材料成形技术第二章 铸 造

1、金属成形方法主要指获得毛坯/零件的生产加工方法。 工业上应用的主要成形方法（即毛坯/零件生产方法）有：铸造，压力加工，焊接等。,材料成形技术,第二章 铸 造,绪论 铸造：熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇入到铸型中，冷却凝固后获得一定形状铸件的工艺方法，称为铸造。 目前全世界每年铸件产量约9000万吨,我国年产铸件3000万吨,比后10位国家产量总和还多。 铸型：砂型或金属型和砂芯或金属芯组成的成形工具。 铸件通常作为毛坯，经切削加工后成为零件才能使用，有时也可直接作为零件使用。,汽车铸件占铸铁产量的25%(车重的50%)例如：汽车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体、进气歧管、排气岐管、曲轴、凸轮轴

2、、活塞、车轮轮毂等等。,铸造在制造业中得到广泛应用。,由于是液态成形，铸造可以生产形状很复杂的铸件。,具有复杂形状和内腔的铝合金 铸件（汽车发动机箱体压铸件）,江铃铸造厂的Duratorq 4D24发动机缸体 （灰铁）,铸件大小几乎不受限制，质量从几克到几百吨，壁厚从1mm到1m以上都可以铸造。,长江三峡电站巨型水轮机的特大型铸件，大型不锈钢铸焊结构转轮的直径为10.44米，叶片最大轮廓尺寸为453749512300毫米，是当今世界尺寸最大的混流式转轮，净重416吨。,可用于铸造的金属与合金的种类很多。从原理上讲，所有金属与合金都可以熔化成液体，能够用于铸造。但是金属材料的铸造性能有差别，实际

3、生产中主要使用那些容易铸造的合金，如铸铁。 铸造所用原材料价格较低，所以铸件生产成本较低。,砂型铸造工艺流程,第一节 铸造工艺基础,1-1 液态合金的充型 将液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰，薄而复杂的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。 合金浇注时，必须要有比较好的充型能力。若合金的充型能力不好，则会产生浇不到或冷隔等铸造缺陷，如图所示。,影响充型能力的主要因素如下：,一、合金的流动性 合金的流动性，是合金的 铸造性能之一。 合金的流动性越好，充型 能力越强，越便于浇注轮廓 清晰、形状完整、薄而复杂 的铸件。 合金的流动性取决于合金 的化学成分，它与合金相图 中的结晶温度区间有关

4、。 结晶温度区间小，合金的 流动性好。 液固两相区域，流动粘度、阻力大。 共晶成分具有最好的流动性。 灰铸铁流动性好，铸钢流动性最差。,合金流动性： 浇注螺旋形试样长度 衡量。,二、浇注条件,浇注条件浇注温度和浇注速度。 浇注温度：浇注时，液态合金所处的温度为浇注温度。 合金的充型能力随着浇注温度的升高而明显增强。 但浇注温度如果过高，由于液态合金吸气增多、氧化严重，铸件易出现缩孔、缩松、气孔、夹杂等缺陷。 选择浇注温度原则：在保证合金能充满铸型的前提下，浇注温度越低越好。 流动压力越大，流动速度越快，充型能力越好。 三、铸型条件（铸型导热能力、铸型流动阻力） 铸型导热能力差，散热慢，则合金保

5、持在液态的时间长，充型能力好。 加高直浇口、扩大浇口截面积、安置出气口，则可提高液态合金的充型能力。 此外，零件壁厚小、复杂程度高，充型能力降低。,1-2 铸件的凝固,一、铸件的凝固 铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称一次结晶。 铸件凝固过程中，一般存在着固相区、凝固区和液相区三个区域，其中凝固区是液相与固相共存的区域，凝固区的大小对铸件质量影响较大，按照凝固区宽窄，分为逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种凝固方式，如图2-2所示。,1逐层凝固 纯金属和共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域的宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，

6、逐渐到达铸件中心，如图2-2(a)所示。 2中间凝固 金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，如图2-2(b)所示。 3体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固时，其液固共存凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件截面，如图2-2(c)所示。 影响铸件凝固方式主要因素是合金的结晶温度范围（取决于合金化学成分）和铸件的温度梯度。 合金结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。 当合金成分一定时，凝固方式取决于铸件截面上的温度梯度，温度梯度越大，对应凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。,1-3 铸件

7、的收缩收缩是体积和尺寸减小的现象，是合金的铸造性能之一。,一、合金收缩的三个阶段 液态收缩 从浇注温度冷却到液相线温度产生的收缩； 凝固收缩 从液相线温度冷却到固相线温度产生的收缩； 固态收缩 从固相线温度冷却到室温的收缩。 合金的液态收缩和凝固收缩表现为型腔内液面的降低，通常用体收缩率来表示，它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩表现为铸件尺寸的缩小，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 合金结晶温度区间越大，凝固收缩越大。 铸钢的收缩率大于铸铁。,二、铸件中的缩孔与缩松由液态收缩和凝固收缩造成,1缩孔与缩松的形成 （1）缩孔 缩孔是在

8、铸件最后凝固部位容积 大而集中的孔洞，呈倒圆锥形， 内表面粗糙。 （2）缩松 细小而分散的缩孔称为缩松。缩松 常分布在铸件厚大部位、冒口根部 和内浇口附近。缩松的分布面积比 缩孔大得多。,合金的收缩率是一定的。结晶温度范围小的合金，缩孔倾向大，而形成缩松倾向小；结晶温度范围大的合金缩孔倾向小，但缩松倾向大。缩孔形成在铸件最后凝固的部位。缩松难以完全避免，一般铸件多不作为缺陷。但是，气密性、机械性能、物理化学性能高的铸件必须设法减少。,2缩孔与缩松的防止,顺序凝固：通过采用冒口和冷铁，使铸件远离冒口的部位最先凝固，然后是靠近冒口的部分凝固，最后冒口本身凝固，将收缩的体积转移到冒口中去。 冒口的作

9、用：补缩。冒口为铸件的多余部份，在铸件清理时予以切除。 冷铁作用：加快铸件局部的冷却速度，以控制铸件的凝固顺序。但冷铁本身不起补缩作用。冷铁通常用钢或铸铁制造。,顺序凝固的优点： 可有效地防止缩孔和缩松。 缺点： 1、耗费许多合金。 2、增加造型工时，加大了铸件成本。 3、顺序凝固扩大了铸件各部分的温度差，热应力大，促进了铸件产生应力、变形和裂纹倾向。,三、铸造应力、变形和裂纹,1、铸造应力 铸件凝固后，冷却收缩，受到阻碍，内部产生应力。 应力大于屈服强度变形； 应力大于抗拉强度裂纹。 类型：热应力、收缩应力（机械应力）。 （1）热应力：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，致使在同

10、一时期内铸件各部分收缩不一致所引起。 热应力的形成过程：金属在不同温度的两种力学状态 塑性状态：应力使金属产生塑性变形而应力消失 弹性状态：应力使金属产生弹性变形而保持应力 临界温度T临：金属塑性、弹性状态的转变温度 钢和铸铁 620650 ,1）t0t1，杆II杆I，塑性变形，应力消失； 2）t1t2，杆II受拉，杆I受压，杆I塑性变形，应力消失； 3）t2t3，杆I收缩大，杆II收缩小；杆II受压，杆I受拉。,结论：热应力使铸件厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压。 固态收缩率越高，壁厚越大，热应力越大。 防止热应力的方法： 减小各部分的温度差，均匀冷却。 1、铸造工艺：采用同时凝固。 同时凝固

11、：通过采用厚壁处加冷铁、浇注位置在薄壁处等方法，使铸件各部分均匀冷却。 同时凝固的优点：防止铸件产生热应力。 缺点：增大了铸件产生缩孔的倾向性。 理想温度分布曲线 收缩大的合金，壁厚大、气密性高 的铸件，应采用顺序凝固。 气密性高的铸件，应选用结晶温度区间小的合金，防止缩松。 收缩小、壁厚均匀的薄壁铸件，应采用同时凝固。 结构复杂的铸件，可以组合使用。,（2）机械（收缩）应力 它是铸件固态收缩时受到铸型和型芯的阻碍所产生的应力。 在砂型铸造中，通过提高砂型和砂芯的退让性，可以减小机械应力。 机械（收缩）应力是暂时的，铸件经落砂后可自行消除。但它可与热应力共同起作用，增大某些部位的应力，促进铸件

12、的裂纹倾向。,2铸件的变形和防止铸件变形的一般规律：厚的部位呈内凹，薄的部分呈外凸。防止铸件变形的方法：1）铸件壁厚设计尽量均匀；2）采用合理的铸造工艺，如顺序凝固、同时凝固；3）除合理设计零件结构外，在工艺上可采用反变形法。4）不允许发生变形的铸件，要去应力退火。,3铸件的裂纹与防止当铸件的内部应力超过金属抗拉强度时，铸件便产生裂纹。,热裂纹是在固相线附近形成的裂纹。 其形状特征是，裂纹短、缝隙宽形状曲折，缝内表面呈氧化颜色。 主要在厚薄不均的连接处或拐角处。 防止热裂纹的方法：正确设计零件结构；应合理地选用型砂和芯砂的粘结剂，以改善其退让性。严格限制钢和铸铁中硫的含量。 冷裂纹是低温下形成

13、的裂纹。 裂纹的形状特征是：裂纹细小、呈连续直线，有时缝内呈轻微氧化色。 冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，应力集中处。 钢中磷含量越高，越容易产生冷裂纹。,1-4 铸件中的气孔 气孔：气体在铸件形成的孔洞。 破坏铸件完整性，引起应力集中，降低铸件强度和气密性。 根据气体的来源，可分为析出气孔、侵入气孔和反应气孔。 一、析出气孔 液态合金在冷却、凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及排除，而在铸件中形成的气孔，称为析出气孔。 析出气孔的特征多为分散小圆孔，表面光亮，直径为0.52.0mm，或者更大，分布较广，有时遍及整个铸件截面，均匀分布。 防止方法：降低浇注温度。,二、侵入气孔 是

14、由于铸型表面层聚集的气体侵入液态合金而形成的气孔。 铸型材料的水分、粘结剂、附加物。气化或燃烧形成的气体。 侵入气孔的特征是多位于铸件局部表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形。 防止方法：降低型砂、芯砂的发气量和提高铸型的排气能力。 三、反应气孔 液态合金与铸型、冷铁、芯撑或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔，称为反应气孔。 反应气孔多分布在铸件表层下1-2毫米处，呈皮下气孔。,第三节 铸造方法3-1 砂型铸造,模样+芯盒，配制型砂、芯砂，作砂型、砂芯， 装配铸型，浇注铸件。,二、造型用模样和型砂制造砂型的过程，称为造型。 造型是砂型铸造的最基本工序，它可分为手工造型和机器造型两大类。 1

15、手工造型 用于单件、小批量生产 手工造型方法，根据铸件的形状特点选择 1）整模造型 2）分模造型 3）活块造型 4）三箱造型 5）挖砂造型,机器造型是指紧砂和起模靠造型机来完成的造型方法。 机器造型使用模板。模板是铸件模样、浇注系统模样和模底板的组合体，模样形成型腔，模底板形成分型面。模板通常是单面的，上模板固定在一台造型机的工作台上，造上型，下模板固定在另一台造型机的工作台上，造下型。,2机器造型,机器造型的优点： 1、铸件尺寸精度高、表面粗糙度低。 2、生产率高。3、劳动条件好。 工艺特点： 1、机器造型只适于两箱造型。 2、用外砂芯解决铸件在垂直于分型面方向上凸台、耳子、筋条或凹槽妨碍起

16、模的问题。 3、机器造型适用于成批和大量生产，它是现代化铸造生产的基本方式。,第四节 铸造工艺图的制定铸造工艺图是指导模样、芯盒和铸型制造，生产准备以及铸件验收的基本工艺文件。,一、浇注位置与分型面的选择 1浇注位置的选择 浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。 选择浇注位置的目的是为了保证铸件质量。 浇注位置的选择原则如下： （1）重要加工面或主要工作面应处于铸型的底面或侧面。避免出现气孔、砂眼、夹杂等缺陷 （2）铸件的大平面应处于铸型的底面。大平面朝上通常容易出现夹砂缺陷。,床身导轨是主要工作面，又是重要加工面， 不允许有明显铸造缺陷。 合理位置：铸型的底面。,圆周表面是主要工作面，又

17、是重要加工面。 平浇上侧圆周表面的质量难以保证。 合理位置： 立浇所有的圆周表面处于侧立，质量一致。,型腔上表面在液体金属烘烤下，易拱起或开裂。 液体进入表层裂缝，形成夹砂。 合理位置： 大平面朝下放置。,2分型面的选择选择分型面的目的是为了简化造型工艺,分型面是上型和下型的接触面。 分型面的选择原则如下： （1）尽量将铸件全部或大部放在同一半铸型内，因为分型面损害了铸件精度。 （2）尽量使分型面呈平面。 （3）尽量减少分型面的数目。 选择浇注位置和分型面的原则，对于某个具体铸件来说，往往难以全面顾及，有时甚至相互矛盾。因此，需要提出几种方案，抓住主要矛盾，进行分析比较。 对质量要求高的铸件应

18、优先满足浇注位置的要求， 对质量要求不高或外形复杂，生产批量又不大的铸件，应优先考虑分型面。,a 管子堵头 b A、铸件分别在铸型两侧，如错箱，机加困难。 B、铸件同在铸型一侧， 可以保证尺寸精度。,支座 A、分型面阶梯面挖砂造型； B、平面两箱造型。,I、3个分型面四箱造型； II、2个分型面三箱造型； III、1个分型面两箱造型。,二、工艺参数的选择,1加工余量 加工余量是指铸件上供机械加工时切除的金属层厚度。 过大浪费材料、工时； 过小不能保证尺寸精度。 可以参照设计手册图表确定。 2起模斜度 起模斜度是垂直于分型面的加工表面上的附加斜度。 起模斜度是为易于起模而设置的，绝非零件结构所需

19、要。 经过机加，起模斜度、机加余量都被切除。 起模斜度的大小取决于造型方法、模样材料、垂直壁的高度等因素，通常为153。 机器造型比手工造型斜度小，金属模比木模斜度小，垂直壁越高斜度越小。 起模斜度结构斜度,3铸孔 大孔应铸出，可以节约原材料和工时；避免热节。 小孔不铸出，机械加工更为经济。 最小铸孔 最小铸孔孔径指的是毛坯孔径。 当孔径小于最小铸孔孔径时，这个孔就不铸出来，而机械加工出来。 灰铸铁件的最小铸孔推荐如下：单件、小批生产3050mm，成批生产1530mm，大量生产1215mm。 4收缩率 铸件在凝固和冷却过程中，它的各部分尺寸一般都要缩小，铸件尺寸缩小的百分率就是收缩率，制造模样

20、或芯盒时要按确定的收缩率，将模样或芯盒放大一些，以保证冷却后的铸件尺寸符合要求。 收缩率的大小，随合金种类、铸件结构而不同，通常，灰铸铁为0.71.0，铸钢为1.52.0，有色合金为1.01.5。,（2）芯头 砂芯是由形成铸件轮廓的主体芯和芯头组成的。芯头是为砂芯在铸型中定位、安放、排气和从铸件中清除砂芯而采取的工艺措施。,芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。 垂直芯头一般有上芯头、下芯头，芯头必须有一定的斜度。以便于合箱。 水平芯头，为了便于合箱，铸型上芯座的端部也应留出一定的斜度。,三、零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，然后确定：1、加工余量；2、起模

21、斜度；3、砂芯部位，4、孔、槽处理；要画出砂芯的位置、形状和芯头。衬套零件图，HT200，批量生产。,1、水平放置： 优点： 造型简单， 下芯方便； 缺点： 上下铸造质量不一致，易错箱；,2、垂直放置： 优点： 质量一致， 造型比较简单。,? 浇注位置 ? 分型面,1机加余量 2起模斜度 3砂芯 4孔槽处理,1如图4-1所示的零件采用砂型铸造生产毛坯。与图中所示的、分型方案相适应的造型方法分别为（ C ）、（ D ）、（ B ）、（ B ）。其中较合理的分型方案是（ ）。 A整模造型；B分模造型；C活块造型；D挖砂造型； E三箱造型。,2如图4-2所示的具有大平面铸件的几种分型面和浇注位置方案

22、中，合理的是（ A ）。,4-2 应用题 1绳轮（图4-3），材料为HT200，批量生产。绘制零件的铸造工艺图。,2衬套（图4-4），材料为HT200，批量生产。绘制零件的铸造工艺图，并在用双点划线绘制的零件轮廓图上定性画出模型图和铸件图。,熔模铸造 蜡模向金属母模中注射石蜡制造蜡模。蜡模材料通常由石蜡和硬脂酸制 成，熔点为5457。 制造蜡模组，将单个蜡模焊在一个直浇口模棒上，制成蜡模组。 制造铸型按浸挂涂料（水玻璃+石英粉）喷石英砂硬化（氯化铵 水溶液）这个顺序重复46次，直到结成510mm厚的硬壳为止。,脱模：蜡模组浸泡在热水槽中，蜡模组熔化，得到型壳，即没有分型面的铸 型。蜡模组用熔化

23、法脱出，所以得名为熔模铸造。 造型：将型壳焙烧，焙烧温度为850950。去除型壳中的水分、残余蜡料和 杂质，提高型壳强度。 浇注：为了提高液态金属的充型能力，在焙烧后趁热（600700）进行浇注。 落砂和清理：凝固冷却后破碎型壳，取出铸件，去掉浇口，清理铸件上残留 的耐火材料。,二、熔模铸造的特点和应用范围,1、铸型没有分型面，不需要砂芯，型腔表面极为光洁。 2、熔模铸件的表面质量好于砂型铸件，尺寸精度达IT1114，表面粗糙度达Ra25Ra3.2，加工余量仅为0.20.7mm。 3、为保证尺寸精度，防止蜡模变形，熔模铸件一般不超过25kg。 4、熔模铸造适于铸造各种合金，尤其在铸造高熔点合金

24、和难切削加工合金时，可充分发挥其优越性。 5、熔模铸造时，液态金属充填热的铸型，因此，熔模铸造可以铸造薄壁、形状复杂的铸件，最小壁厚为0.7mm。 6、熔模铸造适于成批、大量生产，也可用于单件生产。但以前者为主。它主要用于制造汽轮机、燃气轮机、涡轮发动机叶片和叶轮，切削刀具成型铣刀和大直径钻头以及汽车、拖拉机上的一些小零件等。,6-2 金属型铸造一、金属铸型,在重力作用下填充金属铸型。 金属型和金属芯用铸铁或钢制 成。金属型可反复多次使用 （几百次到几千次），所以金 属型铸造又叫永久型铸造。 根据分型面在空间位置的不 同，金属型可分为整体式、垂 直分型式、水平分型式 和复合分型式等几种。 垂直

25、分型便于设浇口 和取出铸件，易于 机械化生产，应用 最广泛。,二、金属型铸造的工艺过程 1 一定要预热 目的：减小液体与金属型的温度差，延长金属型和金属芯的使用寿命。 2 喷刷绝热涂料 喷刷涂料的作用，是减弱液态金属对金属型和金属芯表面的热冲击和调节铸件的冷却速度。 目的：延长金属型和金属芯的使用寿命。 3 合型、浇注 浇注温度比砂型铸造高2035 4 开型、清理。铸件在铸型内的停留时间不宜过长，否则铸件出型和抽芯困难，生产工时增加。,二、金属型铸造的特点和应用范围 金属型与砂型相比，尺寸精度高、表面粗糙度低、 金属型铸件的表面质量和机械性能好于砂型铸件。 金属型铸造实现了“一型多铸”，便于实

26、现机械化和自动化生产，从而大大提高了生产率。 金属铸造的应用，因金属型制造费用高、使用寿命有限而受到限制。 这种铸造方法主要用于非铁合金。 适用于中、小型铸件的成批、大量生产。 不适于大型、薄壁铸件，生产有困难。,6-3 压力铸造 液态金属在压力作用下（5150MPa）充填金属铸型，并在压力作用下凝固形成铸件的方法，称为压力铸造。 一、压力铸造的工艺过程 压铸型动型、定型和金属芯 1、预热与喷涂料 减轻液体热冲击，提高压铸型寿命。 2、闭合压铸型（金属铸型）和注入金属（定量勺浇注） 3、压铸 冲头（活塞）推动液体进入型腔。压力越高，表面质量越好。 4、取出铸件、清理检验,热压室压铸机,二、压力

27、铸造的特点与应用范围压铸件的表面质量高于其他各种铸造方法生产的铸件。可以铸造形状复杂的薄壁件或镶嵌件，可直接铸出小孔、螺纹等。提高了压铸件的强度、硬度，如抗拉强度比砂型铸件高2530。压力铸造的生产率比其它铸造方法都高，最高可达500次小时。液态金属充型速度极高，约为0.550ms，型腔内的气体来不及排出，致使铸件内常有气孔，因此，压铸件不进行热处理。压铸型制造费用很高，使用寿命有限而受到限制。适于在成批、大量生产中制造低熔点非铁合金的小型铸件。,6-4 离心铸造液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力的作用下充填铸型和凝固，这种形成铸件的方法称为离心铸造。,一、离心铸造的种类 离心铸造使用

28、的铸型有砂型和金属型，其中以金属型应用最为广泛。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，通常有绕垂直轴旋转的离心铸造和绕水平轴旋转的离心铸造。 铸件内腔不用型芯形成，适于生产管类铸件。,离心铸造 Centrifugal Casting,定义：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。,铸件的各部分冷却速度相同，壁厚均匀。主要用来生产长度大于直径的套、管类铸件。,卧式离心铸造机,(1)Processes,金属液的自由表面在离心力作用下呈抛物面，主要生产高度小于直径的盘、环类铸件。,二、离心铸造的特点和应用范围,定量浇注，决定铸件壁厚。 适合于成批大量生产各类铸造合金环类、管类制件

29、或双金属铸件。 典型铸件：铁管、套筒、缸套、无缝钢管等,二、离心铸造的特点和应用范围,在离心力的作用下，液态金属的凝固从外向内进行，顺序凝固，因而铸件致密，不易产生缩孔、缩松、气孔、夹杂等缺陷，力学性能好。 铸件的外表面质量高于内表面。液态金属中的气体、熔渣因比重轻均聚集在内表面。铸件内表面若需机械加工，必须增大加工余量。,第2节 常用合金铸件的生产2-1 铸铁件的生产,铸铁是碳的含量大于2.11、并含有较多Si、Mn、P、S杂质元素的铁碳合金。 根据碳的存在形式，铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。 白口铸铁中的碳基本以Fe3C形式存在，断口呈银白色，这种铸铁硬而脆，难以进行切削加工，只能

30、用来制造非强烈冲击情况下的抗磨铸件，工业很少使用。 麻口铸铁中的碳基本以Fe3C+G（石墨）形式存在，断口呈银白色中有暗灰点，这种铸铁性能与白口铸铁基本相同。 灰口铸铁中的碳主要以石墨形式存在，这种铸铁的断口呈暗灰色，用来生产结构件。 根据石墨形态，灰口铸铁可分为普通灰口铸铁、球墨铸铁，可锻铸铁和蠕墨铸铁等。,一、灰口铸铁,1灰口铸铁的组织与性能 灰口铸铁的组织：由金属基体和片状石墨组成。 灰口铸铁分类： 1、铁素体灰口铸铁（强度低）； 2、珠光体-铁素体灰口铸铁 （强度中低）； 3、珠光体灰口铸铁（强度高）。 灰口铸铁的特点： 灰口铸铁的抗拉强度低，塑性差。 灰口铸铁抗拉强度200MPa，铸

31、造碳钢400MPa 。 抗压强度与钢接近，适合做承压件。 原因： 1、片状石墨的强度极低，严重割裂了金属基体，减少了基体有效截面积。 2、片状石墨的尖角造成应力集中，极大地降低了铸铁的强度。,灰口铸铁若干优良性能： 1、灰口铸铁具有优良的加工工艺性能，铸造性能好。流动性好，收缩率小。成分一般在共晶点附近，可以铸造复杂、薄壁的铸件。 2、灰口铸铁切削加工性能好，但不能锻造和冲压。石墨割裂基体连续性，切屑容易断，有利于散热；并且石墨对刀具有一定润滑作用。 3、灰口铸铁耐磨性好，摩擦面上的石墨脱落后构成了大量的显微凹坑，能起储存润滑油作用，同时石墨本身也是一种良好的润滑剂。 4、灰口铸铁的减振性好；

32、片状石墨对机械振动起缓冲作用，有效地阻止了振动能量传播，常用作承受振动的机架或底座。 5、良好的缺口敏感性，石墨在基体中形成了大量小缺口（微裂纹），因而减少了对外来缺口（孔、槽）的敏感性，对力学性能影响很小。,2影响灰口铸铁组织和性能的因素 灰口铸铁的性能取决于组织。要控制灰口铸铁的组织和性能，就必须控制石墨化程度。 石墨化是指铸铁形成石墨的过程。 影响石墨化的主要因素：化学成分和冷却速度。 （1）化学成份 C、Si为石墨化元素。碳是形成石墨的元素，硅是强烈促进石墨化的元素，碳硅含量越高，析出石墨越多，越粗大，并且使基体中铁素体增多，珠光体减少。 通常将含硅量折算成相当作用的含碳量，折算后的碳

33、总量称为碳当量，即CeWc+1/3Wsi。 调整铸铁碳当量，是控制石墨化、组织及性能的基本措施之一。,S、Mn是反石墨化元素。硫不仅阻碍石墨化，并使铸铁具有热脆性。锰也是阻碍石墨化的元素，但它可与硫形成MnS，削弱硫的有害作用。此外锰还可提高渗碳体的稳定性，有助于形成珠光体。 磷是对石墨化影响不显著的元素。过多磷可增加灰口铸铁的冷脆性。 （2）冷却速度 影响铸铁冷却速度的主要因素是铸型材料和铸件壁厚。 不同铸型材料散热能力不一致。冷却速度快，易产生白口组织；冷却速度慢，易产生灰口组织。 在同样的铸型条件下，铸件壁厚不同，获得的铸铁组织也不同。 在生产中，铸件结构已定，因此不能通过改变铸件壁厚来

34、调整铸铁组织，而是根据铸件的壁厚选择适当的铁水化学成分。,砂型铸造时，铸件壁厚、化学成分对铸铁组织的影响1、白口铁（P+FeC）；2、麻口铁（P+Fe3C+G）；3、珠光体灰口铁（P+G）；4、珠光体+铁素体灰口铁（P+F+G）；5、铁素体灰口铁（ F+G） 目标：生产强度高的珠光体灰口铸铁 不出现白口、麻口铁前提下， 化学成分：尽量降低C、Si含量； 冷却速度：尽量提高冷却速度。,应用题 1用碳的质量分数（含碳量）为3.0，硅的质量分数（含硅量）为2.0的铁水浇注如图3-1所示的阶梯形铸件。试问在五个不同厚度截面上各应得到何种组织？铁水成分不变，欲在壁厚40mm的截面上获得珠光体灰口铸铁，需

35、采取什么措施（在图中表明应采取的措施）?,3孕育铸铁 孕育处理：向铁水中加入孕育剂（通常为含硅量75的硅铁颗粒）。 生产孕育铸铁件的条件： 原铁水成分C、Si含量较低。 这种成分铁水若不经孕育处理 直接浇注，铸件就会出现白口 组织。 孕育处理的作用：增加石墨晶核， 细化片状石墨，且均匀分布在 基体上。促进获得珠光体基体，防止产生白口组织。 孕育铸铁的优点： 1、冷却速度对其组织和性能的影响甚小，因此，铸件厚大截面的力学性能较为均匀。 2、孕育铸铁强度、硬度明显高于普通灰口铸铁，适用于静载荷要求较高强度、高耐磨性或高气密性铸件。 3、特别适用于重要的厚大铸件。,4灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号以力

36、学性能来表示。,HTl00、铁素体灰铁 HT150、铁素体-珠光体灰铁 HT200、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT250、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT300、珠光体灰铁、孕育铸铁 HT350、珠光体灰铁、孕育铸铁 其中，“HT”代表灰口铸铁，后面的数字表示最低抗拉强度值。如HT200，表示以30mm试棒测出的抗拉强度值b200MPa。,表2-3 不同壁厚灰口铸铁件力学性能参考值及用法举例,2一批铸件，经生产厂家检验，力学性能符合图纸提出的HT200的要求。用户验收时，在同一铸件上壁厚为18、26、34mm处分别取样检测。测得18mm处b194MPa；26mm处b171MPa；34mm处b167MPa

37、。据此，用户认为该铸件不合格，理由是： 1）铸件力学性能不符合HT200要求； 2）铸件整体强度不均匀。 试判断用户的意见是否正确。为什么铸件上18mm处的抗拉强度比26、34mm处高？铸铁牌号是否为HT200？ 3用不同成分铁水分别浇注20mm、30mm、40mm三组试棒，测得它们的抗拉强度均为200Mpa，试分析各组试棒的牌号和定性确定C、Si的含量高低，将结果填入表作21。,二、球墨铸铁,铁水加入球化剂和孕育剂得到的球状石墨的铸铁。 1、球墨铸铁的组织、性能 组织：金属基体上分布着球状石墨。 球墨铸铁种类分为珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。 珠光体球墨铸铁强度、硬度高，耐磨性好； 铁素体

38、球墨铸铁塑性好，韧性好。,2球墨铸铁的生产,1、球化处理：向铁水中加入稀土镁合金（球化剂）。 球化剂的作用是使石墨呈球状析出。其中镁是具有很强球化能力的元素，但球化处理易造成铁水飞溅，影响人身安全。 我国应用最广的球化剂是稀土镁合金，有强烈的脱硫去气能力，可以细化组织，改善铸造性能和铁水飞溅现象。 2、孕育处理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。 孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨。常用的孕育剂为硅的质量分数75硅铁。 球化铸铁的优点： 球状石墨显著降低石墨割裂基体和应力集中的作用。 力学性能大大超过灰口铸铁，塑性、韧性大大提高，同时保留了灰口铸铁的优点。 可以替代可锻铸铁

39、、铸钢件和部分锻件。,2、球墨铸铁的牌号,QT400-17铁素体球墨铸铁。“QT”表示“球铁”，第一组数字400为最低抗拉强度400MPa，第二组数字17为最低延长率17%。QT600-02 珠光体球墨铸铁球墨铸铁的铸造性能比钢好，但低于灰铁。 铸件易于产生缩孔、缩松，常需采用冒口和冷铁。为了防止铸型型腔胀大，采用干型或水玻璃砂型，提高铸型强度。铸件易于产生反应气孔，需要限制型砂含水量、铁水含硫量。 多数球墨铸铁件要进行热处理。 球墨铸铁常用的热处理有退火和正火。 退火的目的是获得铁素体基体，以提高其塑性和韧性，QT400-17，QT420-10等牌号球铁一般都需退火。 正火的目的是获得珠光体

40、基体，以提高其强度和硬度。QT600-02以上等牌号球铁一般都需正火。,三、可锻铸铁,白口铸铁高温石墨化退火获得。 （渗碳体分解形成石墨）。 1、组织性能 组织： 金属基体上分布着团絮状石墨。 性能 与灰口铸铁相比，可锻铸铁强度高，塑性好，性能略低于球铁。但它并不能锻造。 球墨铸铁出现前，力学性能最高。 黑心可锻铸铁：铁素体+团絮状石墨； 珠光体可锻铸铁：珠光体+团絮状石墨。,2、可锻铸铁的生产,1）、首先生产出白口铸铁件，（条件：低C、Si含量，冷却速度要快） 2）、进行高温石墨化退火处理，使组织中的渗碳体转变为石墨，呈团絮状石墨析出。 可锻铸铁的铸造性能低于球铁，由于石墨化退火周期长，耗费

41、能源，目前已基本被球铁取代。 可锻铸铁的牌号： KTH300-06，牌号中的符号“KTH”表示黑心可锻铸铁； KTZ700-02，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁。字母后面两组数字的含意与球墨铸铁相同。,四、蠕墨铸铁 铁水中加入蠕化剂和孕育剂。 铸铁内部石墨组织呈蠕虫状， 介于片状和球状之间， 呈短片状，端部钝圆。 性能介于灰口铸铁和球墨铸铁之间。 RuT420，数字表示最低抗拉强度。 抗拉强度、塑性优于灰口铸铁，低于球墨铸铁。 机加性能、减振性和铸造性能接近灰口铸铁。 适于制造形状复杂、断面尺寸差别大或工作温度高的铸件。,2-2 铸钢件的生产,一、铸钢的类别和性能 按照化学成分，铸钢分为碳素铸钢

42、和合金铸钢两大类。其中，碳素铸钢应用最广，约占铸钢总产量80以上。 铸钢的性能：强度高，塑性好。 因此，铸钢件常在重载荷或冲击载荷工况下服役。 铸钢的牌号：ZG 200-400， 牌号中的“ZG”表示“铸钢”，第一组数字200表示最低的屈服强度为200MPa，第二组数字400表示最低的抗拉强度为400MPa。,二、铸钢的铸造生产工艺特点,1、钢的浇注温度高（1500）、采用电炉熔炼。 2、铸造性能差，收缩大、流动性差、易氧化。 3、铸钢件用的型砂透气性、耐火性、强度和退让性都要好。为此，原砂要采用颗粒大而均匀的人造石英砂。 4、为防止粘砂，铸型表面还要涂以石英粉等涂料。 5、铸钢件都要安置相当数量的冒口，采用顺序凝固，防止产生缩孔。 6、铸钢件晶粒粗大、组织不均，存在内应力。通常需要通过正火、退火热处理改善铸钢的组织和机械性能，一般选用正火处理。,第五节 零件的铸造结构工艺性,零件的铸造结构工艺性，是指所设计的零件在保证使用性能的前提下，获得合格铸件的难易程度。 5-1 零件壁厚的设计 一、零件的壁厚 最小壁厚 零件非加工表面的最小壁厚，是指液态合金在一定条件下能够