金属工艺 第二章_铸造课件工艺基础课件.ppt

第2章铸造 铸造生产的定义铸造生产的概述铸造生产的特点铸造生产的方法及种类 一 铸造的定义 铸造 将熔炼好的液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中 待其冷却凝固 以获得毛坯或零件的工艺方法 铸造的实质是液态金属凝固而成形 铸造生产过程示意图 二 铸造生产概述 1 铸造 俗称 翻砂 2 铸造生产的技术在我国至少有四千年的历史 前两千年以青铜铸造为主 发展了冶铸技术 形成了商周文化后两千以铸铁生产为主 推动了铸造技术的发展 云版又叫 点 是军营中遇有急事敲打报警用的 此块云版用生铁铸成 上下两端勾卷如云 故名 上铸双钩汉字两行 大金天命癸亥年铸牛庄城 十一字 清曾称金 但到了1636年 清太宗皇太极将国号改为清后 为消除民众对历史上金朝的厌恶之感 把几乎一切有 大金 字样的东西都毁了 此块云版就成了实用器物中唯一能证实清王朝在1636年前曾自称 金 或 大金 的确凿证据 商代司母戊鼎 商代司母戊鼎口长112厘米 口宽79 2厘米 壁厚6厘米 连耳高133厘米 重达832 84公斤 根据目前发现的商代熔铜坩埚 一次能熔铜12 7公斤 铸造司母戊这样的大鼎 就需要七十多个坩埚 如果一个坩埚配备三至四人 就需要二 三百人同时操作 三 铸造生产的特点 1 生产方法灵活性大可以制造形状复杂 特别是具有内腔结构 的工件 例如箱体 气缸体 机座等 不受材料的限制 例如工业上常用的金属都适于铸造 不受零件尺寸和重要的限制 三 铸造生产的特点 2 成本低铸件的尺寸和形状与零件相近 可以做到少切削或无切削 节约金属 缩短生产时间 原材料来源广泛 价格低廉 金属的边角余料 废金属都可重用 铸造在机械制造中应用十分广泛 在各种类型的机器设备中铸件占很大比重 如下所示 3 铸造成形的缺点 1 铸造组织疏松 晶粒粗大 内部易产生缩孔 缩松 气孔等缺陷 2 铸件的机械性能较低 3 铸造工序多 难以精确控制 使得铸件质量不够稳定 4 劳动条件较差 劳动强度较大 四 铸造的种类 普通砂型铸造 湿砂型铸造干砂型铸造 特种铸造 熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造其它特种铸造 2 1铸造工艺基础 教学内容2 1 1液态合金的充型2 1 2铸件的凝固与收缩2 1 3铸造内应力2 1 4铸件的变形和裂纹2 1 5铸件的质量控制 教学要求 1 要重点掌握铸造合金液体的流动性及其影响因素2 缩孔与缩松的产生与防止3 铸造应力 变形与裂纹的产生与防止4 掌握铸件质量的综合控制方法 液态合金的工艺性能 铸造性能 通常是指合金的流动性 收缩性 吸气性及偏析等性能 合金铸造性能是选择铸造金属材料 确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据 2 1 1液态合金的充型 1 液态金属的结构与性质液态金属是通过加热将金属由固态融化为熔融状态而得到的 铸造生产中得到的金属过热度不高 这种液态金属接近固态而远离液态 金属的熔化是从晶界开始的 是原子间结合的局部破坏 熔化后的金属由许多近程有序排列的 流动的原子集团 所组成 瞬间消失 瞬间消失 原子的排列和原有的固体相似 存在很大的能量起伏 热运动很强 温度越高 原子集团越小 流动越快液态金属具有黏度和表面张力等特性 黏度是介质中一部分质点对另一部分质点作相对运动时所受到的阻力 表面张力是在液体表面上平行表面方向 且在各个方向均相等的张力 2 液态合金的充型熔化合金填充铸型的过程 简称充型 液态金属充满铸型型腔 获得尺寸精确 轮廓清晰的成型件的能力 称为合金的充型能力 一些铸造缺陷 如浇不到 冷隔 砂眼 抬箱及气孔等都是在充型能力不足的情况下产生的 对于充型能力强的合金液 卷入其中的气体易于上浮而被排除 有利于对铸件凝固收缩进行补缩及补合在凝固后期出现的热裂纹 从而防止气孔 缩孔 缩松和热裂等缺陷 2 影响合金充型能力的主要条件 充型能力取决于 合金的流动性 浇注条件 铸型填充条件 1 合金的流动性 合金的流动性是 液态合金本身的流动能力 合金的流动性越好 填充性也越好 流动性对铸件性能的影响 1 有利于液态合金中气体和熔渣的上浮与排除 2 有助于对凝固过程中所产生的收缩进行补缩 3 若合金的流动性差 铸件容易产生浇不到 冷隔等缺陷 而且也是引起铸件气孔 夹渣和缩孔等缺陷的间接原因 合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量 一般采用如图所示的螺旋形试样 流动距离越长 表明流动性越好 浇口标 出气口 决定合金流动性的主要因素有 1 合金的种类 2 合金的成分 3 杂质和含气量 1 合金的种类 合金的熔点 热导率 粘度等物理性能影响流动性 熔点越高 热导率越大 粘度越大其流动性越差 2 合金的成分 同种合金 成分不同 其结晶特点不同 流动性也不同 下图所示分别铁碳合金和铅锡合金的流动性与相图的关系 铁碳合金的流动性与相图的关系 铅锡合金的流动性与相图的关系 纯金属和共晶合金在恒温下结晶 为逐层凝固方式 如图a所示 凝固层表面光滑 阻力小 故流动性好 同时共晶合金熔点最低 故流动性最好 而亚共晶合金 为中间凝固方式 复杂枝晶阻碍流动 故流动性差 如图b所示 3 杂质与含气量 熔融金属中出现的固态夹杂物 将使液体的黏度增加 合金的流动性下降 所以合金成份中凡能形成高熔点夹杂物的元素均能降低合金的流动性 如灰铸铁中锰和硫 生成的MnS熔点高达16200C 钢中的MnO 17850C SiO2 17100C Al2O3 20500C 等以及铝 镁合金中的氧化物夹杂 都会使合金的流动性下降 但是 在熔融合金中呈液态的夹杂物由于熔点较低 在熔融合金的温度下有较大的过热 使合金的粘度减小 增加合金的流动性 如在酸性炉熔炼的钢液 其夹杂物多为熔点较低的硅酸盐 在同样过热条件下 熔融钢液的流动性比在碱性炉中熔炼的要好 熔融金属中含气量愈少 合金的流动性愈好 3 浇注条件 1 浇注温度 浇注温度对熔融合金的充型能力有决定性影响 浇注温度高 金属液的粘度小 过热度高 传给铸型的热量多 在铸型中合金的冷却速度下降 保持液态的时间延长 合金的充型能力增加 增加合金过热度或提高浇注温度 可防止铸件产生浇不足 冷隔 气孔及夹渣等缺陷 薄壁铸件和形状复杂的铸件尤为重要 但是温度过高 会使合金收缩增加 吸气增多 氧化严重 从而增加了铸件产生缩松 缩孔 粘砂 气孔等缺陷的可能性 铸钢为1520 16200C 铸铁为1230 14500C 铝合金为680 7800C 2 充型压力 熔融合金在流动方向上所受的压力愈大 充型能力愈好 砂型铸造时 充型压力是由直浇道的静压力产生的 适当提高直浇道的高度 可提高直浇道的高度 铸件易产生砂眼 气孔等缺陷 在低压铸造 压力铸造和离心铸造时 因人工加大了充型压力 充型能力较强 3 铸型条件 熔融合金充型时 铸型的阻力及铸型对合金的冷却作用 都将影响合金的充型能力 1 铸型的蓄热能力 表示铸型从熔融合金中吸收并传出热量的能力 铸型材料的比热和导热系数愈大 合金的充型能力愈差 砂型比金属型 干型比湿型 热型比冷型的流动性要好 2 铸型温度差 铸型预热 3 铸型中的气体 一方面要减少气体的产生 另一方面要增加铸型的透气性或开设冒口 明冒口等 使型腔及型砂中的气体顺利排出 4 铸型结构 当铸件壁厚过小 壁厚急剧变化 结构复杂 或有大的水平面 均会使合金弃于困难 2 1 2液态金属的凝固与收缩 铸型中液态合金转变为固态的过程 称为铸件的凝固 或称为结晶 金属的凝固 一般是在常温 常压 重力 情况下进行的 压铸等除外 金属凝固时应满足的热力学条件下 只有当体系所处的温度低于熔点温度 液相线温度 Tm时 才能发生凝固现象 金属的凝固包括晶核的形成和晶体的长大两个过程 1 凝固方式 铸件凝固过程中 在其断面上存在三个区域 即已凝固的固相区 液固两相并存的凝固区和未开始凝固的液相区 其中凝固区的宽窄对铸件质量影响较大 其宽窄决定着铸件的凝固方式 铸件的凝固方式示意图 T 温度场 凝固区域宽度 1 逐层凝固 纯金属或共晶成分的合金 凝固时铸件的断面上不存在液 固两相并存的凝固区 已凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰 随着温度的下降 已凝固层不断加厚 液相区逐渐减小 一直到铸件完全凝固 这种凝固方式称为逐层凝固 2 糊状凝固 如果合金的结晶温度范围很宽 且铸件断面的温度梯度较小 则在开始凝固的一段时间内 铸件表面不会形成坚固的已凝固层 而是液 固两相共存区贯穿铸件的整个断面 这种凝固方式先呈糊状 然后整体凝固 故称为糊状凝固 3 中间凝固 大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和糊状凝固之间 即在凝固过程中 铸件断面上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区 称为中间凝固方式 铸件的凝固方式决定了铸件的组织结构形式 是影响铸件质量的内在因素 铸件质量与凝固方式密切相关 一般说来 逐层凝固时 合金的充型能力强 不易产生缩松 糊状凝固时 难以获得结晶紧实的铸件 2 影响凝固方式的因素 铸件采取何种凝固方式主要取决于该合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度 合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈窄 铸件的凝固区域就愈窄 愈倾向于逐层凝固 如砂型铸造时 低碳钢的凝固为逐层凝固 而高碳钢的结晶温度范围较宽成为糊状凝固 铸型的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下 凝固区域的宽窄取决于铸件内外层的温度梯度 当铸件的温度梯度由小变大 则其对应的凝固区域由宽变窄 越倾向于逐层凝固 铸件的温度梯度取决于以下三点 铸造合金的性质 如铸造合金的导热性愈好 结晶潜热愈大 则铸件均匀温度的能力愈强 温度梯度就愈小 铸型的蓄热能力和导热性愈好 对铸件的激冷能力愈强 使铸件的温度梯度愈大 提高浇注温度 会降低铸型的冷却能力 从而降低铸件的温度梯度 2 液态合金的收缩 常用合金中 铸钢的收缩率最大 灰铸铁最小 几种铁碳合金的体积收缩率见表2 1 常用铸造合金的线收缩率见表2 2 表2 1几种铁碳合金的体积收缩率 表2 2常用铸造合金的线收缩率 化学成分不同 其收缩率也略有差别 例如 碳素铸钢随含碳量的增加 其结晶温度范围变宽 凝固收缩率增大 几种铸造碳钢的凝固收缩率见表2 3 表2 3铸造碳钢的凝固收缩率 合金的收缩经历如下三个阶段 如图所示 1 液态收缩 从浇注温度 T浇 到凝固开始温度 即液相线温度Tl 间的收缩 2 凝固收缩 从凝固开始温度 Tl 到凝固终止温度 即固相线温度Ts 间的收缩 液态收缩和凝固收缩时金属液体积缩小 是形成缩孔和缩松的基本原因 3 固态收缩 从凝固终止温度 Ts 到室温间的收缩 用线收缩表示 它对铸件形状和尺寸精度影响很大 是铸造应力 变形和裂纹等缺陷产生的基本原因 合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和 2 影响合金收缩的因素 1 化学成分 铸铁中促进石墨形成的元素增加 收缩减少 如 灰口铁C Si 收 S 收 因石墨比容大 体积膨胀 抵销部分凝固收缩 2 浇注温度 温度 液态收缩 3 铸件结构与铸型条件 铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍 实际收缩小于自由收缩 铸型要有好的退让性 2 1 3铸造内应力 铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段 若铸件的固态收缩受到阻碍 将在铸件内部产生应力 称为铸造应力 它是铸件产生变形和裂纹的基本原因 按照应力产生的原因 将铸造应力分为热应力和机械应力两种 机械应力 铸件在固态收缩时 因受到铸型 型芯 浇冒口 砂箱等外力阻碍而产生的应力 1 热应力 铸件在凝固和冷却的过程中 由于铸件的壁厚不均匀 导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力 表示拉应力 表示压应力 热应力的形成 当铸件处于高温阶段 t0 t1 时 两杆都处于塑性状态 尽管此时两杆的冷速不同 收缩也不同步 但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失 在铸件内无应力产生 继续冷却 冷速较快的杆II进入弹性状态 粗杆I仍然处于塑性状态 t1 t2 此时由于细杆II的冷速较快 收缩较大 所以细杆II会受到拉伸 粗杆I会受到压缩 图b 形成暂时内应力 但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失 图c 当进一步冷至更低温度时 t2 t3 两杆均进入了弹性状态 此时由于两杆的温度不同 冷却速度也不同 所以二者的收缩也不同步 粗杆I的温度较高 还要进行较大的收缩 细杆II的温度较低 收缩已趋于停止 因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍 使其收缩不彻底 在部产生拉应力 而杆II则受到杆I因收缩而施与的压应力 图d 直到室温 残留热应力一直存在 热应力形成规律 热应力使冷却较慢的厚壁处或芯部受拉伸 冷却较快的薄壁处或表层受压缩 铸件的壁厚差别越大 合金的线收缩率或弹性模量越大 热应力越大 顺序凝固时 铸件各部分冷却速度不一致 按先后顺序凝固 产生的热应力较大 所谓顺序凝固是指 采用一些适当的工艺措施 使铸件远离冒口或浇口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固 最后才是冒口本身凝固 实现以厚补薄 将缩孔转移到冒口中去 2 机械应力 铸件在固态收缩时 因受铸型 型芯 浇冒口等外力的阻碍产生的应力 一般都是拉应力 机械应力是一种临时应力 在形成应力的原因消除时 应力也随之消除 但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时 铸件将产生裂纹 机械应力 预防方法 提高铸型和型芯的退让性 3 减小和消除应力的措施 1 合理设计铸件结构 尽量避免牵制收缩的结构 使铸件各部分能自由收缩 2 尽量选用线收缩率小 弹性模量小的合金 3 采用合理的铸造工艺 使铸件的凝固符合同时凝固原则 预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差 使其均匀冷却 具体为 将内浇口开在铸件的薄壁处 以减缓其冷却速度 而在铸件的厚壁处放置冷铁 以加快其冷却速度 总之 铸件采用同时凝固原则可减小其产生应力 变形和裂纹的倾向 且不必设置冒口 使工艺简化 并节约了金属材料 采用同时凝固的缺点是在铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷 同时凝固示意图 4 设法改善铸型 型芯的退让性 合理设置浇冒口 5 对铸件进行时效处理 自然时效 热时效 去应力退火 和共振时效 2 1 4铸件的变形与裂纹 当残留铸造应力超过铸件材料的屈服点时 铸件将产生塑性变形 当铸造应力超过铸件材料的抗拉强度时 铸件便产生裂纹 铸件产生变形以后 常因加工余量不足或因铸件放不进夹具无法加工而报废 铸件中存在的裂纹将严重损害其力学性能 裂纹是铸件的严重缺陷 必须设法防止 1 铸件的变形 对厚薄不均 形状不对称及具有细长结构的杆件 板类及轮类等铸件 当残留铸造应力超过铸件材料的屈服点 往往会产生翘曲变形 框架铸件的变形 T形梁的变形 变形规律 一般 受拉应力部分 厚壁 向内凹 受压应力部分 薄壁 向外凸 不同截面的变形 导轨部分较厚 受拉应力 其床壁部分较薄 受压应力 于是床身发生朝着导轨方向的弯曲 使导轨下凹 平板铸件 其中心部位散热较边缘要慢 所以受拉应力 边缘处则受压应力 且平板的上表面比下表面冷却得快 结论 厚部 心部受拉应力 出现内凹变形 薄部 表面受压应力 出现外凸变形 防止铸件变形措施 a 大平面铸件设置加强筋 模具上设计出反变形量 b 铸件壁厚设计过渡不要过大 其截面形状对称 c 在铸造工艺上应采取措施 使其同时凝固 d 对细长易变形的铸件 在制造模型时 将模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形 这种方法为反变形法 2 铸件的裂纹 当铸造内应力超过铸件的强度极限时 铸件便产生裂纹 裂纹是铸件的严重缺陷 必须设法防止 按照裂纹的形成温度不同 将裂纹分为热裂和冷裂两种 1 热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的 其形状特征是 裂纹短 缝隙宽 形状曲折 缝内金属呈氧化色 且裂纹沿晶界产生 外形曲折 因为在凝固末期 铸件绝大部分已凝固成固态 但其强度和塑性较低 当铸件的收缩受到铸型 型芯和浇注系统等的机械阻碍时 将在铸件内部产生铸造应力 若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的强度极限 即产生热裂 热裂是铸钢件 可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺陷 一般出现在铸件的应力集中部位 如尖角 截面突变处或热节处等 防止热裂的方法 选择结晶温度范围窄的合金生产铸件 因为结晶温度范围愈宽的合金 其液 固两相区的绝对收缩量愈大 产生热裂的倾向也愈大 如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小 所以热裂倾向也小 但铸钢 铸铝和可锻铸铁的热裂倾向较大 减少铸造合金中的有害杂质 如减少铁 碳合金中的磷 硫含量 可提高铸造合金的高温强度 改善铸型和型芯的退让性 退让性愈好 机械应力愈小 形成热裂的可能性愈小 具体措施是采用有机粘结剂配制型砂或芯砂 在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退让性 减小浇 冒口对铸件收缩的阻碍 内浇口的设置应符合同时凝固原则 冷裂 冷裂是铸件在较低的温度下 即处于弹性状态时形成的裂纹 特征 裂纹细小 呈连续直线状 裂纹表面有金属光泽或呈微氧化色 冷裂纹是穿晶而裂 外形规则光滑 常出现在形状复杂的 大型铸件的 受拉应力的部位 尤其易出现在应力集中处 此外 一般脆性大 塑性差的合金 如白口铁 高碳钢及一些合金钢等也易产生冷裂纹 防止冷裂的方法是设法减小铸造应力和降低铸造合金的脆性 如尽量减小铁 碳合金中的磷含量 可降低其脆性 且铸件在浇注之后 也勿过早落砂 2 1 5铸件的质量控制 铸造性能对铸件质量有显著的影响 收缩是造成缩孔 缩松 应力 变形和裂纹的基本原因 若充型不好 构件易产生浇不足 冷隔 气孔 夹杂 缩孔 热裂等缺陷 1 缩松和缩孔铸型内的熔融合金在凝固过程中 由于液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充 在铸件最后凝固部位会形成孔洞 按孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松 容积较大而集中的孔洞称为缩孔 细小而分散的孔洞称为缩松 1 缩孔的形成 纯金属 共晶成分和凝固温度范围窄的合金 浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固 在凝固过程中 如得不到合金液的补充 在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔 a 填充铸型 b 凝固 c 收缩 d 上部缩孔 e 轮廓尺寸减小 内部形成缩孔 缩孔形成过程示意图 铸件最后凝固的收缩未能得到补足 或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固 凝固区域较宽 液 固两相共存 树枝晶发达 枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致 缩松形成过程见下图 2 缩松的形成 a 枝晶生长 b 糊状凝固 c 缩松形成 1 2 3 1 凝固前沿 2 同时凝固区 3 缩松 缩松形成过程示意图 合金的液态收缩和凝固收缩越大 如铸钢 白口铁铸铁 铝青铜 铸件越易形成缩孔 合金的浇注温度越高 液态收缩越大 越容易形成缩孔 结晶温度范围宽的合金 倾向于糊状凝固 易形成缩松 纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固 易形成集中缩孔 缩孔通常隐匿在铸件的上部或最后凝固部位 缩松多分布于铸件的轴线区域 内浇道附近 缩孔和缩松的形成规律 缩孔和缩松的防止 1 采用适当的工艺措施 使铸件实现 顺序凝固 即可获得无缩孔的铸件 所谓顺序凝固是指 采用一些适当的工艺措施 使铸件远离冒口或浇口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固 最后才是冒口本身凝固 实现以厚补薄 将缩孔转移到冒口中去 顺序凝固 2 合理布置内浇道及确定浇铸工艺 3 合理应用冒口 冷铁和补贴等工艺措施 由于铸件上容易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个 仅靠铸件顶部的冒口补缩 难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔 为此 在该处设置冷铁 以加快其冷却速度 使其最先凝固 以实现自下而上的顺序凝固 由此可知 冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度 以控制或改变铸件的凝固顺序 冷铁通常采用钢 铸铁或铜等制成 阀体的冒口补缩 由于铸件上容易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个 仅靠铸件顶部的冒口补缩 难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔 为此 在该处设置冷铁 以加快其冷却速度 使其最先凝固 以实现自下而上的顺序凝固 由此可知 冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度 以控制或改变铸件的凝固顺序 冷铁通常采用钢 铸铁或铜等制成 阀体的冒口补缩 2 2合金铸件的生产工艺 主要内容 2 2 1铸铁件的生产2 2 2铸钢件的生产2 2 3铜 铝合金铸件的生产 重点内容 灰口铸铁 特点石墨化生产工艺 2 2 1铸铁件的生产铸铁通常是C 2 5 4 0 的铁碳合金 碳在铁碳合金中的存在形式有 渗碳体和石墨根据碳在铁碳合金中的存在形式 铸铁可以分为 白口铸铁 莱氏体 二次渗碳体 珠光体灰口铸铁 基体 石墨麻口铸铁 莱氏体 二次渗碳体 珠光体 石墨 1 白口铸铁指碳主要以Fe3C形式出现的铸铁 断口呈银白色 极硬且脆 很难切削加工 多制作耐磨零件 如犁 铧 磨球等 或制造冷硬铸铁件 如轧辊 2 灰口铸铁指碳主要以石墨形式出现的铸铁 断口呈灰色 强度低塑性差 但铸造性能好 是工业中应用最广的铸铁 3 麻口铸铁属于白口铁和灰口铁之间的过渡组织 其中的碳既有游离石墨又有渗碳体 断口灰白相间 硬 脆 难加工 很少应用 灰口铸铁看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨 而石墨的形态 大小和分布直接影响着铸铁的性能 灰口铸铁按石墨的形状不同 可分为灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁四种 灰铸铁 石墨呈片状球墨铸铁 石墨呈球状球墨铸铁 石墨呈团絮状蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状 2 铸铁件生产工艺特点 1 灰铸铁1 灰铸铁的性能灰铸铁显微组织由金属基体 铁素体 珠光体 和片状石墨组成 相当于在钢的基体中嵌入大量的石墨片 力学性能较差 抗拉强度较低 塑性 韧性几乎为0 属脆性材料 灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小 与钢的抗压强度近似 灰铸铁的优点 良好的铸造性能 如流动性好 收缩小 良好的切削加工性能 高的耐磨性 良好的吸振缓冲性能 低的缺口敏感性能 石墨片越圆整 越细小 分布越均匀对基体割裂作用越小 2 石墨形态对铸铁性能的影响 铸铁的石墨化 碳以石墨的形式析出的过程 通常视石墨化过程充分与否 会得到不同基体的铸铁组织 灰铸铁按基体组织可分为铁素体灰铸铁 铁素体 珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁三种 3 影响石墨化的因素 影响铸铁组织和性能的主要因素与影响铸铁石墨化的因素是一致的 即为化学成分和冷却速度 1 化学成分C Si Mn S P 碳和硅对铸铁的组织和性能起着决定性的影响 碳是形成石墨的元素 也是促进石墨化的元素 硅是强烈促进石墨化的元素 含硅量过少 即使高含碳量石墨也不宜析出 容易形成白口组织 碳 硅含量对铸件组织的影响 壁厚50mm S 硫是强烈阻碍石墨化的元素 能促进铸铁白口化 形成热脆性 并降低流动性 增大收缩 产生热裂 有害元素 应严格限制其含量在0 1 以下 P 磷对石墨化影响不显著 磷含量大于0 3 时会形成硬而脆的磷共晶 能提高铸铁的耐磨性 但又会形成冷脆性 对于灰铸铁含磷量应限制在0 15 以下 Mn 锰与硫作用生成MnS 削弱硫的有害作用 提高铸铁的强度 锰是阻碍石墨化的元素 增加白口倾向 生产中常加入0 6 1 2 锰铁 控制铸铁组织 2 冷却速度 冷却速度越慢 越有利于石墨化过程的进行 冷却速度主要取决于铸型材料和铸件壁厚 对于薄壁件容易得到白口组织 要获得灰口组织就应增加碳 硅含量 反之亦然 冷却速度对铸铁组织的影响 铸铁成分 C Si 和铸件壁厚 冷却 对铸铁组织的影响 用途 制造承受压力和震动的零件 如机床床身 各种箱体 壳体 泵体 缸体 变速箱体 重型机床床身 HT 250 大型船用柴油机汽缸体 HT 300 2 球墨铸铁 球墨铸铁中的球形石墨是在凝固期间直接结晶而成的 这要求铁水有较高的含碳量和一定的球化剂与孕育剂 球墨铸铁的含碳量为 3 6 4 0 球化剂为Mg或Mg RE 稀土 孕育剂为含75 Si的硅铁 另外 球墨铸铁中S和P的含量应严格控制 一般S 0 03 P 0 1 S过多会造成球化不良 P过多将造成球铁的塑性 韧性降低 球化剂 稀土镁合金 的作用 使石墨呈球状析出 加入量1 1 6 铁液质量 孕育剂 硅铁75 Si 的作用 促使石墨化 防白口 加入量0 4 1 铁液质量 由于球化剂有阻碍石墨化的作用 为了避免铸件出现白口组织 球化处理后还要进行孕育处理 球化处理常用冲入法 球墨铸铁的铸造工艺特点 1 铁液高温出炉 经球化及孕育处理温度要降低50 1000C 出炉的铁液温度必须高达14000C 2采用顺序凝固 球铁收缩大 易形成缩孔缩松 收缩会随铸型的刚度而改变 铸件的外壳强度很低 球状石墨析出引起的膨胀力很大 若铸型的刚度不足