机械制造之铸造

作业讲评 P170T14根据下列零件的性能要求及技术条件选择热处理工艺方法 第十一章 铸造 11 1概述铸造的概念 熔炼金属 制造铸型 并将熔融的金属浇入铸型 凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法 按生产方法分类 砂型铸造 占铸件总量80 特种铸造 包括熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造等 铸造的特点与分类一 优点 能生产形状复杂 特别是内腔复杂的毛坯 加工量小 节约材料 批量 尺寸 重量 材料适应性广 成本低 缺点 力学性能较差 质量不稳定 生产环境差主要工序有 制模 配制造型材料 造型 造芯 烘干 合箱 熔炼 浇注 铸件的清理与检查 对造型材料型砂的要求造型材料 型砂 芯砂性能要求 耐火度 抵抗高温的能力 强度 不易变形和破坏的能力 透气性 气体通过的能力 可塑性 获得和保持形状的能力 退让性 可压缩的能力 手工造型生产过程 分模造型生产过程 挖砂造型 活块造型 刮板造型 三箱造型 机器造型 制造砂芯 过程 芯砂填入芯盒 紧砂 脱盒 烘干 修整 芯盒结构形式 整体式 对开式 可拆式 浇注过程 见下图 浇注系统 将金属液体注入型腔而在铸型中开设的一系列通道 一般包括浇口杯 直浇道 横浇道 内浇道内浇道的形式 顶注式 中注式 底注式 阶梯式 铸铁的熔炼设备 冲天炉 冲天炉的组成 炉身 炉缸 前炉 烟囱炉料及作用 金属料 燃料 熔剂 金属料提供合适的化学成分 燃料一般为焦炭 它与金属料的质量比叫焦铁比 一般为1 8 1 12 熔剂一般为石灰石或氟石 使炉渣变稀 以便分离 浇注 落砂与清理 浇注 浇注温度 过高时 收缩大 粘砂严重 晶粒粗大 过低时 产生冷隔 浇不足等缺陷 要根据铸造合金种类 结构 尺寸确定温度 浇注速度 保持金属液连续不断注入铸型 不得断流 保持浇口杯满 落砂与清理 落砂温度 过早时 产生白口及铸造应力 过晚时也产生铸造应力 影响生产率 清理 清除表面杂质及多余金属 常用金属的铸造性 1 灰铸铁 熔点低 流动性好 收缩率小2 球墨铸铁 流动性差 容易缩孔 缩松 铸造应力大3 蠕墨铸铁 流动性好4 可锻铸铁 流动性差 收缩大 铸铁应力大5 铸钢 流动性差 收缩率大 容易粘砂6 铝合金 熔点低 流动性好7 铸造黄铜和铝青铜 流动性较好 收缩率大8 铸造锡青铜 流动性较差 补缩困难 其他特种铸造方法简介 1 熔模铸造 铸件精度高 表面质量好 可制造形状复杂的铸件 适用于各种合金铸件 生产批量不受限制 但工序多 生产周期长 费用高 大尺寸易变形 用于形状复杂 精度要求高 熔点高和难切削加工的小型零件2 金属型铸造 尺寸精度高 表面质量好 加工余量小 组织致密 力学性能好 可一型多铸 生产率高 劳动条件好 但成本高 充型能力和排气条件差 易产生白口 用于有色金属的大批量生产 3 压力铸造 精度高 表面质量好 可铸机形状复杂 轮廓清晰的铸件 铸件强度高 生产率高 便于采用镶嵌法 但设备投资大 压铸高熔点合金时 压型寿命低 铸件内部有小气孔 不能进行热处理及高温工作 用于有色金属小型 薄壁 复杂铸件的大批量生产 4 离心铸造 组织致密 无缩孔 缩松 气孔 夹渣 力学性能好 可简化工艺 便于浇注流动性差的合金和薄壁件 便于铸造双金属 但密度不均匀 内孔尺寸不精确 内表面粗糙 有熔渣 用于生产回转体的中空铸件 按主要质量等级分优质合金钢特殊质量合金钢合金钢工程结构用合金钢机械结构用合金钢不锈 耐蚀钢和耐热钢按主要性能及使用特性分合金工具钢和高速钢轴承钢特殊物理性能钢其他合金钢 合金元素对钢性能的影响表10 4 合金结构钢的编号与应用举例表10 5 铸铁1 概念 是指一系列主要由铁 碳 硅组成的合金的总称 与碳钢的区别 含碳量和含硅量较高 杂质元素锰 硫 磷较多 2 特点 优良的铸造性能 切削加工性 减磨性 及减振性 工艺与设备简单 成本低廉 因此应用广泛 铸铁分类 按碳存在的形式和形态分 白口铸铁 硬而脆 很少用来直接制造零件 灰铸铁 力学性能不高 但生产简单 成本低 应用最广泛 球墨铸铁 力学性能较高 可通过热处理加强 用于受力大重要零件 蠕墨铸铁 性能在灰铸铁与球墨铸铁之间 可锻铸铁 力学性能接近球墨铸铁 用于薄壁复杂的铸件 灰铸铁 一定成分的铁水作简单的处理 得到的具有片状石墨的铸铁 灰铸铁的性能 取决于基体和石墨的分布状态抗拉强度低 塑性 韧性几乎为零抗压强度远高于抗拉强度 珠光体基体灰铸铁高于其它两种铸件铸造性能好 熔点低 流动性好 收缩率小减摩性好 石墨本身润滑作用 空隙储存润滑油减振性好 石墨的缓冲作用切削性能好 易断屑 石墨润滑作用缺口敏感性较低 石墨本身相当小缺口 灰铸铁的牌号及应用 牌号 HT 数字 数字为 30试棒抗拉强度值 灰铸铁的强度与壁厚有关 选择时要考虑壁厚的因素 孕育铸铁的力学性能较高3 灰铸铁的热处理 去应力退火 消除应力 又叫时效处理 消除铸件白口 改善切削加工性的退火 表面淬火 有感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 接触电阻加热表面淬火 淬火深度0 2 0 3mm 硬度59 61HRC 球墨铸铁 一定成分的铁水在浇注前 经过球化处理和孕育处理而获得的具有球状石墨的铸铁球化处理 向铁水中加入球化剂 使石墨成球状结晶的工艺方法 球化剂有镁 钙 稀土元素孕育处理 镁 稀土强烈阻止石墨化 球化处理后要及时加入硅铁合金等孕育剂 促进石墨化 并使石墨球细小 圆整 分布均匀的工艺方法 1 球墨铸铁的成分 组织和性能 成分 比灰铸铁含碳 含硅量高 锰含量低 并有稀土和镁 组织 有铁素体球墨铸铁 铁素体 珠光体球墨铸铁 贝氏体球墨铸铁 性能 基体的利用率可达70 90 而灰铸铁仅为30 50 铁素体基体塑性韧性好 珠光体基体强度好 热处理后硬度最高 贝氏体基体综合力学性能好铸造性能 减摩性 切削加工性能好 但白口倾向大 熔炼 铸造工艺要求高 2 球墨铸铁的牌号及用途 牌号 QT 抗拉强度 伸长率 用途 受力较大 受冲击和耐磨损的零件 在部分场合可取代铸钢件或锻钢件3 球墨铸铁的热处理 去应力退火 石墨化退火 正火 淬火与回火 等温淬火 蠕墨铸铁 经蠕化处理和孕育处理 得到的具有蠕虫状石墨的铸铁1 成分 组织和性能 成分 与球墨铸铁相似 组织 介于片状与球状之间 性能 力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间 强度 韧性 耐磨性高于灰铸铁 铸造性能 减振性和导热性高于球墨铸件2 牌号及用途 牌号 RuT 抗拉强度 用途 大型铸件 有热交换及有较大温差工况下的零件 代替高强度灰铸铁 可减少铸件壁厚 可锻铸铁 白口坯件经可锻化退火而获得的具有团絮状石墨的铸铁 可锻铸铁实际上不能锻造可锻化退火 铸铁的石墨化1 成分 组织 性能 成分 低碳 低硅 组织 黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁 白心可锻铸铁 性能 接近球墨铸铁 比球墨铸铁铸造容易2 牌号及用途 牌号 KT H或Z 抗拉强度 伸长率 用途 薄壁 复杂小型零件 但生产周期长 需要连续退火设备 使用上受到限制 合金铸铁 含有一定合金元素的铸铁1 耐磨铸铁 分减摩铸铁与抗摩铸铁减摩铸铁 在在润滑的条件下使用抗摩铸铁 在无润滑的干摩擦条件下使用牌号 KmTB 元素符号 名义质量百分数2 耐热铸铁 在高温条件下使用牌号 RT 元素符号 名义质量百分数3 耐蚀铸铁 在腐蚀介质中使用牌号 ST 元素符号 名义质量百分数 有色金属及其合金 黑色金属 铁及其合金 有色金属 其它非铁金属及其合金称常用有色金属 铝 镁 钛 铜 锡 铅 锌一 铝及铝合金二 铜及铜合金三 滑动轴承合金四 粉末冶金与硬质合金 一 铝及铝合金工业纯铝1 特点 银白色轻金属 密度小 熔点低 有良好的导电 导热性 抗蚀性好 塑性高 强度 硬度低2 牌号 按杂质含量编制 如1050 1070 1200 1370等 编号越大 杂质越多3 用途 制作电线 电缆及强度不高的器皿 常用铝合金1 分类 变形铝合金 铸造铝合金 变形铝合金又分为不能用热处理强化合金和能用处理强化合金两类 2 热处理 固溶 时效 强度 硬度显著提高 塑性明显下降 在淬火后孕育期 常利用来进行各种冷变形 如 铆接 弯曲 矫直 卷边等 3 变形铝合金 防锈铝合金 有适中的强度 良好的塑性和抗蚀性 主要用于制造油罐 各种容器 防锈蒙皮 硬铝合金 经热处理后强度较高 耐蚀性差 用于轧成板材 管材和型材 制造较高负荷下的铆接与焊接零件 超硬铝合金 在硬铝的基础上加锌而成 主要用于制造重量轻 受力较大的零件 锻造铝合金 具有优良的锻造工艺性能 用来制造各种锻件和模锻件 3 铸造铝合金代号 ZL 三位数 第一位数代表合金类别 1为铝硅系 2为铝铜系 3为铝镁系 4为铝锌系 第二三位数表示顺序号牌号 ZAl 合金元素符号 质量分数 铝硅系 具有良好的铸造性 加入铜 镁 锰可使合金强化 可热处理提高性能 用于制造内燃机活塞 汽缸体等 铝铜系 强度较高 加入镍锰可提高耐热性 用于高强度或高温条件下的零件 铝镁系 良好的耐蚀性 用作腐蚀条件下的铸件 铝锌系 较高的强度 价格便宜 用于医疗器械零件 仪表零件 日用品变质处理 细化共晶组织 提高强度和塑性 常用铜合金 黄铜 青铜 白铜1 黄铜 铜锌合金 普通黄铜 H 铜含量的质量分数H80 色泽美观 较好的力学性能和冷 热加工性能 耐蚀性好 用于装饰品等H70 强度高塑性好 冷成形性能好 用于弹壳 散热器 垫片等 又称为弹壳黄铜 7 3黄铜H62 较高的强度 热状态下塑性好 切削性能好 易焊接 耐腐蚀 价格较低 用于散热器 油管 垫片 螺钉等 特殊黄铜 压力加工黄铜 合金元素较少 塑性较高 变形能力强 编号方法为 H 主合金元素 铜的质量分数 合金元素质量分数 常用的牌号 Hpb59 1 切削加工性好 制作结构零件 HAl59 3 2 耐蚀性较好 用于耐腐蚀零件铸造用黄铜 合金元素较多 强度和铸造性能较好 编号方法 Z Cu Zn及其含量 其它元素符号及其含量 如 ZCuZn16Si4 2 青铜 黄铜与白铜之外的铜合金 分压力加工青铜和铸造青铜 压力加工青铜表示方法 Q 元素符号 质量分数 铸造青铜表示方法 ZCu 主合金元素及含量 其它元素及含量 锡青铜 良好的强度 硬度 耐磨性 耐蚀性和铸造性 铸造收缩率小 但流动性差 抗蚀性比纯铜和黄铜高 耐磨性好 用于耐磨与耐蚀的零件 铝青铜 价格低 性能优良 强度 硬度比黄铜和锡青铜高 用于承受重载的耐磨 耐蚀零件 铍青铜和钛青铜 经淬火时效强化后强度可达1200 1500Mpa 硬度330 400HBS 弹性极限 疲劳强度 耐磨性 耐蚀性 导电性好 耐寒 无磁性 冲击无火花 铍青铜价格昂贵 工艺复杂 有毒 钛青铜工艺较简单 无毒 价格便宜 为新型高强度合金用于精密仪器仪表中的贵重弹簧及弹性元件 耐磨件 3 白铜 铜镍合金 加锰后为锰白铜锰白铜有极高的电阻率 小的电阻温度系数 是制造电工测量仪器 变阻器 热电偶及电热器不可缺少的材料 二 铜及铜合金 工业纯铜1 特点 颜色为紫红色 又叫紫铜 密度8 93 熔点1083度 具有良好的塑性 导电性 导热性和耐蚀性 强度较低2 用途 制造电线 电缆 铜管及配制铜合金3 代号 T1 T2 T3 顺序号越大纯度越低 前两种用于导电器材 或高级铜合金 T3用于配制普通铜合金 概念 在滑动轴承中 制造轴瓦和轴瓦内衬的合金性能要求 足够的强度和塑性 韧性 抵抗冲击和振动 适当的硬度 能承受载荷又能减少轴的磨损 良好的减磨性和磨合性 良好的导热性与耐蚀性 成本低廉 易于制造组织要求 软基体上均匀分布硬质点 或硬基体上均匀分布软质点较理想的材料 以锡或铅为基体的轴承合金 又叫巴氏合金 还有铜基 铝基合金 1 锡基轴承合金 有适当的硬度和较低的摩擦系数 软基体塑性韧性好 导热性和耐蚀性好 用于大负荷 高转速的轴承 如 汽轮机 电动机 汽车发动机 但价格昂贵2 铅基轴承合金 硬度与锡基合金相似 强度 韧性 耐蚀性较差 价格较低 用于中等载荷的轴承 3 铜基轴承合金 铅青铜 较高的疲劳强度和承载能力 较高的导热性和较小的摩擦系数 用于高速 高负荷的轴承 如 航空发动机和高速柴油机轴承锡青铜 用于中速 重载的场合 可直接制成轴瓦4 铝基轴承合