常用合金铸件生产第3部分.ppt

《常用合金铸件生产第3部分.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用合金铸件生产第3部分.ppt（96页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1.4 常用合金铸件生产,1.4.1 铸铁件生产,1.4.2 铸钢件生产,1.4.3 非铁合金铸件生产,铸铁是Wc2.11%的铁碳合金。实用的铸铁是FeCSi 为主的多元合金。铸铁具有许多优良性能，且制造简单，成本低廉，是最常用的金属材料之一。,1.4.1 铸铁件生产,1.铸铁的石墨化及影响因素 2.常用的铸铁,铸铁分类,碳部分以石墨的形式存在，部分以Fe3C的形式存在，断口呈黑白相间的麻点。,铸铁的分类,根据碳在铸铁中存在形式分,白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸铁：,碳主要以Fe3C的形式存在，断口呈银白色；,碳全部或大部分以石墨(G)的形式存在，断口呈暗灰色；,在这三类铸铁中，灰口铸铁用的最

2、多。,灰口铸铁的分类,灰口铸铁根据组织中石墨形态的不同可分为四类，如表所示,表灰口铸铁的分类,1.铸铁的石墨化及影响因素,铸铁的石墨化是指铸铁中碳以石墨形式析出的过程。,（1）铸铁的石墨化,图铁碳合金双重相图,石墨化过程的两个阶段,共析温度以上的石墨化过程称为第一阶段石墨化；第一阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么铁。第一阶段石墨化过程无法进行，得到白口铸铁；第一阶段石墨化部分进行，得到麻口铸铁；第一阶段石墨化过程能够充分进行，得到灰口铸铁。共析及共析温度以下的石墨化过程称为第二阶段石墨化。第二阶段石墨化过程进行的程度决定得到什么基体的铸铁，如表 1 所示。,表 1 铸铁组织与石墨化进行程度之

3、间的关系,（2）影响石墨化的主要因素,化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的两个主要因素，如图所示。,图碳硅含量和铸件壁厚对铸件组织的影响,2.常用的铸铁,（4）可锻铸铁（5）特殊性能铸铁,（1）灰铸铁 1）组织特征 2）性能特点 3)牌号及用途 4)铸造性能 5)孕育处理 6)热处理,（2）球墨铸铁,（3）蠕墨铸铁,1）组织特征2）性能特点3)牌号及用途4）蠕墨铸铁生产5)铸造性能,白口铸铁自学,（1）灰铸铁,1）组织特征 灰铸铁的组织由钢的基体+片状石墨所组成，按基体不同，灰铸铁分为三种类型，如图所示。,a）铁素体基体 b)铁素体+珠光体基体 c)珠光体基体,图1.4.3 灰铸铁的显微组织,

4、铸造性能好。,2）性能特点,3)牌号及用途,按GB9439-88规定，我国灰铸铁分为六个牌号。“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音字头，后面三位数字表示最低抗拉强度值。美国材料与试验协会标准(ASTM)中铸铁表示方法见表。,抗拉强度低，塑性差；,抗压、弯曲强度较高；,减震性好；,减磨性好；,缺口敏感性低；,切削加工性好；,不能锻造；,焊接性差；,表1.4.3A 铸铁的表示方法(ASTM),注:Psi：表示每平方英寸磅力，1000PSi6.9MPa。,表灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例,注：括号内材料牌号为ASTM 标准,表2.5.4 灰铸铁的牌号、性能、组织及应用举例,灰铸铁的碳当量接近共晶成

5、分，结晶温度区间小、熔点低，故流动性好，可浇注形状复杂的薄壁铸件；灰铸铁收缩小、有自身补缩能力，可不用或少用冒口；灰铸铁熔点低（与铸钢比），对型砂耐火度要求低，适合于湿型铸造。由于灰铸铁铸造性能好，不需炉前处理，不用冒口和冷铁，铸后一般不需热处理，仅复杂件铸后时效处理，以消除内应力和防止变形，所以应用十分广泛（由上述 得来的结果）。,4)铸造性能,普通灰铸铁的壁厚越厚，心部的强度、硬度低。如壁厚为3050mm的铸件，要求b为200MPa时，应选HT250。,图1.4.4 铸铁件截面上的硬度分布,但是，普通灰铸铁石墨呈粗大的片状，力学性能差，而且，薄壁易产生白口，厚壁晶粒粗大。,影响铸态组织的因

6、素：原始炉料、冷却速度、孕育处理。,5)孕育处理,目前应用最多的孕育剂是含硅75%的硅铁。孕育处理常用的方法在出铁槽内加孕育剂。孕育衰退-近年发展了瞬时孕育（后孕育）-如浇口杯、型内孕育。,孕育铸铁石墨仍为片状，塑形、韧性仍很低，本质仍属灰口铸铁。另外，含碳、硅量低，浇注温度高，收缩大，有时要冒口补缩，铸造性能比普通灰口铸铁差，工艺较复杂。,粗大的片状石墨是普通灰口铸铁力学性能差的原因之一，因此，可以通过工艺手段使石墨片变得细小、均匀。晶粒粗大时间太长；晶核太少。,（1）限制石墨晶核过早生成-尽量降低原铁水含碳量，同时适当降低硅含量；此时易生成渗碳体，得到珠光体基体。但易形成白口或麻口，（2）

7、因此在浇注前的铁水中加硅铁或硅钙合金，产生大量的人工晶核，促进石墨形核和结晶。,6)热处理,常用的热处理方法如下：去应力退火-人工时效（也有自然时效）加热500600，保温、缓冷，消除铸件中残余应力，防止铸件变形或开裂，保证铸件加工精度；软化退火（消除表面硬化层）加热850950，保温、缓冷，使Fe3C分解成铁和石墨，改善铸件的切削加工性；表面淬火 提高表面硬度和耐磨性，如机床导轨面采用接触电阻加热表面淬火，使用寿命可提高1.5倍。,(2)球墨铸铁,球墨铸铁是通过球化处理和孕育处理使石墨呈现球状，并配合适当的热处理改善基体组织，从而使铸铁的性能产生了质的飞跃，尽管球墨铸铁的历史（1947年英国

8、人偶然发现了铸铁中的球状石墨，1949年成功利用Mg进行球化）很短，却在国内外得到迅速发展，在一些工业发达国家，其产量已超过铸钢，仅次于灰铸铁。我国1950年开始生产球墨铸铁，20世纪60年代又结合国内丰富的稀土资源开发了稀土镁球墨铸铁，使我国球墨铸铁生产处于世界前列。,球墨铸铁,本节主要讲述以下几个问题：,1）组织特征2）性能特点3）牌号及用途,4）球墨铸铁的生产5）铸造性能6）热处理,1）组织特征,球墨铸铁的显微组织是由球状石墨和钢的基体所组成，显微组织如图所示。在铸态下，金属基体通常是铁素体-珠光体的混合组织，铁素体位于石墨球周围呈现“牛眼状”，如图）。通过热处理还可以得到铁素体基体、珠

9、光体基体或下贝氏体基体的球铁。目前，人们已经通过各种工艺手段在铸态下直接获得铁素体或珠光体基体，使球墨铸铁的生产周期缩短，成本降低。,a）F球铁250 x,b)F+P球铁250 x,c)P球铁200 x,d)B下球铁500 x,图球墨铸铁的显微组织,2）性能特点,由于球状石墨对基体的割裂作用小，从而使基体强度的利用率从灰铸铁的30%50%提高到70%90%，其力学性能远远超过灰铸铁，抗拉强度可与钢媲美，塑性、韧性明显提高，尤其是屈强比（0.2/b）高，更增加了使用的可靠性。球墨铸铁仍具有良好的铸造性能、减震性、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性等性能。,3）牌号及用途,球墨铸铁的牌号、力学性

10、能和用途见表，其中“QT”表示“球铁”二字的汉语拼音字头，后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和最小伸长率数值。(ASTM标准中的表示方法见表)。,表 球墨铸铁的牌号、力学性能和用途,注：括号内材料牌号为ASTM A53684标准,铁素体球墨铸铁 塑性、韧性较高，强度较低，因而可代替可锻铸铁制造承受振动和冲击的零件，如汽车、拖拉机底盘、后桥壳等。铁素体珠光体球墨铸铁 强度和韧性配合较好，多用于生产汽车、农机、冶金设备的零部件。珠光体球墨铸铁 强度和硬度较高，耐磨性较好，具有一定的韧性，其屈强比高于45锻钢，表是两者性能的比较，珠光体球墨铸铁可代替非合金钢制造承受交变载荷及耐磨损的零件，典型件是内

11、燃机曲轴、连杆、齿轮，并广泛用于制造车床主轴等机床耐磨件。,表珠光体球墨铸铁和45力学性能比较,贝氏体球墨铸铁 具有强度、塑性、韧性都很高的综合力学性能。开发于20世纪70年代后期的奥贝球铁抗拉强度高达9001400MPa，明显优于珠光体球铁，并具有一定的伸长率。如适当降低抗拉强度，伸长率可高达10%以上，尤其是具有高的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，可制造承受重载荷的齿轮、大功率内燃机的曲轴、连杆、凸轮轴等。因而被看作20世纪70年代以来铸造领域的重大成就。,4）球墨铸铁的生产,（1）优质铁液（2）球化处理（3）孕育处理,优质铁液,球铁所用铁液的成分特点是：在高碳当量前提下，保证高碳、低硅的原则

12、，此外还要低锰、少磷、硫。高碳（3.6%4%）可提高铁液的流动性和球化效果；硅和锰降低铸铁韧性（固溶强化）；磷增加冷脆性；因此，低硅（2.2%2.8%）、低锰（0.4%0.6%）、低磷（0.1%）可提高球铁塑性和韧性。硫与球化剂亲和力强，生成的硫化物不仅消耗球化剂，还会产生球化衰退和皮下气孔，因此要求硫越低越好（0.06%）。,球化处理,指向铁液中加入球化剂，促使石墨成球状的过程。,孕育处理,孕育处理的目的是促进石墨化，消除白口倾向，使石墨细化、圆整，提高球铁力学性能。,（1）球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围 由于球墨铸铁共晶凝固时石墨-奥氏体两相的生长特点，使球墨铸铁的共晶团生长到一定程度后

13、，其生长速度即明显减慢(在球墨铸铁共晶转变开始时，石墨首先在铁液中形核并长大，石墨的析出使其周围的铁液贫碳，造成了有利于奥氏体析出的浓度条件，奥氏体在石墨周围析出并将石墨包围。此后碳通过奥氏体向石墨球扩散，石墨和奥氏体一起长大。此时石墨的长大受碳在奥氏体内扩散速度的限制,石墨球在长大后期被奥氏体壳包围，其长大需要通过碳原子的扩散进行，因而凝固过程进行较慢)，或基本不生长。此时共晶凝固的进行要借助于温度进一步降低来获得动力，产生新的晶核。因此，共晶转变需要在一个大的温度区间内才能完成。据测定，通常，球墨铸铁的共晶凝固温度范围是灰铸铁的一倍以上。,5)铸造性能,（2）球墨铸铁的糊状凝固特性 由于球

14、墨铸铁的共晶凝固温度范围较灰铸铁宽，从而使得铸件凝固时，在温度梯度相同的情况下，球墨铸铁的液固两相区宽度比灰铸铁大的多，这种大范围液固两相区，使球墨铸铁件表现出具有较强的糊状凝固性。此外，大的共晶凝固范围，也使得球墨铸铁的凝固时间比灰铸铁及其它合金要长。,(1)球墨铸铁的流动性比灰铸铁差：球化、孕育-铁水温度下降，-浇注温度要高，浇口尺寸要大；(2)球铁铸件收缩大：易产生缩孔、缩松冒口冷铁、顺序凝固；（3）球状石墨：会胀型提高铸型刚度；（4）易夹渣（MgS,MgO）和皮下气孔半封闭式（外浇口内浇口大中间小），滤渣网，集渣包：,图 两种铸铁件结晶示意,6)热处理（略）,钢常用的热处理方法球墨铸铁

15、也常用：,退火 目的是使渗碳体分解获得铁素体基体。主要用于QT400-18和QT450-10的生产。,正火 目的是获得珠光体基体。主要用于珠光体球墨铸铁件（QT600-3，QT700-2，QT800-2）。,调质 得到回火索氏体基体。调质为获得比正火更高的综合力学性能，用于某些要求较高或截面较大的球墨铸铁件（QT800-2），如大型船用柴油机曲轴、连杆等。等温淬火 可获得贝氏体基体，具有高强度或超高强度以及较好的塑性和韧性，主要用于QT900-2的生产。,(3)蠕墨铸铁,1）组织特征 蠕墨铸铁的组织由钢的基体和蠕虫状的石墨组成。石墨短而厚，头部较圆，形似蠕虫，如图所示。,图蠕墨铸铁的石墨形式,

16、2)性能特点 蠕墨铸铁的性能：强度、塑性、韧性优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁。壁厚敏感性比灰铸铁小得多，厚大截面上的力学性能均匀。（孕育处理）突出的优点是屈强比在铸造合金中最高（0.720.82）。导热性，铸造性，切削加工性优于球墨铸铁接近灰铸铁。耐磨性优于高磷耐磨铸铁，与磷铜钛耐磨铸铁相近。,3)牌号及应用 蠕墨铸铁的牌号和力学性能见表，其中“RuT”为“蠕铁”汉语拼音字头，后面数字为最小抗拉强度值。,表1.4.7 蠕墨铸铁的牌号、力学性能和用途,3）蠕墨铸铁生产 蠕墨铸铁的成分和球墨铸铁基本相似。蠕化处理与球化处理相似，利用蠕化剂，使石墨变成非球非片的蠕虫状。蠕化处理后，需进行孕育处理。

17、4)铸造性能 蠕墨铸铁碳当量接近共晶点，蠕化剂又使铁水得以净化，具有良好的流动性。蠕墨铸铁的收缩与蠕化率有关，蠕化率较低接近球墨铸铁，反之接近于灰铸铁。因而，要获得无缩孔、缩松的致密铸件比球墨铸铁容易，但比灰铸铁稍难些。,(4)可锻铸铁,可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火得到的一种强韧铸铁。,1）组织特征 2）性能特点 3）牌号及应用 4）可锻铸铁的生产5）缩短石墨化退火时间新工艺,组织特征,a)黑心铁素体可锻铸铁,b)珠光体可锻铸铁,图可锻铸铁的显微组织,性能特点,由于团絮状石墨对基体破坏作用大为减弱，因而可锻铸铁强度（珠光体-可高达700MPa接近球铁）、塑性、韧性（铁素体-延伸率可达12%

18、）比灰铸铁明显提高。铁素体可锻铸铁具有一定的强度和较高的塑性、韧性，常用于制造承受振动、冲击及扭转载荷的零件。珠光体可锻铸铁强度、硬度高，常用于制造一些耐磨件。,牌号及应用,可锻铸铁的牌号、性能及用途见表，其中“KTH”代表黑心可锻铸铁，“KTZ”代表珠光体可锻铸铁，符号后面两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率数值。可锻铸铁主要用来制造一些形状复杂而又受振动的薄壁小型铸件。近年来，球墨铸铁的发展，许多可锻铸铁铸件已被球墨铸铁所取代。可锻铸铁生产退火时间正在缩短，所以仍有不少工厂生产可锻铸铁，尤其是铁素体可锻铸铁.,表1.4.8 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的牌号性能及用途,可锻铸铁的生产,图可

19、锻铸铁石墨化,缩短石墨化退火时间新工艺,退火时间长成为制约可锻铸铁发展的主要问题。近年来，生产中创造不少缩短退火周期的新工艺，其中对铁液进行复合孕育处理，应用最广。复合孕育剂中一种元素是在铸件凝固时阻碍石墨化，保证得到全白口组织，而另一种元素对退火时的石墨化没有阻碍作用，从而缩短退火时间。目前，广泛采用硼-铋、铋-铝孕育、硅-铋孕育以及稀土-铋复合孕育处理等方法。例如用硼-铋孕育处理工艺生产汽车后桥壳的退火时间已经缩短到20h左右（原来可达70h），效果十分显著。,(5)特殊性能铸铁（简介）普通铸铁中加入一定量的合金元素，可赋予铸铁某些特殊性能，如优良的耐磨、耐热、耐蚀等性能。特殊性能铸铁又称

20、为合金铸铁。,1）耐热铸铁 2）耐蚀铸铁 3）耐磨铸铁,抗磨白口铸铁,加入Cr、Mo、V等促进白口化元素及增加铸件冷却速度，可以使铸件获得由珠光体、渗碳体和碳化物组成的白口组织，这种组织具有高硬度和高耐磨性。例如，Cr的质量分数大于12的高铬白口铸铁，经热处理后基体可为高强度的马氏体；再加上高硬度的铬碳化合物的存在，因而具有优异的抗磨损性能。广泛应用于制造犁铧、杂质泵叶轮、泵体、各种磨煤机、矿石破碎机、水泥球磨机、抛丸机的衬板、磨球、叶片等零件。,冷硬铸铁(激冷铸铁),冷硬铸铁是一种加入少量B、Cr、Mo等元素的低合金铸铁经表面激冷处理获得的，其表面有一定深度的白口层，而心部仍为正常铸铁组织。

21、如冶金轧辊、发动机凸轮、气摇臂及挺杆等零件，要求表面应具有高硬度和耐磨性而心部应具有一定的韧度的零件，就可以采用冷硬铸铁制造。,1.4.2铸钢件生产,1.铸钢的分类及牌号,（1）铸造非合金钢,（2）铸造低合金钢,（3）铸造合金钢,2.铸钢的铸造性能 及铸造工艺特点,3.铸钢的熔炼,铸钢比铸铁强度高，韧性好，适于制造承受重载荷的重要零件，但铸造性能差、生产成本高，其应用不如铸铁广泛。近年来，炉外精炼技术可提高钢液的纯净度和钢的强度，控制铸钢的结晶过程，改善铸态组织。合金铸钢的应用日益增多，形成铸铁和铸钢在应用方面的互为补充。,铸造非合金钢在铸钢中约占铸钢总产量的70以上。铸钢牌号中“ZG”表示铸

22、钢，后面两组数字分别表示屈服点和抗拉强度值。表为铸钢的牌号、化学成分、力学性能及用途。其中，中碳钢0.25%wc0.60%（ZG230450至ZG310570）应用最多。,1.铸钢的分类及牌号,（1）铸造非合金钢（碳素结构钢）,根据化学成分分，铸钢可分为铸造非合金钢、铸造低合金钢和合金钢。其中ASTM中铸造非合金钢和铸造低合金钢表示方法如表所示。,注:1000PSi6.9MPa,表1.4.3B 铸钢的表示方法(ASTM),表1.4.9 铸造非合金钢,（2）铸造低合金钢（简介）,目前，我国的低合金铸钢主要有锰系（ZG40Mn,ZG30MnSi）和铬系（ZG40Cr,ZG35CrMn）两大系列。牌

23、号中“ZG”后面的数字表示平均含碳量的万分数（平均wc1%时不标出，平均wc0.1%时，第一位数字为“0”），后面依次为主加元素及其质量分数。当主加元素的质量分数小于0.9%时不标。用于制造高强度齿轮、轴、水压机工作缸、水轮机转子等重要零件。,近年来，高强度低合金（HSLA）铸钢已应用于生产，出现了屈服点达到420Mpa以上的高强度铸钢和750Mpa以上的超高强度铸钢。它们同时具有高的强度和韧性。,（3）铸造合金钢（简介）,添加的合金元素含量超过铸造低合金钢范围的铸钢称为铸造合金钢。,高锰耐磨钢是典型铸造合金钢。,高锰耐磨钢是指在强烈冲击力作用下发生硬化的钢。1）成分特点：通常Wc为0.9 1

24、.5、高锰WMn11 14%。高锰钢可在室温下得到奥氏体组织，使钢具有良好的韧性。高锰耐磨钢易冷变形强化，难进行切削加工，故高锰耐磨钢多采用铸造成形。,常用耐磨钢铸件牌号.化学成分.热处理.力学性能及用途见下表。,表 常用耐磨钢铸件牌号.化学成分.热处理.力学性能及用途,2）铸态组织,a)厚壁件,b)薄壁件,ZGMn13的铸态组织100,将钢加热至1000-1110，保温，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中激冷，得到单相奥氏体组织，这种热处理工艺称为水韧处理。,3）水韧处理,4）特点及用途：高锰钢具有越撞越硬、不撞不硬的特点（观看动画）。高锰钢用于制造坦克履带、挖土机掘斗等。,高速铸钢（ZGW

25、18Cr4V）可直接铸出成形铣刀；不锈铸钢（ZGCr17，ZG1Cr18Ni9等）用于制造耐腐蚀性强的阀、泵及容器等；耐热铸钢用于高温加热炉的底板和托盘等零件。,2.铸钢的铸造性能及铸造工艺特点,铸钢的熔点高、结晶温度区间大，流动性差，收缩率高，且氧化、吸气严重；故铸钢的铸造性能差。因此在工艺设计上常采用以下措施：,（2）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；防裂筋-承担铸件收缩时的拉应力。,（3）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；如图所示。一般采用顺序凝固，但对薄壁或易产生

26、裂纹的铸件，用同时凝固原则。,铸造性能,（1）保证钢液中S、P含量符合优质钢或高级优质钢的要求。,（4）保证砂型的性能,防止粘砂应采用耐火度高的石英砂（人工制作粒度均匀纯度高），并在铸型表面涂刷耐火涂料；同时还应注意钢种，当钢液中含能形成碱性氧化物的元素较多时（如高锰钢），则必须选用碱性的镁砂或中性的锆砂，否则极易产生黏砂；较大铸钢件型砂的粒度要大点；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。芯骨应由细铝丝制作，高温下熔化，型芯退让性提高。,1.直浇道；2.顶冒口；3.冒口型芯；4.冷铁；5.横浇道；6.空气压力冒口,图铸钢齿轮,（3）铸钢的热处理,铸钢件的铸态组织中存在晶粒粗

27、大、晶内偏析、魏氏组织（铁素体片横向贯穿珠光体晶粒）和内应力。常用正火处理，但结构复杂、易裂的铸件应退火；高温扩散退火消除偏析，再正火；铸钢件一般不宜淬火（特殊性能铸件除外如高锰钢铸件的水韧处理）。,4.铸钢的熔炼简介,铸钢的熔炼广泛应用的是电弧炉、感应电炉。,是利用石墨电极与金属炉间高温电弧热熔化炉料。,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。,目前，真空感应电炉炼钢以得到实际应用。宜于高纯净度的合金钢铸件生产。,电弧炉炼钢,感应电炉炼钢,1.4.3 非铁合金铸件生产,除钢铁材料以外的其他金属统称为非铁合金（俗称有色金属）。与铁合金相比，非铁合金力学性能不如钢、铁，

28、但其具有许多优良的特性。成为现代工业不可缺少的材料。本节主要介绍在机械工业中常用的铸造非铁合金。,1.铸造铝合金,2.铸造铜合金,3.滑动轴承合金（略）,1.铸造铝合金,（1）铸造铝合金的种类、性能及应用,（2）铝合金的铸造特点,（3）铝合金的熔炼,表1.4.10 为常用铸造铝合金的代号、牌号、成分、性能和用途。,3）铝镁合金 质量轻，强度高，耐蚀性好，铸造性能差，用于受冲击载荷及腐蚀条件下工作的零件。,4）铝锌合金 强度高，但耐蚀性差，热裂倾向大，用于 制造压铸件,形状复杂的汽车发动机配件，仪表元件、飞机零件等。,2）铝铜合金 耐热性和切削加工性能好，但铸造性能和 耐蚀性差，用于制造内燃活塞

29、和气缸盖等。,1）铝硅合金 铸造性能好，但强度、塑性较低。经变质 处理可提高其力学性能。,（1）铸造铝合金的种类、性能及应用,表为常用铸造铝合金的代号、牌号、成分、性能和用途。,美国铝协会规定铸造铝及合金的命名是用四位数字(包括其中一个小数点)“xxx.x”表示。其中第一个数字表示是什么类别的合金：1.表示WAl99.00%的纯铝；2.表示合金中铜为主加元素；3.主加元素为硅及添加的铜和/或镁；4.表示硅为主加元素；5.表示镁为主加元素；6.为备用系列；7.表示锌为主加元素；8.表示锡为主加元素；9.表示其它元素为主加元素。第2,3位数字：就1xx.x而言，表示小数点后铝含量的百分率；对于2x

30、x.x到9xx.x而言，后面两位数字只表明在该合金类中不同的合金，无特别意义。最后一位数字表明产品形式：xxx.0表示铸件；xxx.1表示铸锭。,（2）铝合金的铸造特点,（3）铝合金的熔炼,铝硅合金处于共晶成分，铸造性能好，可浇铸薄壁复杂铸件。铝铜（最差）、铝镁、铝锌合金远离共晶点铸造性能差，补缩效率低，适当提高浇铸温度，合理安置冒口，可防止浇不到、缩孔、裂纹等缺陷。为防止浇注时氧化吸气，常采用开放式浇注系统，并多开内浇道，直浇道常用蛇形或鹅颈型，使浇注平稳不飞溅。,铝合金常用坩锅或感应电炉熔炼。熔炼的主要任务是提高铝液的纯净和变质效果。Al2O3密度比Al液稍大，易夹渣；气体上浮也常受Al2

31、O3薄膜阻碍形成针孔。,1）精炼处理（1）NaClKCl覆盖液面；（2）精炼：目的是通过除气、除渣净化铝液。浮游精炼 采用活性气体（主要为氯盐ZnCl2生成AlCl3沸点183），惰性气体（如氮气、氨气）或氧化性气体（如硝酸钠）为精炼剂，铝液中形成气泡，H2扩散到气泡内。气泡上浮过程中将氧化夹杂物和氢带走。熔剂精炼 用液态的氯化物和氟化物处理铝液，使氧化夹杂物和氢浮至液面进入熔渣。过滤精炼 是让铝液通过中性或活性材料制成的过滤器，分离悬浮在铝液中的固态夹杂物。浮游精炼法除气效果好，而熔剂精炼法和过滤精炼法排除夹杂物的效果更好。气体-熔剂混合物复合精炼比单独精炼效果更佳。,2）变质处理简介（细化

32、、改变组织、消除易熔杂质相）含硅大于6%的铝合金浇注厚壁铸件时易出现粗大的片状硅晶体，使其力学性能很低，b为130140Mpa，=12左右，如图1.4.12a)所示。生产中常采用在精炼后浇注前向合金液中加入变质剂（常采用2/3NaF和1/3NaCl的混合盐），使共晶点向右下方移动，原来共晶成分的合金变成亚共晶合金。同时变质剂使共晶体中的硅细化，从而获得塑性好的初晶和细小的共晶组织。经变质处理，ZL102的抗拉强度为b=180MPa、=8%，显著地改善了力学性能。显微组织如图1.4.12b)所示。,图1.4.11 铝硅二元合金相图,图1.4.12 ZL102变质处理前、后显微组织,ZL102的变

33、质处理,黄铜强度高、成本低，铸造性能好，品种多、产量大。合金元素的加入提高了其耐蚀性、耐磨性、耐热性及力学性能，特殊黄铜应用更广。常用铸造黄铜的牌号、力学性能和用途见表。,2.铸造铜合金,（1）铸造铜合金分类（Cu-Ni白铜）,黄铜是铜锌合金，黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。,1)铸造黄铜,普通黄铜是铜与锌的二元合金；特殊黄铜是在普通黄铜中再加入其他合金元素。,铸造铜合金分为铸造黄铜和青铜两大类。青铜是铜和除了锌和镍以外的元素形成的合金。,表1.4.11 常用铸造黄铜的牌号、性能及用途,2)铸造青铜,青铜原指铜锡合金，但习惯上把含锡的青铜称为锡青铜或普通青铜，不含锡的称为无锡青铜或特殊青铜。常用

34、青铜有锡青铜、铝青铜、铅青铜等。,铸造收缩率很小，但致密度低，耐磨性和耐蚀性优于黄铜，故适于制造形状复杂，致密性要求不高的耐磨、耐蚀零件.如轴承、轴套、水泵壳体等。,强度、塑性尤其是在酸、碱中的耐蚀性均高于锡青铜，流动性好，容易获得致密铸件。是应用很广的一种新型无锡青铜。缺点是耐磨性、耐热性较差，还不能完全取代锡青铜。,锡青铜,铝青铜,常用铸造青铜的牌号、成分、性能和用途见表。,表2.5.12 常用铸造青铜的牌号、成分、性能和用途,表1.4.12 常用铸造青铜的牌号、成分、性能和用途,(2)铜合金的铸造特点,铸造黄铜熔点低，流动性好，可浇注薄壁复杂件，宜用细砂造型，有利于提高铸件表面质量，但容

35、易产生缩孔，应注意安置冒口、冷铁。,(3)铜合金的熔炼,（覆盖液面）熔炼铜合金常用坩埚炉或感应电炉。熔炼的关键是脱氧、除气、除渣精炼。,1)用磷铜脱氧,铜在高温下容易被氧化生成氧化亚铜Cu2O，引起热脆，锡青铜必须彻底脱氧。常用方法是加入0.3%0.6%的磷铜（8%14%P）脱氧。,2)铜液除气,铜合金极易吸气（主要是氢），形成“氢气病”，铜液除气就是除氢。常用除氢方法有通氮、氯盐除氢、沸腾法除氢等。,3)除渣精炼,铝青铜铜液中的不溶性夹杂Al2O3熔点高，稳定性好，可用苏打、萤石等碱性溶剂精炼，造出熔点低、密度小的熔渣，消除Al2O3夹杂。,4)覆盖溶剂,木炭、碎玻璃、苏打等是常用覆盖剂，主

36、要作用是覆盖铜合金液面，防止氧化，辅助脱氧和保温。,3.滑动轴承合金（略）,制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金叫做轴承合金。,(1)合金的性能要求,足够的抗压和疲劳强度；足够的塑性和韧性；高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，并能保留润滑油；小的膨胀系数和好的导热性、能抵抗润滑油的侵蚀；具有良好的磨合能力，使载荷均匀分布；容易制造，价格低廉，便于更换轴瓦。,(2)轴承合金的组织特征,通常其组织特征为在软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点，或者在硬基体上分布一定数量和大小的软质点。,图为软基体硬质点轴承与轴的接触面示意图,(3)常用轴承合金,轴承合金按其主要化学成分可分为锡基、铅基、铝基、铜基、铁基等轴

37、承合金，应用最广是前两类。,1)锡基轴承合金（锡基巴氏合金）,该合金摩擦系数小，塑性和导热性好，膨胀系数小，耐蚀性较好，是优良的减摩材料。用于制作重要的轴承，如汽轮机、发动机等大型机械的高速轴瓦。但其疲劳强度低，工作温度低（150），价格昂贵。,图1.4.14 ZSnSb11Cu6合金显微组织（100）,典型牌号有：ZPbSb16Sn16Cu2，组织为（+）+，是Sb溶于Pb的固溶体；相是以SnPb化合物为基的含铅固溶体。软基体为（+）共晶体，硬质点为初生的相及Cu2Sb。,2)铅基轴承合金（铅基巴氏合金）,图1.4.14 ZPbSb16Sn16Cu2 合金显微组织（65）,是以铅为主并加入少

38、量Sb、Sn、Cu等元素的合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金。,图1.4.15 ZPbSb16Sn16Cu2合金显微组织（65）,该合金硬度、强度、韧性及导热性、耐蚀性均较锡基合金低，且摩擦系数较大；但价格便宜。常用于制作低速、低载荷或静载中载荷机器的轴瓦。如汽车、拖拉机的曲轴轴瓦等。,图中暗色基体（+）共晶体，白色方块状为相，白色针状晶体为Cu2Sb。,3)铜基轴承合金,铜基轴承合金有锡青铜和铅青铜。,a.锡青铜,常用的有ZCuSn10Pb1与ZCuSn5Pb5Zn5等，组织特征为硬基体+软质点。该合金具有高的强度，适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。,b.铅青铜,常用的有ZCuPb30，

39、组织特征为硬基体+软质点。该合金与巴氏合金相比，具有高的疲劳强度和承载能力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数，能在较高温度（250）下正常工作。常用于制造高速、高载荷下工作的轴瓦，如航空发动机、高速柴油机及其它大马力发动机中的轴瓦。,4)铝基轴承合金,以Al基加入Sb、Sn、Cu、Mg、C等元素的合金。是一种新型减摩材料，具有密度小、导热性好、疲劳强度高，价格低廉等优点，但膨胀系数大，运转时容易与轴咬合.常见的类型有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承等。,5）多层轴承合金,多层轴承合金是一种复合减磨材料。它综合了各种减磨材料的优点，弥补单一合金的不足，组成二层或三层减磨合金材料，以满足现代机械高速

40、、重载、大批量生产的更高要求。多层轴承合金的特点是用增加钢背和减少减磨合金的厚度来提高疲劳强度，用镀层来提高表面性能。,粉末冶金减磨材料包括铁石墨和铜石墨多孔含油轴承及金属塑性减磨材料。它已广泛用于汽车、农机、冶金矿山机械和纺织机械等行业中。该减磨材料与巴氏合金、铜基合金比较，具有减磨性能好、寿命长、成本低、效率高等优点，尤其是有自润滑性，孔隙中可贮存润滑油供其工作时长期润滑。故粉末冶金多孔含油轴承很适合作为制氧机、纺纱机等所用之轴承。,6）粉末冶金减磨材料,1.什么是相和组织，它们有什么关系，又有什么区别？2.常见的金属晶格类型有哪几种？试绘出铜、铬和锌的晶格示意图。3.实际金属晶体中存在哪

41、些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？4.晶粒大小对材料的力学性能有何影响？如何细化晶粒组织？5.金属化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同？6.试以纯铁为例说明金属的同素异晶转变？,习题与思考题,7.何为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体？它们在结构、组织形态和性能上各有何特点？8.画出铁碳合金相图，填出各相区的组织；并分析碳的质量分数分别0.6%、1.2%和4.3%的铁碳合金的结晶过程。9.平衡条件下45、T8、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同？10.相同形状的两块铁碳合金，其中一块是15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？11.根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象产生的

42、原因：（1）在1100，Wc=0.4%非合金钢能进行锻造，Wc=4.0%铸铁不能进行锻造.,（2）钳工锯削T10、T12钢比锯10、20钢费力，锯条易磨钝。（3）钢铆钉一般用低碳非合金钢制作，锉刀一般用高碳非合金钢制作。（4）钢适宜采用压力加工成形，而铸铁只能采用铸造成形。12.何谓合金的流动性？影响合金流动性的因素主要有哪些？在铸件的设计和生产中如何提高合金的流动性？13.灰铸铁与铸钢谁的铸造性能好？为什么？14.确定浇注位置和分型面位置的原则是什么？15.铸件质量对铸件结构有哪些要求？,16.机床的床身、床脚和箱体为什么都采用灰铸铁制造为宜？能否用钢板焊接制造？将两者的使用性能和经济性能作

43、简要的比较。17.HT200、KTH300-06、KTZ550-04、RuT380、QT400-15、QT700-2、QT900-2等铸铁牌号中数字分别表示什么性能？具有什么显微组织？这些性能是铸态性能，还是热处理后性能？若是热处理后性能，请指出其热处理方法。18.现有铸态下球墨铸铁曲轴一根，按技术要求，其基体应为珠光体组织，轴颈表层硬度为5055HRC。试确定其热处理方法。19.修改下列零件结构图，并在图上画出分型面。,如下图所示为轴承架，HT150。,托架，HT200。,HT150。,如下图所示为工作台，HT200。,20.为什么铸件要有结构圆角，下图铸件上哪些圆角不够合理，应如何修改？,21高锰钢为什么既耐磨又有很好的韧性？什么是高锰钢的水韧处理？他与钢的淬火目的有何不同？22ZAlSi12常用来制造什么零部件？为什么要进行变质处理？,