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1、6.2 常用液态成型合金及其熔铸,一.常用铸铁件及其熔铸工艺 铸铁是机械制造中应用最广泛的金属材料。一般机器中，铸铁件的质量占机器总质量的50%以上；在铸造生产中，铸铁件占铸造总产量的80%以上。,1.铸铁的特点及分类,铁 碳合金中碳的存在形式,渗碳体,石墨,钢白口生(铸)铁,灰口铸铁,麻口铸铁,普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁,（1）铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类,碳在铸铁中存在的形态示意图,（2）铸铁的石墨化,什么是铸铁的石墨化？铸铁中析出石墨的过程，称为铸铁的石墨化。当铸铁中碳、硅含量较低，在冷却速度较快的条件下，合金结晶时，析出渗碳体，此时，获得白口铸铁；当铸铁中碳、硅含量较高
2、，在冷却速度较慢的条件下，合金结晶时，析出石墨，此时，获得灰口铸铁；影响铸铁石墨化的因素,1)化学成分,碳和硅:碳和硅是强石墨化元素。锰:是有益元素,微弱阻止石墨化,可 消除硫的有害作用。磷:是有害元素,可促进石墨化。硫:是有害元素,强烈阻止石墨化。,-白口铸铁区a-麻口铸铁区-珠光体灰口铸铁区b-珠光体、铁素体灰口铸铁区-铁素体灰口铸铁区,碳和硅对石墨化的影响见右图：（铸件壁厚50mm）,2）冷却速度,化学成分相同的铸铁，若冷却速度不同，其组织性能也不相同。冷却速度较慢，有利于石墨的形成。,2.灰口铸铁,灰口铸铁的组织特征:金属基体+石墨,（1）普通灰口铸铁 组织：金属基体+片状石墨 相当于
3、在钢的机体上嵌入了大量石墨片，将金属机体割裂开了许多口子。,性能特点：1)机械性能较差：灰口铸铁组织=钢的组织+大量石墨2)耐磨性好（灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）：石墨本身的摩擦系数小;脱落石墨处的凹坑,可以储存润滑油。3)减震性好：石墨在金属基体中能很好的阻止振动的传播。4)缺口敏感性小；5)铸造性能和切削加工性能好；6)其他工艺性差：焊接性差;热处理性能差;不能锻造和冲压。,灰口铸铁的牌号,HT 100,典型牌号：HT 100;HT 150;HT 200;,灰口铸铁的孕育处理：（孕育铸铁 高强度灰口铸铁）铁水不经过任何处理,石墨呈粗大的片状,强度低。浇注前向铁水内加入少量促进石墨化元素(称为
4、孕育剂,75%Si Fe)，即：进行孕育处理。孕育处理后，强度和硬度明显提高,耐磨性好,壁厚敏感性小,同一截面上机械性能的齐一性较好。典型牌号:HT 250;HT 300;HT 350;,（2）球墨铸铁,向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。,组织：金属基体+球状石墨 球墨铸铁中的石墨呈球状析出，对金属机体的割裂作用小得多，对机体强度的利用率达70%90%，因此，力学性能接近于钢。,球化处理:往铁水中加入球化剂,球化剂是稀土镁合金。球化处理方法：性能特点:抗拉强度和屈强度很高;疲劳强度较高;硬度和耐磨性比其他铸铁都高。热
5、处理特点：退火:可使铸态组织中的Fe3C分解,以获得高塑性的铁素体基体组织。（相当于35）正火:使具有F+P+Fe3C 的铸态基体组织,为高强度的珠光体基体组织。（相当于45）,珠光体球墨铸铁和45号锻纲的机械性能比较表,球墨铸铁的牌号,QT 400 18,（3）可锻铸铁（韧性铸铁）,白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相组织而获得的具有较高韧性的铸铁。,组织：金属基体+团絮状石墨 团絮状石墨对金属机体的割裂作用比片状石墨小，比球状石墨大，因此，其抗拉强度、塑性和韧性都比较高，但综合力学性能比球墨铸铁差。,性能特点：强度好、硬度高,耐磨性有一定的韧性。牌号：,铸出白口坯件,在 950 保温3
6、0时,在 730 保温20小时,珠光体可锻铸铁,铁素体可锻铸铁,工艺特点：,KT 300 06,（3）蠕墨铸铁,向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为稀土硅铁或稀土硅钙合金）进行蠕化处理，并加入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。,组织：金属基体+蠕虫状石墨 蠕虫状石墨形状介于对片状、球状之间，因此，其力学性能介于相同金属机体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，。,性能特点:机械性能比灰口铸铁高；壁厚敏感性比灰口铸铁小。减震性球墨铸铁高。铸造性能和切削性能等工艺性能均良好。突出优点是导热性和耐热疲劳性好。牌号,RuT 260,3.铸铁的熔炼,熔炼铸铁的主要设备有冲天炉、电弧炉、工频炉等，应用最广
7、泛的设备是 冲天炉。冲天炉 由炉底、炉体（炉缸、炉身）、烟囱、送料机构及前炉等组成。,冲天炉的炉料有,金属料：新生铁、回炉铁、废钢、铁合金燃料：焦炭、煤粉、无烟煤块、重油、煤气熔剂：石灰石（CaCO3）、萤石（CaF2）冲天炉内熔化过程,二.铸钢件,1.铸钢的种类和牌号分类:,铸钢,碳素铸钢合金铸钢,低合金铸钢高合金铸钢,除铁之外，其他元素的含量均小于1%,合金含量小于5%合金含量大于10%,ZG 200 400,牌号:碳素铸钢的牌号：,合金铸钢的牌号：,ZG 10 Cr18 Ni9,2.铸钢的铸造工艺特点,铸钢的铸造性能 熔点高，钢液易氧化;流动性差;收缩量大;易产生铸造缺陷;生产铸钢件的工
8、艺措施 提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂料；合理运用铸造工艺；铸钢件的热处理 由于铸钢件存在许多铸造缺陷,机械性能差,特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应力。常用的热处理工艺有:退火和正火。铸钢件不宜淬火，易开裂。,铸钢齿轮的铸型工艺,铸钢的熔炼,电弧炉炼钢,铸钢的熔炼,感应电炉炼钢,三.有色合金铸件的生产,1.铸造铜合金（1）分类、性能及应用分类,铸铜,黄 铜青 铜,锡青铜（铜锡合金）铝青铜（铜铝合金）铅青铜（铜铅合金）,（铜锌合金）,铜合金的性能与应用黄铜：结晶温度范围小，流动性好，铸造性能好，力学性能好，常用来制造轴承、轴套、齿轮等零件。青铜：结晶温度范围较大，易产生缩松等缺陷，但耐
9、磨，常用来做导轨、蜗轮等零件，但不适合做密封性要求较高的零件。,（2）铜合金的铸造工艺,铜的熔点低，密度大，流动性好，砂型铸造时，一般采用细砂造型。铜合金熔炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成氧化亚铜（Cu2O）,溶于铜液内，使其力学性能下降。由于各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也不同。,硅黄铜合金铸造工艺特点 黄铜的结晶温度范围较窄，易产生缩孔，常采用定向凝固的措施，多设置冒口。,硅黄铜铜体铸造工艺,锡青铜合金铸造工艺特点 锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽,流动性较差,易产生缩松,氧化倾向不大,常采用顺序凝固工艺。,锡青铜中型铜套的雨淋浇注系统,铝青铜
10、的铸造工艺特点,铝青铜的结晶温度范围很小，呈逐层凝固特征，流动性较好，易形成集中缩孔，但极易氧化，必须采用顺序凝固工艺。,铝青铜蜗轮铸造工艺,1.铸造铝合金（1）分类、性能及应用分类,铸铝,铝硅合金铝铜合金铝镁合金,铸造性能好，力学性能和切削加工性能良好，应用广泛。铸造性能较差，但高温力学性能较好，常做活塞等零件。强度最高，密度最小，耐腐蚀性好，但工艺复杂，用做航空航天零件。,（2）铝合金的铸造工艺,铝合金也容易氧化，生成Al2O3，其熔点大大高于铝液（铝：680C780C；Al2O3：2050C左右），常以固态悬浮在铝液中，形成夹渣缺陷。可以加入KCl、NaCl等作为溶剂，将铝液与空气隔开。,几种铝合金熔炼设备,
