第一节铸铁件的生产

第一节铸铁件的生产铸铁是含碳量超过2.11%的铁碳合金，铸铁件的产量占全部铸件总产量的80%左右，要得到优质的铸件，研究铸铁的的组织十分重要。研究发现铸铁中的碳主要以石墨状态存在，经过不同的热处理之后，石墨可以呈片状、絮状、球状、蠕状等不同状态，使铸铁获得不同的性能。下面我们着重分析四种常用铸铁材料：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。一、灰铸铁：组织中石墨呈片状，断口颜色为灰黑色（图片），这类铸铁应用最广泛。1.灰铸铁的性能：其显微组织由金属基体(F和P)和片状石墨组成（图片）。石墨强硬度高、塑性极低，铁素体强度不高、塑性好，但整体上灰铸铁的抗拉强度低，塑性差(接近为零)，随着含碳量增加，石墨成分愈多、愈粗大，其力学性能愈差。但灰铸铁的抗压强度较好，与钢相近，这就为其应用提供便利，用于抗压场所。灰铸铁优越特性:①优良的减震性(石墨对机械运动缓冲作用，灰铸铁是钢的5-10倍)；②较好的耐磨性到细化；②石墨化作用显著提高，而且石墨细小均匀，弥散分布，获得珠光体灰铸铁。4.灰铸铁的牌号：以其力学性能表示牌号，如HT100、HT150等，分别表示最低抗拉强度为100、150MPa的灰铸铁。HT100、HT150、HT200表示普通灰铸铁，HT250、HT300、HT350是经过孕育处理的高强度灰铸铁。生产中根据铸件的力学性能（σ）和壁厚（δ）要求，选择适当牌号的灰铸铁材料。应用举例①铸件壁厚8mm，抗拉强度要求170MPa，根据53页表2-3应选择HT150；②铸件壁厚25mm，抗拉强度要求260MPa，根据53页表2-3应选择HT350；③铸件壁厚15mm，抗拉强度要求150MPa，根据53页表2-3应选择？二、可锻铸铁：将白口铸铁经过石墨化退火后形成的一种铸铁，其中石墨呈团絮状，大大改善了材料抗拉强度和塑性，强度达300-400MPa（700），塑性（延伸率）达12%左右。组织图片分析（1）可锻铸铁分类:黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁三种。我国常用黑心可锻铸铁，其特征是塑性、韧性好，耐蚀性较高，强硬度比珠光体可锻铸铁稍低。（2）表示牌号：在KTH后面最低抗拉强度和最低伸长率，如KTH330-08、KTH370-12等。（3）特殊用途：制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁件，这类零件用铸钢生产很困难，用球墨铸铁生产质量不过关。但生产可锻铸铁过程复杂、退火周期较长，所以铸件的成本较高。零件图片三、球墨铸铁球墨铸铁是向铁液中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁，性能更加优良（强度高、塑性好）。1.球墨铸铁的组织性能：球墨铸铁中的石墨呈球状，对于力学性能的发挥较理想，其性能远远高于灰铸铁，与钢材料接近。如抗拉强度为500-700MPa，伸长率在10%左右，并可通过退火、正火、调质等热处理方式进一步改善组织性能。球墨铸铁的组织照片表示牌号：QT400-18、QT700-2、QT900-2等，数字表示其最低抗拉强度和最小延伸率。2.球墨铸铁的生产技术：①铁液要求，含碳3.6-4.0%、含硅2.4-2.8%（较高），但硫、磷含量要求严格，要较低；②同时球化处理和孕育处理，球化剂是稀土镁铁硅合金，其中含Re和Mg在10%以下，硅和铁占80%以上，加入量为铁液重量的1.3-1.8%；孕育剂为含硅75%的硅铁合金，加入量为铁液重量的0.4-1.0%(略高于灰铸铁的孕育处理)；孕育剂的作用：使组织中的碳石墨化；球化剂的作用：使石墨化后碳球化（球状）。③铸型工艺：球墨铸铁比灰铸铁容易产生缩缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此在铸造工艺上要采取安置冒口、冷铁、挡渣板等浇注措施来提高球墨铸铁件的质量；④热处理：热处理的目的是消除缺陷（微观上的组织缺陷，空位、组织不均匀、残余应力等），提高铸件的力学性能，常用退火和正火处理，退火得到的是铁素体基体，而正火得到的是珠光体基体；说明：要根据材料的性能要求选择正确的热处理方法，如制取牌号QT900-2球墨铸铁要经过退火、等温淬火等工艺才能获得。四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁中石墨呈短片状，类似蠕虫，所以取名为蠕墨铸铁（组织照片分析）。1.蠕墨铸铁的制备：原铁液与球墨铸铁相似(含碳、硅较高，含硫磷较低)，先向铁液中加入蠕化剂（稀土硅铁合金、稀土硅钙合金等），加入量为铁液总重量的1.0-2.0%，蠕化处理后再进行孕育处理，最后得到蠕墨铸铁；2.蠕墨铸铁的性能和应用：蠕墨铸铁组织中的石墨形状介于片状和球状之间（蠕虫状），所以其力学性能也介于灰铸铁和球墨铸铁之间，也就是强度和塑性高于灰铸铁而低于球墨铸铁，如蠕墨铸铁的σ在260-420MPa,δ在0.75-3.0%；其耐磨性、气密性优于灰铸铁，导热性、耐热性高于球墨铸铁，其铸件适应于在较大温差变化的环境中工作而不蠕变（组织变软现象）。3.表示牌号：用RuT+最低抗拉强度表示，如RuT260、RuT300、RuT340、RuT380等。蠕墨铸铁的起步较晚，牌号少（仅5个)，发展空间很大，生产规律还不成熟，须要进一步研究。第二节铸钢件生产铸钢的含碳量低于2.11%，分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类；铸钢的力学性能优良，强度高、焊接性能好，尤其是塑性较好，达20%左右。1.铸钢的牌号：ZG+屈服点强度-抗拉强度表示，通过牌号可以清楚的知道材料的强度，如ZG270-500.2.改善铸铁性能的途径：加入适量合金元素，当合金元素总量小于5%时，称为低合金钢，如ZG40Mn；为了提高铸钢的耐磨、耐蚀及耐热等特殊性能，加入的合金元素种类和数量较多，当合金元素总量超过10%时，称为高合金钢；如ZG1Cr18Ni9为镍铬不锈钢，常用来制造耐酸、耐热等化工设备。1.纯Cu的性质①又叫紫铜（紫红色得名），属于重有色金属，密度8.9×103kg/m3，熔点1083℃；②fcc晶格→塑性好，强度低，可进行冷热压力加工（各种紫铜管）；③具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性能，工程材料需对Cu进行合金化，加入一些适宜的合金元素(Zn、Ni、Al等)，这些元素能提高铜的性能，获得强韧结合的铜合金。2.铜合金分类：根据化学成分的特点，铜合金分为黄铜、白铜和青铜三大类。黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金；白铜是以镍为主要合金元素的铜合金；青铜是指除Zn和Ni以外为主加元素的合金（如Be青铜，性能最好，σ在1200-1500MPa，但冶炼工序繁琐，较昂贵注意安全保护，避免组织损伤、矽肺病等发生）。铜合金冶炼时需要加入脱氧剂。①H68黄铜：单相α黄铜，强度较高，塑性特别好，适合冷热加工成形，有“弹壳黄铜”之称。②H62黄铜：为两相（α+β）黄铜，又称双相黄铜。低温下塑性较差，宜于在500℃以上加工。③H80黄铜：单相α黄铜，色泽美观，具有优良的加工塑性，强度不及H68、H62高，多用于镀层及装饰材料。3.纯铝的性质:①质量轻，比强度高(2.7x103kg/m3)、是除Mg、Be、Li以外，是工程金属中最轻的，飞机的主要框架是用铝制成的。②导电、导热性能好，电导率为Cu的60%，如果按单位质量计算，Al的导电率则超过了Cu，一般远距离传输用Al代替Cu。③耐腐蚀性能好，因为Al的化学性质活泼，易与氧作用，在表面生成致密的Al2O3保护层；④Al为fcc结构，无同素异构转变，塑性很好，适合冷热加工成型。4.铝合金：加入Cu、Mg、Si、Zn、Mn、Cr、Ni、Fe等合金元素后，配制成形式多样的铝合金(型材图片)。5.铝合金的细化与精炼：细化剂有Al-Ti-B、Al-Ti-B等中间合金（细化晶粒），精炼剂是氯化锌和六氯乙烷的混合物，主要作用是除气，减少针孔率。~完~