鑄鐵件生產(chǎn)課件

1、一、鑄鐵件的生產(chǎn)一、鑄鐵件的生產(chǎn) 鑄鐵是含碳量超過鑄鐵是含碳量超過2.11的鐵碳合金。的鐵碳合金。 工業(yè)用鑄鐵實(shí)際上是以工業(yè)用鑄鐵實(shí)際上是以Fe、C、Si為為主要元素的多元合金。主要元素的多元合金。 鑄鐵中碳的存在形式：鑄鐵中碳的存在形式： 滲碳體滲碳體化合狀態(tài)?；蠣顟B(tài)。 石墨石墨游離狀態(tài)。游離狀態(tài)。 鑄鐵分類鑄鐵分類 按石墨的形態(tài)和形狀，分類如下：按石墨的形態(tài)和形狀，分類如下： 1）白口鑄鐵：白口鑄鐵：炭極少數(shù)溶于鐵素體，其余炭極少數(shù)溶于鐵素體，其余都以碳化三鐵的形式存在；斷口呈銀白色，都以碳化三鐵的形式存在；斷口呈銀白色，又脆，又硬，不易機(jī)加工，可用來做可煅鑄又脆，又硬，不易機(jī)加工，可用

2、來做可煅鑄鐵毛胚。鐵毛胚。 2）灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：碳除微量溶于鐵素體，大部碳除微量溶于鐵素體，大部分以片狀石墨形狀存在斷口呈灰色存在。分以片狀石墨形狀存在斷口呈灰色存在。 3）球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：碳大部分以球狀石墨形式碳大部分以球狀石墨形式存在。存在。 4）可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：碳大部分或全部以團(tuán)絮狀碳大部分或全部以團(tuán)絮狀形式存在。形式存在。 白口鑄鐵白口鑄鐵 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 控制熱流，保證液一固界面上液體金屬有足夠的溫度梯度u (1)嚴(yán)格保證單向散熱，以使凝固前沿始終處于柱狀晶生長(zhǎng)方向的正溫度梯度作用之下，并且要絕對(duì)阻止側(cè)向散熱以避免界面前方型壁及其附近

3、的生核和長(zhǎng)大。u (2)在一定合金成分下提高G/R比值，以便使成分過冷限制在允許的范圍內(nèi)，要減小液體的非均質(zhì)生核能力；避免界面前方液體內(nèi)的生核現(xiàn)象。u (3)提高液體的純潔性，減少雜質(zhì)，減小金屬液體的生核能力。對(duì)已有的有效質(zhì)點(diǎn)可通過高溫過熱或加入其他元素來改變其組成和結(jié)構(gòu)，以消除外來質(zhì)點(diǎn)的生核作用。u (4)要避免液態(tài)金屬的對(duì)流、攪拌和振動(dòng)，從而阻止界面前方的晶體游離。 定向凝固方法定向凝固方法 功率降低法功率降低法(P .D法法) 高速凝固法高速凝固法(H. R. S法法) 液體金屬冷卻法液體金屬冷卻法 (L. M. C法法) 區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法（ZMLMC法） 1試樣；2感應(yīng)圈；3隔熱

4、板；4冷卻水；5液態(tài)金屬；6拉錠；7熔區(qū)；8坩堝連續(xù)定向凝固（連續(xù)定向凝固（OCC法）法） 圖4.1.6 四種OCC連鑄方法示意圖（a）普通下引法（b）虹吸管下引法（c）上引法（d）水平引錠式1合金液；2熱鑄型；3電加熱器；4冷卻水；5鑄錠；6冷卻水噴嘴；7牽引輪；8導(dǎo)向裝置 特種定向凝固技術(shù)特種定向凝固技術(shù)（1 1）超高溫度梯度定向凝固）超高溫度梯度定向凝固圖圖4.1.7 凝固速率凝固速率v對(duì)對(duì)DD8單晶鎳基單晶鎳基合金固液界面形態(tài)的影響合金固液界面形態(tài)的影響（a）v=1.42um/s（b）v=2.08um/s（c）v=2.17um/s（d）v=2.94um/s（e）v=12.6um/s（f

5、）v=110.2um/s（2）側(cè)向約束下的定向凝固 圖4.1.8 單晶鎳基高溫合金側(cè)向約束條件下的組織（a）沿凝固方向組織變化（b）胞晶頂端失穩(wěn)分岔（c）無共晶區(qū)纖維組織（3）對(duì)流下的定向凝固圖4.1.9 加速坩堝旋轉(zhuǎn)技術(shù)裝置圖（4）二維定向凝固(a)(b)圖4.1.10 二維定向凝固法制備的高溫合金圓盤試樣的組織形貌(a)宏觀組織形貌（b）微觀組織形貌4.2.3快速凝固技術(shù)1快速凝固：由金屬?gòu)囊合嗟焦滔嗟南嘧冞^程進(jìn)行得非?？?，當(dāng)液態(tài)金屬以1051010K/s的速度進(jìn)行凝固，從而獲得普通鑄件和鑄錠無法獲得的成分、相結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)的過程。傳統(tǒng)的凝固理論與技術(shù)的研究主要圍繞鑄錠和鑄件的凝固過程進(jìn)行

6、的。其冷卻速度通常在10-3102K/s的范圍內(nèi)。大型鑄錠的冷卻速率為10-310-1K/s，中等鑄件的冷卻速率約為1K/s。特薄的鑄件壓鑄過程的冷卻速率可達(dá)103K/s，當(dāng)液態(tài)金屬以1051010K/s的冷卻速度進(jìn)行凝固時(shí)，稱之為快速凝固。 （1）偏析形成傾向?。S著凝固速度的增加，實(shí)際溶質(zhì)分配系數(shù)偏離平衡而增加，并趨近于1） （2）形成非平衡相（亞穩(wěn)定相） （3）細(xì)化凝固組織（細(xì)化枝晶） （4）析出相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 （5）形成非晶態(tài)2 快速凝固組織的特征3快速凝固的條件（1）凝固過程的傳熱 鑄件凝固過程伴隨著熱量的傳遞，這部分熱量包括過熱（T澆-T液）、潛熱（T液-T固）和顯熱（T固-T室溫

7、），只有熱量及時(shí)導(dǎo)出才能保證凝固過程的進(jìn)行。（a）快速冷卻一方面，選用熱導(dǎo)率大的鑄型材料或?qū)﹁T型強(qiáng)制冷卻，提高凝固速度；另一方面，凝固層內(nèi)部熱阻隨凝固層厚度的增大而迅速提高，導(dǎo)致凝固速度下降。 在霧化法、單輥法、雙輥法、旋轉(zhuǎn)圓盤法及紡線法等非晶、微晶材料制備過程中，試件的尺寸都很小，故凝固層內(nèi)部的熱阻都可以忽略(即溫度均勻)、界面散熱成為主要控制環(huán)節(jié)。通過增大散熱強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)快速冷卻。（2）實(shí)現(xiàn)快速凝固的條件（b）深過冷快冷法只能在薄膜、細(xì)線及小尺寸顆粒中實(shí)現(xiàn)，對(duì)于大尺寸鑄件，減小凝固過程中的熱量導(dǎo)出是實(shí)現(xiàn)快速凝固的唯一途徑。通過抑制凝固過程的形核，使合金溶液獲得很大的過冷度，從而凝固過程釋

8、放的潛熱被過冷熔體吸收掉，可減少凝固過程中要導(dǎo)出的熱量。深過冷快速凝固成形主要見于液相微粒的霧化法和經(jīng)過凈化處理的大體積液態(tài)金屬的快速凝固。 快速凝固的工藝方法（1）粉末快速凝固法霧化法 常見的方法有亞音速氣體霧化法、超音速氣體霧化法、水霧化法、旋轉(zhuǎn)電極法、旋轉(zhuǎn)盤法、快速旋轉(zhuǎn)杯法等。概括起來可分為流體霧化法和離心霧化法兩大類。工藝參數(shù)包括射流距離、射流壓力、噴嘴的幾何形狀、氣體和金屬的流速以及金屬液的溫度等。一般地，射流壓力越高、射流距離越小，產(chǎn)生的粉末越細(xì)小。 1細(xì)粉；2氣體；3氣源；4合金液；5真空感應(yīng)加熱器；6噴嘴；7霧化室；8收集室；9粉末（2）帶材快速凝固常用的方法有單輥法、溢流法和

9、雙輥法等。 圖4.2.4 單輥法快速凝固原理圖（a）自由噴射甩出（FJMS）法 （b）平流鑄造（PFC）法 1.激冷輥；2.感應(yīng)加熱器；3.排氣閥；4.壓力表；5.帶材；6.噴嘴；7.合金液；8激冷基底（單輥表面）單輥法圖4.2.6 雙輥法快速凝固原理圖1帶材；2合金液；3加熱器；4坩堝；5噴嘴；6雙輥圖4.2.5 溢流法快速凝固原理圖溢流法雙輥法（3）線材快速凝固 快速凝固法制備非晶合金線材的關(guān)鍵在于：首先是獲得細(xì)而穩(wěn)定的熔液流柱，其次是采用一定的冷卻介質(zhì)對(duì)該熔液流柱進(jìn)行激冷，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)，還要實(shí)現(xiàn)線材的連續(xù)卷取。目前較成熟的線材凝固技術(shù)包括：玻璃包覆熔融紡線法、合金熔液注入快冷法、旋轉(zhuǎn)水紡線法和傳送帶法。 圖4.2.7玻璃包覆紡線法快速凝固原理圖玻璃包覆熔融紡線法 圖4.2.8 合金溶液注入快速凝固原理圖 1，7分流管；2噴嘴；3合金液；4感應(yīng)加熱器；5穩(wěn)流罩；6分散器；8泵合金熔液注入快冷法 圖4.2.9 旋轉(zhuǎn)水紡線法線材快速凝固原理圖1旋轉(zhuǎn)鼓；2冷卻水；3噴嘴；4噴射液柱；5加熱器旋轉(zhuǎn)水紡線法 傳送帶法 圖4.2.10 連續(xù)式旋轉(zhuǎn)水紡線法1旋轉(zhuǎn)鼓；2噴嘴；3熔融金屬；4金屬絲；5磁性輥；6卷取機(jī)4.2.5通電流對(duì)合金鑄態(tài)組織的影響 由于金屬是導(dǎo)體，由電磁理論可知，在感應(yīng)