第六章 金屬液態(tài)成型(二各類合金)

1、一一. .常用鑄鐵件及其熔鑄工藝常用鑄鐵件及其熔鑄工藝 鑄鐵是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛的鑄鐵是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。一般機(jī)器中，鑄鐵件的質(zhì)金屬材料。一般機(jī)器中，鑄鐵件的質(zhì)量占機(jī)器總質(zhì)量的量占機(jī)器總質(zhì)量的50%以上；在鑄造以上；在鑄造生產(chǎn)中，鑄鐵件占鑄造總產(chǎn)量的生產(chǎn)中，鑄鐵件占鑄造總產(chǎn)量的80%以上。以上。鐵鐵 碳合碳合金中碳的金中碳的存在形式存在形式 滲碳體滲碳體石石 墨墨鋼鋼白口鑄鐵白口鑄鐵(生鐵生鐵)灰口灰口鑄鐵鑄鐵麻口鑄鐵麻口鑄鐵普通灰口鑄鐵普通灰口鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵（1）鑄鐵的分類：依碳的存在形態(tài)不同分類鑄鐵的分類：依碳的存在形態(tài)不同分類 什么是

2、鑄鐵的石墨化？什么是鑄鐵的石墨化？ 鑄鐵中析出石墨的過(guò)程，稱為鑄鐵的鑄鐵中析出石墨的過(guò)程，稱為鑄鐵的石墨化。當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量較低，在冷石墨化。當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量較低，在冷卻速度較快的條件下，合金結(jié)晶時(shí)，析出卻速度較快的條件下，合金結(jié)晶時(shí)，析出滲碳體，此時(shí)，獲得白口鑄鐵；當(dāng)鑄鐵中滲碳體，此時(shí)，獲得白口鑄鐵；當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量較高，在冷卻速度較慢的條件碳、硅含量較高，在冷卻速度較慢的條件下，合金結(jié)晶時(shí)，析出石墨，此時(shí)，獲得下，合金結(jié)晶時(shí)，析出石墨，此時(shí)，獲得灰口鑄鐵?；铱阼T鐵。 碳和硅碳和硅 : : 碳和硅是強(qiáng)石墨化元素。碳和硅是強(qiáng)石墨化元素。 錳錳: : 是有益元素是有益元素, , 微弱阻止石

3、墨化微弱阻止石墨化, ,可可 消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。 磷磷: : 是有害元素是有害元素, , 可促進(jìn)石墨化?？纱龠M(jìn)石墨化。 硫硫: : 是有害元素是有害元素, , 強(qiáng)烈阻止石墨化。強(qiáng)烈阻止石墨化。 影響鑄鐵石墨化的因素？影響鑄鐵石墨化的因素？ 化學(xué)成分相同的化學(xué)成分相同的鑄鐵，若冷卻速鑄鐵，若冷卻速度不同，其組織度不同，其組織性能也不相同。性能也不相同。 冷卻速度較慢，冷卻速度較慢，有利于石墨的形有利于石墨的形成。成。 灰口鑄鐵的組織特征灰口鑄鐵的組織特征: : 金屬基體金屬基體 + + 石墨石墨（1）普通灰口鑄鐵普通灰口鑄鐵 組織：組織： 相當(dāng)于在鋼的機(jī)體相當(dāng)于在鋼的機(jī)體上嵌入

4、了大量石墨片，上嵌入了大量石墨片，將金屬機(jī)體割裂開了許將金屬機(jī)體割裂開了許多口子。多口子。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：1) 鑄造性能和切削加工性能好；鑄造性能和切削加工性能好； 2) 耐磨性好耐磨性好（灰口鑄鐵的耐磨性比碳鋼好）（灰口鑄鐵的耐磨性比碳鋼好）：石墨本身的摩擦系數(shù)小石墨本身的摩擦系數(shù)小; ; 脫落石墨處的凹坑脫落石墨處的凹坑 , , 可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油?？梢詢?chǔ)存潤(rùn)滑油。3) 減震性好：減震性好：石墨在金屬基體中能很好的阻止石墨在金屬基體中能很好的阻止振動(dòng)的傳播。振動(dòng)的傳播。4) 缺口敏感性??；缺口敏感性?。?) 機(jī)械性能較差：機(jī)械性能較差：灰口鑄鐵組織灰口鑄鐵組織= = 鋼的組織鋼的組織+

5、+大大量石墨量石墨6) 其他工藝性差：其他工藝性差：焊接性差焊接性差; ;熱處理性能差熱處理性能差; ;不不能鍛造和沖壓。能鍛造和沖壓。 灰口鑄鐵的牌號(hào)灰口鑄鐵的牌號(hào) HT 10030mm試棒的最低試棒的最低抗拉強(qiáng)度值抗拉強(qiáng)度值( MPa )灰灰口鑄口鑄鐵鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將灰鑄鐵分為六個(gè)牌號(hào)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將灰鑄鐵分為六個(gè)牌號(hào)：HT 100 ; HT 150 ; HT 200 ；HT250；HT300；HT350； 灰口鑄鐵的孕育處理：（孕育鑄鐵灰口鑄鐵的孕育處理：（孕育鑄鐵 高高強(qiáng)度灰口鑄鐵）強(qiáng)度灰口鑄鐵） 鐵水不經(jīng)過(guò)任何處理鐵水不經(jīng)過(guò)任何處理, ,石墨呈粗大的石墨呈粗大的片狀片狀, ,強(qiáng)度低。澆注前向

6、鐵水內(nèi)加入少量強(qiáng)度低。澆注前向鐵水內(nèi)加入少量促進(jìn)石墨化元素促進(jìn)石墨化元素( ( 稱為孕育劑稱為孕育劑, ,75%Si Fe ) )，即：進(jìn)行孕育處理。，即：進(jìn)行孕育處理。 孕育處理后，強(qiáng)度和硬度明顯提高孕育處理后，強(qiáng)度和硬度明顯提高, ,耐磨性好耐磨性好, ,壁厚敏感性小壁厚敏感性小, , 同一截面上機(jī)同一截面上機(jī)械性能的齊一性較好。械性能的齊一性較好。 典型牌號(hào)典型牌號(hào): : HT 250 ; HT 300 ; HT 350 ; 向灰鑄鐵的鐵水中加入一定量的球化劑（一向灰鑄鐵的鐵水中加入一定量的球化劑（一般為稀土鎂合金）進(jìn)行球化處理，并加入孕育劑般為稀土鎂合金）進(jìn)行球化處理，并加入孕育劑以促

7、進(jìn)石墨化，即可獲得球墨鑄鐵。以促進(jìn)石墨化，即可獲得球墨鑄鐵。組織：組織： 球墨鑄鐵中的石墨呈球球墨鑄鐵中的石墨呈球狀析出，對(duì)金屬機(jī)體的割裂狀析出，對(duì)金屬機(jī)體的割裂作用小得多，對(duì)作用小得多，對(duì)機(jī)體強(qiáng)度的機(jī)體強(qiáng)度的利用率達(dá)利用率達(dá)70%90%，因此，因此, ,力學(xué)性能接近于鋼。力學(xué)性能接近于鋼。 球化處理球化處理: : 往鐵水中加入球化劑往鐵水中加入球化劑 , , 球化劑是球化劑是稀土鎂合金。稀土鎂合金。 球化處理方法：球化處理方法： 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): : 抗抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度很高度很高 ; ;疲勞強(qiáng)疲勞強(qiáng)度較高度較高; ;硬度和耐磨性比其他鑄鐵都高。硬度和耐磨性比其他鑄鐵都高。

8、熱處理特點(diǎn)：熱處理特點(diǎn)：退火退火: : 可使鑄態(tài)組織中的可使鑄態(tài)組織中的FeFe3 3C C分解分解 , , 以獲得高以獲得高塑性的鐵素體基體組織。（相當(dāng)于塑性的鐵素體基體組織。（相當(dāng)于35）正火正火: : 使具有使具有 F + P + Fe3C 的鑄態(tài)基體組織的鑄態(tài)基體組織, , 為高強(qiáng)度的珠光體基體組織。（相當(dāng)于為高強(qiáng)度的珠光體基體組織。（相當(dāng)于4545）球墨鑄鐵的球墨鑄鐵的牌號(hào)牌號(hào)QT 400 18延伸率延伸率 18%抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b 400Mpa 球球墨鑄墨鑄鐵鐵 白口鑄鐵通過(guò)石墨化退火處理，改變其金相白口鑄鐵通過(guò)石墨化退火處理，改變其金相組織而獲得的具有較高韌性的鑄鐵。組織而獲得的

9、具有較高韌性的鑄鐵。組織：組織： 團(tuán)絮狀石墨對(duì)金屬機(jī)體團(tuán)絮狀石墨對(duì)金屬機(jī)體的割裂作用比片狀石墨小，的割裂作用比片狀石墨小，比球狀石墨大，因此，其抗比球狀石墨大，因此，其抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都比較拉強(qiáng)度、塑性和韌性都比較高，但綜合力學(xué)性能比球墨高，但綜合力學(xué)性能比球墨鑄鐵差。鑄鐵差。 牌號(hào)：牌號(hào)：“KTH”和和“KTZ”分別為鐵素體可鍛分別為鐵素體可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）和珠光體可鍛鑄鐵。鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）和珠光體可鍛鑄鐵。鑄出白鑄出白口坯件口坯件 在在 950 保溫保溫30小時(shí)小時(shí) 在在 730 保溫保溫20小時(shí)小時(shí)珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵 生產(chǎn)特點(diǎn)：生產(chǎn)特點(diǎn)

10、：KTZ 300 06延伸率延伸率 6%抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b 300Mpa 可可鍛鑄鍛鑄鐵（珠光體）鐵（珠光體） 向灰鑄鐵的鐵水中加入適量蠕化劑（一般為向灰鑄鐵的鐵水中加入適量蠕化劑（一般為稀土硅鐵或稀土硅鈣合金稀土硅鐵或稀土硅鈣合金）進(jìn)行蠕化處理，并加）進(jìn)行蠕化處理，并加入少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，即可獲得蠕墨鑄鐵。入少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，即可獲得蠕墨鑄鐵。組織：組織： 蠕蟲狀石墨形狀介于對(duì)蠕蟲狀石墨形狀介于對(duì)片狀、球狀之間，因此，其片狀、球狀之間，因此，其力學(xué)性能介于相同金屬機(jī)體力學(xué)性能介于相同金屬機(jī)體組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。間。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): : 機(jī)械性

11、能比灰口鑄鐵高；壁厚敏感性比灰口機(jī)械性能比灰口鑄鐵高；壁厚敏感性比灰口鑄鐵小。減震性球墨鑄鐵高。鑄造性能和切削性鑄鐵小。減震性球墨鑄鐵高。鑄造性能和切削性能等工藝性能均良好。能等工藝性能均良好。突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性和耐熱疲勞性好。突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性和耐熱疲勞性好。 牌號(hào)牌號(hào)RuT 260抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b 260Mpa蠕蠕墨鑄墨鑄鐵鐵 熔煉鑄鐵的主要設(shè)熔煉鑄鐵的主要設(shè)備有沖天爐、電弧爐、備有沖天爐、電弧爐、工頻爐等，應(yīng)用最廣工頻爐等，應(yīng)用最廣泛的設(shè)備是泛的設(shè)備是 沖天爐沖天爐。 沖天爐沖天爐 由爐底、由爐底、爐體（爐缸、爐身）、爐體（爐缸、爐身）、煙囪、送料機(jī)構(gòu)及前煙囪、送料機(jī)構(gòu)及前爐等組成。爐等組

12、成。1.鑄鋼的種類和牌號(hào)鑄鋼的種類和牌號(hào) 分類分類: :鑄鋼鑄鋼碳素鑄鋼碳素鑄鋼合金鑄鋼合金鑄鋼低合金鑄鋼低合金鑄鋼高合金鑄鋼高合金鑄鋼除鐵之外，其他元素的含量均除鐵之外，其他元素的含量均小于小于1%合金含量合金含量小于小于5%合金含量合金含量大于大于10%ZG 200 400最小抗拉強(qiáng)度最小抗拉強(qiáng)度b為為400 MPa屈服點(diǎn)最小值屈服點(diǎn)最小值 s 為為200 MPa 鑄鑄 鋼鋼 牌號(hào)牌號(hào): : 碳素鑄鋼的牌號(hào)：碳素鑄鋼的牌號(hào)：合金鑄鋼的牌號(hào)：合金鑄鋼的牌號(hào)：ZG 10 Cr18 Ni9含含Ni量量9%鑄鑄 鋼鋼含含C量量0.1% 含含Cr量量18% 鑄鋼的鑄造性能鑄鋼的鑄造性能 熔點(diǎn)高，鋼液

13、易氧化熔點(diǎn)高，鋼液易氧化; ;流動(dòng)性差流動(dòng)性差; ;收縮量大收縮量大; ;易產(chǎn)生鑄造缺陷易產(chǎn)生鑄造缺陷; ; 鑄鋼件生產(chǎn)中的工藝措施鑄鋼件生產(chǎn)中的工藝措施 提高對(duì)型砂性能的要求；合理使用耐火涂提高對(duì)型砂性能的要求；合理使用耐火涂料；合理運(yùn)用鑄造工藝；料；合理運(yùn)用鑄造工藝； 鑄鋼件的熱處理鑄鋼件的熱處理 由于鑄鋼件存在許多鑄造缺陷由于鑄鋼件存在許多鑄造缺陷, , 機(jī)械性能機(jī)械性能差差, , 特別是塑性低。此外還存在較大的鑄造應(yīng)特別是塑性低。此外還存在較大的鑄造應(yīng)力。常用的熱處理工藝有力。常用的熱處理工藝有: : 退火和正火。鑄鋼退火和正火。鑄鋼件不宜淬火，易開裂件不宜淬火，易開裂 。 1. 鑄造

14、鋁合金鑄造鋁合金（1）分類、性能及應(yīng)用分類、性能及應(yīng)用鑄鑄鋁鋁鋁硅鋁硅合金合金鋁銅鋁銅合金合金鋁鋅鋁鋅合金合金鋁鎂鋁鎂合金合金鑄造性能好，力學(xué)性能和切削加工性鑄造性能好，力學(xué)性能和切削加工性能良好，應(yīng)用廣泛。能良好，應(yīng)用廣泛。鑄造性能較差，但高溫力學(xué)性能比較鑄造性能較差，但高溫力學(xué)性能比較好，常做活塞等零件。好，常做活塞等零件。鑄造性能和熱穩(wěn)定性較好，強(qiáng)度較高鑄造性能和熱穩(wěn)定性較好，強(qiáng)度較高, 但比重大，耐腐蝕性較差，可做發(fā)動(dòng)但比重大，耐腐蝕性較差，可做發(fā)動(dòng)機(jī)配件。機(jī)配件。強(qiáng)度最高，密度最小，耐腐蝕性好，強(qiáng)度最高，密度最小，耐腐蝕性好，但鑄造性能較差，熔煉和鑄造工藝復(fù)但鑄造性能較差，熔煉和鑄造

15、工藝復(fù)雜，用做航空航天零件。雜，用做航空航天零件。 鋁合金的熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好，對(duì)型鋁合金的熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好，對(duì)型砂和芯砂的耐火性要求也低，可用細(xì)砂造砂和芯砂的耐火性要求也低，可用細(xì)砂造型型，獲得表面光滑的薄壁鑄件；但容易氧獲得表面光滑的薄壁鑄件；但容易氧化，生成化，生成Al2O3，其熔點(diǎn)大大高于鋁液（鋁，其熔點(diǎn)大大高于鋁液（鋁為為680C780C；Al2O3 為為2050C左右左右），常以固態(tài)懸浮在鋁液中，形成夾），常以固態(tài)懸浮在鋁液中，形成夾渣缺陷。渣缺陷。 可以加入可以加入KCl、NaCl等作為溶劑，將等作為溶劑，將鋁液與空氣隔開。鋁液與空氣隔開。2. 鑄造銅合金鑄造銅合金（1 1）分

16、類、性能及應(yīng)用）分類、性能及應(yīng)用分類分類鑄銅鑄銅黃黃 銅銅青青 銅銅錫青銅（銅錫合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（銅鋁合金）鋁青銅（銅鋁合金）鉛青銅（銅鉛合金）鉛青銅（銅鉛合金）（銅鋅合金）（銅鋅合金） 銅合金的性能與應(yīng)用銅合金的性能與應(yīng)用 黃銅：結(jié)晶溫度范圍小，流動(dòng)性好，鑄黃銅：結(jié)晶溫度范圍小，流動(dòng)性好，鑄造性能好，力學(xué)性能好，常用來(lái)制造軸造性能好，力學(xué)性能好，常用來(lái)制造軸承、軸套、齒輪等零件。承、軸套、齒輪等零件。 青銅：結(jié)晶溫度范圍較大，易產(chǎn)生縮松青銅：結(jié)晶溫度范圍較大，易產(chǎn)生縮松等缺陷，但耐磨，常用來(lái)做導(dǎo)軌、蝸輪等缺陷，但耐磨，常用來(lái)做導(dǎo)軌、蝸輪等零件，但不適合做密封性要求較高的等零件，

17、但不適合做密封性要求較高的零件。零件。 銅的熔點(diǎn)低，密度大，流動(dòng)性好，砂銅的熔點(diǎn)低，密度大，流動(dòng)性好，砂型鑄造時(shí)，一般采用細(xì)砂造型。銅合金熔型鑄造時(shí)，一般采用細(xì)砂造型。銅合金熔煉中的最大問題是：液態(tài)時(shí)易氧化，形成煉中的最大問題是：液態(tài)時(shí)易氧化，形成氧化亞銅（氧化亞銅（Cu2O）, ,溶于銅液內(nèi)，使其力溶于銅液內(nèi)，使其力學(xué)性能下降。學(xué)性能下降。 由于各種成分的銅合金的結(jié)晶特征不由于各種成分的銅合金的結(jié)晶特征不同，鑄造性能不同，所以鑄造工藝特點(diǎn)也同，鑄造性能不同，所以鑄造工藝特點(diǎn)也不同。不同。 硅黃硅黃銅合金鑄銅合金鑄造工藝特點(diǎn)造工藝特點(diǎn) 黃銅的結(jié)晶黃銅的結(jié)晶溫度范圍較窄，溫度范圍較窄，易產(chǎn)生縮孔，常易產(chǎn)生縮孔，常采用定向凝固的采用定向凝固的措施，多設(shè)置冒措施，多設(shè)置冒口?？?。 錫青錫青銅合金鑄造銅合金鑄造工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn) 錫青銅的結(jié)晶錫青銅的結(jié)晶溫