金属工艺学铸造第二章

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第二篇 铸 造

第二章 常用合金铸件的生产

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一、铸铁件生产 铸铁是极其重要的铸造合金(总量占铸件80%以上) 80%以上 铸铁是极其重要的铸造合金(总量占铸件80%以上) 含碳量超过2.11% 2.11%; 含碳量超过2.11%; 碳全部或大部以石墨形式存在. 碳全部或大部以石墨形式存在. 分类： 依据石墨形态分类) 分类：(依据石墨形态分类) 灰铸铁； 组织：片状石墨+金属基体) 灰铸铁； (组织：片状石墨+金属基体) 可锻铸铁； 组织：团絮状石墨+金属基体) 可锻铸铁； (组织：团絮状石墨+金属基体) 球墨铸铁； 组织：球状石墨+金属基体) 球墨铸铁； (组织：球状石墨+金属基体) 蠕墨铸铁等。 组织：蠕虫状石墨+金属基体) 蠕墨铸铁等。 (组织：蠕虫状石墨+金属基体)

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(一)灰铸铁(灰口铸铁) 灰铸铁(灰口铸铁) 灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁 应用最广，占铸铁总产量80%以上。 应用最广，占铸铁总产量80%以上。 80%以上 灰铸铁的组织： 灰铸铁的组织： 片状石墨+ 片状石墨+金属基体 几点注意： 几点注意： 铸铁含碳量； 铸铁含碳量； 状态图上的位置； 状态图上的位置； 铸铁的常温组织。 铸铁的常温组织。

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1.灰铸铁的性能： 1.灰铸铁的性能： 灰铸铁的性能 抗拉强度低(σb仅120~250MPa),塑性、韧性差 抗拉强度低( 120~250MPa) 塑性、 (δ≤3%、

a ≈0);K

(灰铸铁性能与石墨有关，石墨愈多、愈粗大、分 灰铸铁性能与石墨有关，石墨愈多、愈粗大、 布愈不均,其力学性能愈差) 布愈不均,其力学性能愈差) 灰铸铁的抗压强度与钢相近； 灰铸铁的抗压强度与钢相近 抗压强度与钢相近； 优良的铸造性能和切削加工性能； 优良的铸造性能和切削加工性能； 属于脆性材料,不能锻造和冲压； 属于脆性材料,不能锻造和冲压； 灰铸铁的焊接性能很差、; 灰铸铁的焊接性能很差 焊接性能很差、 因价格较低廉，重要件最多只用于焊补) (因价格较低廉，重要件最多只用于焊补)

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石墨的存在，使灰铸铁具有如下优越性能: 石墨的存在，使灰铸铁具有如下优越性能: 优良的减振性 由于石墨对振动起缓冲作用, (由于石墨对振动起缓冲作用,从而阻止振动能量的传 灰铸铁减振能力为钢的5 10倍 播。灰铸铁减振能力为钢的5~10倍) 应用：制造机床床身、底座、复杂件的壳体。 应用：制造机床床身、底座、复杂件的壳体。 耐磨性好(减磨性) 耐磨性好(减磨性) 石墨本身是一种良好的润滑剂, (石墨本身是一种良好的润滑剂,而石墨剥落后又可使 金属基体形成储存润滑油的凹坑) 金属基体形成储存润滑

油的凹坑) 应用：制造机器导轨、衬套、活塞环等。 应用：制造机器导轨、衬套、活塞环等。 缺口敏感性小 石墨已使金属基体形成了大量缺口, (石墨已使金属基体形成了大量缺口,外来缺口对灰铸 铁的疲劳强度影响甚微) 铁的疲劳强度影响甚微) 优良的铸造性能切削加工性能

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铸铁性能取决于(片状石墨+金属基体) 铸铁性能取决于(片状石墨+金属基体)可分为三类： 灰铸铁基体组织 可分为三类： 铁素体灰铸铁： F+片状石墨 铁素体灰铸铁： F+片状石墨 珠光体-铁素体灰铸铁； F+P) 珠光体-铁素体灰铸铁； ( F+P)+片状石墨 珠光体灰铸铁： P+片状石墨 珠光体灰铸铁： P+片状石墨

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2.影响铸铁组织和性能因素： 化学成分、冷却速度) 2.影响铸铁组织和性能因素：(化学成分、冷却速度) 影响铸铁组织和性能因素 (1)化学成分 (主要是碳、硅元素) 主要是碳、硅元素) 3.9%) 碳：形成石墨化主要元素(2.7 % ~3.9%) 形成石墨化主要元素( 硅：是强烈促进石墨化的元素。 (1.1 % ~2.6%) 是强烈促进石墨化的元素。 2.6%) 因此,调整铸铁含硅量，可改变铸铁的组织和性能。 因此,调整铸铁含硅量，可改变铸铁的组织和性能。 硫：阻碍石墨化元素。(还会引起热脆性,增加白口倾向) 阻碍石墨化元素。(还会引起热脆性,增加白口倾向) 。(还会引起热脆性 磷：对石墨化基本没有影响，但会增加铸铁的冷脆性。 对石墨化基本没有影响，但会增加铸铁的冷脆性。 硫、磷属有害杂质,一般限制在0.1%~0.15%以下。 磷属有害杂质,一般限制在0.1%~0.15%以下。 0.1% 以下 1.2%) 锰：有益元素。 (0.6 % ~1.2%) 有益元素。 缓慢冷却有利于石墨化出现。(冷却过快形成白口组织) 缓慢冷却有利于石墨化出现。(冷却过快形成白口组织) 。(冷却过快形成白口组织 白口组织——铸铁组织中碳以 Fe3C 形式存在，断口白色。 铸铁组织中碳以 形式存在，断口白色。 白口组织 (2)冷却速度： 冷却速度：

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3.灰铸铁的孕育处理 3.灰铸铁的孕育处理 目的：改变铸铁组织中的石墨形态，让其变细小均匀， 目的：改变铸铁组织中的石墨形态，让其变细小均匀， 提高灰铸铁抗拉强度的有效方法。 是 提高灰铸铁抗拉强度的有效方法。 方法：获得含碳(2.7% 3.3%)、 (1%~2%)均低的铁水 (2.7%~ 均低的铁水—— 方法：获得含碳(2.7%~3.3%)、硅(1%~2%)均低的铁水 加入孕育剂, 加入孕育剂,——浇注 浇注 孕育剂：含硅量75%的硅铁，加入量：铁水重量的0.25% 75%的硅铁 0.25%~ 孕育剂：含硅量75%的硅铁，加入量：铁水重量的0.25%~ 0.6% 孕育铸铁性能： 孕育铸铁性

能： 强度、硬度较普通灰铸铁高, =250~ 强度、硬度较普通灰铸铁高,如σb=250~400 MPa HB达170~270。必须注意，孕育铸铁的石墨仍为片状； HB达170~270。必须注意，孕育铸铁的石墨仍为片状； 冷却速度对其组织和性能的影响较小； 冷却速度对其组织和性能的影响较小； 厚大截面铸件上的性能(心部与外部性能)较为均匀； 厚大截面铸件上的性能(心部与外部性能)较为均匀； 其塑性和韧性仍然很低,故其本质仍属灰铸铁 本质仍属灰铸铁。 其塑性和韧性仍然很低,故其本质仍属灰铸铁。

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4.灰铸铁的牌号及应用 4.灰铸铁的牌号及应用 灰铸铁的牌号： 灰铸铁的牌号： HT+三位数字 HT+三位数字 (参阅GB5612 85《铸铁牌号表示方法》HT: 参阅GB5612—85 铸铁牌号表示方法》HT: GB5612 85《 表示灰铁 数字：为其最低抗拉强度值，MPa。 数字：为其最低抗拉强度值，MPa。 应用： 应用：参见书 P53 表 2 - 3

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(二)可锻铸铁 (玛铁、玛钢) 玛铁、玛钢)由白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁 1.组织 团絮状石墨+ 组织： 1.组织：团絮状石墨+金属基体 2.机械性能 石墨割裂作用减小,抗拉强度显著提高。 机械性能： 2.机械性能：石墨割裂作用减小,抗拉强度显著提高。 σb=300~400 MPa,最高可达700 MPa。 =300~ MPa,最高可达 最高可达700 MPa。 但不能用于锻造。 (δ≤12%,aK≤30 J/cm2,)但不能用于锻造。 ≤12%,a 3.分类 分类： 3.分类：黑心可锻铸铁 右图) (右图) 珠光体可锻铸铁 白心可锻铸铁 右图) (右图)

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4.牌号 4.牌号 ：

KTH数字1 数字 数字2 KTH数字1—数字2 数字

KT:表示可锻铸铁， KT:表示可锻铸铁， H:表示黑心 Z:表示珠光体 数字1 数字2 数字1:表示最低抗拉强度 数字2 :表示最低伸长率

5.生产方式：先铸出白口坯件——清理坯件 清理坯件——石墨化退火 5.生产方式：先铸出白口坯件 生产方式 清理坯件 石墨化退火特点： 特点： 低碳(2.4%~2.8%)和低硅(0.4%~1.4%)含量铁水； 低碳(2.4%~2.8%)和低硅(0.4%~1.4%)含量铁水； (2.4% 和低硅(0.4% 含量铁水 铸出白口坯件； 铸出白口坯件； 石墨化退火(缓慢加热到920~980℃,保温10~20h)有时 石墨化退火(缓慢加热到920~980℃ 保温10~20h) 920 10 几次；石墨化退火的总周期一般为40 70h。 40~ 几次；石墨化退火的总周期一般为40~70h。 特点：生产过程复杂,退火周期长,能耗大,铸件成本较高。 特点：生产过程复杂,退火周期长,能耗大,铸件成本较高。

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(三)球墨铸铁(球铁) 球墨铸铁(球铁)1. 球墨铸铁的组织与性能组织：球状石墨+ 组织：球状石墨+金属基体 性能： 球状石墨割裂作用减轻,性能

发生本质变化) 性能：(球状石墨割裂作用减轻,性能发生本质变化) 抗拉强度一般为400~600MPa,最高可达 抗拉强度一般为400 600MPa,最高可达 400~ 900MPa; 伸长率一般为2%~10%,最高可达18%; 伸长率一般为2% 10%,最高可达18%; 2%~ 最高可达18% 可通过退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火 可通过退火、正火、调质、高频淬火、 等热处理方法(其它铸铁无效果); 等热处理方法(其它铸铁无效果); 有接近灰铸铁的优良工艺性能(铸造、切削性 有接近灰铸铁的优良工艺性能(铸造、 能); “以铁代钢”的主要材料选择。 以铁代钢”的主要材料选择。

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球墨铸铁的组织F+球状石墨 F+球状石墨 (P+F)+球状石墨 P+F) P+球状石墨 P+球状石墨

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牌号及应用： QT+数字 数字1 数字 数字2 牌号及应用： QT+数字1—数字2 QT: 表示“球铁” QT: 表示“球铁”,球墨铸铁 数字1 数字1: 表示其最低抗拉强度 数字2 :表示其最低伸长率 数字2 (表2-5为球铁主要牌号、力学性能和用途举 为球铁主要牌号、 例)

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生产特点 要求低硫、低磷的铁水， 要求低硫、低磷的铁水，向出炉的铁 水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石 墨铸铁。 墨铸铁。 铁水要求： 铁水要求： 球化剂： 球化剂：有镁球化剂和稀土镁球化剂两种 孕育剂： 75%硅的硅铁 孕育剂：含75%硅的硅铁 孕育处理： 孕育处理： 铸型工艺： 铸型工艺： 热处理： 热处理：

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(四)蠕墨铸铁 1.组织：蠕虫状石墨+ 1.组织：蠕虫状石墨+金属基体 组织 2.蠕墨铸铁的性能 2.蠕墨铸铁的性能 力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间； 力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间； b=360~ 优于灰铸铁, 抗拉强度 σb=360~440MPa, 优于灰铸铁,塑性和 b=360 韧性δ=1.5% 4.5%) =1.5%~ 韧性δ=1.5%~4.5%) =1.5% 强度和韧性不如球铁； 强度和韧性不如球铁； 铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小, 铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小,故 铸造工艺较简便； 铸造工艺较简便； 耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁； 耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁； 导热性优于球铁,抗氧化性较其它铸铁均高； 导热性优于球铁,抗氧化性较其它铸铁均高； 断面敏感性较灰铸铁小,厚大截面上的性能较为均匀。 断面敏感性较灰铸铁小,厚大截面上的性能较为均匀。