M4 1铸造材料

1、M4 金属的常用加工方法4.1：铸造加工4.1.1铸造材料铸造材料4.1.2铸造基本原理铸造基本原理4.1.3砂型铸造砂型铸造4.1.4特种铸造特种铸造4.1.1铸造材料铸造材料一、概述一、概述1.铸造含义：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固以获得毛坯可零件的生产方法。铸造实例 砂型分模造型空心线辊造型空心线辊造型 我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。就有灿烂的青铜器铸造技术。司母戊鼎是中国商代后期（约公元前司母戊鼎是中国商代后期（约公元前1616世纪至公元前世纪至公元前1111世纪）王室祭祀用的青

2、世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，铜方鼎，19391939年年3 3月月1919日在河南省安阳日在河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有著有“司母戊司母戊”三字而得名，现藏中国三字而得名，现藏中国国家博物馆。国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高方鼎，高133133厘米、口长厘米、口长110110厘米、口宽厘米、口宽7979厘米、重厘米、重832.84832.84千克，鼎腹长方形，千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳上竖两只直耳. .下有四根圆柱形鼎足，下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。是中国目

3、前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。2.2.铸造的工艺特点及应用铸造的工艺特点及应用1 1、可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，、可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸等；如箱体、气缸等；2 2、适用范围广，工业中常用的材料都可铸造；适合各种批、适用范围广，工业中常用的材料都可铸造；适合各种批量的生产。量的生产。机床中占机床中占7090%,拖拉机中占拖拉机中占50-70%3 3、成本低，铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，、成本低，铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低，铸件加工余量小，可降低制造成

4、本。设备费用较低，铸件加工余量小，可降低制造成本。最基本的铸造工艺为砂型铸造最基本的铸造工艺为砂型铸造铸造是毛坯生产的主要方法，在机器设备铸造是毛坯生产的主要方法，在机器设备中铸件占有很大的比例。中铸件占有很大的比例。4.1.1铸造材料铸造材料3.常用铸造材料分类1）铸铁2）铸钢3）铸铜4）铸铝二二 铸铸 铁铁 铸铁铸铁是是含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%并含有较多硅、锰、硫、并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的磷等元素的多元铁基合金多元铁基合金； 铸铁生产工艺简单、成本低，是使用最早、应用铸铁生产工艺简单、成本低，是使用最早、应用最广泛的材料之一。最广泛的材料之一。1、铸铁的分类、铸铁的

5、分类白口铸铁白口铸铁：以：以FeFe3 3C C形式存在，无石墨，断口呈银白色；形式存在，无石墨，断口呈银白色； 特点：硬而脆，少用，可作为冶炼钢铁的原料特点：硬而脆，少用，可作为冶炼钢铁的原料灰口铸铁灰口铸铁：主要以游离石墨的形式存在，断口暗灰色；：主要以游离石墨的形式存在，断口暗灰色； 应用广泛，在我国铸铁与钢应用比例为应用广泛，在我国铸铁与钢应用比例为0.460.46：1 1麻口铸铁麻口铸铁：以：以FeFe3 3C C石墨形式存在，断口呈灰白色；石墨形式存在，断口呈灰白色； 脆性大，少用脆性大，少用1) 1) 按按碳的存碳的存在形式在形式普通铸铁普通铸铁合金铸铁合金铸铁（特殊性能铸铁（特

6、殊性能铸铁）2) 2) 按按化学化学成分成分 3)3)按石墨的按石墨的形态形态( (灰口灰口铸铁分类铸铁分类) )灰铸铁灰铸铁：石墨呈粗片状：石墨呈粗片状可锻铸铁可锻铸铁：石墨呈团絮状：石墨呈团絮状球墨铸铁球墨铸铁：石墨呈球状：石墨呈球状蠕墨铸铁蠕墨铸铁：石墨蠕虫状：石墨蠕虫状白口白口灰口灰口2、铸铁中石墨特性、铸铁中石墨特性铸铁中铸铁中C的存在形式的存在形式少量固溶在少量固溶在F、A中中化合态的渗碳体化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（游离态石墨（G）F基体球墨铸铁基体球墨铸铁FG共晶白口铸铁共晶白口铸铁Ld 石墨石墨是碳的单质之一，强度、硬度是碳的单质之一，强度、硬度 很低，塑韧性几乎为

7、零。很低，塑韧性几乎为零。 Fe3C是亚稳相是亚稳相，在一定条件下将发，在一定条件下将发 生分解：生分解： Fe3C3Fe+C（石墨（石墨G）这样，存在两个铁碳相图：这样，存在两个铁碳相图： Fe- Fe3C和和Fe-G相图相图u Fe-Fe3C和和Fe-G（石墨）双重相图（石墨）双重相图3、铸铁中石墨的生成、铸铁中石墨的生成L+GL+Fe3CFe-Fe3C和和FeG（虚线）双重相图（虚线）双重相图L A AA FA G（虚线）（虚线） A Fe3C（实线）（实线）F G（虚线）（虚线） F Fe3C（实线）（实线）4.石墨的存在对铸铁性能的影响石墨的存在对铸铁性能的影响5、灰口铸铁的特点、灰

8、口铸铁的特点v 组织特点组织特点： 钢的基体钢的基体G（石墨）（石墨） 基体组织有三种：基体组织有三种：F、P和（和（ PF）铁素体基体铁素体基体（ PF）基体）基体珠光体基体珠光体基体v 灰口铸铁的类型与石墨形态灰口铸铁的类型与石墨形态 灰铸铁灰铸铁 片状片状G 可锻铸铁可锻铸铁 团絮状团絮状G 球黑铸铁球黑铸铁 球状球状G 蠕黑铸铁蠕黑铸铁 蠕虫状蠕虫状 GF 基体片状基体片状GF 基体团絮状基体团絮状GF 基体球状基体球状GF 基体蠕虫状基体蠕虫状G6. 灰口铸铁的分类和牌号表示方法灰口铸铁的分类和牌号表示方法种种类类 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号举例

9、牌号举例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状FHT100F+PHT150PHT200可锻可锻铸铁铸铁 团团絮絮状状FKTH KTZ KTH300-06PKTZ450-06球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状FQT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状FRuT260F+PRuT300PRuT420球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT 最低抗拉强度值（最低抗拉强度值（MPa）最低延伸率值（最低延伸率值（%）RuT 最低抗拉强度值（最低抗拉强度值（MPa）蠕墨铸铁代号蠕墨铸铁代号HT 最低抗拉强度值（最低抗拉强度值（MPa）灰铸铁代号灰铸铁代号（数字含义同球铁）（数字含义同球

10、铁）7、常用铸铁、常用铸铁1）灰铸铁）灰铸铁指石墨呈片状分布的灰口铸铁指石墨呈片状分布的灰口铸铁,产量约占铸铁产量约占铸铁总产量的总产量的80%以上。以上。l 成分成分： 2.54.0%C； 1.02.5% Si；少量；少量Mn 、S、P 等。等。l 组织组织： F +片状片状G ；F + P+片状片状G； P +片状片状G ；l 性能性能：抗压不抗拉；铸造和切削加工性能好；耐磨、消震性好；：抗压不抗拉；铸造和切削加工性能好；耐磨、消震性好； 缺口敏感性低。缺口敏感性低。 l 用途用途：常利用灰铸铁的：常利用灰铸铁的减震和抗压性能减震和抗压性能，制作，制作机床底座、床身机床底座、床身、工作工作

11、 台、导轨、箱体台、导轨、箱体等。等。 F基体基体 +片状片状G(F + P)基体基体+片状片状GP 基体基体+片状片状Gl 孕育铸铁孕育铸铁：经过孕育处理的灰铸铁，称为：经过孕育处理的灰铸铁，称为“孕育铸铁孕育铸铁” 性能性能：强度、硬度明显提高。：强度、硬度明显提高。 用途用途：制造力学性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、：制造力学性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、 机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。 灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理l 孕育处理孕育处理：浇注前，在铁水中加入孕育剂（硅铁或硅钙合金），增：浇注前，在铁水中加入孕育剂

12、（硅铁或硅钙合金），增加晶核数量，提高形核率，从而获得加晶核数量，提高形核率，从而获得细小且均匀分布细小且均匀分布 的石墨片和珠的石墨片和珠光体组织光体组织，降低白口倾向，这个过程称为，降低白口倾向，这个过程称为孕育处理孕育处理。为改善灰铸铁的组织和力学性能，为改善灰铸铁的组织和力学性能，生产中，常采用孕育处理的方法。生产中，常采用孕育处理的方法。 孕育处理后孕育处理后孕育处理前孕育处理前硅铁硅铁硅钙硅钙 灰铸铁中，石墨为片状，对基体的割裂作用最强，强度只有碳钢的灰铸铁中，石墨为片状，对基体的割裂作用最强，强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大热处理强化效果不大。 灰铸铁的热处理灰铸铁的

13、热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。 灰铸铁常用的热处理工艺灰铸铁常用的热处理工艺： 去应力退火去应力退火(又称人工时效又称人工时效)： 500550，防止机加工、使用时变形或开裂。，防止机加工、使用时变形或开裂。 消除白口组织退火消除白口组织退火 ： 850900, 铸件表面、薄壁等白口处铸件表面、薄壁等白口处Fe3C G, 硬度硬度, 切削加工性切削加工性 表面淬火表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。变速箱体变速箱体重型机床床身重型机床床身(HT-250)(HT-250)大型船用柴油机汽缸体大型船

14、用柴油机汽缸体(HT-300)2）可锻铸铁）可锻铸铁玛钢玛钢l牌号牌号：如：如 KT300-6 ，表示，表示 b300 ， 6 。l可锻铸铁可锻铸铁 ：石墨呈团絮状的灰口铸铁；由白口铸铁：石墨呈团絮状的灰口铸铁；由白口铸铁 经长时间石墨化退火（经长时间石墨化退火（900960）获得。）获得。l性能性能：强度为碳钢的：强度为碳钢的4070%，接近于铸钢。，接近于铸钢。 名为可锻，实不可锻。名为可锻，实不可锻。铁素体基体黑心可锻铸铁铁素体基体黑心可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁l应用应用 ：形状复杂、承受冲击和振动载荷的小型薄壁零件，如汽车拖拉机形状复杂、承受冲击和振动载荷的小型薄壁零

15、件，如汽车拖拉机 的后桥外壳、管接头、低压阀门、扳手等。的后桥外壳、管接头、低压阀门、扳手等。3）球墨铸铁）球墨铸铁石墨呈球石墨呈球状的灰口铸铁状的灰口铸铁u成分成分： 3.84.0%C； 2.02.8%Si ；少量；少量Mn 、S 、Re(稀土元素稀土元素) u制备制备：球化处理球化处理孕育处理孕育处理同时，加入硅铁、硅钙铁等孕育剂，同时，加入硅铁、硅钙铁等孕育剂， 增加石墨球数量，减少石墨球尺寸。增加石墨球数量，减少石墨球尺寸。 浇注前，在铁水中加入球化剂浇注前，在铁水中加入球化剂(镁、稀镁、稀土或稀土镁土或稀土镁)， 使石墨成球状。使石墨成球状。u组织组织 ：基体：基体+ 球状球状GF基

16、体球状基体球状G P基体球状基体球状G (P F )基体球状基体球状G u 性能特点性能特点：与其它铸铁比较：与其它铸铁比较石墨球对基体的割裂作用减小到最低程度，可充分发挥基体的性能。球墨石墨球对基体的割裂作用减小到最低程度，可充分发挥基体的性能。球墨铸铁中基体强度利用率可达铸铁中基体强度利用率可达7090%，灰铸铁只有，灰铸铁只有3050% 。 l具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。l高的抗拉强度和弯曲疲劳强度。球墨铸铁的突出特点是屈强比高的抗拉强度和弯曲疲劳强度。球墨铸铁的突出特点是屈强比高高 ， 而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。 “以铁代钢以铁代钢”l可热处理或合金化可热处

17、理或合金化 ，提高性能。，提高性能。8 . 07 . 02 . 0bu热处理特点热处理特点：钢的热处理工艺都可用于球墨铸铁的热处理，如退火、钢的热处理工艺都可用于球墨铸铁的热处理，如退火、 正火、表面淬火、调质处理、等温淬火等。其热处理特点是：正火、表面淬火、调质处理、等温淬火等。其热处理特点是：l 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。 l 淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高 l 奥氏体中碳含量可控奥氏体中碳含量可控热处理后基体组织热处理后基体组织：可有珠光体、回火索氏体、下贝氏体或回火马氏体。：可有珠光体、回火索氏体、下贝氏体或回火马氏体。 u用途用途：受力复杂、

18、负荷较大、要求耐磨的铸件受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（F + G）：制作汽车、拖拉机底盘零件；阀体、阀盖。）：制作汽车、拖拉机底盘零件；阀体、阀盖。（F + P + G ）：塑韧性较好，可制作机油泵齿轮。）：塑韧性较好，可制作机油泵齿轮。（P + G）：强度较高，可代替中碳钢制作柴油机或内燃机的曲轴、连）：强度较高，可代替中碳钢制作柴油机或内燃机的曲轴、连 杆、轧辊、凸轮轴等。杆、轧辊、凸轮轴等。 M回回 + G 或或 B下下+ G ：用于制作汽车、拖拉机的传动齿轮。：用于制作汽车、拖拉机的传动齿轮。铸铁曲轴铸铁曲轴轧辊与辊环轧辊与辊环 4）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁：其石墨状态介于片状和球状之

19、间，呈短片状，端部圆而钝。1、蠕墨铸铁的特点：a、导热性高；b、抗生长性、抗氧化性都比其他铸铁好；c、断面敏感性较灰铸铁要小；d、耐磨性较高。2、蠕墨铸铁牌号用“RuT”表示。尾随三位数字表示最低抗拉强度。如 RuT2603、蠕墨铸铁的铸造性能接近于灰铸铁，缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小，铸造工艺简便。4、蠕墨铸铁的力学性能、导热、耐热性能好，适于制作工作温度高或温度梯度较高的零件；同时由于其断面敏感性小，铸造性能好，可用于制造形状复杂的大型铸件。F 基体片状基体片状GF 基体球状基体球状GF 基体蠕虫状基体蠕虫状G8.合金铸铁合金铸铁l耐蚀合金铸铁耐蚀合金铸铁：加入：加入Si、Al、Cr、Cu、

20、Ni等，在铸铁表面等，在铸铁表面形成致密的保护膜，减少各相形成致密的保护膜，减少各相间的电位差；制造化工管道、间的电位差；制造化工管道、阀门等。阀门等。 l耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁：加入：加入Cr、V、Mo、Ti、Re等；制造大型球等；制造大型球磨机衬板等。磨机衬板等。 l 其它其它：激冷铸铁、高磷铸铁、：激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等。高铬耐磨铸铁等。l高强度合金铸铁高强度合金铸铁：加入加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量等，增加基体中珠光体数量 并细化组织，从而显著提高铸铁强度；制造曲轴、连杆等并细化组织，从而显著提高铸铁强度；制造曲轴、连杆等 。l耐热合金铸铁耐热合金铸

21、铁：加入加入Si、Al、Cr 等，使铸件表面形成致密的等，使铸件表面形成致密的SiO2、 Al2O3、CrO3等氧化膜，制造加热炉的炉底板、烟道挡板等。等氧化膜，制造加热炉的炉底板、烟道挡板等。 合金铸合金铸铁应用铁应用三三 铸铸 钢钢u特点特点 ：强度和塑性、韧性高于铸铁强度和塑性、韧性高于铸铁 ，焊接性好，但铸造流动，焊接性好，但铸造流动性差，易氧化，收缩率大。性差，易氧化，收缩率大。u应用应用：形状复杂，难以用锻压方法成形，用铸铁又不能满足：形状复杂，难以用锻压方法成形，用铸铁又不能满足 性能要求，这时可采用铸钢件。例如水压机横梁、轧性能要求，这时可采用铸钢件。例如水压机横梁、轧 钢机机

22、架、重载大齿轮等。钢机机架、重载大齿轮等。u热处理热处理：铸钢件铸钢件必须经过退火或正火处理必须经过退火或正火处理，改善组织和性，改善组织和性 能，消除铸造应力，能，消除铸造应力，才能使用才能使用，但，但不宜淬火处理不宜淬火处理。u牌号牌号：ZG + 数字数字 数字数字 铸钢铸钢屈服强度值屈服强度值抗拉强度值抗拉强度值u组组 织织：PF含碳量一般在含碳量一般在0.150.60C 如：如：ZG 200-400 轧辊轧辊外壳外壳重型机械齿轮重型机械齿轮 铸钢主要牌号及特点铸钢主要牌号及特点ZG200400：有良好的塑性、韧性和焊接性能。：有良好的塑性、韧性和焊接性能。 ZG230450：有一定的强

23、度和较好的塑性、韧性、焊接性能：有一定的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能 良好，切削加工性尚可。良好，切削加工性尚可。 ZG270500：有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，：有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好， 焊接性能尚好，切削加工性能好。焊接性能尚好，切削加工性能好。 ZG310570：强度和切削加工性能良好，塑性和韧性较低，：强度和切削加工性能良好，塑性和韧性较低， 用于制作承受载荷较高的各种机械零件。用于制作承受载荷较高的各种机械零件。 ZG340640：高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，：高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等， 焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大

24、。焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大。四、铜合金四、铜合金一、铸造铜合金1、铜为紫铜、铜加锌为黄铜、铜加锌以外的合金（以加锡较多）为青铜。2、紫铜的导电性、导热性、耐蚀性、塑性优良，但强度、硬度低，价格高；黄铜的强度、塑性随锌含量的增加而提高，但锌含量大47后，力学性能将显著下降。黄铜的力学性能多优于青铜，而价格要低，常用于轴瓦、齿轮、阀门等耐磨、耐蚀零件；锡青铜的线收缩率低、耐磨耐蚀好，但易产生显微松缩，常用于要求不高的耐磨、耐蚀零件，铝青铜力学性能优良，但铸造性能较差，仅用于较为重要的耐磨、耐蚀零件。3、牌号见教材 P.103 表4-5。青铜浇铸青铜浇铸五、铸造铝合金五、铸造铝合金1、铸造铝合金的熔点低，导电、导热性以及耐腐蚀性好，质量轻，流动性较好。2、铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。3、铝硅合金又称为硅铝明，由于其综合性能较强，是应用最广的铸造铝合金。4、铝硅合金的性能、牌号见教材P.104表4-6。铜、铝合金铸件的生产特点1、金属材料与燃料不能接触，以保证金属的纯度和减少金属的损耗；2、铜、铝合金在液态