常用合金铸件生产.ppt

机械制造基础,机电学院机械工程系赵友亮制作,常用合金液态成形生产,1-5常用液态成形合金及其生产,第一章 液态成形,1-5-1铸铁件生产,1-5-2铸钢件生产,1-5-3 铸造有色合金,1-5-1铸铁件生产,铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。,3.麻口铸铁：组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰 口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻 点，故而得名。,根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：,1.白口铸铁：碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。,2.灰口铸铁:碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。,4蠕墨铸铁：其石墨呈蠕虫状。如图d所示。,a,b,c,d,根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：,1普通灰口铸铁：简称灰口铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。,2可锻铸铁：其石墨呈团絮状。如图b所示。,3球墨铸铁：其石墨呈球状。如图c所示。,1、化学成分,碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。,硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。,所以：当铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。,铸铁中的碳可以以化合态渗碳体和游离态石墨两种形式存在。,碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。,1）碳和硅,一、影响铸铁组织和性能的因素,3）锰,硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。,使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。,锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。,MnS一般控制在0.61.2%之间,4）磷,磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。,限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.20.3%以下。,2）硫,硫是强烈阻碍石墨化元素。,在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。,由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。,1）铸型材料,2）铸件壁厚,铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。,2冷却速度,铸铁壁厚（mm）,（wC+wSi）%,白口铸铁,麻口铸铁,灰口铸铁,白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸铁：,珠光体灰口铸铁,珠光体+铁素体灰口铸铁,铁素体灰口铸铁,P+Fe3C+Le,P+Fe3C+G+Le,珠光体灰口铸铁：,铁素体灰口铸铁：,珠光体+铁素体灰口铸铁：,P+G片,P+F+G片,F+G片,（一）灰口铸铁的化学成分、组织和性能,1 灰口铸铁的化学成分与组织,灰口铸铁的化学成分一般为：2.63.6%C，1.23.0%Si，0.41.2Mn，S0.15%，P0.3%。,1)铁素体灰口铸铁（F+G片）：,这种铸铁抗拉强度和硬度低，易加工，铸造性能好。常用来制造性能要求不高的铸件和一些薄壁件。,2)铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G片）：,此种铸铁强度亦较低，但可满足一般机件要求，且其铸造性能、切削加工性能和减振性较好，因此应用较广。,二、灰口铸铁,3)珠光体灰口铸铁（P+G片）：,这种铸铁强度和硬度较高，主要用来制造较为重要的机件。,2 灰口铸铁的性能,2）良好的减振性 3）良好的耐磨性 4）低的缺口敏感性,1）力学性能：b=120-250Mpa，仅为钢件的20-30%，0,（二）灰口铸铁的孕育处理,灰口铸铁的组织和性能，很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态。,差,孕育处理 熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、低硅的高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。,孕育铸铁：P细+G细片,b=250-400Mpa，HB=170-270，0,冷却速度对其组织和性能的影响很小。,常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。,孕育铸铁适用于静载荷下，要求较高强度、硬度、耐磨性或气密性的铸件，特别是厚大截面铸件。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。,必须指出：孕育铸铁原铁水的碳2.7-3.3%、硅1-2%含量不能太高；原铁水出炉温度不应低于1400；经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。,（三）灰口铸铁的工艺性能,3 锻造性和焊接性差。,1 良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。,2 良好的切削加工性能。,2 灰口铸铁的牌号选用,灰口铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度b（Mpa）。,1 灰口铸铁件的生产特点,1）灰口铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；,2）具有良好的铸造性能。,3）灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。,（四）灰口铸铁生产特点及牌号选用,（一）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用,1 可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用,具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。,其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。,1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团）：,2）珠光体（P+G团）：,三、可锻铸铁,2 可锻铸铁的牌号,可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度b（Mpa），第二组数字表示其最低伸长率。,KTH30006,KTZ45006,（二）可锻铸铁的生产特点,1.铸出白口坯料,1）碳、硅含量要低。通常为2.42.8%C，0.41.4%Si。,2）冷却速度要快。,2.石墨化退火,920-980,720,650,P+G团,F+G团,石墨化退火的总周期一般为4070小时,高温阶段的石墨化退火时间需10-20小时,1球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途,1）珠光体球墨铸铁（P+F少+G球）,其性能特点是：,a）强度高。特别是屈服强度高，屈、强比（0.2/b0.70.8）高于45号钢（0.2/b0.6)。,b）疲劳强度较高,c）硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高,因此，珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。,b=600800 MPa;=2%,四、球墨铸铁,我国主要用于代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。,2）铁素体球墨铸铁（F+P少+G球）,其性能特点：,b=450500 MPa;=17%,球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QT”和两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。,2球墨铸铁的生产,1）控制原铁水化学成分,2）较高的铁水温度,3）球化处理和孕育处理,出炉温度应高于1400。,a）应严格控制 S0.07%、P0.1%。,b）适当提高含碳量（3.64.0%C），以改善铸造性能。,稀土镁合金,球化剂加入量一般为铁水重量的1.0-1.6%。,球化剂的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。,a）球化处理,常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.4-1.0%。,b）孕育处理,孕育剂的作用：促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。,球化处理工艺有冲入法和型内球化法。,4）铸造性能,流动性较灰铸铁较差，有糊状凝固特征,每析出1%石墨，体积增加20%，易产生缩松、缩孔、皮下气孔、夹渣等缺陷。一般球铁应多用冒口、冷铁、采用顺序凝固原则。在铸型刚度很好的的条件下，也可采用同时凝固。砂型紧实度，透气性应比灰铸铁高，砂型水分不能过高。,5）球墨铸铁的热处理,五、蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的性能特点：,（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨 铸铁相近。,（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。,（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。,（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。,退火铁素体+球状石墨 QT400-18,正火索氏体+球状石墨 QT600-3,调质回火索氏体+球状石墨 QT800-2等温淬火下贝氏体+球状石墨 QT900-2,蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等。,（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削 加工性能近于球墨铸铁。,（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。,一、铸钢的分类、性能、牌号及应用,1 碳素钢,2 合金钢,1）低碳钢,2）中碳钢,3）高碳钢,C0.25%,C=0.250.6%,C0.60%,1）低合金钢,2）高合金钢,Me5%,Me5%,Mn13,铸造性能差、应用较少。,铸造性能较好、应用广泛。,铸造性能差、应用较少。,1-5-2铸钢件生产,是利用石墨电极与金属间高温电弧热熔化炉料。,电弧炉炼钢,二、铸钢件的生产,钢的熔炼,钢液质量高，熔炼速度快，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金。其它材料有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。,是利用交流电感应的作用，使金属炉料熔化。适于中小型精密铸钢件生产。,感应电炉炼钢,感应电炉是利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料（及钢液）产生感应电流，而发出热量，使炉料熔化的。,感应电炉的优点是加热速度快，热量散失小；缺点是炉渣温度较低，不能发挥炉渣在冶炼过程中的作用。,铸造工艺 因熔点较高，故浇注温度高，流动性差，钢水易氧化、吸气、收缩率大铸造性能差。工艺设计上常采用以下措施：,（1）铸件结构设计要合理 壁厚一般不小于8mm。壁厚力求均匀，尽量减少热节，壁的连接要平滑或做出圆角。,（2）合理设计冒口、冷铁 铸钢收缩大，在热节处设置的冒口数量多，体积大。在冒口难以补缩的部位安放冷铁。大多采用顺序凝固。对薄壁或易产生裂纹的铸钢件，一般同时凝固原则。,1.直浇道；2.顶冒口；3.冒口型芯；4.冷铁；5.横浇道；6.冒口,铸钢齿轮,（3）保证砂型性能,防止粘砂应采用耐火度高的石英砂，并在铸型表面涂刷耐火涂料；为保证铸型强度，改善充型条件，一般采用水玻璃砂型或烘干型。,为细化晶粒，消除铸造应力，提高机械性能，铸后进行热处理。含碳量0.35%，或结构复杂铸件退火 含碳量0.35%，或结构复杂铸件正火 铸钢不宜淬火，因淬火极易开裂。,3.铸钢件的热处理,一、铸造铜合金,1铸造黄铜,2铸造青铜,(Cu-Zn),铸造黄铜有相当高的力学性能，如b=250450Mpa，=730%，HBS=60120。因其含铜量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。,青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金。,1-5-3 铸造有色合金,铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。,二、铸造铝合金,1 铝硅合金（Al-Si）,铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。,3 铝镁合金（Al-Mg）,4 铝锌合金（Al-Zn）,铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。,铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。,2 铝铜合金（Al-Cu）,