第二章 常用合金鑄件的生產(chǎn)

1、第二章 常用合金鑄件的生產(chǎn) 本章介紹各種鑄鐵的組織、性能、生產(chǎn)特點(diǎn)及其應(yīng)用，同時(shí)，簡(jiǎn)介鑄鋼和鑄造銅、鋁合金及其生產(chǎn)特點(diǎn)。第一節(jié) 鑄鐵件生產(chǎn) 白口鑄鐵：碳大部以滲碳體形式存在灰口鑄鐵：碳大部以片狀石墨形式存在可鍛鑄鐵：碳大部以團(tuán)絮狀石墨形式存在球墨鑄鐵：碳大部以球狀石墨形式存在蠕墨鑄鐵：碳大部以蠕蟲(chóng)狀石墨形式存在,一、灰鑄鐵 金屬基體+片狀石墨1．灰鑄鐵的性能抗拉強(qiáng)度低，塑性、韌性差，通常

2、σb僅120～250 MPa，δ 、ak近于零?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度受石墨的影響較小，并與鋼相近。,圖 2-12 灰鑄鐵的顯微組織,鑄造性能好，價(jià)格低、生產(chǎn)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度低，減磨，耐磨，減振，石墨膨脹，作承受壓力的機(jī)床底座，床身和不重要的構(gòu)件、零件如：端蓋、凸輪等導(dǎo)軌、缸體,鑄造性能好切削加工性能優(yōu)良優(yōu)良的減振性 由于石墨對(duì)機(jī)械振動(dòng)起緩沖作用，從而阻止振動(dòng)能量的傳播。機(jī)器底座的好材料。耐磨性好 石墨本身是一種良好的潤(rùn)滑劑，而石墨

3、剝落后又可使金屬基體形成儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的凹坑，故灰鑄鐵的耐磨性優(yōu)于鋼，適于制造機(jī)器導(dǎo)軌、襯套、活塞環(huán)等。缺口敏感性小 由于石墨已使金屬基體形成了大量缺口，因此，外來(lái)缺口對(duì)灰鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響甚微，從而增加了零件工作的可靠性。,2．影響鑄鐵組織和性能的因素珠光體基：強(qiáng)度、硬度相對(duì)較高，重要件珠光體—鐵素體基：其鑄造性、減振性均佳，且 便于熔煉鐵素體基：強(qiáng)度、硬度差，很少應(yīng)用。,石墨化：碳以石墨方式析出影響石墨化因素:(1)化

4、學(xué)成分 碳：含碳愈高，析出的石墨數(shù)量愈多、愈粗大，而基體中鐵素體增加、珠光體減少；反之，含碳降低，石墨減少，且細(xì)化。 硅：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，隨著含硅量的增加，石墨顯著增多。鑄鐵若含硅量過(guò)少，即使含碳量甚高石墨也難以形成。,硫：引起鑄鐵的熱脆性，阻礙石墨的析出，增加白口傾向。 磷：增加鑄鐵的冷脆性，但對(duì)石墨化基本沒(méi)有影響。 錳：可部分抵消硫的有害作用，并可增加鑄鐵的強(qiáng)度，屬

5、有益元素。但含錳過(guò)多將阻礙石墨的析出，增加鑄鐵的白口傾向。,(2)冷卻速度 冷卻速度越慢，石墨析出越多、越粗大；反之，石墨的析出受到抑制。影響冷卻速度的因素：鑄型材料、鑄件的壁厚。,鑄型材料：導(dǎo)熱能力越強(qiáng)，鑄件的冷卻速度快，致使石墨化受到嚴(yán)重阻礙，鑄件容易產(chǎn)生白口組織。 在鑄型材料相同的條件下，不同壁厚的鑄件因冷卻速度的差異，鑄鐵的組織也隨之而變(參見(jiàn)圖2—14)，因此，必須按照鑄件的壁厚選定鑄鐵的化學(xué)成分和牌號(hào)。

6、,圖2—14 冷卻速度對(duì)鑄鐵組織的影響,3．灰鑄鐵的孕育處理 原鐵水：含碳(2．7％～3．3％)、硅(1％～2％)均低。 孕育劑：含硅量75％的硅鐵，加入量為鐵水重量的0．25％～0．6％。 孕育處理的鑄鐵石墨細(xì)小、均勻，并獲得珠光體基體。孕育鑄鐵的強(qiáng)度、硬度較普通灰鑄鐵均高，其塑性和韌性仍然很低，故其本質(zhì)仍屬灰鑄鐵。 孕育鑄鐵對(duì)冷卻速度的敏感性降低，因此，厚大截面鑄件上的

7、性能較為均勻。孕育鑄鐵適用于靜載荷下要求較高強(qiáng)度、高耐磨性或高氣密性鑄件，特別是厚大件。,4．灰鑄鐵的牌號(hào)及其生產(chǎn)特點(diǎn)(1) HT+數(shù)字灰鑄鐵共分為HTl00、HTl50、HT200、HT250、HT300、HT350六個(gè)牌號(hào)。選擇鑄鐵牌號(hào)時(shí)必須考慮鑄件的壁厚。,二、可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵又稱瑪鐵（鋼）。它是將白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而成的一種鑄鐵?？估瓘?qiáng)度得到顯著提高，且有著相當(dāng)高的塑性與韌性(但不可鍛)。,種類：黑心可鍛

8、鑄鐵（鐵素體基體，KTH，強(qiáng)度、硬度較珠光體可鍛鑄鐵低。 ）珠光體可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵,圖2-15 黑心可鍛鑄鐵,應(yīng)用：可鍛鑄鐵通常用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁小件。這些小件若用一般鑄鋼制造困難較大；若用球墨鑄鐵，質(zhì)量上又難保證。 工藝：緩慢加熱到920～980℃的高溫，保溫10～20h。石墨化退火的總周期一般為40～70h?？慑戣T鐵的生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，退火周期長(zhǎng)，能源耗費(fèi)大，鑄件的成本較高。,各種管件,螺絲扳手

9、、減速器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動(dòng)器、曲軸、凸輪軸、連桿、萬(wàn)向接頭,三、球墨鑄鐵 向出爐的鐵水中加入球化劑和孕育劑而得到的球狀石墨鑄鐵。 1．球墨鑄鐵的組織和性能 強(qiáng)度和韌性高; 可熱處理(退火、正火、調(diào)質(zhì)、高頻淬火、等溫淬火等)使基體形成不同組織，如鐵素體、珠光體及其它淬火、回火組織; 球墨鑄鐵還兼有接近灰鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能。,圖2-16 球墨鑄鐵,球墨鑄鐵目前已成功地取代部

10、分可鍛鑄鐵件、鑄鋼件，也取代部分負(fù)荷較重但受沖擊不大的鍛鋼件，因此是很有發(fā)展前途的鑄造合金。,河南鞏縣鐵生溝西漢鐵镢,西漢鐵镢金相照片,柴油機(jī)汽油機(jī)曲軸磨床銑床車(chē)床的主軸,,閥門(mén),,汽車(chē)拖拉機(jī)傳動(dòng)齒輪,球墨鑄鐵的牌號(hào)：QT+兩組數(shù)字,表2-5 球墨鑄鐵的主要牌號(hào)、力學(xué)性能和用途舉例,2．球墨鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn) (1)鐵水 制造球墨鑄鐵所用的鐵水含碳要高(3．6％一4．0％)，但硫、磷含量要低。出爐的鐵水溫度必須高達(dá)1400℃以上

11、。 (2)球化處理和孕育處理 球化劑：作用是使石墨呈球狀析出，我國(guó)廣泛采用的球化劑是稀土鎂合金。稀土鎂合金中的鎂和稀土都是球化元素，其含量均小于10％，其余為硅和鐵。以稀土鎂合金作球化劑，減少了鎂的用量，還能改善球墨鑄鐵的質(zhì)量。,孕育劑：作用是促進(jìn)石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向。常用的孕育劑為含硅量75％的硅鐵，加入量為鐵水重量的0．4％～1．0％。,沖入法：圖 2-17 沖入法球化處理(3

12、) 工藝 球墨鑄鐵較灰鑄鐵容易產(chǎn)生縮孔、縮松、皮下氣孔和夾渣等缺陷，因此在熱節(jié)上安置冒口、冷鐵，同時(shí)，應(yīng)增加鑄型剛度，防止因鑄件外形擴(kuò)大所造成的縮孔和縮松。,(4)熱處理 常用的熱處理是退火和正火。退火可獲得鐵素體基體，正火可獲得珠光體基體。,四、蠕墨鑄鐵,石墨呈短片狀，片端鈍而圓，類似蠕蟲(chóng)(圖2—18)，是介于片狀和球狀石墨之間的一種過(guò)渡組織。,圖2-18 蠕墨鑄鐵,1．蠕墨鑄鐵的性能 蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于基體相

13、同的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，強(qiáng)度和韌性都不如球鐵。 蠕墨鑄鐵的突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性優(yōu)于球鐵，同時(shí)，其斷面敏感性較灰鑄鐵小，故厚大截面上的性能較為均勻。此外，蠕墨鑄鐵的耐磨性優(yōu)于孕育鑄鐵及高磷耐磨鑄鐵。 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)：RuT+三位數(shù)字,2．蠕墨鑄鐵的制取 原鐵水和爐前處理與球墨鑄鐵類似(高碳)。爐前處理時(shí)，先向鐵水中加蠕化劑，再加入孕育劑。蠕化劑一般采用稀土鎂鈦、稀土鎂鈣合金或鎂鈦合金，加入量為鐵

14、水重量的1％一2％。 蠕墨鑄鐵的鑄造性能接近灰鑄鐵，縮孔、縮松傾向比球墨鑄鐵小，故鑄造工藝較簡(jiǎn)便。3．蠕墨鑄鐵的應(yīng)用 適于制造工作溫度較高或具有較高溫度梯度的零件，如大型柴油機(jī)氣缸蓋、制動(dòng)盤(pán)、鋼錠模、金屬型等。 制造形狀復(fù)雜的大鑄件，如重型機(jī)床和大型柴油機(jī)機(jī)體等。用蠕墨鑄鐵代替孕育鑄鐵既可提高強(qiáng)度，又可節(jié)省許多廢鋼（縮孔傾向?。?第二節(jié)，鑄鋼件生產(chǎn) 機(jī)械性能好，有優(yōu)良的塑性和韌

15、性，焊接性能好。,一、鑄鋼的類別和性能 分鑄造碳鋼和鑄造合金鋼兩大類，其中鑄造碳鋼應(yīng)用較廣，約占鑄剛件總產(chǎn)量的80％以上。表2—6所示為常用鑄造碳鋼的牌號(hào)、成分和力學(xué)性能。,表 2-6 一般工程用鑄造碳鋼件（GB 11352- 89）,注：1.牌號(hào)表示意義：“ZG”系鑄鋼二字漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母，后 面的數(shù)字，第一組代表屈服強(qiáng)度值，第二組代表抗拉強(qiáng)度值。,2.表列性能適用于厚度為100mm以下的鑄件。,3.斷面收

16、縮率和沖擊韌性根據(jù)合選擇：如需方無(wú)要求，由制造 廠選擇其一 。,鑄造合金鋼具有耐磨、耐蝕、耐熱等特殊性能，一般加入超過(guò)10％的合金元素。例如，ZGMnl3為鑄造耐磨鋼，常用來(lái)制造坦克和推土機(jī)的履帶板、火車(chē)道岔、破碎機(jī)顎板等。又如，ZGlCrl8Ni9為鑄造鎳鉻不銹鋼，這種鋼耐蝕性甚佳，常用來(lái)制造耐酸泵等石油、化工用機(jī)器設(shè)備。二、鑄鋼件的生產(chǎn)特點(diǎn) 1．鋼的熔煉 鑄鋼的熔煉必須采用煉鋼爐，如電

17、弧爐、感應(yīng)電爐等。 2．鑄造工藝 鋼的澆注溫度高、流動(dòng)性差，鋼水易氧化和吸氣，同時(shí)，其體積收縮率約為灰鑄鐵的2~3倍，因此，鑄造性能差，容易產(chǎn)生澆不足、氣孔、縮孔、縮松、熱裂、粘砂等缺陷。為防止上述缺陷的產(chǎn)生，必須在工藝上采取相應(yīng)的措施。,鑄鋼用型砂應(yīng)有高的耐火度和抗粘砂性，以及高的強(qiáng)度、透氣性和退讓性，通常要采用顆粒大而均勻的硅砂，型腔表面要涂以硅粉或鋯石粉涂料，大件多采用干砂型或水玻璃砂快干型。此外，型砂中還常加入糖

18、漿、木屑等，以提高強(qiáng)度和退讓性。 鑄鋼件的澆注系統(tǒng)和冒口的安置對(duì)鑄件質(zhì)量有很大影響，必須使之既能防止縮孔、縮松，又能防止裂紋。一般說(shuō)來(lái)，鑄鋼件都要安置冒口，有時(shí)還需冷鐵，使之實(shí)現(xiàn)定向凝固。 3．鑄鋼件的熱處理 鑄鋼件的晶粒粗大、組織不均，且常存有殘余內(nèi)應(yīng)力，致使鑄件的強(qiáng)度、特別是塑性和韌性不夠高。為此，鑄后必須進(jìn)行正火或退火。,圖 2-19 鑄鋼齒圈的鑄造工藝,第三節(jié) 銅、鋁合金鑄件生產(chǎn)

19、 銅、鋁合金具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能，因此也常用來(lái)制造鑄件。 一、鑄造銅合金 純銅俗稱紫銅，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性及塑性均優(yōu)，但強(qiáng)度、硬度低，且價(jià)貴，因此極少用它來(lái)制造機(jī)件。機(jī)械上廣泛應(yīng)用的是銅合金。 黃銅是以鋅為主加元素的銅合金。隨著含鋅量增加，合金的強(qiáng)度和塑性顯著提高，但超過(guò)47％之后其力學(xué)性能將顯著下降，故黃銅的含鋅量小于47％。鑄造黃銅除含鋅外，還常含有硅、錳、鋁、鉛等合金元素。

20、鑄造黃銅的力學(xué)性能多比青銅高，而價(jià)格卻較青銅低。鑄造黃銅常用于一般用途的軸瓦、襯套、齒輪等耐磨件和閥門(mén)等耐蝕件。,表2—7為幾種鑄造銅合金的牌號(hào)、名稱、成分、性能和用途。,表2-7 幾種鑄造銅合金的牌號(hào)、名稱、成分、性能和用涂,1.本表摘自 GB 1176 –87 2.力學(xué)性能指砂型鑄造件。`,銅與鋅以外的元素所組成的合金統(tǒng)稱青銅。其中，銅和錫的合金是最普通的青銅，稱錫青銅。錫青銅的線收縮率低，不易產(chǎn)生縮孔，其耐磨性和耐蝕性優(yōu)于黃銅

21、，但易產(chǎn)生顯微縮松，故適用于致密性要求不高的耐磨、耐蝕件。除錫青銅外，鋁青銅有著優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕性，但鑄造性較差，故僅用于重要的耐磨、耐蝕件。 二、鑄造鋁合金 鋁合金的密度小，熔點(diǎn)低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性優(yōu)良，因此也常用來(lái)制造鑄件。,鑄造鋁合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金及鋁鋅合金四類。鋁硅合金又稱硅鋁明，其流動(dòng)性好、線收縮率低、熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠的強(qiáng)度，所以應(yīng)用最廣，約占鑄造鋁合金總產(chǎn)量的

22、50％以上。鋁硅合金適用于形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)氣缸體、化油器、儀表外殼等。鋁銅合金的鑄造性能較差，如熱裂傾向大，氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，主要用于制造活塞、氣缸頭等。表2—8所示為幾種鑄造鋁合金的牌號(hào)、成分、性能和用途舉例。 三、銅、鋁合金鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn) 銅、鋁合金的熔化特點(diǎn)是金屬料與燃料不直接接觸，以減少金屬的損耗和保證金屬的純潔。在一般鑄造車(chē)間，銅、鋁合金多采用以焦炭為燃料的坩堝

23、爐來(lái)熔化。,表 2-8 幾種鑄造鋁合金的牌號(hào)、代號(hào)、成分、性能和用途舉例,注：1.本表摘自 GB 1173——86 2.力學(xué)性能指鑄態(tài)下的砂型鑄件。 3.代號(hào)中“ZL”表示“鑄鋁”。首位數(shù)字表示合金的類別：1——鋁硅合金； 2——鋁銅合金；3——鋁鎂合金；4——鋁鋅合金。后兩位數(shù)字為合金順序序號(hào)。,1．銅合金的熔化 銅合金在液態(tài)下極易氧化，形成的氧化物(Cu20)因溶解在銅內(nèi)而使合金的性能

24、下降。為防止銅的氧化，熔化青銅時(shí)應(yīng)加熔劑以覆蓋銅液。為去除已形成的Cu20，最好在出爐前向銅液中加入0．3％～0．6％磷銅來(lái)脫氧。由于黃銅中的鋅本身就是良好的脫氧劑，所以熔化黃銅時(shí)不需另加熔劑和脫氧劑。2．鋁合金的熔化 鋁合金在液態(tài)下也極易氧化，形成的氧化產(chǎn)物A1203的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，密度稍大于鋁，所以熔化攪拌時(shí)容易進(jìn)入鋁液，呈非金屬夾渣。鋁液還極易吸收氫氣，使鑄件產(chǎn)生針孔缺陷。,為了減緩鋁液的氧化和吸氣，可向坩

25、堝內(nèi)加人KCl、NaCl等作為熔劑，以便將鋁液與爐氣隔離。為了驅(qū)除鋁液中已吸人的氫氣、防止針孔的產(chǎn)生，在鋁液出爐之前應(yīng)進(jìn)行驅(qū)氫精煉。簡(jiǎn)便的方法是用鐘罩向鋁液中壓人氯化鋅(ZnCl2 )、六氯乙烷(C2 Cl6 )等氯鹽或氯化物，反應(yīng)后 生成AlCl3氣泡，這些氣泡在上浮過(guò)程中可將氫氣及部分A12 03夾雜一并帶出鋁液。 3．鑄造工藝 為使銅、鋁鑄件表面光潔，砂型鑄造時(shí)應(yīng)選用細(xì)砂來(lái)造型。銅、鋁合金的凝固收縮率較灰鑄