、制取：*原鐵水和爐前處理與球墨鑄鐵原鐵水和爐前處理與球墨鑄鐵類似。類似。*蠕化處理：先向鐵水加入蠕化蠕化處理：先向鐵水加入蠕化劑，再加入孕育劑。劑，再加入孕育劑。*蠕化劑：稀土鎂鈦等，加入量蠕化劑：稀土鎂鈦等，加入量為鐵水的為鐵水的1.0-2.0%。鑄造性能接近灰鑄鐵。鑄造性能接近灰鑄鐵。四、應(yīng)用四、應(yīng)用綜合性能優(yōu)良，應(yīng)用前景廣。綜合性能優(yōu)良，應(yīng)用前景廣。鑄鋼鑄鋼: : 鑄造碳鋼和鑄造合金鋼鑄造碳鋼和鑄造合金鋼特點：特點：鑄鋼強度高，塑性和韌性均優(yōu)于鑄鐵，焊接性好，可采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)制造巨大鑄件，在重型機械工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。牌號：ZG*1 1、鑄造碳鋼、鑄造碳鋼: :ZGZ

15、G* * *表化學(xué)成分表化學(xué)成分（鑄造合金鋼）（鑄造合金鋼）(ZG(ZG* * * *- -* * * *) )表屈服強度和抗拉強度表屈服強度和抗拉強度如ZG15(ZG200-400). 第第二二節(jié)節(jié) 鑄鑄鋼鋼件生產(chǎn)件生產(chǎn)2 2、鑄造合金鋼、鑄造合金鋼加入較多的合金元素如ZGMn13-耐磨鋼，履帶等。 ZG1Cr18Ni9-不銹鋼，耐酸泵。二、生產(chǎn)鐵點二、生產(chǎn)鐵點1.1.熔煉：熔煉：采用煉鋼爐，如電弧爐、感應(yīng)電爐。2.2.鑄造工藝鑄造工藝： 鑄造特點：鑄造特點：鋼的澆注溫度高、流動性差，鋼水易氧化和吸氣；其體積收縮率約為灰鑄鐵的23倍，鑄造性能差，容易產(chǎn)生澆不足、氣孔、縮孔、縮松、熱裂、粘砂等

16、缺陷。工藝措施：工藝措施：型砂：型砂：要求高的耐火度和抗粘砂性，高的強度、透氣性和退讓性。采用顆粒大而均勻的硅砂，型腔表面涂以硅粉或鋯石粉涂料，大件采用干砂型或快干型水玻璃砂。型砂中還常加入糖漿、木屑等，提高強度和退讓性。澆注工藝：澆注工藝：鑄鋼件的澆注系統(tǒng)和冒口的安置要求既能防止縮孔、縮松，又能防止裂紋。鑄鋼件一般都要安置冒口，有時加冷鐵，實現(xiàn)定向凝固。3.3.熱處理：熱處理：鑄鋼件的晶粒粗大、組織不均，存有殘余內(nèi)應(yīng)力，致使鑄件的強度、特別是塑性和韌性不夠高,鑄后必須進行正火或退火。第第三三節(jié)節(jié) 銅合金、鋁合金銅合金、鋁合金鑄件生產(chǎn)鑄件生產(chǎn)一、鑄造銅合金一、鑄造銅合金純銅（紫銅）：導(dǎo)電性純銅

17、（紫銅）：導(dǎo)電性/ /導(dǎo)熱性好，但強度導(dǎo)熱性好，但強度/ /硬度低，價硬度低，價格貴。格貴。銅合金：在純銅的基礎(chǔ)上加入些合金元素構(gòu)成合金。銅合金：在純銅的基礎(chǔ)上加入些合金元素構(gòu)成合金。黃黃銅銅CuZn合金，合金，青銅青銅CuSn. 合金合金 、CuAl合金，合金，白銅白銅CuNi合金；精密件，儀表；如合金；精密件，儀表；如 B19 等等。1 1、黃銅、黃銅 特點：顏色隨特點：顏色隨Zn，由黃紅色，由黃紅色淡黃色；淡黃色；Zn超過超過47%后力后力學(xué)性能顯著下降。學(xué)性能顯著下降。黃銅黃銅按成分不同分：按成分不同分： 普通黃銅：普通黃銅： WZn39% 特殊黃銅：特殊黃銅：加入加入 Pb、Sn、A

18、l加：Si改善鑄造性；改善鑄造性；Al提高提高強度、硬度、耐蝕性強度、硬度、耐蝕性； Pb提高切削加工性；提高切削加工性；Sn提高抗提高抗海水腐蝕海水腐蝕；分壓力加工特殊黃銅和鑄造特殊黃銅兩種。分壓力加工特殊黃銅和鑄造特殊黃銅兩種。2、青銅、青銅 一般指一般指CuSn 合金，合金， 常稱錫青銅。常稱錫青銅。有良好的彈性、耐磨性、抗磁性、耐蝕性。應(yīng)用：化工機械、有良好的彈性、耐磨性、抗磁性、耐蝕性。應(yīng)用：化工機械、彈性元件。彈性元件。二、鑄造鋁合金二、鑄造鋁合金鋁合金按成分及工藝不同分鋁合金按成分及工藝不同分：變形：變形鋁合金和鋁合金和鑄造鑄造鋁合金鋁合金1、變形鋁合金：變形鋁合金：直接加工成各

19、種規(guī)格的型材、板材、直接加工成各種規(guī)格的型材、板材、帶材、管材等。帶材、管材等。防銹鋁合金防銹鋁合金 L F Al-Mg合金，合金，5*硬鋁鋁合金硬鋁鋁合金 L Y Al-Cu合金，合金，2*超硬鋁合金超硬鋁合金 L C Al-Zn-Mg-Cu合金，合金，7*鍛鋁鋁合金鍛鋁鋁合金 L D Al-Si合金，合金，4*新新牌號：按牌號：按GB/T3190-96牌號采用國際四位數(shù)字符表牌號采用國際四位數(shù)字符表示；示；5A05LF5（代號）；（代號）；2A11 對應(yīng)對應(yīng) 代號代號 LY11； 7A04LC4等。等。（1）L F Al-Mg 、 Al-Mn 合金；合金；不能進行熱處理強化不能進行熱處理強

20、化。特點：耐蝕性、塑性好，拋光性好；適用小件，沖壓件。特點：耐蝕性、塑性好，拋光性好；適用小件，沖壓件。 L F 5（2）LY ：Al-Mg-Cu 合金；合金；通過熱處理強化。特點：通過熱處理強化。特點：較高的硬度、強度；但抗蝕性差（在海水）；用鉚釘、較高的硬度、強度；但抗蝕性差（在海水）；用鉚釘、骨架、隔框等。如骨架、隔框等。如 LY1 、LY11等。等。（3）LC：AlCuMgZn 合金；合金；熱處理強化。特?zé)崽幚韽娀?。特點：強度高，一定的塑性；但抗蝕性差；通過在外邊包點：強度高，一定的塑性；但抗蝕性差；通過在外邊包一層鋁鋅合金，提高耐磨性。如一層鋁鋅合金，提高耐磨性。如 LC4受力的框架

21、、受力的框架、飛機梁等。飛機梁等。（4）L D AlCuMgSi 合金；合金；熱處理強化。特點：具熱處理強化。特點：具有良好的鍛造性，較高強度、力學(xué)性能；在熱態(tài)下易壓有良好的鍛造性，較高強度、力學(xué)性能；在熱態(tài)下易壓力加工。如力加工。如 LD7模鍛件、高溫下工作結(jié)構(gòu)件模鍛件、高溫下工作結(jié)構(gòu)件。新牌號：1*：純Al 2*: Al-Cu合金合金3*: Al-Mn合金合金 4*: Al-Si合金合金5*：Al-Mg合金合金 6*： Al-Mg-Si合金合金7*： Al-Zn-Mg-Cu合金合金 8*：Al-Li合金合金9*：備用合金組：備用合金組2 2、鑄造鋁合金、鑄造鋁合金分非熱處理型合金和熱處理型

22、合金分非熱處理型合金和熱處理型合金 GB/T117395非熱處理型合金：非熱處理型合金： ZL102- AlSi；ZL103-AlMg熱處理型合金：熱處理型合金：如如ZL107AlCuSi，ZL104 Al-Mg-Si*鋁合金熱處理鋁合金熱處理（1）淬火）淬火 獲得過飽和的固溶體，獲得高的強度、硬度，獲得過飽和的固溶體，獲得高的強度、硬度，足夠的塑性足夠的塑性。 （2）時效：）時效：自然時效自然時效放在露天中放在露天中時效時效處理的一種方法。處理的一種方法。人工時效人工時效加熱加熱280300（退火），目的是消除加工硬（退火），目的是消除加工硬化、穩(wěn)定尺寸化、穩(wěn)定尺寸.時效硬化時效硬化：淬火后鋁合金隨時間延長而發(fā)生淬火后鋁合金隨時間延長而發(fā)生、HB升高的現(xiàn)升高的現(xiàn)象，稱為時效硬化象，稱為時效硬化。三、銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn)特點三、銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn)特點 銅、鋁合金的熔化特點是金屬料與燃料不直接接觸，以銅、鋁合金的熔化特點是金屬料與燃料不直接接觸，以減少金屬