第二节 常用铸造合金.ppt

1、常用铸造合金：铸铁、铸钢和非铁合金中的铝、铜合金。,铸铁：是以铁、碳和硅为主要元素的多元合金。常用成分如下表：,铸铁曲轴,第二节 常用合金铸件的生产,一、铸铁,（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。,根据碳在铸铁中的存在形式分类,（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。,（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。,其中灰口铸铁又以“G”

2、形态的不同，分为：,1、灰铸铁 脆性材料,（1） 珠光体灰铸铁 P +“G”片 HT200 （2） 珠光体-铁素体灰铸铁 P+F+“G”片 HT150（3） 铁素体灰铸铁 F +“G”片 HT100,1)、灰铸铁的组织,显微组织：金属基体 + “G”片, 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。,2）、铸铁的性能特点 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。,铸铁与铸钢的强度比较,3)、影响灰铸铁组织和性能的主要因素,

3、分析三种灰铸铁：,C化合=0时,为F灰铸铁。 强度硬度最差，很少用。,C化合=0.8%时，为P灰铁，石墨片细小，分布均匀，强、硬度高，可制造床身、机体等重要件。,C化合 0.8%时,为（P+F）灰铸铁，石墨片较粗大，强度低，适于一般机件。其铸造性能和减振性均优于前者，应用最广。,结论：必须控制石墨化程度来控制铸铁的组织和性能。,铸铁的石墨化：在铸铁组织中形成石墨的过程。,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

4、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。,在灰铸铁中，C：2.5-4.0%；Si：1.0-3.0%。,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。,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0.61.2%锰铁，控制铸铁组织。,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。,冷却速度越慢，越有利于石墨化

5、过程的进行。,（2）冷却速度,在高温缓慢冷却的条件下，由于原子具有较高的扩散能力，铸铁中的碳以游离态（石墨相）析出。,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,冷却速度主要取决于铸型材料和铸件壁厚。,铸铁成分（C+Si）和铸件壁厚（冷速）对铸铁组织的影响,4)灰铸铁的牌号及应用,5)、灰铸铁的孕育处理 （变质处理： 变质铸铁、高强度铸铁）,为提高灰铸铁强度，尽量使石墨片细化，对其需进行孕育处理。即在铸造前向铁液加入孕育剂Si75-Fe，结晶时增加石墨晶核数目，使石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。,孕育铸铁的应用：,孕育铸铁适合于生

6、产要求较高强度、高耐磨性和减震的重要铸件，尤其是厚大截面的铸件。,活塞环,6)、灰铸铁的热处理,热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状和分布,1）消除内应力的退火,大型、复杂的或精度要求较高铸件（如：床身、机架）在机加工前进行去应力退火：500-600保温后炉冷。,2）消除铸件白口，改善切削加工性退火：,850-900保温,使Fe3C分解，炉冷至400后空冷。,3）表面淬火,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。,1)、定义及性能：可锻铸铁是白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火，获得具有团絮状石墨的铸铁。由于石墨呈团絮状，故抗拉强度，塑、韧。,2、可锻铸铁

7、玛铁,黑心可锻铸铁,珠光体可锻铸铁,可锻铸铁的石墨化退火,2)、牌号及应用,3）、用途 用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,黑心可锻铸铁件,4)、可锻铸铁的生产,生产周期长（50-70h），工艺复杂，成本高； C、Si含量低，熔点高（1300 ），结晶范围大，导致流动性差，收缩大。 需高温浇注、顺序凝固,第一：先铸出白口铸铁坯；毛坯在退火前不能有石墨存在，否则将导致废品。 第二：进行石墨化退火。,C：2.42.8%；Si：1.4%,3、 球墨铸铁（球铁） 1947年,1)、定义：在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理，获

8、得石墨呈球状分布的铸铁，称为球墨铸铁，简称“球铁”。,灰口铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片，但球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。,2)、组织：对基体割裂作用进一步减轻。,3)、球墨铸铁的生产,（1） 铁液的化学成分: C(3.6-4.0%) ，Si（2-2.6%），S、P,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。,（2）球化剂和孕育剂,(4 )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40 ；,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

9、度而改变。,3严格控制S含量及型砂中的水分：易产生皮下气孔。,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，铸件外壳将向外胀大，造成铸件内部的铁水不足，在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松。,（5）球墨铸铁的热处理,1）退火 最终获得铁素体球铁。,当铸态组织为F+P+Fe3C+G时，进行高温退火，将铸件加热到900950，保温36h，随炉冷到600，出炉空冷。,当铸态组织为F+P+G时，进行低温退火，将铸件加热到720760左右，保温28h，炉冷到600，出炉空冷，获得铁素体基体的球铁。,2）正火 目的：增加基体中P量，以提高强度、硬度及耐磨性。,高温正火:880920,细

10、珠光体+石墨+F（少量） 低温正火:840860，P+F基体的球墨铸铁,正火后冷却速度越快，F含量越少；但会引起内应力，需进行消除应力退火。,3）调质 用于一些要求较高或截面较大的球铁件，如大型曲轴和连杆。860-900+550-620;,4）等温淬火 获得高强度、一定塑性及韧性的B球铁。加热到860-900，在250-300的等温盐浴等温处理0.5-1.5h后空冷。,6)、球墨铸铁的牌号及应用,用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。,1)蠕墨铸铁的组织特征,4、蠕墨铸铁,石墨形态介于片状和球状石墨之间，呈短片状，片端钝而圆，类似蠕虫。,灰口铸铁中石墨片的特征是片长、较薄、端部较尖

11、；,球墨铸铁中的石墨大部分呈球状；,是近年来发展起来的一种新型工程材料,2)蠕墨铸铁的性能,力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相近；强韧性不如球铁。,3)蠕墨铸铁的牌号、性能特点及用途,断面敏感性较灰铸铁小，厚大截面上性能较均匀。,蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。,铸钢特点：,力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高，焊接性能优良，适于采用铸、焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。,铸钢用途：,承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁

12、，大型轧钢机机架、大齿轮等。,二、 铸钢 15%,摇枕侧架,1 .铸钢的分类、性能和应用,铸造碳钢 易于制取、较经济，占80% 以上 铸造合金钢 ZGMn13铸造火车道岔,1）低碳铸钢,含碳量0.25%，如ZG200-400 ，组织为：F+少量P,强度、硬度低，塑性韧性好；导电、导磁性较好。 通常利用软磁特性制造电机零件。,但熔点高，流动性差，易氧化、热裂倾向大，铸 造困难。 应用较少。,1 .铸钢的分类、性能和应用,2）中碳铸钢,含碳量0.25-0.45%，如ZG230-450ZG310-570 ， 组织为F+P。,强度、硬度较高，塑性韧性较低。,流动性好，氧化热裂倾向小； 但导热性差， 易产生应力。 应用最多。,1 .铸钢的分类、性能和应用,3）高碳铸钢,含碳量0.5-0.6%，ZG340-640。组织为P+少量F。,硬度高，塑性低。,流动性好，收缩较小，不易粘砂；热裂倾向小。 但导热性差，铸件内应力及冷裂倾向大。 仅适用于制造耐磨铸件，如轧辊。,1 .铸钢的分类、性能和应用,铸造性能差 熔点高，浇注温度高，流动性差，易氧化和吸气，同时体积收