常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件

機械制造基礎制造學院金工教研室第3講常見鑄造合金及鑄件結構工藝性機械制造基礎第3講常見鑄造合金及鑄件結構工藝性第3講鑄造合金與鑄件結構工藝性鑄造合金掌握鑄鐵組織與性能的特點了解常見鑄造合金的組織與性能的特點結構工藝性評價鑄件結構工藝性的標準：保證鑄件滿足相關的力學性能、使用性能的要求制造成本最低對結構工藝性產(chǎn)生影響的因素鑄造工藝的特殊要求合金鑄造性能的要求生產(chǎn)批量（大：自動化，?。菏止ぃ╄T件的結構工藝性不是一成不變的第3講鑄造合金與鑄件結構工藝性鑄造合金一、常見鑄造合金黑色金屬鑄鐵，根據(jù)碳的存在形式分為：白口鑄鐵碳以化合物（Fe3C）的形式存在硬、脆、難以加工，較少使用灰口鑄鐵碳多以石墨（純碳相）形態(tài)存在是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的鑄造合金麻口鑄鐵大部分以化合物（Fe3C）的形式存在，少部分以石墨（純碳相）形態(tài)存在硬、脆、難加工，不使用鑄鋼有色金屬：鑄造銅合金和鑄造鋁合金一、常見鑄造合金黑色金屬鐵-石墨相圖鐵-石墨相圖1.灰口鑄鐵（根據(jù)石墨的形態(tài)）普通灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵1.灰口鑄鐵（根據(jù)石墨的形態(tài)）普通灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨(1)普通灰鑄鐵組織特點：相當于鋼的基體上分布有大量片狀石墨，石墨對基體的割裂程度很高。由于石墨的存在，一方面使得基體承載的有效面積減少，另一方面在基體中容易造成應力集中現(xiàn)象，最終導致灰鑄鐵的抗拉強度和彈性模量均比鋼低得多。(1)普通灰鑄鐵組織特點：相當于鋼的基體上分布有大量片狀石墨普通灰鑄鐵的組織和性能機械性能σb＝120~250MPa，抗拉強度很差塑性、韌性差抗壓強度與鋼接近（應合理應用）特點：抗壓不抗拉工藝性能鑄造性能極好切削加工性能極好鍛造性能極差焊接性能極差（焊縫區(qū)域易形成白口組織）熱處理性能差普通灰鑄鐵的組織和性能機械性能灰鑄鐵的其他優(yōu)良性能優(yōu)良的減振性石墨松軟，能吸振，并阻隔振動傳播耐磨、減摩性好石墨本身是很好的潤滑劑，剝落后形成的空洞可以儲存潤滑油缺口敏感性小石墨本身就相當于缺口（孔洞、微裂紋），外來缺口（如油孔、鍵槽、刀痕等）的作用則相對減弱灰鑄鐵的其他優(yōu)良性能優(yōu)良的減振性灰鑄鐵的組織——石墨化一次結晶和共晶石墨化A＋石墨二次結晶和共析石墨化P+石墨－珠光體灰鑄鐵石墨細小、分布均勻強度硬度高、用于重要機件（P+F）+石墨－珠光體－鐵素體灰鑄鐵石墨呈粗大片狀強度略低、鑄造性能極好、減振性好F+石墨－鐵素體灰鑄鐵石墨過多、過于粗大，應用極少灰鑄鐵的組織——石墨化一次結晶和共晶石墨化討論鑄鐵麻口和白口鑄鐵是怎樣形成的？討論鑄鐵麻口和白口鑄鐵是怎樣形成的？化學成分影響石墨化（C%＋Si%）&壁厚I－白口IIa－麻口II－P基IIb－PF基III－F基最佳：共晶C%=3%-3.5%Si％＝1.4%-2.4%S、P有害，Mn有益化學成分影響石墨化（C%＋Si%）&壁厚冷卻速度影響石墨化快慢冷卻速度影響石墨化快慢不同厚度－不同組織－不同性能一包鐵水C%=3.2%Si%=1.8%wc+wsi%=5.0%凝固后不同厚度截面上的組織

5mm：白口或麻口10mm：P基灰鑄鐵20mm：P基灰鑄鐵30mm：PF基灰鑄鐵40mm：F基灰鑄鐵薄了不行，厚了更不行510203040不同厚度－不同組織－不同性能一包鐵水510203040強化普通灰口鑄鐵的手段孕育處理孕育劑：含75％Si的硅鐵（實為異質(zhì)形核，獲P基灰口鑄鐵）適用于對強度、硬度和耐磨性要求較高的重要鑄件，尤其是厚大鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等牌號（GB5675-85）HT100（F基）、HT150（PF基）中、低載荷和不重要的零件，如蓋、外殼、手輪、刀架、工作臺等HT200、HT250（P基）較大應力和較重要零件，如氣缸體、機座、床身、缸套、活塞等HT300、HT350（孕育）高應力及抗拉應力的重要零件，如齒輪、凸輪、車床卡盤、高壓液壓缸等普通灰口鑄鐵的生產(chǎn)特點共晶成分，工藝簡單、1200～1350°C澆鑄、時效處理強化普通灰口鑄鐵的手段孕育處理(2)可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵(2)可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵常識生產(chǎn)特點：（1）先獲取白口鑄件（2）白口鑄件經(jīng)高溫石墨化退火形成加熱溫度900～980°C，變成A＋Fe3C；第一階段石墨化Fe3C高溫下分解為A+石墨第二階段石墨化A隨爐冷卻過程中不斷析出多余的C，并依附在第一階段形成的石墨上繼續(xù)生長第三階段石墨化略低于共析溫度附近長時間的保溫，使P分解為F+石墨可鍛鑄鐵常識生產(chǎn)特點：可鍛鑄鐵常識種類F可鍛鑄鐵：上述三個階段都完成P可鍛鑄鐵：僅完成第一階段石墨化性能抗拉σb＝300~400MPa有一定塑性韌性，但還是不可鍛造牌號KTH300-06：黑心可鍛鑄鐵KTZ650-02：珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵常識種類(3)球墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；（2）澆注溫度高；（3）球化處理：稀土鎂合金；（4）孕育處理：含75％Si的硅鐵。(3)球墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；球墨鑄鐵常識牌號及用途QT400－18（F）傳動軸、飛輪、電動機架、鐵路機車軸瓦等QT500－7（F+P）載荷大、受力復雜的零件。汽車的連桿、曲軸、凸輪軸和氣缸套等，部分機床主軸、蝸桿等QT700－2（P）高強度齒輪，如汽車后橋螺旋錐齒輪、大減速器齒輪、內(nèi)燃機曲軸、凸輪軸等QT900－2（B或M回）球墨鑄鐵常識牌號及用途球墨鑄鐵常識力學性能接近于鋼（70～90％）抗拉強度可達900MPa；延伸率18％，具有好的塑性和韌性。工藝性能鑄造性能、切削加工性能和減摩性能良好。過冷傾向大，易產(chǎn)生白口熱處理性能退火：獲得F基球墨鑄鐵去應力退火：500～600°C低溫石墨化退火（無自由滲碳體存在）：720～760°C高溫石墨化退火（有自由滲碳體存在，即白口組織）：900～950°C正火：高溫正火：900～950°C，獲得細P基球墨鑄鐵低溫正火：820～860°C，獲得P基＋分散F的球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)：S回＋球狀石墨等溫淬火：B下＋A（少）＋M（少）＋球狀石墨球墨鑄鐵常識力學性能接近于鋼（70～90％）(4)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；（2）澆注溫度高；（3）球化處理：稀土鎂合金；（4）孕育處理：含75％Si的硅鐵。(4)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；蠕墨鑄鐵常識性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，有良好的綜合性能力學性能優(yōu)于灰口鑄鐵（抗拉強度、屈服點、延伸率、疲勞強度等）；導熱性好、抗氧化、減振性、耐磨性優(yōu)于球鐵；鑄造性能、切削加工性能優(yōu)于球鐵；牌號（GB5612-85）RuT-400：抗拉強度應用氣缸蓋、氣缸套、鋼錠模、液壓件等耐熱件蠕墨鑄鐵常識性能（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵耐熱鑄鐵耐蝕鑄鐵（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵減摩鑄鐵—P基灰鐵制造在潤滑、受粘著磨損條件下工作的零件機床導軌、拖板、發(fā)動機缸套和活塞環(huán)、各種滑塊和軸承等高磷鑄鐵（含0.4～0.7％P），形成磷共晶，斷續(xù)網(wǎng)狀分布在P基體上，形成堅硬骨架，提高耐磨性加入適量的Cu、Cr、Mo、P、V、Ti等合金形成合金減摩鑄鐵，如磷銅鈦鑄鐵、鉻鉬銅鑄鐵等抗磨鑄鐵制造在無潤滑、受磨料磨損條件下工作的鑄件軋輥、磨球機磨球、拋丸機葉片、犁鏵等白口鑄鐵加少量的Cu、Cr、Mo、V、B等合金形成合金碳化物，提高抗磨性。中錳球墨鑄鐵（含5～9.5％Mn，3.3～5.0％Si）鑄態(tài)組織為M、A、碳化物和球狀石墨（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵（5）合金鑄鐵耐熱鑄鐵制造在高溫下使用的，抗氧化或抗熱生長性能符合使用要求的鑄件。如爐底板、煙道擋板、傳遞鏈構件等熱生長由于氧化性氣體沿著石墨片的邊界和裂紋，滲入鑄鐵內(nèi)部所造成的氧化以及由于滲碳體分解生成石墨而引起的體積膨脹。加Al、Si、Cr等合金元素，使之在高溫下，在鑄鐵表面形成一層致密的氧化膜，如Al2O3、SiO2、Cr2O3。單相組織使鑄鐵在高溫下不存在滲碳體分解而析出石墨的可能性石墨最好程球狀，獨立分布，不易形成氧化性氣體的滲入通道F基球墨鑄鐵具有較好的耐熱性（5）合金鑄鐵耐熱鑄鐵（5）合金鑄鐵耐蝕鑄鐵制造具有一定力學性能，且在酸、堿條件下有抗腐蝕能力加入Al、Si、Cr等合金元素，使之在高溫下，在鑄鐵表面形成一層致密的氧化膜加入鉻硅、鉬、銅、鎳、磷等合金元素，提高F的電位以提高耐蝕性通過合金化，獲得單項組織，以減少鑄鐵中的微電池，從而提高耐蝕性如高硅耐蝕鑄鐵，含1.4％C，10～18％SI，組織為含硅合金鐵素體＋石墨＋Fe3Si（或FeSi）（5）合金鑄鐵耐蝕鑄鐵2.鑄鋼應用廣泛強度高、塑性韌性優(yōu)良、焊接性能好鑄－焊聯(lián)合結構：重型機械制造加入10％各種合金元素耐磨、耐腐蝕、耐熱鑄造性能差：糊狀凝固澆注溫度高、流動性差收縮率大、一定要定向凝固2.鑄鋼應用廣泛鑄鋼件的鑄造工藝示例鑄鋼件的鑄造工藝示例3.鋁及其鋁合金工業(yè)純鋁雜質(zhì)含量小于3%，熔點660°C，面心立方晶格，無同素異構轉變密度?。粚щ娦院?；導熱性；抗大氣腐蝕性好；強度低，塑性好，無磁性、無火花。鋁合金形變鋁合金單相固溶體，塑性好，部分可熱處理強化防銹鋁合金：Al-Mn系、Al-Mg系；硬鋁合金：Al-Cu-Mg系；超硬鋁合金：Al-Cu-Mg－Zn系；鍛鋁合金：Al-Cu-Mg－Si系鑄造鋁合金3.鋁及其鋁合金工業(yè)純鋁3.鑄造鋁合金共晶組織，熔點低，流動性好鋁硅合金粗大的共晶體（α＋Si），需變質(zhì)處理加以細化ZL101、ZL102，砂型、金屬型和壓力鑄造零件，工作溫度低于200℃，如飛機、儀表的零件，抽水機殼體ZL105，砂型、金屬型和壓力鑄造零件，工作溫度低于225℃，如風冷發(fā)動機的氣缸頭等ZL108，砂型、金屬型鑄造要求高溫強度及低膨脹系數(shù)的耐熱零件，如內(nèi)燃機活塞鋁銅合金ZL201、ZL202,砂型鑄造工作溫度在175～300℃的零件，如支臂、掛架梁、內(nèi)燃機氣缸頭、活塞等鋁鎂合金ZL301,砂型鑄造大氣或海水中工作的零件，工作溫度小于150℃鋁鋅合金ZL401，壓力鑄造結構復雜的零件，工作溫度小于200℃3.鑄造鋁合金共晶組織，熔點低，流動性好常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件3.鑄造鋁合金生產(chǎn)特點收縮率高，氧化、吸氣嚴重（1）鑄造鋁合金熔點低、流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值，還可澆注薄壁復雜鑄件。（2）為防止鋁液在澆注過程中的氧化和吸氣，通常采用開放式澆注系統(tǒng)及應用，蛇形直澆道和縫隙內(nèi)澆道等。（3）應能造成合理的溫度分布，使鑄型進行定向凝固，并在最后凝固部分設置冒口進行補縮，以消除縮孔和縮松。工藝方法坩堝爐熔煉，用NaCl、KCl做熔劑精煉驅(qū)氫ZnCl2（或C2Cl6）

:3ZnCl2+2Al=3Zn+2AlCl3↑（熔點183°C）3.鑄造鋁合金生產(chǎn)特點坩堝爐坩堝爐常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件4.鑄造銅合金銅及銅合金按其成分不同可分為紫銅、黃銅、青銅和白銅紫銅工業(yè)純銅，熔點為1083℃，無同素異構轉變，相對密度為8.9（為鎂的五倍）。比普通鋼還重約15%。其具有玫瑰紅色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般稱為紫銅。塑性好，但強度、硬度較差；具有優(yōu)良的導電性、導熱性、延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機、母線、電纜、開關裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導熱器材黃銅黃銅是由銅和鋅所組成的合金。只由銅、鋅組成的黃銅稱為普通黃銅。由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。如由鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵、硅組成的銅合金。黃銅有較強的耐磨性能。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強。還有切削加工的機械性能也較突出。由黃銅所拉成的無縫銅管，質(zhì)軟、耐磨性能強。黃銅無縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運輸管。制造板料、條材、棒材、管材以及鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強，制造耐壓設備等如含鋅低于36％的黃銅合金由固溶體組成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含鋅30％的黃銅常用來制作彈殼﹐俗稱彈殼黃銅或七三黃銅4.鑄造銅合金銅及銅合金4.鑄造銅合金白銅銅與鎳的合金，鎳含量一般為25%純銅加鎳能顯著提高強度、耐蝕性、硬度、電阻和熱電性，并降低電阻率溫度系數(shù)。因此白銅較其他銅合金的機械性能、物理性能都異常良好，延展性好、硬度高、色澤美觀、耐腐蝕、富有深沖性能廣泛用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、日用品、工藝品等領域，還是重要的電阻及熱電偶合金。白銅的缺點是主要添加元素——鎳屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，價格比較昂貴。青銅銅和除鋅、鎳以外的其他金屬組成的合金。常見的有錫青銅、鉛青銅。熔點低（約800°C）、硬度大、鑄造性能好、耐磨、耐腐蝕、色澤光亮等特點，適用于鑄造各種器具、機械零件、軸承、齒輪等4.鑄造銅合金白銅常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點極易氧化，形成氧化物（Cu2O）使合金力學性能下降鑄造工藝（1）鑄造黃銅熔點低、結晶溫度窄（30℃-70℃），流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值、減小加工余量，并可澆注薄壁鑄件。由于黃銅中的鋅本身就是良好的脫氧劑，所以熔化黃銅時，不需另加熔劑和脫氧劑。但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時應配置較大的冒口3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點極易氧化，形成氧化物（Cu2O）使合金力學性能下降鑄造工藝（2）青銅易氧化，熔化時加熔劑（如玻璃、硼砂等）以覆蓋銅液。為去除已形成的Cu2O，在出爐前可向銅液中加入0.3%-0.6%的磷銅（Cu3P）脫氧。常用開放式及底注式澆注系統(tǒng)，使金屬液流動平穩(wěn)、防止飛濺錫青銅的凝固溫度寬（150℃-200℃），凝固收縮和線收縮率小，易出現(xiàn)枝晶偏析與縮松，降低鑄件的致密度。這種縮松便于儲存潤滑油，適宜制造滑動軸承。壁厚不大的錫青銅鑄件常采用同時凝固原則，錫青銅適合采用金屬型鑄造，利用快速冷卻與補縮，鑄件結晶細小致密。3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點3.鑄造銅合金鋁青銅凝固溫度范圍小，有利于提高流動性和鑄件組織致密度，是青銅的代用材料，廣泛應用于制造重要的齒輪、軸套、蝸桿和閥體等鑄件。但鋁青銅的收縮較大，易產(chǎn)生集中縮孔，為此需安置冒口、定向凝固。又因液態(tài)鋁青銅易氧化吸氣，故宜采用開放式及底注式澆注系統(tǒng)，且澆注時不能斷流。此外，澆注系統(tǒng)中還應安放過濾網(wǎng)以除去浮渣。鉛青銅澆注時，因鉛體積質(zhì)量大會下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應充分攪拌，并加快鑄件冷卻以減小偏析。3.鑄造銅合金鋁青銅常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件小結鑄造工藝基礎流動性/充型能力/縮孔縮松/鑄造應力/裂紋鑄造缺陷防止常見鑄造合金四種鑄鐵鑄鋼鑄造銅鋁合金：鑄造有點難小結鑄造工藝基礎討論：－關于壁厚與強度

鑄造廠生產(chǎn)了一批灰鑄鐵件。經(jīng)檢測，隨爐單個撓注的Φ30試棒的抗拉強度為205－2l0MPa，符合圖紙?zhí)岢龅腍T200的要求。用戶驗收時，在鑄件不同部位取樣，檢測結果表明，鑄件上壁厚為：8mm處的σb為200MPa15mm處的σb為196MPa25mm處的σb為175MPa30mm處的σb為168MPa。據(jù)此，用戶認為該批鑄件不合格，理由是：1）鑄件機械性能不符合HT200要求2）鑄件整體強度不均勻試判斷用戶的意見是否正確，為什么?討論：－關于壁厚與強度鑄造廠生產(chǎn)了一批灰鑄鐵件。經(jīng)檢測，隨二、鑄造工藝對結構的影響鑄件外形：——便于取模外部不應有不必要的凸緣分型面盡量為平面盡量減少分型面的數(shù)目凸臺、肋等結構應便于起模結構斜度鑄件內(nèi)腔：盡量少用或不用型芯便于型芯的固定和排氣利于型芯的去除二、鑄造工藝對結構的影響鑄件外形：——便于取模便于取模-盡量減少分型面數(shù)目外部不應有不必要的凸緣取模方向三箱造型便于取模-盡量減少分型面數(shù)目外部不應有不必要的凸緣取模方向三便于取模-盡量減少分型面數(shù)目套筒的結構設計便于取模-盡量減少分型面數(shù)目套筒的結構設計便于取模-盡量減少分型面數(shù)目便于取模-盡量減少分型面數(shù)目便于取模-分型面應盡量為平面便于取模-分型面應盡量為平面便于取模-分型面應盡量為平面便于取模-分型面應盡量為平面便于取模-分型面應盡量為平面搖臂結構（保證3個孔的位置關系）設計便于取模-分型面應盡量為平面搖臂結構（保證3個孔的位置關系）便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計便于取模-凸臺與筋板的設計分散凸臺的改進鑄件垂直壁上凸臺的設計便于取模-凸臺與筋板的設計分散凸臺的改進鑄件垂直壁上凸臺的設便于取模-非加工表面應有結構斜度便于取模-非加工表面應有結構斜度便于取模-非加工表面應有結構斜度縫紉機邊腳鑄件的結構斜度結構斜度和起模斜度便于取模-非加工表面應有結構斜度縫紉機邊腳鑄件的結構斜度結構便于取模

-盡量減少活塊或型芯的數(shù)量發(fā)動機散熱片的結構設計托架的結構設計便于取模

-盡量減少活塊或型芯的數(shù)量發(fā)動機散便于取模-盡量減少型芯數(shù)目鑄件外形及內(nèi)腔的設計便于取模-盡量減少型芯數(shù)目鑄件外形及內(nèi)腔的設計便于取模-盡量減少型芯數(shù)目軸承座的結構設計便于取模-盡量減少型芯數(shù)目軸承座的結構設計避免水平大平面避免水平大平面避免容易熱變形的結構避免容易熱變形的結構避免容易熱變形的結構避免容易熱變形的結構不用或少用型芯不用或少用型芯自帶型芯自帶型芯便于型芯固定和定位便于型芯固定和定位加強型芯頭強度加強型芯頭強度加強型芯頭強度加強型芯頭強度三、合金鑄造性能對鑄件結構工藝性的影響鑄件的壁厚合適的壁厚，防止?jié)膊蛔?、冷隔壁厚力求均勻，避免形成縮孔、縮松和裂紋內(nèi)壁和外壁壁厚設計，應使整個鑄件均勻冷卻或符合順序凝固原則壁的連接結構圓角相交壁設計原則壁厚不均勻時，應采用過渡結構壁的設計應考慮防止變形和裂紋的要求三、合金鑄造性能對鑄件結構工藝性的影響鑄件的壁厚1.鑄件的壁厚最小壁厚限制澆不足、冷隔1.鑄件的壁厚最小壁厚限制合理壁厚：避免厚大截面并非越大越好“丁、工”字形、槽形、箱形、加強筋合理壁厚：避免厚大截面并非越大越好鑄件常用的截面形狀鑄件常用的截面形狀大型鑄件的壁厚僅15mm大型鑄件的壁厚僅15mm用加強筋減小壁厚用加強筋減小壁厚平板鑄件的結構設計平板鑄件的結構設計合理壁厚：壁厚均勻頂蓋的結構設計合理壁厚：壁厚均勻頂蓋的結構設計合理壁厚：壁厚均勻合理壁厚：壁厚均勻合理壁厚：壁厚均勻合理壁厚：壁厚均勻合理壁厚：順序凝固與同時凝固收縮明顯的合金：順序凝固收縮小的合金：同時凝固合理壁厚：順序凝固與同時凝固收縮明顯的合金：順序凝固收縮小的合理壁厚：

便于實現(xiàn)順序凝固，補縮鑄造合金鋼殼體的結構設計合理壁厚：

便于實現(xiàn)順序凝固，補縮鑄造合金鋼殼2.壁的過渡與連接2.壁的過渡與連接圓角過渡－金屬結晶圓角過渡－金屬結晶圓角過渡－半徑(a+b)/2≤88-1212-1616-2020-2727-3535-4545-60鑄鐵466810121620鑄鋼6681012162025圓角過渡－半徑(a+b)/2≤88-1212-1616-20幾種鑄件壁的連接形式及有關尺寸幾種鑄件壁的連接形式及有關尺寸銳角過渡銳角過渡轉角結構轉角結構防裂筋防裂筋減緩輪輻收縮阻礙輪輻的設計減緩輪輻收縮阻礙輪輻的設計避免大的水平面罩殼的設計避免大的水平面罩殼的設計合理布置筋板位置合理布置筋板位置避免阻礙鑄件收縮避免阻礙鑄件收縮總結各種鑄造工藝方法的適用范圍均有限結構工藝性與鑄造方法有關與合金鑄造性能有關總結各種鑄造工藝方法的適用范圍均有限圓角和結構斜度如圖圓角合理嗎？如圖的結構斜度方向有問題“結構斜度”還是“起模斜度”？圓角和結構斜度如圖圓角合理嗎？三個小問題空心球鑄造容易嗎？操作不易：不易下芯裂紋：型芯阻止收縮下水道的井蓋為什么有網(wǎng)狀花紋收縮、強度砂箱箱帶的條紋三個小問題空心球鑄造容易嗎？下水道井蓋下水道井蓋結構問題不加工面的結構斜度圓角過渡均勻壁厚結構問題不加工面的結構斜度圓角過渡均勻壁厚機械制造基礎制造學院金工教研室第3講常見鑄造合金及鑄件結構工藝性機械制造基礎第3講常見鑄造合金及鑄件結構工藝性第3講鑄造合金與鑄件結構工藝性鑄造合金掌握鑄鐵組織與性能的特點了解常見鑄造合金的組織與性能的特點結構工藝性評價鑄件結構工藝性的標準：保證鑄件滿足相關的力學性能、使用性能的要求制造成本最低對結構工藝性產(chǎn)生影響的因素鑄造工藝的特殊要求合金鑄造性能的要求生產(chǎn)批量（大：自動化，?。菏止ぃ╄T件的結構工藝性不是一成不變的第3講鑄造合金與鑄件結構工藝性鑄造合金一、常見鑄造合金黑色金屬鑄鐵，根據(jù)碳的存在形式分為：白口鑄鐵碳以化合物（Fe3C）的形式存在硬、脆、難以加工，較少使用灰口鑄鐵碳多以石墨（純碳相）形態(tài)存在是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的鑄造合金麻口鑄鐵大部分以化合物（Fe3C）的形式存在，少部分以石墨（純碳相）形態(tài)存在硬、脆、難加工，不使用鑄鋼有色金屬：鑄造銅合金和鑄造鋁合金一、常見鑄造合金黑色金屬鐵-石墨相圖鐵-石墨相圖1.灰口鑄鐵（根據(jù)石墨的形態(tài)）普通灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵1.灰口鑄鐵（根據(jù)石墨的形態(tài)）普通灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨(1)普通灰鑄鐵組織特點：相當于鋼的基體上分布有大量片狀石墨，石墨對基體的割裂程度很高。由于石墨的存在，一方面使得基體承載的有效面積減少，另一方面在基體中容易造成應力集中現(xiàn)象，最終導致灰鑄鐵的抗拉強度和彈性模量均比鋼低得多。(1)普通灰鑄鐵組織特點：相當于鋼的基體上分布有大量片狀石墨普通灰鑄鐵的組織和性能機械性能σb＝120~250MPa，抗拉強度很差塑性、韌性差抗壓強度與鋼接近（應合理應用）特點：抗壓不抗拉工藝性能鑄造性能極好切削加工性能極好鍛造性能極差焊接性能極差（焊縫區(qū)域易形成白口組織）熱處理性能差普通灰鑄鐵的組織和性能機械性能灰鑄鐵的其他優(yōu)良性能優(yōu)良的減振性石墨松軟，能吸振，并阻隔振動傳播耐磨、減摩性好石墨本身是很好的潤滑劑，剝落后形成的空洞可以儲存潤滑油缺口敏感性小石墨本身就相當于缺口（孔洞、微裂紋），外來缺口（如油孔、鍵槽、刀痕等）的作用則相對減弱灰鑄鐵的其他優(yōu)良性能優(yōu)良的減振性灰鑄鐵的組織——石墨化一次結晶和共晶石墨化A＋石墨二次結晶和共析石墨化P+石墨－珠光體灰鑄鐵石墨細小、分布均勻強度硬度高、用于重要機件（P+F）+石墨－珠光體－鐵素體灰鑄鐵石墨呈粗大片狀強度略低、鑄造性能極好、減振性好F+石墨－鐵素體灰鑄鐵石墨過多、過于粗大，應用極少灰鑄鐵的組織——石墨化一次結晶和共晶石墨化討論鑄鐵麻口和白口鑄鐵是怎樣形成的？討論鑄鐵麻口和白口鑄鐵是怎樣形成的？化學成分影響石墨化（C%＋Si%）&壁厚I－白口IIa－麻口II－P基IIb－PF基III－F基最佳：共晶C%=3%-3.5%Si％＝1.4%-2.4%S、P有害，Mn有益化學成分影響石墨化（C%＋Si%）&壁厚冷卻速度影響石墨化快慢冷卻速度影響石墨化快慢不同厚度－不同組織－不同性能一包鐵水C%=3.2%Si%=1.8%wc+wsi%=5.0%凝固后不同厚度截面上的組織

5mm：白口或麻口10mm：P基灰鑄鐵20mm：P基灰鑄鐵30mm：PF基灰鑄鐵40mm：F基灰鑄鐵薄了不行，厚了更不行510203040不同厚度－不同組織－不同性能一包鐵水510203040強化普通灰口鑄鐵的手段孕育處理孕育劑：含75％Si的硅鐵（實為異質(zhì)形核，獲P基灰口鑄鐵）適用于對強度、硬度和耐磨性要求較高的重要鑄件，尤其是厚大鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等牌號（GB5675-85）HT100（F基）、HT150（PF基）中、低載荷和不重要的零件，如蓋、外殼、手輪、刀架、工作臺等HT200、HT250（P基）較大應力和較重要零件，如氣缸體、機座、床身、缸套、活塞等HT300、HT350（孕育）高應力及抗拉應力的重要零件，如齒輪、凸輪、車床卡盤、高壓液壓缸等普通灰口鑄鐵的生產(chǎn)特點共晶成分，工藝簡單、1200～1350°C澆鑄、時效處理強化普通灰口鑄鐵的手段孕育處理(2)可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵(2)可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵常識生產(chǎn)特點：（1）先獲取白口鑄件（2）白口鑄件經(jīng)高溫石墨化退火形成加熱溫度900～980°C，變成A＋Fe3C；第一階段石墨化Fe3C高溫下分解為A+石墨第二階段石墨化A隨爐冷卻過程中不斷析出多余的C，并依附在第一階段形成的石墨上繼續(xù)生長第三階段石墨化略低于共析溫度附近長時間的保溫，使P分解為F+石墨可鍛鑄鐵常識生產(chǎn)特點：可鍛鑄鐵常識種類F可鍛鑄鐵：上述三個階段都完成P可鍛鑄鐵：僅完成第一階段石墨化性能抗拉σb＝300~400MPa有一定塑性韌性，但還是不可鍛造牌號KTH300-06：黑心可鍛鑄鐵KTZ650-02：珠光體可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵常識種類(3)球墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；（2）澆注溫度高；（3）球化處理：稀土鎂合金；（4）孕育處理：含75％Si的硅鐵。(3)球墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；球墨鑄鐵常識牌號及用途QT400－18（F）傳動軸、飛輪、電動機架、鐵路機車軸瓦等QT500－7（F+P）載荷大、受力復雜的零件。汽車的連桿、曲軸、凸輪軸和氣缸套等，部分機床主軸、蝸桿等QT700－2（P）高強度齒輪，如汽車后橋螺旋錐齒輪、大減速器齒輪、內(nèi)燃機曲軸、凸輪軸等QT900－2（B或M回）球墨鑄鐵常識牌號及用途球墨鑄鐵常識力學性能接近于鋼（70～90％）抗拉強度可達900MPa；延伸率18％，具有好的塑性和韌性。工藝性能鑄造性能、切削加工性能和減摩性能良好。過冷傾向大，易產(chǎn)生白口熱處理性能退火：獲得F基球墨鑄鐵去應力退火：500～600°C低溫石墨化退火（無自由滲碳體存在）：720～760°C高溫石墨化退火（有自由滲碳體存在，即白口組織）：900～950°C正火：高溫正火：900～950°C，獲得細P基球墨鑄鐵低溫正火：820～860°C，獲得P基＋分散F的球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)：S回＋球狀石墨等溫淬火：B下＋A（少）＋M（少）＋球狀石墨球墨鑄鐵常識力學性能接近于鋼（70～90％）(4)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；（2）澆注溫度高；（3）球化處理：稀土鎂合金；（4）孕育處理：含75％Si的硅鐵。(4)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)特點：（1）成分：高碳、高硅、低P、S；蠕墨鑄鐵常識性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，有良好的綜合性能力學性能優(yōu)于灰口鑄鐵（抗拉強度、屈服點、延伸率、疲勞強度等）；導熱性好、抗氧化、減振性、耐磨性優(yōu)于球鐵；鑄造性能、切削加工性能優(yōu)于球鐵；牌號（GB5612-85）RuT-400：抗拉強度應用氣缸蓋、氣缸套、鋼錠模、液壓件等耐熱件蠕墨鑄鐵常識性能（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵耐熱鑄鐵耐蝕鑄鐵（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵減摩鑄鐵—P基灰鐵制造在潤滑、受粘著磨損條件下工作的零件機床導軌、拖板、發(fā)動機缸套和活塞環(huán)、各種滑塊和軸承等高磷鑄鐵（含0.4～0.7％P），形成磷共晶，斷續(xù)網(wǎng)狀分布在P基體上，形成堅硬骨架，提高耐磨性加入適量的Cu、Cr、Mo、P、V、Ti等合金形成合金減摩鑄鐵，如磷銅鈦鑄鐵、鉻鉬銅鑄鐵等抗磨鑄鐵制造在無潤滑、受磨料磨損條件下工作的鑄件軋輥、磨球機磨球、拋丸機葉片、犁鏵等白口鑄鐵加少量的Cu、Cr、Mo、V、B等合金形成合金碳化物，提高抗磨性。中錳球墨鑄鐵（含5～9.5％Mn，3.3～5.0％Si）鑄態(tài)組織為M、A、碳化物和球狀石墨（5）合金鑄鐵耐磨鑄鐵（5）合金鑄鐵耐熱鑄鐵制造在高溫下使用的，抗氧化或抗熱生長性能符合使用要求的鑄件。如爐底板、煙道擋板、傳遞鏈構件等熱生長由于氧化性氣體沿著石墨片的邊界和裂紋，滲入鑄鐵內(nèi)部所造成的氧化以及由于滲碳體分解生成石墨而引起的體積膨脹。加Al、Si、Cr等合金元素，使之在高溫下，在鑄鐵表面形成一層致密的氧化膜，如Al2O3、SiO2、Cr2O3。單相組織使鑄鐵在高溫下不存在滲碳體分解而析出石墨的可能性石墨最好程球狀，獨立分布，不易形成氧化性氣體的滲入通道F基球墨鑄鐵具有較好的耐熱性（5）合金鑄鐵耐熱鑄鐵（5）合金鑄鐵耐蝕鑄鐵制造具有一定力學性能，且在酸、堿條件下有抗腐蝕能力加入Al、Si、Cr等合金元素，使之在高溫下，在鑄鐵表面形成一層致密的氧化膜加入鉻硅、鉬、銅、鎳、磷等合金元素，提高F的電位以提高耐蝕性通過合金化，獲得單項組織，以減少鑄鐵中的微電池，從而提高耐蝕性如高硅耐蝕鑄鐵，含1.4％C，10～18％SI，組織為含硅合金鐵素體＋石墨＋Fe3Si（或FeSi）（5）合金鑄鐵耐蝕鑄鐵2.鑄鋼應用廣泛強度高、塑性韌性優(yōu)良、焊接性能好鑄－焊聯(lián)合結構：重型機械制造加入10％各種合金元素耐磨、耐腐蝕、耐熱鑄造性能差：糊狀凝固澆注溫度高、流動性差收縮率大、一定要定向凝固2.鑄鋼應用廣泛鑄鋼件的鑄造工藝示例鑄鋼件的鑄造工藝示例3.鋁及其鋁合金工業(yè)純鋁雜質(zhì)含量小于3%，熔點660°C，面心立方晶格，無同素異構轉變密度小；導電性好；導熱性；抗大氣腐蝕性好；強度低，塑性好，無磁性、無火花。鋁合金形變鋁合金單相固溶體，塑性好，部分可熱處理強化防銹鋁合金：Al-Mn系、Al-Mg系；硬鋁合金：Al-Cu-Mg系；超硬鋁合金：Al-Cu-Mg－Zn系；鍛鋁合金：Al-Cu-Mg－Si系鑄造鋁合金3.鋁及其鋁合金工業(yè)純鋁3.鑄造鋁合金共晶組織，熔點低，流動性好鋁硅合金粗大的共晶體（α＋Si），需變質(zhì)處理加以細化ZL101、ZL102，砂型、金屬型和壓力鑄造零件，工作溫度低于200℃，如飛機、儀表的零件，抽水機殼體ZL105，砂型、金屬型和壓力鑄造零件，工作溫度低于225℃，如風冷發(fā)動機的氣缸頭等ZL108，砂型、金屬型鑄造要求高溫強度及低膨脹系數(shù)的耐熱零件，如內(nèi)燃機活塞鋁銅合金ZL201、ZL202,砂型鑄造工作溫度在175～300℃的零件，如支臂、掛架梁、內(nèi)燃機氣缸頭、活塞等鋁鎂合金ZL301,砂型鑄造大氣或海水中工作的零件，工作溫度小于150℃鋁鋅合金ZL401，壓力鑄造結構復雜的零件，工作溫度小于200℃3.鑄造鋁合金共晶組織，熔點低，流動性好常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件3.鑄造鋁合金生產(chǎn)特點收縮率高，氧化、吸氣嚴重（1）鑄造鋁合金熔點低、流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值，還可澆注薄壁復雜鑄件。（2）為防止鋁液在澆注過程中的氧化和吸氣，通常采用開放式澆注系統(tǒng)及應用，蛇形直澆道和縫隙內(nèi)澆道等。（3）應能造成合理的溫度分布，使鑄型進行定向凝固，并在最后凝固部分設置冒口進行補縮，以消除縮孔和縮松。工藝方法坩堝爐熔煉，用NaCl、KCl做熔劑精煉驅(qū)氫ZnCl2（或C2Cl6）

:3ZnCl2+2Al=3Zn+2AlCl3↑（熔點183°C）3.鑄造鋁合金生產(chǎn)特點坩堝爐坩堝爐常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件4.鑄造銅合金銅及銅合金按其成分不同可分為紫銅、黃銅、青銅和白銅紫銅工業(yè)純銅，熔點為1083℃，無同素異構轉變，相對密度為8.9（為鎂的五倍）。比普通鋼還重約15%。其具有玫瑰紅色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般稱為紫銅。塑性好，但強度、硬度較差；具有優(yōu)良的導電性、導熱性、延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機、母線、電纜、開關裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導熱器材黃銅黃銅是由銅和鋅所組成的合金。只由銅、鋅組成的黃銅稱為普通黃銅。由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。如由鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵、硅組成的銅合金。黃銅有較強的耐磨性能。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強。還有切削加工的機械性能也較突出。由黃銅所拉成的無縫銅管，質(zhì)軟、耐磨性能強。黃銅無縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運輸管。制造板料、條材、棒材、管材以及鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強，制造耐壓設備等如含鋅低于36％的黃銅合金由固溶體組成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含鋅30％的黃銅常用來制作彈殼﹐俗稱彈殼黃銅或七三黃銅4.鑄造銅合金銅及銅合金4.鑄造銅合金白銅銅與鎳的合金，鎳含量一般為25%純銅加鎳能顯著提高強度、耐蝕性、硬度、電阻和熱電性，并降低電阻率溫度系數(shù)。因此白銅較其他銅合金的機械性能、物理性能都異常良好，延展性好、硬度高、色澤美觀、耐腐蝕、富有深沖性能廣泛用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、日用品、工藝品等領域，還是重要的電阻及熱電偶合金。白銅的缺點是主要添加元素——鎳屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，價格比較昂貴。青銅銅和除鋅、鎳以外的其他金屬組成的合金。常見的有錫青銅、鉛青銅。熔點低（約800°C）、硬度大、鑄造性能好、耐磨、耐腐蝕、色澤光亮等特點，適用于鑄造各種器具、機械零件、軸承、齒輪等4.鑄造銅合金白銅常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點極易氧化，形成氧化物（Cu2O）使合金力學性能下降鑄造工藝（1）鑄造黃銅熔點低、結晶溫度窄（30℃-70℃），流動性好、對型砂耐火度要求不高，可用細砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值、減小加工余量，并可澆注薄壁鑄件。由于黃銅中的鋅本身就是良好的脫氧劑，所以熔化黃銅時，不需另加熔劑和脫氧劑。但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時應配置較大的冒口3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點極易氧化，形成氧化物（Cu2O）使合金力學性能下降鑄造工藝（2）青銅易氧化，熔化時加熔劑（如玻璃、硼砂等）以覆蓋銅液。為去除已形成的Cu2O，在出爐前可向銅液中加入0.3%-0.6%的磷銅（Cu3P）脫氧。常用開放式及底注式澆注系統(tǒng)，使金屬液流動平穩(wěn)、防止飛濺錫青銅的凝固溫度寬（150℃-200℃），凝固收縮和線收縮率小，易出現(xiàn)枝晶偏析與縮松，降低鑄件的致密度。這種縮松便于儲存潤滑油，適宜制造滑動軸承。壁厚不大的錫青銅鑄件常采用同時凝固原則，錫青銅適合采用金屬型鑄造，利用快速冷卻與補縮，鑄件結晶細小致密。3.鑄造銅合金生產(chǎn)特點3.鑄造銅合金鋁青銅凝固溫度范圍小，有利于提高流動性和鑄件組織致密度，是青銅的代用材料，廣泛應用于制造重要的齒輪、軸套、蝸桿和閥體等鑄件。但鋁青銅的收縮較大，易產(chǎn)生集中縮孔，為此需安置冒口、定向凝固。又因液態(tài)鋁青銅易氧化吸氣，故宜采用開放式及底注式澆注系統(tǒng)，且澆注時不能斷流。此外，澆注系統(tǒng)中還應安放過濾網(wǎng)以除去浮渣。鉛青銅澆注時，因鉛體積質(zhì)量大會下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應充分攪拌，并加快鑄件冷卻以減小偏析。3.鑄造銅合金鋁青銅常見鑄造合金與鑄件結構工藝性課件小結鑄造工藝基礎流動性/充型能力/縮孔縮松/鑄造應力/裂紋鑄造缺陷防止常見鑄造合金四種鑄鐵鑄鋼鑄造銅鋁合金：鑄造有點難小結鑄造工藝基礎討論：－關于壁厚與強度

鑄造廠生產(chǎn)了一批灰鑄鐵件。經(jīng)檢測，隨爐單個撓注的Φ30試棒的抗拉強度為205－2l0MPa，符合圖紙?zhí)岢龅腍T200的要求。用戶驗收時，在鑄件不同部位取樣，檢測結果表明，鑄件上壁厚為：8mm處的σb為200MPa15mm處的σb為196MPa25mm處的σb為175MPa30mm處的σb為168MPa。據(jù)此，用戶認為該批鑄件不合格，理由是：1）鑄件機械性能不符合HT200要求2）鑄件整體強度不均勻試判斷用戶的意見是否正確，為什么?討論：－關于壁厚與強度鑄造廠生產(chǎn)了一批灰鑄鐵件。經(jīng)檢測，隨二、鑄造工藝對結構的影響鑄件外形：——便于取模外部不應有不必要的凸緣分型面盡量為平面盡量減少分型面的數(shù)目凸臺、肋等結構應便于起模結構斜度鑄件內(nèi)腔：盡量少用或不用型芯便于型芯的固定和排氣利于型芯的去除二、鑄造工藝對結構的影響鑄件外形：——便于取模便于取模-盡量減少分型面數(shù)目外部不應有不必要的凸緣取模方向三箱造型便于取模-盡量減少分型面數(shù)目外部不應有不必要的凸緣取模方向三便于取模-盡量減少分型面數(shù)目套筒的結構設計便于取模-盡量減少分型面數(shù)目套筒的結構設計便于取模-盡量減少分型面數(shù)目便