常用的铸造合金.ppt

1 合金的流动性铸造时液态金属充填铸型的能力 称为流动性 流动性好的合金 易于浇注出轮廓清晰 薄而复杂的铸件 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除 易于补缩及热裂纹的弥合 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量 试样越长 流动性越好 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量 试样越长 流动性越好 影响合金流动性的因素a 合金性质方面纯金属 共晶合金流动性好 恒温下结晶 凝固层内表面光滑 亚 过共晶合金流动性差 在一定温度范围内结晶 凝固层内表面粗糙不平 b 铸造工艺条件凡是减小合金流动阻力 延长凝固时间的因素 都可以提高流动性 适当提高浇注温度 延长凝固时间 金属液传导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢 都能提高流动性 但是 浇注温度太高使铸件容易产生气孔 缩孔 并易产生粘砂 夹砂等缺陷 因此 在保证流动性的前提下 浇注温度不宜过高 提高直浇道高度 增加充型静压力 降低铸型导热系数 如用干型代替湿型 提高铸型温度 提高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力 简化浇注系统和增大内浇道截面 减少金属液流动阻力等 都可以提高合金的流动性 C 铸件结构铸件壁厚 最小允许壁厚 2 合金的收缩 收缩的概念收缩是铸件中的缩孔 缩松 变形和开裂等缺陷产生的原因 收缩的三个阶段 液态收缩形成缩孔 缩松 体收缩率 凝固收缩固态收缩 产生变形和裂纹 线收缩率 几种铁碳合金的体积收缩率 铸件的缩孔和缩松缩孔的形成 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔 缩松的形成 结晶温度范围大的合金易形成缩松 缩孔和缩松的防止 定向凝固 在铸件可能出现缩孔的厚大部位 通过增设冒口或冷铁等工艺措施 使铸件上远离冒口的部位先凝固 尔后是靠近冒口的部位凝固 冒口本身最后凝固 结果 铸件各部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充 而将缩孔转移到冒口之中 铸造应力铸造内应力有热应力和机械应力 是铸件产生变形和开裂的基本原因 热应力的形成 热胀冷缩不均衡机械应力的形成 收缩受阻减少和消除应力的措施 结构上 壁厚均匀 圆角连接 结构对称 工艺上 同时凝固 去应力退火 同时凝固和定向凝固比较定向凝固 用于收缩大或壁厚差距较大 易产生缩孔的合金铸件 如铸钢 铝硅合金等 定向凝固补缩作用好 铸件致密 但铸件成本高 内应力大 同时凝固 用于凝固收缩小的灰铸铁 铸件内应力小 工艺简单 节省金属 组织不致密 铸件的变形对于厚薄不均匀 截面不对称及具有细长特点的杆件类 板类及轮类等铸件 当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时 产生翘曲变形 用反变形法防止箱体 床身导轨的变形 铸件的裂纹铸钢件热裂纹 防止办法 改善型芯的退让性 大的型芯制成中空的或内部填以焦碳 轮形铸件的冷裂 防止办法 减少铸件应力的各项措施 降低合金的脆性 常见的铸件缺陷及产生原因 型砂含水过多 透气性差 起模和修型时刷水过多 砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵塞 浇注温度过低或浇注速度太快等 铸件结构不合理 如壁厚相差过大大 造成局部金属积聚 浇注系统和冒口的位置不对 或冒口过小 浇注温度太高 或金属化学成分不合格 收缩过大 型砂和芯砂的强度不够 砂型和砂芯的紧实度不够 合箱时铸型局部损坏浇注系统不合理 冲坏了铸型 型砂和芯砂的耐火性不够 浇注温度太高 未刷涂料或涂料太薄 模样的上半模和下半模未对好 合箱时 上 下砂箱未对准 铸件的结构不合理 壁厚相差太大 砂型和砂芯的退让性差 落砂过早 浇注温度太低 浇注速度太慢或浇注过程曾有中断 浇注系统位置开设不当或浇道太小 浇注时金属量不够 浇注时液体金属从分型面流出 铸件太薄 浇注温度太低 浇注速度太慢 二 铸铁及工艺性能铸铁是含碳量超过2 11 的铁碳合金 工业用铸铁实际上是以Fe C Si为主要元素的多元合金 铸铁中碳的存在形式 渗碳体 化合状态石墨 游离状态铸铁分类 白口铸铁灰铸铁 片状石墨 灰口铸铁可锻铸铁 团絮状石墨 麻口铸铁球墨铸铁 球状石墨 一 铸铁的石墨化1 石墨化过程石墨化 铸铁中析出石墨的过程 石墨化形式 缓慢冷却时 L A 石墨加热时 Fe3C 石墨因此石墨是稳定相 是亚稳定相 石墨是碳的一种结晶形态 具有六方晶格 原子呈层状排列 同一层面上的碳原子呈共价键 结合力强 层与层之间呈分子键 结合力弱 因此 石墨结晶形态常易发展为片状 强度 硬度 塑性极低 石墨是碳的一种结晶形态 具有六方晶格 原子呈层状排列 同一层面上的碳原子呈共价键 结合力强 层与层之间呈分子键 结合力弱 因此 石墨结晶形态常易发展为片状 强度 硬度 塑性极低 2 影响石墨化的因素 1 化学成分碳和硅是强烈促进石墨化元素 碳是石墨的基础 硅促进石墨析出 C 2 7 3 6 Si 1 1 2 5 碳和硅含量高时 石墨量多 尺寸大 铁素体多 因此强度 硬度低 锰是微弱阻止石墨化元素 可促进珠光体基体形成 提高铸铁强度和硬度 Mn 0 4 1 2 硫和磷是有害元素 S 0 1 0 15 P 0 2 碳当量 CE C Si P 3 CE 4 28 共晶成分 CE 4 28 亚共晶成分 CE 4 28 过共晶成分 2 冷却速度同一铸件厚壁处为灰口组织 而薄壁处为白口组织 这说明 缓慢冷却有利于石墨化过程的进行 可见 当铁水的碳当量较高 结晶过程中缓慢冷却时 易形成灰口铸铁 相反易形成白口组织 冷却速度对铸铁组织的影响 二 灰铸铁1 灰铸铁的组织和性能特点灰铸铁的组织 铁素体灰铸铁铁素体 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 以片状石墨分布在基体 灰铸铁的性能 机械性能 强度低 塑性低 韧性低且壁厚敏感 抗压强度 硬度与相同基体碳钢相近 其它性能 耐磨性好 减震性好 缺口敏感性小 铸造性能和切削加工性能良好 2 灰铸铁的牌号与用途HT200表示灰铸铁 b 200N mm2 3 孕育铸铁HT250 HT300 H350灰铸铁的孕育处理孕育处理 降低碳 硅含量 以提高铸铁的强度 浇注前向铁水中加入少量的孕育剂 75 硅铁 可以细化组织 促进石墨化 孕育铸铁的特点 强度较高 冷却速度对其组织和性能的影响甚小 特别适合生产厚大铸件如重型机床 压力机床身 高压液压件 活塞环 齿轮 凸轮等 三 球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂 获得具有球状石墨的铸铁 1 球墨铸铁的组织和性能球墨铸铁的组织 铁素体球铁铁素体 珠光体球铁珠光体球铁 以球状石墨分布在基体 2 球墨铸铁的牌号与用途QT500 7表示球墨铸铁 b 500N mm2 7 3 球墨铸铁铸造工艺特点 1 流动性比灰铸铁差 2 收缩较灰铸铁大球墨铸铁件多应用冒口和冷铁 采用定向凝固原则 在铸型刚度很好的条件下 也可采用同时凝固原则不用冒口或用小冒口 三 铸钢及工艺性能铸钢的应用仅次于铸铁 其产量占铸件总产量的15 铸钢的主要优点是力学性能高 特别是塑性和韧性比铸铁高得多 焊接性能良好 适于铸焊联合工艺制造重型机械 但铸造性能 减震性和缺口敏感性都比铸铁差 铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件 如铁路车辆上的摇枕 侧架 车轮及车钩 重型水压机横梁 大型轧钢机机架 齿轮等 常用铸钢 碳素铸钢 低合金铸钢 高合金铸钢 铸钢的熔炼温度高 浇注湿度也高 容易吸气和氧化 收缩大 流动性差 极易产生各种铸造缺陷 为了获得合格的铸件 必须采取有效的工艺措施 首先 造型材科必须有足够的耐火度 原砂常采用大颗粒人造硅砂 铸型表面常使用硅石粉或锗石粉涂料 以防粘砂 型砂要有足够的透气性和容让性 必要时采用干砂型或水玻璃自硬砂 减少发气量 防止产生气孔 在型砂中加入木屑 避免产生裂纹 其次 浇注系统要尽可能简单