第六章 金属液态成型(二-各类合金)

§6.2常用液态成型合金及其熔铸一.常用铸铁件及其熔铸工艺铸铁是机械制造中应用最广泛的金属材料。一般机器中，铸铁件的质量占机器总质量的50%以上；在铸造生产中，铸铁件占铸造总产量的80%以上。1.铸铁的特点及分类铁–碳合金中碳的存在形式渗碳体石墨钢白口生(铸)铁灰口铸铁麻口铸铁普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁（1）铸铁的分类：依碳的存在形态不同分类碳在铸铁中存在的形态示意图（2）铸铁的石墨化什么是铸铁的石墨化？铸铁中析出石墨的过程，称为铸铁的石墨化。当铸铁中碳、硅含量较低，在冷却速度较快的条件下，合金结晶时，析出渗碳体，此时，获得白口铸铁；当铸铁中碳、硅含量较高，在冷却速度较慢的条件下，合金结晶时，析出石墨，此时，获得灰口铸铁；影响铸铁石墨化的因素1)化学成分碳和硅:碳和硅是强石墨化元素。锰:是有益元素,微弱阻止石墨化,可消除硫的有害作用。磷:是有害元素,可促进石墨化。硫:是有害元素,强烈阻止石墨化。Ⅰ-白口铸铁区Ⅱa-麻口铸铁区Ⅱ-珠光体灰口铸铁区Ⅱb-珠光体、铁素体灰口铸铁区Ⅲ-铁素体灰口铸铁区碳和硅对石墨化的影响见右图：（铸件壁厚50mm）2）冷却速度化学成分相同的铸铁，若冷却速度不同，其组织性能也不相同。冷却速度较慢，有利于石墨的形成。2.灰口铸铁灰口铸铁的组织特征:金属基体+石墨（1）普通灰口铸铁组织：金属基体+片状石墨相当于在钢的机体上嵌入了大量石墨片，将金属机体割裂开了许多口子。性能特点：1)机械性能较差：灰口铸铁组织=钢的组织+大量石墨2)耐磨性好（灰口铸铁的耐磨性比碳钢好）：石墨本身的摩擦系数小;脱落石墨处的凹坑,可以储存润滑油。3)减震性好：石墨在金属基体中能很好的阻止振动的传播。4)缺口敏感性小；5)铸造性能和切削加工性能好；6)其他工艺性差：焊接性差;热处理性能差;不能锻造和冲压。灰口铸铁的牌号HT100Φ30mm试棒的最低抗拉强度值(MPa)灰口铸铁典型牌号：HT100;HT150;HT200;灰口铸铁的孕育处理：（孕育铸铁–高强度灰口铸铁）铁水不经过任何处理,石墨呈粗大的片状,强度低。浇注前向铁水内加入少量促进石墨化元素(称为孕育剂,75%Si–Fe)，即：进行孕育处理。孕育处理后，强度和硬度明显提高,耐磨性好,壁厚敏感性小,同一截面上机械性能的齐一性较好。典型牌号:HT250;HT300;HT350;（2）球墨铸铁向灰铸铁的铁水中加入一定量的球化剂（一般为稀土镁合金）进行球化处理，并加入孕育剂以促进石墨化，即可获得球墨铸铁。组织：金属基体+球状石墨球墨铸铁中的石墨呈球状析出，对金属机体的割裂作用小得多，对机体强度的利用率达70%～90%，因此，力学性能接近于钢。球化处理:往铁水中加入球化剂,球化剂是稀土镁合金。球化处理方法：性能特点:抗拉强度和屈强度很高;疲劳强度较高;硬度和耐磨性比其他铸铁都高。热处理特点：退火:可使铸态组织中的Fe3C分解,以获得高塑性的铁素体基体组织。（相当于35＃）正火:使具有F+P+Fe3C的铸态基体组织,为高强度的珠光体基体组织。（相当于45＃）珠光体球墨铸铁和45号锻纲的机械性能比较表性能45号锻钢(正火)P球铁(正火)抗拉强度σb(Mpa)690815屈服强度σ0.2(Mpa)410640屈强比σ0.2/σb0.590.785延伸率δ(%)263疲劳强度(带缺口试样)σ-1(Mpa)150155硬度HBS229229～321球墨铸铁的牌号QT400–18延伸率δ18%抗拉强度σb400Mpa球墨铸铁（3）可锻铸铁（韧性铸铁）白口铸铁通过石墨化退火处理，改变其金相组织而获得的具有较高韧性的铸铁。组织：金属基体+团絮状石墨团絮状石墨对金属机体的割裂作用比片状石墨小，比球状石墨大，因此，其抗拉强度、塑性和韧性都比较高，但综合力学性能比球墨铸铁差。性能特点：强度好、硬度高,耐磨性有一定的韧性。牌号：铸出白口坯件在950℃保温30时在730℃保温20小时珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁工艺特点：KT300–06延伸率δ6%抗拉强度σb300Mpa可锻铸铁（3）蠕墨铸铁向灰铸铁的铁水中加入适量蠕化剂（一般为稀土硅铁或稀土硅钙合金）进行蠕化处理，并加入少量孕育剂以促进石墨化，即可获得蠕墨铸铁。组织：金属基体+蠕虫状石墨蠕虫状石墨形状介于对片状、球状之间，因此，其力学性能介于相同金属机体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，。性能特点:机械性能比灰口铸铁高；壁厚敏感性比灰口铸铁小。减震性球墨铸铁高。铸造性能和切削性能等工艺性能均良好。突出优点是导热性和耐热疲劳性好。牌号RuT260抗拉强度σb260Mpa蠕墨铸铁3.铸铁的熔炼熔炼铸铁的主要设备有冲天炉、电弧炉、工频炉等，应用最广泛的设备是冲天炉。冲天炉由炉底、炉体（炉缸、炉身）、烟囱、送料机构及前炉等组成。冲天炉的炉料有金属料：新生铁、回炉铁、废钢、铁合金燃料：焦炭、煤粉、无烟煤块、重油、煤气熔剂：石灰石（CaCO3）、萤石（CaF2）冲天炉内熔化过程二.铸钢件1.铸钢的种类和牌号分类:铸钢碳素铸钢合金铸钢低合金铸钢高合金铸钢除铁之外，其他元素的含量均小于1%合金含量小于5%合金含量大于10%ZG200–400最小抗拉强度σb为400MPa屈服点最小值σs为200Mpa铸钢牌号:碳素铸钢的牌号：合金铸钢的牌号：ZG10Cr18Ni9含Ni量9%铸钢含C量0.1%含Cr量18%2.铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能熔点高，钢液易氧化;流动性差;收缩量大;易产生铸造缺陷;生产铸钢件的工艺措施提高对型砂性能的要求；合理使用耐火涂料；合理运用铸造工艺；铸钢件的热处理由于铸钢件存在许多铸造缺陷,机械性能差,特别是塑性低。此外还存在较大的铸造应力。常用的热处理工艺有:退火和正火。铸钢件不宜淬火，易开裂。铸钢齿轮的铸型工艺铸钢的熔炼电弧炉炼钢铸钢的熔炼感应电炉炼钢三.有色合金铸件的生产1.铸造铜合金（1）分类、性能及应用分类铸铜黄铜青铜锡青铜（铜锡合金）铝青铜（铜铝合金）铅青铜（铜铅合金）（铜锌合金）铜合金的性能与应用黄铜：结晶温度范围小，流动性好，铸造性能好，力学性能好，常用来制造轴承、轴套、齿轮等零件。青铜：结晶温度范围较大，易产生缩松等缺陷，但耐磨，常用来做导轨、蜗轮等零件，但不适合做密封性要求较高的零件。（2）铜合金的铸造工艺铜的熔点低，密度大，流动性好，砂型铸造时，一般采用细砂造型。铜合金熔炼中的最大问题是：液态时易氧化，形成氧化亚铜（Cu2O）,溶于铜液内，使其力学性能下降。由于各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，所以铸造工艺特点也不同。硅黄铜合金铸造工艺特点黄铜的结晶温度范围较窄，易产生缩孔，常采用定向凝固的措施，多设置冒口。硅黄铜铜体铸造工艺锡青铜合金铸造工艺特点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,氧化倾向不大,常采用顺序凝固工艺。锡青铜中型铜套的雨淋浇注系统铝青铜的铸造工艺特点铝青铜的结晶温度范围很小，呈逐层凝固特征，流动性较好，易形成集中缩孔，但极易氧化，必须采用顺序凝固工艺。铝青铜蜗轮铸造工艺1.铸造铝合金（1）分类、性能及应用分类铸铝铝硅合金铝铜合金铝镁合金铸造性能好，力学性能和切削加工性能良好，应用广泛。铸造性能较差，但高温力学性能较好，常做活塞等零件。强度最高，密度最小，耐腐蚀性好，但工艺复杂，用做航空航天零件。（2）铝合金的铸造工艺铝合金也容易氧化，生成Al2O3，其熔点大大高于铝液（铝：680°C～780°C；Al2O3：2050°C左右），常以固态悬浮在铝液中，形成夹渣缺陷。可以加入KCl、NaCl等作为溶剂，将铝液与空气隔开。几种铝合金熔炼设备