第六节 常用合金铸件的生产

1、 第六节第六节 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产 铸铁：含碳量大于铸铁：含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金，一般含碳量的铁碳合金，一般含碳量 2.5%2.5%4.0%4.0%；含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。；含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。 一、铸铁的分类：一、铸铁的分类： 根据碳在铸铁中的存在形态可分为：根据碳在铸铁中的存在形态可分为： 1、白口铸铁：、白口铸铁：碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼

2、钢原料但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼钢原料或制造可锻铸铁件。或制造可锻铸铁件。 2 2、灰铸铁：碳主要以自由状态的片状石墨、灰铸铁：碳主要以自由状态的片状石墨形态存在，如形态存在，如1-341-34a)a)图，断口为暗灰色。图，断口为暗灰色。强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，且铸造性能好，应用最广泛。好，且铸造性能好，应用最广泛。 1-34a)片状石墨片状石墨3 3、可锻铸铁、可锻铸铁：碳主要以团絮状石墨形态存：碳主要以团絮状石墨形态存在，如图在，如图1-341-34d)d)，因而有较高的塑性和韧，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动

3、的薄壁小件。由白性。用于受冲击和振动的薄壁小件。由白口铸铁经高温退火处理获得。口铸铁经高温退火处理获得。 图图1-341-34d)d)团絮状石墨团絮状石墨4 4、球墨铸铁、球墨铸铁：铁液在浇注前经球化处理，：铁液在浇注前经球化处理，碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存在在, ,如图如图1-341-34b)b) ，有时出现少量团絮状。，有时出现少量团絮状。强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至高于碳钢。至高于碳钢。 图图1-341-34b)b)球状石球状石墨墨5 5、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁：大部分石墨为蠕虫状，介于：大部分石墨为

4、蠕虫状，介于片状和球状之间，如图片状和球状之间，如图1-34c)1-34c)。因而同时。因而同时具有灰铸铁和球墨铸铁的特点。具有灰铸铁和球墨铸铁的特点。 图图1-34c)蠕虫状石墨蠕虫状石墨二、铸铁的石墨化及其影响因素：二、铸铁的石墨化及其影响因素： 1、铸铁的石墨化铸铁的石墨化： 1 1）铁碳合金中碳的两种存在形式）铁碳合金中碳的两种存在形式：化合态的渗碳体：化合态的渗碳体（FeFe3 3C C）；自由状态的石墨）；自由状态的石墨G G，石墨含碳量，石墨含碳量100%100%，其强度、，其强度、硬度、韧性都很低。硬度、韧性都很低。2 2）石墨化）石墨化：铸铁中碳以石墨状态析出的过程；包括从液

5、态：铸铁中碳以石墨状态析出的过程；包括从液态和奥氏体中的直接析出；从渗碳体的分解两种形式。即：和奥氏体中的直接析出；从渗碳体的分解两种形式。即： C3FeCFe3高温1 1）化学成分）化学成分：碳、硅碳、硅是强烈促进石墨化的元素。碳是是强烈促进石墨化的元素。碳是产生石墨的元素，硅促进石墨析出。其含量越高，石产生石墨的元素，硅促进石墨析出。其含量越高，石墨越多，尺寸越大，铸铁强度和硬度越低。综合考虑墨越多，尺寸越大，铸铁强度和硬度越低。综合考虑碳、硅的影响，把硅含量折算成相当的碳量，把碳的碳、硅的影响，把硅含量折算成相当的碳量，把碳的总量称为碳当量；其计算公式为：总量称为碳当量；其计算公式为：2

6、 2、影响铸铁石墨化的因素、影响铸铁石墨化的因素：化学成分，冷却速度化学成分，冷却速度 % 31SiCCE 碳当量可用来评价某一成分的铸铁接近共晶点的碳当量可用来评价某一成分的铸铁接近共晶点的程度。程度。 小于小于4.28%4.28%时为亚共晶，大于时为过共晶。时为亚共晶，大于时为过共晶。一般选在一般选在4.0%4.0%左右。左右。 EC锰锰：是微弱阻止石墨化的元素，可促使珠光体基体形：是微弱阻止石墨化的元素，可促使珠光体基体形成，提高强度和硬度成，提高强度和硬度, ,还可消除硫的有害作用。还可消除硫的有害作用。 磷磷：是促进石墨化的元素，但太多时，将在晶界出现：是促进石墨化的元素，但太多时，

7、将在晶界出现硬而脆的磷共晶，使强度下降，形成冷脆。硬而脆的磷共晶，使强度下降，形成冷脆。 2 2、影响铸铁石墨化的因素、影响铸铁石墨化的因素硫硫：是强烈阻止石墨化的元素，促进白口化并产生热脆性。：是强烈阻止石墨化的元素，促进白口化并产生热脆性。 2 2）冷却速度）冷却速度：减小冷却速度可以促进石墨化，反之则阻：减小冷却速度可以促进石墨化，反之则阻止石墨化。与冷却速度有关的工艺因素主要是铸件壁厚；止石墨化。与冷却速度有关的工艺因素主要是铸件壁厚；越厚，冷却越慢，石墨化倾向越大，易得到粗大石墨片越厚，冷却越慢，石墨化倾向越大，易得到粗大石墨片和铁素体基体；反之，易得到细小石墨片和珠光体基体。和铁素

8、体基体；反之，易得到细小石墨片和珠光体基体。1 1、灰铸铁的化学成分和组织、灰铸铁的化学成分和组织：C2.5%-4.0%C2.5%-4.0%，Si1.0%-3.0%Si1.0%-3.0%，Mn0.6%-1.3%Mn0.6%-1.3%，S0.15%S0.15%，P0.3%P0.3%；组织因石墨化的不同分；组织因石墨化的不同分为铁素体灰铸铁（为铁素体灰铸铁（F+GF+G）、珠光体灰铸铁（）、珠光体灰铸铁（P+GP+G）、铁素体）、铁素体珠光体灰铸铁（珠光体灰铸铁（F+P+GF+P+G）。其组织见）。其组织见图图1 1a,b,ca,b,c。灰铸铁是在。灰铸铁是在钢的基体组织上分布了大量的片状石墨，其

9、性能取决于基钢的基体组织上分布了大量的片状石墨，其性能取决于基体的性能以及石墨的数量、形状、大小和分布。体的性能以及石墨的数量、形状、大小和分布。 三、灰铸铁：三、灰铸铁： 2、灰铸铁的性能：灰铸铁的性能： 1 1）机械性能较差）机械性能较差：因为石墨强度几乎为零，使钢内存在：因为石墨强度几乎为零，使钢内存在孔洞和裂纹，破坏基体组织的连续性，减少受载面积，引孔洞和裂纹，破坏基体组织的连续性，减少受载面积，引起应力集中；使抗拉强度和塑性低，但抗压强度影响不大；起应力集中；使抗拉强度和塑性低，但抗压强度影响不大；与同基体的碳钢相近。与同基体的碳钢相近。 2 2）切削加工性能良好）切削加工性能良好：

10、由于石墨的润滑及割裂作用，易：由于石墨的润滑及割裂作用，易切削加工，屑片易断，刀具磨损少。切削加工，屑片易断，刀具磨损少。 3 3）铸造性能好）铸造性能好：灰铸铁是共晶型合金，流动性好，石：灰铸铁是共晶型合金，流动性好，石墨化膨胀抵消部分收缩，使线收缩小。墨化膨胀抵消部分收缩，使线收缩小。 4 4）耐磨性好）耐磨性好：石墨磨掉后形成大量显微凹坑，可以储：石墨磨掉后形成大量显微凹坑，可以储存润滑油，石墨本身也是润滑剂，故其耐磨性比碳钢好存润滑油，石墨本身也是润滑剂，故其耐磨性比碳钢好得多。得多。 5 5）减震性好）减震性好：减震性是指材料在交变负荷作用下本身：减震性是指材料在交变负荷作用下本身吸

11、收（衰减）振动的能力。石墨片割裂了金属基体，可吸收（衰减）振动的能力。石墨片割裂了金属基体，可阻止振动传播，并能把它转化为热能而消失。阻止振动传播，并能把它转化为热能而消失。 6 6）缺口敏感性小）缺口敏感性小：材料在有缺口时的强度明显低于无：材料在有缺口时的强度明显低于无缺口时的强度，称缺口敏感性。灰铸铁中的石墨片，缺口时的强度，称缺口敏感性。灰铸铁中的石墨片，相当于存在大量裂口，其对外来缺口的敏感性变小。相当于存在大量裂口，其对外来缺口的敏感性变小。 7 7）灰铸铁的其他工艺性能较差）灰铸铁的其他工艺性能较差：不能锻造、冲压、焊接：不能锻造、冲压、焊接和热处理性能也较差。和热处理性能也较差

12、。 往铁液中加入少量的孕育剂，使铁液内同时生成大往铁液中加入少量的孕育剂，使铁液内同时生成大量均匀分布的石墨晶核，改变铁液的结晶条件，使灰铸量均匀分布的石墨晶核，改变铁液的结晶条件，使灰铸铁获得细晶粒的珠光体基体和细片状石墨；从而提高灰铁获得细晶粒的珠光体基体和细片状石墨；从而提高灰铸铁的力学性能。所得铸铁称为孕育铸铁或变质铸铁。铸铁的力学性能。所得铸铁称为孕育铸铁或变质铸铁。孕育剂采用促进石墨化的物质，如硅铁、硅钙合金。孕育剂采用促进石墨化的物质，如硅铁、硅钙合金。 3 3、灰铸铁的孕育处理：、灰铸铁的孕育处理： 4 4、灰铸铁的牌号及用途：、灰铸铁的牌号及用途： 牌号用牌号用“HT+HT+

13、数字数字”来表示，数字表示最低抗拉强度，来表示，数字表示最低抗拉强度，如如HT200HT200 表示灰铸铁，最低抗拉强度为表示灰铸铁，最低抗拉强度为200MPa。其用途。其用途非常广泛，一般要求的零件均可用它来制造，如机床床非常广泛，一般要求的零件均可用它来制造，如机床床身、底座、端盖、壳体、齿轮等。身、底座、端盖、壳体、齿轮等。 俗称马铁，按退火工艺不同，可分为黑心可锻铸铁、俗称马铁，按退火工艺不同，可分为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。白心可锻铸铁目前生产珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。白心可锻铸铁目前生产中已很少应用。中已很少应用。其性能特点及牌号如下：其性能特点及牌号如下：

14、四、可锻铸铁：四、可锻铸铁： 1 1、黑心（铁素体）可锻铸铁：、黑心（铁素体）可锻铸铁：退火中渗碳体全部分解为退火中渗碳体全部分解为团絮状石墨，基体为铁素体，断口心部呈暗黑色。见图团絮状石墨，基体为铁素体，断口心部呈暗黑色。见图2 2a a有较高的塑性和韧性，牌号为有较高的塑性和韧性，牌号为KTHKTH- -, ,数字表数字表示最低抗拉强度和最低延伸率；如示最低抗拉强度和最低延伸率；如 KTH350-10KTH350-10。2 2、珠光体可锻铸铁、珠光体可锻铸铁：退火时冷却速度较快，共析渗碳：退火时冷却速度较快，共析渗碳体未石墨化，组织为珠光体基体上分布着团絮状石墨。体未石墨化，组织为珠光体基

15、体上分布着团絮状石墨。见 图见 图 2 2 b b 有 较 高 的 强 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ； 牌 号 为有 较 高 的 强 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ； 牌 号 为KTZKTZ- -, ,如如 KTZ550-04KTZ550-04。 五、球墨铸铁：五、球墨铸铁： 1 1、球化处理、球化处理：在铁液出炉后，浇注前加入少量的球化剂：在铁液出炉后，浇注前加入少量的球化剂（纯镁或稀土镁合金）和孕育剂，使石墨呈球状析出。（纯镁或稀土镁合金）和孕育剂，使石墨呈球状析出。2 2、球墨铸铁的球墨铸铁的化学成分和化学成分和组织组织： C3.6%-3.9%C3.6%-3.9%，Si2.0%-S

16、i2.0%-2.8%2.8%，Mn0.6%-0.8%Mn0.6%-0.8%，S0.07%S0.07%，P0.1%P0.1%；根据基体组织；根据基体组织的不同分为的不同分为铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、铁素体铁素体- -珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁，见，见图图3a,b,c3a,b,c。 3、球墨铸铁的牌号：、球墨铸铁的牌号：QT-，前三位表示最小，前三位表示最小抗拉强度，后两位为最低塑性延伸率。抗拉强度，后两位为最低塑性延伸率。 4、球墨铸铁的性能、球墨铸铁的性能：抗拉强度、疲劳强度接近钢，屈：抗拉强度、疲劳强度接近钢，屈强比高；韧性，塑性比灰铸铁好，耐磨性、抗震

17、性比钢强比高；韧性，塑性比灰铸铁好，耐磨性、抗震性比钢好。铸造性能较好，热处理工艺性能较好。好。铸造性能较好，热处理工艺性能较好。 六、蠕墨铸铁六、蠕墨铸铁 1 1、蠕墨铸铁的组织、蠕墨铸铁的组织：在金属基体上分布蠕虫状石墨；有铁：在金属基体上分布蠕虫状石墨；有铁素体、铁素体加珠光体、珠光体。素体、铁素体加珠光体、珠光体。 2 2、牌号、牌号： RuTRuT，数字表示最低抗拉强度值；如，数字表示最低抗拉强度值；如RuT260.RuT260. 3 3、性能、性能：1 1）强度和韧性比灰铸铁高，比球墨铸铁低；）强度和韧性比灰铸铁高，比球墨铸铁低；2 2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多；壁厚敏感性比灰铸铁小得多；3 3）导热性和耐热疲劳性比球）导热性和耐热疲劳性比球墨铸铁高，与灰铸铁相近。墨铸铁高，与灰铸铁相近。4 4）耐磨性比灰铸铁好。）耐磨性比灰铸铁好。5 5）减）减震性比球墨铸铁高，不如灰铸铁。震性比球墨铸铁高，