制造工程基础关立文

1、授课教师：关立文，工学博士、副教授授课教师：关立文，工学博士、副教授办公地点：办公地点：9003大楼大楼1502楼上楼上联系电话：联系电话：62795629, 电子邮件：电子邮件：清华大学精密仪器与机械学系清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所制造工程研究所砂型铸造特点：优点：生产率高，成本低，灵活性大，适应面广，技术优点：生产率高，成本低，灵活性大，适应面广，技术 成熟。成熟。缺点：铸件的内部质量、尺寸精度、表面粗糙度较差；缺点：铸件的内部质量、尺寸精度、表面粗糙度较差； 不易实现机械化、自动化。不易实现机械化、自动化。特种铸造工艺方法特种铸造工艺方法如何克服这些缺点？如何克服这些缺点？第

2、四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形第二节第二节 特种铸造工艺方法特种铸造工艺方法第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形常见的特种铸造工艺常见的特种铸造工艺 金属型铸造金属型铸造 熔模精密铸造熔模精密铸造 压力铸造（压铸）压力铸造（压铸） 低压铸造低压铸造 离心铸造离心铸造第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-1 金属型铸造金属型铸造金属铸型结构铸造工艺特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-1 金属型铸造金属型铸造金属铸型结构金属铸型结构铸造工艺特点与应用整整体体式式水水平平分分型型式式垂垂直直分分型型式式复复合合分分型型式式第四章第四章 金属的铸造成

3、形金属的铸造成形4-2-1 金属型铸造金属型铸造金属铸型结构铸造工艺特点与应用1.1.金属型预热及温度控制：稳定工作温度金属型预热及温度控制：稳定工作温度120120350 350 2.2.加强金属型的排气加强金属型的排气特殊附加物示例：特殊附加物示例： 硅铁粉：防止灰铸铁出现白口硅铁粉：防止灰铸铁出现白口 硼酸：防止镁合金氧化硼酸：防止镁合金氧化3.3.铸件出型及抽芯时间：中小铸件铸件出型及抽芯时间：中小铸件10s10s60s60s。4.4.金属型涂料：粉状耐火材料粘结剂溶剂特殊附金属型涂料：粉状耐火材料粘结剂溶剂特殊附加物，涂层厚度加物，涂层厚度0.1 mm0.1 mm0.5 mm0.5

4、mm。通气槽通气槽 通气塞通气塞第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-1 金属型铸造金属型铸造金属铸型结构铸造工艺特点与应用优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：l 铸件尺寸精度和表面质量优于砂型铸造；铸件尺寸精度和表面质量优于砂型铸造；l 铸件具有较高的力学性能；铸件具有较高的力学性能；l 工序简化，节约造型材料和生产场地，易于实现机械化工序简化，节约造型材料和生产场地，易于实现机械化和自动化。和自动化。l金属型制造成本高，加工周期长；金属型制造成本高，加工周期长；l金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口

5、等缺陷铁件白口等缺陷; ;l金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。影响甚为敏感，需要严格控制。l金属型制造成本高，不适合单件、小批生产；金属型制造成本高，不适合单件、小批生产；l不适宜薄壁复杂及大型铸件；不适宜薄壁复杂及大型铸件；l主要用于铝、铜、镁等非铁合金中小型铸件的大批量生产。主要用于铝、铜、镁等非铁合金中小型铸件的大批量生产。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-

6、2 熔模精密铸造熔模精密铸造熔模铸造工艺过程特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-2 熔模精密铸造熔模精密铸造熔模铸造工艺过程熔模铸造工艺过程特点与应用1. 熔模制造l 制造熔模的专用模具（压型）的制造制造熔模的专用模具（压型）的制造 机械加工机械加工 易熔合金直接浇入母模易熔合金直接浇入母模 石膏、塑料、硅橡胶压型石膏、塑料、硅橡胶压型l 浇注模料，制造单个熔模浇注模料，制造单个熔模l制模材料：蜡基模料、树脂基模料，常用的材料有石蜡、硬脂酸、松香、制模材料：蜡基模料、树脂基模料，常用的材料有石蜡、硬脂酸、松香、川蜡川蜡 、地蜡、褐煤蜡、地蜡、褐煤蜡 、聚乙烯等、聚乙烯等

7、l模料回收模料回收l熔模的制造：采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模：柱塞加压法、熔模的制造：采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模：柱塞加压法、气压法和活塞加压法。压制前需在压型表面涂薄层分型剂，以便从压型中气压法和活塞加压法。压制前需在压型表面涂薄层分型剂，以便从压型中取出熔模。压制蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等；压制树脂基模取出熔模。压制蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等；压制树脂基模料时，常用麻油和酒精的混合液或硅油作分型剂。分型剂层越薄越好，使料时，常用麻油和酒精的混合液或硅油作分型剂。分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。熔模能更好地复

8、制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。 l形成熔模组形成熔模组: :把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起: :焊接焊接法和机械组装法法和机械组装法2. 型壳制造l型壳制造工艺过程型壳制造工艺过程l模组的除油和脱脂模组的除油和脱脂 l在模组上涂挂涂料和撒砂在模组上涂挂涂料和撒砂 l型壳干燥和硬化型壳干燥和硬化 l自型壳中熔失熔模自型壳中熔失熔模 l焙烧型壳焙烧型壳 l型壳型壳l型壳种类：实体型和多层型壳，目前普遍采用的是多层型壳。型壳种类：实体型和多层型壳，目前普遍采用的是多层型壳。l型壳工艺要求：在熔失熔模时，型壳会受到体积正在增大的熔

9、融模料的压力；在型壳工艺要求：在熔失熔模时，型壳会受到体积正在增大的熔融模料的压力；在焙烧和注时，型壳各部分会产生相互牵制而又不均的膨胀的收缩，金属还可能与型焙烧和注时，型壳各部分会产生相互牵制而又不均的膨胀的收缩，金属还可能与型壳材料发生高温化学反应。要求型壳有小的膨胀率和收缩率；高的机械强度、抗热壳材料发生高温化学反应。要求型壳有小的膨胀率和收缩率；高的机械强度、抗热震性、而火度和高温下的化学稳定性；型壳还应有一定的透气性，以便浇注时型壳震性、而火度和高温下的化学稳定性；型壳还应有一定的透气性，以便浇注时型壳内的气体能顺利外逸。内的气体能顺利外逸。l两类型壳用材料：用来直接形成型壳的，如耐

10、火材料、粘结剂等；为了获得优质两类型壳用材料：用来直接形成型壳的，如耐火材料、粘结剂等；为了获得优质的型壳，简化操作、改善工艺用的材料，如熔剂、硬化剂、表面活性剂等。的型壳，简化操作、改善工艺用的材料，如熔剂、硬化剂、表面活性剂等。 1 1）耐火材料：主要为石英和刚玉，以及硅酸铝耐火材料）耐火材料：主要为石英和刚玉，以及硅酸铝耐火材料 2 2）粘结剂）粘结剂: :用得最普遍的粘结剂是硅酸胶体溶液用得最普遍的粘结剂是硅酸胶体溶液3.熔模铸件的浇注和清理l熔模铸件的浇注熔模铸件的浇注l热型重力浇注方法热型重力浇注方法 型壳从焙烧炉中取出后，在高温下进行浇注。此时金属在型壳中冷却型壳从焙烧炉中取出后

11、，在高温下进行浇注。此时金属在型壳中冷却较慢，能在流动性较高的情况下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的形状，较慢，能在流动性较高的情况下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的形状，提高了铸件的精度。但铸件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大，这就降低提高了铸件的精度。但铸件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大，这就降低了铸件的机械性能。在浇注碳钢铸件时，冷却较慢的铸件表面还易氧化和了铸件的机械性能。在浇注碳钢铸件时，冷却较慢的铸件表面还易氧化和脱碳，从而降低了铸件的表面硬度、光洁度和尺寸精度。脱碳，从而降低了铸件的表面硬度、光洁度和尺寸精度。l真空吸气浇注真空吸气浇注 将型壳放在真空浇注箱中，通过型壳中的微小孔隙

12、吸走型腔中的气将型壳放在真空浇注箱中，通过型壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体，使液态金属能更好地充填型腔，复制型腔的形状，提高铸件精度，防体，使液态金属能更好地充填型腔，复制型腔的形状，提高铸件精度，防止气孔、浇不足的缺陷。止气孔、浇不足的缺陷。 l压力下结晶压力下结晶 将型壳放在压力罐内进行浇注，结束后，立将型壳放在压力罐内进行浇注，结束后，立即封闭压力罐，向罐内通入高压空气或惰性气体，即封闭压力罐，向罐内通入高压空气或惰性气体，使铸件在压力下凝固，以增大铸件的致密度。在使铸件在压力下凝固，以增大铸件的致密度。在国外最大压力已达国外最大压力已达150atm150atm。l定向结晶（定向凝固）定

13、向结晶（定向凝固） 一些熔模铸件如涡轮机叶片、磁钢等，如果一些熔模铸件如涡轮机叶片、磁钢等，如果它们的结晶组织是按一定方向排列的柱状晶，它它们的结晶组织是按一定方向排列的柱状晶，它们的工作性能便可提高很多，所以熔模铸造定向们的工作性能便可提高很多，所以熔模铸造定向结晶技术正迅速地得到发展。结晶技术正迅速地得到发展。 4-2-2 熔模精密铸造熔模精密铸造熔模铸造工艺过程特点与应用特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：l 铸件尺寸精度高、表面光洁；铸件尺寸精度高、表面光洁；l 可以铸出形状复杂的薄壁铸件；可以铸出形状复杂的薄壁铸件；l 对铸造合金的

14、种类、生产批量无限制。对铸造合金的种类、生产批量无限制。l 工序复杂，生产周期长；工序复杂，生产周期长；l 原材料价格及铸件成本高；原材料价格及铸件成本高；l 铸件尺寸及重量受限制。铸件尺寸及重量受限制。l 高熔点、难切削加工合金、小型精密铸件。高熔点、难切削加工合金、小型精密铸件。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-3 压力铸造（压铸）压力铸造（压铸）压铸工艺特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-3 压力铸造（压铸）压力铸造（压铸）压铸工艺压铸工艺特点与应用 在高压（在高压（30MPa30MPa100Mpa100Mpa）、高速（）、高速（0.5m/s0.5

15、m/s80m/s80m/s）下充填铸型。）下充填铸型。根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。适于压铸低熔点合金适于压铸低熔点合金热热压压室室压压铸铸第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-3 压力铸造（压铸）压力铸造（压铸）压铸工艺压铸工艺特点与应用 在高压（在高压（30MPa30MPa100Mpa100Mpa）、高速（）、高速（0.5m/s0.5m/s80m/s80m/s）下充填铸型。）下充填铸型。根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。适于压铸较高熔点合金适于

16、压铸较高熔点合金冷冷压压室室压压铸铸第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-3 压力铸造（压铸）压力铸造（压铸）压铸工艺特点与应用特点与应用优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：l 铸件可达到很高的尺寸精度和表面质量（铸件可达到很高的尺寸精度和表面质量（Ra 3.2Ra 3.20.80.8）；）；l 压铸薄壁件，表层晶粒细小，组织致密，铸件强度和表面硬度高。压铸薄壁件，表层晶粒细小，组织致密，铸件强度和表面硬度高。抗拉强度比砂型铸件提高抗拉强度比砂型铸件提高25253030；l 可以压铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金铸件最小壁厚可以压铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金铸件最小壁厚3mm3mm0.

17、5mm0.5mm；l 可以实现嵌铸技术；可以实现嵌铸技术；l 易于实现机械化、自动化，生产率高。易于实现机械化、自动化，生产率高。l 压铸件中存在高度弥散的气孔，不易进行切削加工、热处理或在高压铸件中存在高度弥散的气孔，不易进行切削加工、热处理或在高温下工作；温下工作； 技术改进技术改进l 难于压铸高熔点金属（钢、铸铁等）；难于压铸高熔点金属（钢、铸铁等）；l 压铸型制造成本高。压铸型制造成本高。l 低熔点有色金属精密复杂铸件的大批量生产。低熔点有色金属精密复杂铸件的大批量生产。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形压铸工艺技术改进：半固态压铸技术压铸工艺技术改进：半固态压铸技术降低了工作

18、温度，减少了压铸件中的气孔和缩孔。降低了工作温度，减少了压铸件中的气孔和缩孔。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-4 低压铸造低压铸造低压铸造工艺过程特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-4 低压铸造低压铸造低压铸造工艺过程低压铸造工艺过程特点与应用 在低压下（在低压下（0.02MPa0.02MPa0.07MPa0.07MPa）将液态金属注入型腔，）将液态金属注入型腔，并在压力下凝固成形。并在压力下凝固成形。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-4 低压铸造低压铸造低压铸造工艺过程特点与应用特点与应用优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：l 液流平

19、稳，避免了金属液对铸型壁及型芯的冲刷，并便于排气；液流平稳，避免了金属液对铸型壁及型芯的冲刷，并便于排气；l 充型能力强，铸件轮廓清晰，表面光洁；充型能力强，铸件轮廓清晰，表面光洁；l 补缩效果较好，铸件组织致密，性能优异。拉伸强度比重力铸造补缩效果较好，铸件组织致密，性能优异。拉伸强度比重力铸造提高提高1010；l 简化浇注系统结构；简化浇注系统结构；l 易于实现机械化和自动化。易于实现机械化和自动化。l 升液管使用寿命短，生产率低于压力铸造。升液管使用寿命短，生产率低于压力铸造。l 质量要求高、形状复杂的薄壁铸件，如汽缸体、质量要求高、形状复杂的薄壁铸件，如汽缸体、气缸盖、活塞。气缸盖、活

20、塞。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-5 离心铸造离心铸造离心铸造工艺铸型转速选择特点与应用第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-5 离心铸造离心铸造离心铸造工艺离心铸造工艺铸型转速选择特点与应用 将液体金属浇入高速旋转（将液体金属浇入高速旋转（250rpm250rpm1500rpm1500rpm）的铸型中，使）的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。立立式式离离心心铸铸造造 铸件沿高度方向铸件沿高度方向壁厚不均

21、匀，适用壁厚不均匀，适用于高度小于直径的于高度小于直径的圆盘、环类铸件。圆盘、环类铸件。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-5 离心铸造离心铸造离心铸造工艺离心铸造工艺铸型转速选择特点与应用 将液体金属浇入高速旋转（将液体金属浇入高速旋转（250rpm250rpm1500rpm1500rpm）的铸型中，使）的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。卧卧式式离离心心铸铸造造 铸件壁厚均匀，适于长度较大的套筒及管类铸件。铸件壁厚均匀

22、，适于长度较大的套筒及管类铸件。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-5 离心铸造离心铸造离心铸造工艺铸型转速选择铸型转速选择特点与应用l 转速太小，起不到消除铸件夹渣、气孔、缩孔、缩松的作用。转速太小，起不到消除铸件夹渣、气孔、缩孔、缩松的作用。要求：离心铸件内表面上液体金属的等效重度要求：离心铸件内表面上液体金属的等效重度60202104 . 3r30ngr0r55200nl 转速太高，外层金属壳可能产生裂纹，液体金属离心力对铸型转速太高，外层金属壳可能产生裂纹，液体金属离心力对铸型壁压力太大。壁压力太大。第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形4-2-5 离心铸造离心铸造离

23、心铸造工艺铸型转速选择特点与应用特点与应用优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：l 省去型芯、浇注系统及冒口；省去型芯、浇注系统及冒口；l 铸件组织致密，力学性能高；铸件组织致密，力学性能高；l 方便实现双金属轴套和轴瓦类铸件生产。方便实现双金属轴套和轴瓦类铸件生产。l 铸件内表面质量差，尺寸不易控制；铸件内表面质量差，尺寸不易控制；l 离心力作用加剧合金的比重偏析倾向。离心力作用加剧合金的比重偏析倾向。l 大批量生产管、筒、套类等空心旋转体铸件。大批量生产管、筒、套类等空心旋转体铸件。离心铸件最大直径可离心铸件最大直径可达达3米，最大长度米，最大长度8米米最大重量最大重量达几公斤达几公斤到十多

24、吨到十多吨第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形第三节第三节 铸造合金种类及相应铸造合金种类及相应 的铸造特点的铸造特点概述概述铸造合金的种类铸造合金的种类l 铸造铁碳合金铸造铁碳合金(铁碳平衡图铁碳平衡图)l 铸造非铁合金铸造非铁合金 铸铁：接近共晶成分，通常含碳铸铁：接近共晶成分，通常含碳2.5%2.5%4.0%4.0%，含硅，含硅1.0%1.0%2.5%2.5%。 铸钢：一般含碳铸钢：一般含碳0.25%0.25%0.45%0.45%，结晶温度区间小。，结晶温度区间小。 铸造铝合金铸造铝合金 铸造铜合金铸造铜合金铸造特点铸造特点l 铸造合金的熔炼铸造合金的熔炼l 铸造工艺特点铸造工艺特

25、点l 铸件的热处理铸件的热处理第四章第四章 金属铸造成形金属铸造成形4.3.1 铸铁铸铁碳在铸铁中的存在形式碳在铸铁中的存在形式铸铁是一系列主要由铁、碳（铸铁是一系列主要由铁、碳（2.5%4.0%）和硅（）和硅（1.0%2.5%）组）组成的接近共晶成分的合金总称。成的接近共晶成分的合金总称。铸铁的组织由基体（铁素体、珠光体、铁素体珠光体）和石墨组成。铸铁的组织由基体（铁素体、珠光体、铁素体珠光体）和石墨组成。铸铁铸造性能良好，加工性能好，减摩性能好，成本低廉；与钢相比，铸铁铸造性能良好，加工性能好，减摩性能好，成本低廉；与钢相比，强度与韧性较低。强度与韧性较低。碳在铸铁中的存在形式：碳在铸铁中

26、的存在形式：固溶于金属固体，碳在高温奥氏体中的最大溶解度为固溶于金属固体，碳在高温奥氏体中的最大溶解度为2.1%，在铁素，在铁素体和珠光体中的最大溶解度为体和珠光体中的最大溶解度为0.2%和和0.76%化合态渗碳体化合态渗碳体Fe3C游离态石墨游离态石墨G4.3.1 铸铁铸铁铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程4.3.1 铸铁铸铁铸铁的分类铸铁的分类白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁 普通灰铁普通灰铁 孕育铸铁孕育铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁分类 碳的形式 特点 牌号示例 应用渗碳体渗碳体Fe3CFe3C片状石墨片状石墨粗大片状石墨粗大片状石墨细小片状石墨细小片状石墨团絮状石

27、墨团絮状石墨球状石墨球状石墨蠕虫状石墨蠕虫状石墨硬而脆，难以切削加工硬而脆，难以切削加工良好的良好的减震性、减震性、减磨性减磨性及低的及低的缺口敏缺口敏感性，感性，易于铸易于铸造和切造和切削加工。削加工。片状石墨的夹角易引片状石墨的夹角易引起应力集中，对机体起应力集中，对机体有割裂作用。有割裂作用。割裂作用减轻，具有割裂作用减轻，具有较高韧性较高韧性割裂作用大大减轻，割裂作用大大减轻，力学性能更为提高力学性能更为提高性能介于灰铁与球铁性能介于灰铁与球铁之间，屈强比值高。之间，屈强比值高。KmTBKmTBHT250HT250KTz450-06KTz450-06QT450-10QT450-10Ru

28、T380RuT380高耐磨性机件或工具高耐磨性机件或工具（轧辊、犁铧）（轧辊、犁铧）静载下的承压件及滑静载下的承压件及滑动副零件（箱体、导动副零件（箱体、导轨）轨）承受冲击和振动载荷承受冲击和振动载荷的零件（减速器壳体、的零件（减速器壳体、曲轴）曲轴）可改善、调整强度与可改善、调整强度与韧性的组合，应用广韧性的组合，应用广泛。泛。高温及高温度梯度下高温及高温度梯度下工作零件（气缸盖）工作零件（气缸盖）金相图金相图第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形铸铁中碳存在的形态铸铁中碳存在的形态白白口口铸铸铁铁灰灰口口铸铸铁铁可可锻锻铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁返回返回3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨

29、化过程的控制（1）影响铸铁石墨化过程的主要因素）影响铸铁石墨化过程的主要因素l 化学成分 碳和硅：硅是强烈促进石墨化元碳和硅：硅是强烈促进石墨化元素。素。 不同碳硅配比，得到不同组织和不同碳硅配比，得到不同组织和性能的铸铁：白口（麻口）铸铁，铁性能的铸铁：白口（麻口）铸铁，铁素体基体灰铸铁，珠光体（或珠光体素体基体灰铸铁，珠光体（或珠光体铁素体）基体灰铸铁。铁素体）基体灰铸铁。 硫：硫是强烈的反石墨化元素；导致硫：硫是强烈的反石墨化元素；导致热脆性。含量要限制在热脆性。含量要限制在0.1%0.1%0.15%0.15%以下。以下。 锰：锰阻碍珠光体中的碳石墨化，提高强度和硬度；具有脱锰：锰阻碍珠

30、光体中的碳石墨化，提高强度和硬度；具有脱硫作用（生成硫作用（生成MnSMnS）。含量）。含量0.6%0.6%1.2%1.2%。 磷：对石墨化影响不大；增强耐磨性；增强冷脆性。含量磷：对石墨化影响不大；增强耐磨性；增强冷脆性。含量0.5%0.5%以下。以下。4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨化过程的控制（1）影响铸铁石墨化过程的主要因素）影响铸铁石墨化过程的主要因素l 冷却速度冷却速度慢，则碳原子析出充分；冷却速度慢，则碳原子析出充分；冷却速度快，则易形成白口组织。冷却速度快，则易形成白口组织。4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨

31、化过程控制3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨化过程的控制（2）灰铸铁的孕育处理）灰铸铁的孕育处理a) a) 熔炼出相当于白口或麻口组熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁织的低碳、硅含量的高温铁水。水。b) b) 向铁水中冲入少量（向铁水中冲入少量（0.25%0.25%0.6%0.6%）细小颗粒状和粉末状）细小颗粒状和粉末状孕育剂。孕育剂。含含75Si的硅铁。的硅铁。得到的孕育铸铁的强度、硬度显著提高，但塑性、韧性依然很低。得到的孕育铸铁的强度、硬度显著提高，但塑性、韧性依然很低。 普通灰铸铁普通灰铸铁 sb=100Mpa sb=100Mpa200Mpa200Mpa 孕育铸铁孕育铸铁

32、 sb=250Mpa sb=250Mpa350Mpa350Mpa4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制 孕育铸铁性能对冷却速度的依赖程度降低，铸孕育铸铁性能对冷却速度的依赖程度降低，铸件性能均匀性提高。件性能均匀性提高。4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨化过程的控制（3）可锻铸铁的石墨化退火工艺）可锻铸铁的石墨化退火工艺a) a) 铸出全白口的铸铁毛坯（铸出全白口的铸铁毛坯（2.4%2.4%2.8%C2.8%C，0.4%0.4%1.4%Si1.4%Si）；）；b) b) 在退火炉中缓慢加热至在退火炉中缓慢加热至92092

33、0980 980 ，保温，保温10h10h20h20h；c) c) 以一定速度冷却至室温。以一定速度冷却至室温。得到的可锻铸铁具有较高的强度，并有很好的塑性和韧性。得到的可锻铸铁具有较高的强度，并有很好的塑性和韧性。 sb sb：700 Mpa700 Mpa，d d：1212；akak：30 J/cm230 J/cm2可锻铸铁根据退火工艺和基体组织分类：可锻铸铁根据退火工艺和基体组织分类： 黑心可锻铸铁（黑心可锻铸铁（KTHKTH）：铁素体基体）：铁素体基体 珠光体可锻铸铁（珠光体可锻铸铁（KTzKTz）：珠光体基体）：珠光体基体 白心可锻铸铁（白心可锻铸铁（KTBKTB）：表层铁素体，心部珠

34、光体）：表层铁素体，心部珠光体4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨化过程的控制（4）石墨的球化处理）石墨的球化处理a) a) 熔炼出高温、低硫磷和杂质含量的优质铁水（熔炼出高温、低硫磷和杂质含量的优质铁水（S S含量含量0.07%0.07%，P P含量含量0.1% 0.1% ，C C含量含量3.6%3.6%4.0%4.0%）；）；b) b) 向铁水中冲入少量细小颗粒状和粉末状的球化剂和孕育剂。向铁水中冲入少量细小颗粒状和粉末状的球化剂和孕育剂。得到的球墨铸铁的力学性能比灰铸铁有很大提高。得到的球墨铸铁的力学性能比灰铸铁有很大提高。球墨铸铁根

35、据基体组织分类：球墨铸铁根据基体组织分类： 铁素体球铁铁素体球铁 珠光体球铁珠光体球铁 混合基体球铁混合基体球铁 奥氏体贝氏体球铁奥氏体贝氏体球铁球化元素：镁球化元素：镁Mg、铈、铈Ce、钇、钇Y4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制3. 铸铁石墨化过程的控制铸铁石墨化过程的控制（4）石墨的蠕化处理）石墨的蠕化处理a) a) 熔炼出高温、低硫磷和杂质含量的优质铁水（熔炼出高温、低硫磷和杂质含量的优质铁水（S S含量含量0.07%0.07%，P P含量含量0.1% 0.1% ，C C含量含量3.6%3.6%4.0%4.0%）；）；b) b) 向铁水中冲入少量细小颗粒状和粉末状的

36、蠕化剂和孕育剂。向铁水中冲入少量细小颗粒状和粉末状的蠕化剂和孕育剂。 得到的蠕墨铸铁性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，具有很高的屈得到的蠕墨铸铁性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，具有很高的屈强比，良好的导热性、耐热性。强比，良好的导热性、耐热性。蠕化剂：稀土镁钛、镁钙蠕化剂：稀土镁钛、镁钙4.3.1 铸铁铸铁铸铁石墨化过程控制铸铁石墨化过程控制4. 铸铁的铸造性能及热处理铸铁的铸造性能及热处理总的来说，铸铁具有良好的铸造性能，适于铸造形状复杂的铸件。总的来说，铸铁具有良好的铸造性能，适于铸造形状复杂的铸件。灰铸铁：流动性好；石墨化膨胀补缩，不易产生缩孔、缩灰铸铁：流动性好；石墨化膨胀补缩，不易产生缩孔

37、、缩松、浇不足、热裂、气孔等缺陷。一般不需要冒口补缩，松、浇不足、热裂、气孔等缺陷。一般不需要冒口补缩，也较少采用冷铁。也较少采用冷铁。 注意：一般不采用热处理改善灰铸铁性能！注意：一般不采用热处理改善灰铸铁性能！球墨铸铁：球状石墨析出时膨胀力大，易产生缩孔和缩松；球墨铸铁：球状石墨析出时膨胀力大，易产生缩孔和缩松；残留的残留的Mg或或MgS与水反应生成气体，易产生气孔。安放与水反应生成气体，易产生气孔。安放冒口、冷铁，减少型砂水分。冒口、冷铁，减少型砂水分。热处理：可通过热处理（退火、回火、低温淬火）改善基热处理：可通过热处理（退火、回火、低温淬火）改善基体组织，从而改善球铁性能！体组织，从

38、而改善球铁性能！白口铸铁和可锻铸铁：流动性差，收缩大，铸造性能较差。白口铸铁和可锻铸铁：流动性差，收缩大，铸造性能较差。4.3.1 铸铁铸铁铸铁铸造性能与热处理铸铁铸造性能与热处理5. 铸铁的熔炼铸铁的熔炼l铸铁熔炼目的：获得化学成分及温度铸铁熔炼目的：获得化学成分及温度满足要求的铁水，所用的设备有冲天满足要求的铁水，所用的设备有冲天炉、反射炉、电弧炉、中频感应电炉等炉、反射炉、电弧炉、中频感应电炉等l熔炼过程熔炼过程l加入燃料（焦炭）、金属料（生铁、加入燃料（焦炭）、金属料（生铁、废钢、硅铁或锰铁等铁合金、以及浇冒废钢、硅铁或锰铁等铁合金、以及浇冒口和废铸件等回炉料，及熔剂（石灰石、口和废铸

39、件等回炉料，及熔剂（石灰石、萤石）等组成的炉料萤石）等组成的炉料l焦炭燃烧，发出大量热焦炭燃烧，发出大量热l生成铁水和炉渣生成铁水和炉渣l燃料补充燃料补充返回返回4.3.1 铸铁铸铁铸铁铸造性能与热处理铸铁铸造性能与热处理1. 铸钢的分类（按化学成分）铸钢的分类（按化学成分）分类 化学成分 性能特点 牌号示例 应用铸造碳钢铸造碳钢铸造低合铸造低合金钢金钢铸造高合铸造高合金钢金钢含碳含碳0.25%0.25%0.45%0.45%的的中碳钢中碳钢加入总量加入总量不超过不超过5 5的合金元的合金元素素加入总量加入总量超过超过1010的合金元的合金元素素综合力学性能高于铸铁，综合力学性能高于铸铁，优良的

40、塑性和韧性；较优良的塑性和韧性；较好的焊接性能。好的焊接性能。提高碳钢的力学性能和提高碳钢的力学性能和淬透性淬透性耐磨、耐蚀、耐热等特耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能殊性能ZG35ZG35含碳量含碳量0.35%0.35%ZG35MnSiZG35MnSiZGMn13ZGMn13C:0.9-1.5%C:0.9-1.5%Mn:11-14%Mn:11-14%承受大能量冲击负载承受大能量冲击负载的复杂铸件（如火车的复杂铸件（如火车车轮）；铸、焊联合车轮）；铸、焊联合结构大型铸件。结构大型铸件。需要热处理强化的合需要热处理强化的合金结构钢铸件金结构钢铸件特殊性能要求铸件特殊性能要求铸件4.3.2 铸钢铸钢铸钢的

41、分类铸钢的分类第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形2. 铸钢的熔炼铸钢的熔炼适于中小企业的感应炉熔炼适于中小企业的感应炉熔炼第四章第四章 金属的铸造成形金属的铸造成形3. 铸钢的铸造特点与热处理铸钢的铸造特点与热处理铸造特点铸造特点工艺措施工艺措施热处理热处理l 熔点及浇注温度高（熔点及浇注温度高（15001500），），易吸气和氧化；易吸气和氧化；l 流动性差；流动性差；l 凝固收缩大。凝固收缩大。易产生缩孔、缩松、热裂、易产生缩孔、缩松、热裂、粘砂、变形等铸造缺陷。粘砂、变形等铸造缺陷。l 提高铸型的性能，包括提高铸型的性能，包括 耐火性：涂覆石英粉或锆砂粉涂料；耐火性：涂覆石英粉或锆砂粉涂料； 透气性：采用大颗粒型砂；透气性：采用大颗粒型砂； 退让性：加糖浆、糊精、