常用的鑄造合金

常用的鑄造合金第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1．合金的流動性鑄造時液態(tài)金屬充填鑄型的能力，稱為流動性。流動性好的合金：①易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件；②有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除；③易于補縮及熱裂紋的彌合。合金的流動性是以螺旋形流動試樣的長度來衡量。試樣越長，流動性越好。

第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

合金的流動性是以螺旋形流動試樣的長度來衡量。試樣越長，流動性越好。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月影響合金流動性的因素a、合金性質(zhì)方面純金屬、共晶合金流動性好。（恒溫下結(jié)晶，凝固層內(nèi)表面光滑）亞、過共晶合金流動性差。（在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，凝固層內(nèi)表面粗糙不平）

第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月b、鑄造工藝條件凡是減小合金流動阻力、延長凝固時間的因素，都可以提高流動性。適當(dāng)提高澆注溫度，延長凝固時間，金屬液傳導(dǎo)給鑄型的熱量多使金屬液冷卻速度減慢，都能提高流動性。但是，澆注溫度太高使鑄件容易產(chǎn)生氣孔、縮孔，并易產(chǎn)生粘砂、夾砂等缺陷。因此，在保證流動性的前提下，澆注溫度不宜過高。提高直澆道高度、增加充型靜壓力、降低鑄型導(dǎo)熱系數(shù)(如用干型代替濕型)、提高鑄型溫度、提高型砂透氣性和開設(shè)出氣冒口以降低氣體阻力、簡化澆注系統(tǒng)和增大內(nèi)澆道截面、減少金屬液流動阻力等，都可以提高合金的流動性。第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月C、鑄件結(jié)構(gòu)鑄件壁厚>最小允許壁厚第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2．合金的收縮

⑴收縮的概念收縮是鑄件中的縮孔、縮松、變形和開裂等缺陷產(chǎn)生的原因。收縮的三個階段：液態(tài)收縮形成縮孔、縮松（體收縮率）凝固收縮固態(tài)收縮——產(chǎn)生變形和裂紋（線收縮率）第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種鐵碳合金的體積收縮率合金種類含碳量(%)澆注溫度(℃)液態(tài)收縮(%)凝固收縮(%)固態(tài)收縮(%)總體積收縮(%)線收縮率(%)碳素鑄鋼白口鑄鐵灰鑄鐵0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4-6.33.3-4.212.4612-12.96.9-7.81.38-2.01.35-2.00.8-1.0第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵鑄件的縮孔和縮松

縮孔的形成：純金屬或共晶成分的合金易形成縮孔。

縮松的形成：結(jié)晶溫度范圍大的合金易形成縮松。

第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

縮孔和縮松的防止：定向凝固——在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過增設(shè)冒口或冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固，爾后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。結(jié)果——鑄件各部分的凝固收縮均能得到液態(tài)金屬的補充，而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中。第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶鑄造應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，是鑄件產(chǎn)生變形和開裂的基本原因。

熱應(yīng)力的形成——熱脹冷縮不均衡

機械應(yīng)力的形成——收縮受阻

減少和消除應(yīng)力的措施：結(jié)構(gòu)上——壁厚均勻，圓角連接，結(jié)構(gòu)對稱。工藝上——同時凝固，去應(yīng)力退火。第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月同時凝固和定向凝固比較

定向凝固——用于收縮大或壁厚差距較大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、鋁硅合金等。定向凝固補縮作用好，鑄件致密，但鑄件成本高，內(nèi)應(yīng)力大。

同時凝固——用于凝固收縮小的灰鑄鐵。鑄件內(nèi)應(yīng)力小，工藝簡單，節(jié)省金屬，組織不致密。第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷鑄件的變形對于厚薄不均勻、截面不對稱及具有細長特點的桿件類、板類及輪類等鑄件，當(dāng)殘余鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服強度時，產(chǎn)生翹曲變形。用反變形法防止箱體、床身導(dǎo)軌的變形。

第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸鑄件的裂紋鑄鋼件熱裂紋（防止辦法：改善型芯的退讓性，大的型芯制成中空的或內(nèi)部填以焦碳）

輪形鑄件的冷裂（防止辦法：減少鑄件應(yīng)力的各項措施，降低合金的脆性）第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月常見的鑄件缺陷及產(chǎn)生原因第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月型砂含水過多，透氣性差；起模和修型時刷水過多；砂芯烘干不良或砂芯通氣孔堵塞；澆注溫度過低或澆注速度太快等。

第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

鑄件結(jié)構(gòu)不合理，如壁厚相差過大大，造成局部金屬積聚；澆注系統(tǒng)和冒口的位置不對，或冒口過小；澆注溫度太高，或金屬化學(xué)成分不合格，收縮過大。第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月型砂和芯砂的強度不夠；砂型和砂芯的緊實度不夠；合箱時鑄型局部損壞澆注系統(tǒng)不合理，沖壞了鑄型。第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月型砂和芯砂的耐火性不夠；澆注溫度太高；未刷涂料或涂料太薄。第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月模樣的上半模和下半模未對好；合箱時，上、下砂箱未對準。第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄件的結(jié)構(gòu)不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退讓性差；落砂過早。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月澆注溫度太低；澆注速度太慢或澆注過程曾有中斷；澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當(dāng)或澆道太小。第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月澆注時金屬量不夠；澆注時液體金屬從分型面流出；鑄件太?。粷沧囟忍?；澆注速度太慢。第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鑄鐵及工藝性能鑄鐵是含碳量超過2.11%的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵實際上是以Fe、C、Si為主要元素的多元合金。鑄鐵中碳的存在形式：滲碳體——化合狀態(tài)石墨———游離狀態(tài)鑄鐵分類：白口鑄鐵灰鑄鐵（片狀石墨）灰口鑄鐵可鍛鑄鐵（團絮狀石墨）麻口鑄鐵球墨鑄鐵（球狀石墨）第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）鑄鐵的石墨化1、石墨化過程石墨化——鑄鐵中析出石墨的過程。石墨化形式：緩慢冷卻時，L(A)→石墨加熱時，F(xiàn)e3C→石墨因此石墨是穩(wěn)定相，是亞穩(wěn)定相。石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格。原子呈層狀排列，同一層面上的碳原子呈共價鍵，結(jié)合力強；層與層之間呈分子鍵，結(jié)合力弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強度、硬度、塑性極低。第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格。原子呈層狀排列，同一層面上的碳原子呈共價鍵，結(jié)合力強；層與層之間呈分子鍵，結(jié)合力弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強度、硬度、塑性極低。第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、影響石墨化的因素（1）化學(xué)成分碳和硅是強烈促進石墨化元素。碳是石墨的基礎(chǔ)，硅促進石墨析出(C:2.7~3.6%,Si:1.1~2.5%)。碳和硅含量高時，石墨量多、尺寸大、鐵素體多，因此強度、硬度低。錳是微弱阻止石墨化元素，可促進珠光體基體形成，提高鑄鐵強度和硬度(Mn:0.4~1.2%)。硫和磷是有害元素（S≤0.1~0.15%,P≤0.2）。碳當(dāng)量：CE=C+(Si+P)/3%CE=4.28%，共晶成分；CE＜4.28%，亞共晶成分；CE＞4.28%，過共晶成分。第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）冷卻速度同一鑄件厚壁處為灰口組織，而薄壁處為白口組織，這說明：緩慢冷卻有利于石墨化過程的進行?？梢?，當(dāng)鐵水的碳當(dāng)量較高，結(jié)晶過程中緩慢冷卻時，易形成灰口鑄鐵；相反易形成白口組織第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月冷卻速度對鑄鐵組織的影響第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）灰鑄鐵1、灰鑄鐵的組織和性能特點灰鑄鐵的組織：鐵素體灰鑄鐵鐵素體+珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵

第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月以片狀石墨分布在基體第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

灰鑄鐵的性能：①機械性能——強度低、塑性低、韌性低且壁厚敏感；抗壓強度、硬度與相同基體碳鋼相近。②其它性能——耐磨性好、減震性好、缺口敏感性小、鑄造性能和切削加工性能良好。第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、灰鑄鐵的牌號與用途

HT200表示灰鑄鐵，σb≥200N/mm2牌號基體組織用途HT100鐵素體低負荷和不重要的零件。如手柄、蓋板、重錘等。HT150鐵素體+珠光體受中等負荷的零件。如機座、支架、箱體、帶輪等。HT200珠光體受較大負荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等壓力閥體、齒輪箱、飛輪等。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3、孕育鑄鐵HT250、HT300、H350灰鑄鐵的孕育處理孕育處理：降低碳、硅含量，以提高鑄鐵的強度；澆注前向鐵水中加入少量的孕育劑（75%硅鐵），可以細化組織，促進石墨化。孕育鑄鐵的特點：強度較高，冷卻速度對其組織和性能的影響甚小。特別適合生產(chǎn)厚大鑄件如重型機床、壓力機床身、高壓液壓件、活塞環(huán)、齒輪、凸輪等。第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）球墨鑄鐵球墨鑄鐵是在澆注前往鐵水中加少量的球化劑和孕育劑，獲得具有球狀石墨的鑄鐵。1、球墨鑄鐵的組織和性能球墨鑄鐵的組織：鐵素體球鐵鐵素體+珠光體球鐵珠光體球鐵第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月以球狀石墨分布在基體第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、球墨鑄鐵的牌號與用途QT500-7表示球墨鑄鐵，σb≥500N/mm2,δ≥7%牌號基體組織用途QT450-10鐵素體農(nóng)機具零件、中低壓閥門、輸氣管道。QT600-3鐵素體+珠光體負荷大、受力復(fù)雜的零件。如汽車、拖拉機曲軸，連桿，凸輪軸，蝸桿機床蝸桿、蝸輪，軋鋼機軋輥、大齒輪。QT700-2珠光體QT800-2珠光體高強度齒輪。第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3、球墨鑄鐵鑄造工藝特點（1）流動性比灰鑄鐵差（2）收縮較灰鑄鐵大球墨鑄鐵件多應(yīng)用冒口和冷鐵，采用定向凝固原則。在鑄型剛度很好的條件下，也可采用同時凝固原則不用冒口或用小冒口。第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鑄鋼及工藝性能鑄鋼的應(yīng)用僅次于鑄鐵，其產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量的15%。鑄鋼的主要優(yōu)點是力學(xué)性能高，特別是塑性和韌性比鑄鐵高得多，焊接性能良好，適