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华中农业大学工学院·金属工艺学金属工艺学·华中农业大学工学院金属工艺学多媒体课件华中农业大学《金属工艺学》课程组华中农业大学工学院·金属工艺学（1）铸铁件的生产（80%铸件）铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨根据碳在铁碳合金中的存在形式，铸铁可以分为：白口铸铁：莱氏体+二次渗碳体＋珠光体灰口铸铁：基体+石墨麻口铸铁:莱氏体+二次渗碳体＋珠光体+石墨主要内容：（1）铸铁件的生产（2）铸钢件的生产（3）铜、铝等有色金属件的生产2.2铸造工艺设计2.2.1常用合金铸件的生产重点内容：特点石墨化生产工艺灰口铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：灰铸铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球状（1）铸铁件的生产2.2.1常用合金铸件的生产灰口铸铁：可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。华中农业大学工学院·金属工艺学铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。铸铁的优点良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能高的耐磨性良好的吸振缓冲性能低的缺口敏感性能（1）铸铁件的生产：灰铸铁灰铸铁的性能石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。华中农业大学工学院·金属工艺学铸铁的石墨化：碳以石墨的形式析出的过程。通常视石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。灰铸铁的基体通常有：*铁素体灰铸铁石墨形态对铸铁性能的影响*铁素体—珠光体灰铸铁*珠光体灰铸铁（1）铸铁件的生产：灰铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学化学成分：C是形成石墨的元素，Si是促进形成石墨的元素，通常C%、Si%越高，越容易石墨化。（1）铸铁件的生产：灰铸铁影响石墨化的因素—化学成分华中农业大学工学院·金属工艺学冷却速度：减小冷却速度可以促进石墨化，易得到粗大的石墨片和铁素体基体；增大冷却速度则阻碍石墨化，此时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体析出，得到珠光体基体。（1）铸铁件的生产：灰铸铁影响石墨化的因素—冷却速度铸铁冷速跟铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素有关。（P52.图2-15）华中农业大学工学院·金属工艺学改善基体组织改变石墨形态、数量、大小和分布灰铸铁的孕育处理：灰铸铁的孕育处理是提高和改善灰铸铁的性能途径的行之有效的方法。灰铸铁的孕育处理方法将熔炼出的铁水在浇铸前加入质量分数为0.25%~0.60%的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。常用的孕育剂是含Si量为75%的硅铁。条件：选用碳、硅量低的铁水原铁水含碳量越低，石墨越细小，铸铁的强度、硬度就越高。目的（1）铸铁件的生产：灰铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学灰铸铁的牌号基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后直接浇铸牌号：HTXXXHT:表示灰铸铁中文拼音的代号XXX:三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态：粗片状问题1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）铸件当其强度不够时，是否只能通过增大截面解决？提高灰铸铁的性能（1）铸铁件的生产：灰铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨的铸造合金。球化剂：金属镁或稀土镁孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁（1）铸铁件的生产：球墨铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学球墨铸铁件主要特点石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。球墨铸铁件生产中应注意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理。（1）铸铁件的生产：球墨铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学性能在孕育铸铁和球墨铸铁之间(2)蠕化处理和孕育处理采用冲入法把蠕化剂加入铁水中。蠕化剂为镁合金或稀土合金，改变石墨形状后，和球墨铸铁一样要进行孕育处理。主要问题：生产中难以控制：蠕化剂少了，石墨不变形，仍保持片状，由于含碳、硅量高，铸铁强度很低，铁水只能报废；蠕化剂多了，石墨又变成球状，原设计的铸型浇、冒口工艺不适合，也会导致铸件报废。蠕墨铸铁的制造过程和球墨铸铁相同。(1)铁水的化学成分蠕墨铸铁铁水的化学成分和球墨铸铁基本相似：高C、Si，低Mn、P、S。（1）铸铁件的生产：蠕墨铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁(KTH,铁素体基体)珠光体可锻铸铁(KTZ)白心可锻铸铁(KTB，很少用)种类特点：强度高σb=300-400Mpa，塑性（δ≤12%）和韧性（αk≤30J/cm2)好。石墨化退火周期长，40-70h,铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。（1）铸铁件的生产：可锻铸铁华中农业大学工学院·金属工艺学华中农业大学工学院·金属工艺学按化学成分：铸造碳钢：以铸造中碳钢用的最多；而铸造低碳钢和铸造高碳钢用的少。铸造合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金元素，如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13为铸造耐磨钢；ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。按用途分类：不锈钢耐磨钢……（2）铸钢件的生产•铸钢件的铸造工艺:铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性差，收缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂等缺陷。*要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。*应严格控制浇注温度，防止过高或过低。*铸钢件须热处理。华中农业大学工学院·金属工艺学铝、铜合金具有优良的物理、化学性能，良好的工艺性能和独特的力学性能，也是铸造生产中常用的合金材料。铸造铝合金的牌号、成分、性能和应用：牌号：ZL101～ZL111，ZL201～ZL203，ZL301～ZL302，ZL401～ZL402。①铝硅类合金②铝铜类合金③铝镁合金④铝锌合金工艺处理：熔炼设备有坩埚炉、反射炉、电弧炉和感应炉。为减缓铝合金的氧化和吸气，必须采用熔剂保护，如熔化时加入KCl、NaCl等盐类作为熔剂，将铝液覆盖，与炉气隔离进行熔炼；为了排出吸入的气体，在熔炼后期要进行去气精炼；为了改善铝硅合金的力学性能，需要进行变质处理，以细化共晶硅或过共晶硅。工艺特点：铸造铝合金熔点低，流动性好，故可铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金导热快、易氧化和吸气，对浇注系统的要求是：充填时间短、铝液流动平稳，撇渣能力强，常采用开放式浇注系统，并多开内浇口，直浇口常用蛇形或鹅颈形等特殊形状。（3）铜、铝合金铸件的生产华中农业大学工学院·金属工艺学铸造铜合金分为铸造黄铜和铸造青铜两大类①铸造青铜——铜和锌以外的元素所组成的合金统称青铜，其中CuSn合金称锡青铜，CuAl合金称铝青铜，CuPb合金称铅青铜，为区别起见，不含锡的青铜统称为无锡青铜。②铸造黄铜——铜和锌组成的合金统称为黄铜。其中CuZn二元合金称为普通黄铜，普通黄铜中再加入Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所组成的多元黄铜称特殊黄铜。铸造铜合金的铸造工艺特点①锡青铜锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽，流动性较差，易产生缩松。但氧化倾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。对壁厚较大的重要铸件(蜗轮、阀体等)必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。②铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金结晶温度范围很小，呈逐层凝固特征，故流动性较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。铸造铜合金的牌号、成分、性能和应用（3）铜、铝合金铸件的生产华中农业大学工学院·金属工艺学整模造型：由一个整体模样进行造型的方法称为整模造型。2.2铸造工艺设计2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学分模造型两箱分模造型铸型简单，操作方便，是应用最广的造型方法。2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）把模样沿最大截面处分为两半，分别在上、下砂箱内造出型腔的造型方法，分型面也是平面。华中农业大学工学院·金属工艺学挖砂造型挖砂造型时一定要挖到模样的最大截面处，将下砂型中阻碍起模的型砂全部挖掉。2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）分型为曲面且模样又不易分开制造时，可将模样整体置于一个砂箱内造型，通常为下砂箱。华中农业大学工学院·金属工艺学假箱造型利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲面分型。可免去挖砂操作，造型方便。2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学三箱造型2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学活块造形：当零件侧面有小的凸起部分时，造型后将影响模样的取出。故模样制造时可将这部分做成活块，用销钉或燕尾槽的形式镶在模样上，这种造型方法称为活块造型。活块造型如图所示。刮板造型：是利用和零件截面形状相适应的特制刮板代替模样进行造型的方法。造型时将刮板绕固定的中心轴旋转，在铸型中刮出所需的型腔。2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学机器造型机器造型的实质机器造型的特点将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化生产效率高，产品质量稳定2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学震压造型2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学2.2.2铸造工艺设计（造型方法选择）华中农业大学工学院·金属工艺学设点要计铸造工艺图的绘制工艺参数的确定分型面的选择浇注位置的确定2.2铸造工艺设计2.2.3铸造工艺设计（砂型铸造）铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制图标和标注符号、编制工艺和工艺规程等。它是进行生产、管理、铸件验收和经济核算的依据。华中农业大学工学院·金属工艺学铸造工艺图的绘制首先要考虑这个零件有几种可能的分型方案对浇注位置的选择铸型分型面选择绘制方法分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可铸造工艺图——是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。2.2.3铸造工艺设计（砂型铸造）华中农业大学工学院·金属工艺学铸造工艺图实例铸造工艺图的绘制2.2.2铸造工艺设计华中农业大学工学院·金属工艺学(1)浇铸位置的选择2.2.3铸造工艺设计（举例）【浇注位置】浇注时铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。铸件的浇注位置对铸件的质量、尺寸精度、造型工艺的难易程度都有很大的影响。１）主要工作面和重要面应朝下或置于侧壁。卷扬筒的工作面置于侧壁床身的主要工作面朝下浇注时金属液中的气体、熔渣及铸型中的砂粒会上浮，有可能使铸件的上部出现气孔、夹渣、砂眼等缺陷，而铸件下部出现缺陷的可能性小，组织较致密。华中农业大学工学院·金属工艺学(1)浇铸位置的选择2）铸件的大平面朝下或倾斜浇注。浇注时炽热的金属液对铸型的上部有强烈的热辐射，引起顶面型砂膨胀拱起甚至开裂，使大平面出现夹砂、砂眼等缺陷。大平面朝下或采用倾斜浇注的方法可避免大平面产生铸造缺陷。2.2.3铸造工艺设计（举例）华中农业大学工学院·金属工艺学(1)浇铸位置的选择3）铸件的薄壁朝下、侧立或倾斜。为防止铸件的薄壁部位产生冷隔、浇不到缺陷，应将面积较大的薄壁置于铸件的下部，或使其处于侧壁或倾斜位置。2.2.3铸造工艺设计（举例）华中农业大学工学院·金属工艺学(1)浇铸位置的选择4）铸件的厚大部分应放在顶部或在分型面的侧面，便于在厚处安放冒口进行补缩。2.2.3铸造工艺设计（举例）华中农业大学工学院·金属工艺学（2