搜索
M4金属的常用加工方法4.1：铸造加工主要内容：4.1.1铸造材料4.1.2铸造基本原理4.1.3砂型铸造4.1.4特种铸造4.1.1铸造材料一、概述1.铸造含义：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固以获得毛坯可零件的生产方法。铸造实例砂型分模造型空心线辊造型•我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。司母戊鼎是中国商代后期（约公元前16世纪至公元前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有“司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳.下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。2.铸造的工艺特点及应用1、可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸等；2、适用范围广，工业中常用的材料都可铸造；适合各种批量的生产。机床中占70——90%,拖拉机中占50-70%3、成本低，铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低，铸件加工余量小，可降低制造成本。最基本的铸造工艺为砂型铸造铸造是毛坯生产的主要方法，在机器设备中铸件占有很大的比例。4.1.1铸造材料3.常用铸造材料分类1）铸铁2）铸钢3）铸铜4）铸铝二铸铁铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金；铸铁生产工艺简单、成本低，是使用最早、应用最广泛的材料之一。1、铸铁的分类白口铸铁：以Fe3C形式存在，无石墨，断口呈银白色；特点：硬而脆，少用，可作为冶炼钢铁的原料灰口铸铁：主要以游离石墨的形式存在，断口暗灰色；应用广泛，在我国铸铁与钢应用比例为0.46：1麻口铸铁：以Fe3C＋石墨形式存在，断口呈灰白色；脆性大，少用1)按碳的存在形式普通铸铁合金铸铁（特殊性能铸铁）2)按化学成分3)按石墨的形态(灰口铸铁分类)灰铸铁：石墨呈粗片状可锻铸铁：石墨呈团絮状球墨铸铁：石墨呈球状蠕墨铸铁：石墨蠕虫状白口灰口2、铸铁中石墨特性铸铁中C的存在形式少量固溶在F、A中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）F基体球墨铸铁FG共晶白口铸铁Ld′石墨是碳的单质之一，强度、硬度很低，塑韧性几乎为零。Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨G）这样，存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G相图Fe-Fe3C和Fe-G（石墨）双重相图3、铸铁中石墨的生成L+GL+Fe3CFe-Fe3C和Fe－G（虚线）双重相图L＋AAA＋FA＋G（虚线）A＋Fe3C（实线）F＋G（虚线）F＋Fe3C（实线）4.石墨的存在对铸铁性能的影响石墨分布于基体中空洞→有效承载面积↓↓→力学性能比碳钢↓耐磨性↑减震性↑缺口敏感性↓切削加工性↑铸造性能↑(熔点↓流动性↑收缩率↓)5、灰口铸铁的特点组织特点：钢的基体＋G（石墨）基体组织有三种：F、P和（P＋F）铁素体基体（P＋F）基体珠光体基体灰口铸铁的类型与石墨形态灰铸铁——片状G可锻铸铁——团絮状G球黑铸铁——球状G蠕黑铸铁——蠕虫状GF基体＋片状GF基体＋团絮状GF基体＋球状GF基体＋蠕虫状G6.灰口铸铁的分类和牌号表示方法种类石墨形态基体组织编号方法牌号举例灰铸铁片状FHT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH×××—××KTZ×××—××KTH300-06PKTZ450-06球墨铸铁球状FQT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT260F+PRuT300PRuT420球墨铸铁代号QT×××—××最低抗拉强度值（MPa）最低延伸率值（%）RuT×××最低抗拉强度值（MPa）蠕墨铸铁代号HT×××最低抗拉强度值（MPa）灰铸铁代号（数字含义同球铁）7、常用铸铁1）灰铸铁指石墨呈片状分布的灰口铸铁,产量约占铸铁总产量的80%以上。成分：2.5—4.0%C；1.0—2.5%Si；少量Mn、S、P等。组织：F+片状G；F+P+片状G；P+片状G；性能：抗压不抗拉；铸造和切削加工性能好；耐磨、消震性好；缺口敏感性低。用途：常利用灰铸铁的减震和抗压性能，制作机床底座、床身、工作台、导轨、箱体等。F基体+片状G(F+P)基体+片状GP基体+片状G孕育铸铁：经过孕育处理的灰铸铁，称为“孕育铸铁”性能：强度、硬度明显提高。用途：制造力学性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。灰铸铁的孕育处理孕育处理：浇注前，在铁水中加入孕育剂（硅铁或硅钙合金），增加晶核数量，提高形核率，从而获得细小且均匀分布的石墨片和珠光体组织，降低白口倾向，这个过程称为孕育处理。为改善灰铸铁的组织和力学性能，生产中，常采用孕育处理的方法。孕育处理后孕育处理前硅铁硅钙灰铸铁中，石墨为片状，对基体的割裂作用最强，强度只有碳钢的30~50%，热处理强化效果不大。灰铸铁的热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁常用的热处理工艺：①去应力退火(又称人工时效)：500~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂。②消除白口组织退火：850~900℃,铸件表面、薄壁等白口处Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑③表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。变速箱体重型机床床身(HT-250)大型船用柴油机汽缸体(HT-300)2）可锻铸铁—玛钢牌号：如KT300-6，表示b≥300，≥6％。可锻铸铁：石墨呈团絮状的灰口铸铁；由白口铸铁经长时间石墨化退火（900－960℃）获得。性能：强度为碳钢的40~70%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻。铁素体基体黑心可锻铸铁珠光体基体可锻铸铁应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的小型薄壁零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门、扳手等。3）球墨铸铁－石墨呈球状的灰口铸铁成分：3.8～4.0%C；2.0～2.8%Si；少量Mn、S、Re(稀土元素)制备：球化处理＋孕育处理同时，加入硅铁、硅钙铁等孕育剂，增加石墨球数量，减少石墨球尺寸。浇注前，在铁水中加入球化剂(镁、稀土或稀土镁)，使石墨成球状。组织：基体+球状GF基体＋球状GP基体＋球状G(P＋F)基体＋球状G性能特点：与其它铸铁比较石墨球对基体的割裂作用减小到最低程度，可充分发挥基体的性能。球墨铸铁中基体强度利用率可达70—90%，灰铸铁只有30—50%。具有良好的塑性和韧性。高的抗拉强度和弯曲疲劳强度。球墨铸铁的突出特点是屈强比高，而钢一般只有0.3~0.5。“以铁代钢”可热处理或合金化，提高性能。热处理特点：钢的热处理工艺都可用于球墨铸铁的热处理，如退火、正火、表面淬火、调质处理、等温淬火等。其热处理特点是：奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。淬透性比碳钢高奥氏体中碳含量可控热处理后基体组织：可有珠光体、回火索氏体、下贝氏体或回火马氏体。用途：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件（F+G）：制作汽车、拖拉机底盘零件；阀体、阀盖。（F+P+G）：塑韧性较好，可制作机油泵齿轮。（P+G）：强度较高，可代替中碳钢制作柴油机或内燃机的曲轴、连杆、轧辊、凸轮轴等。M回+G或B下+G：用于制作汽车、拖拉机的传动齿轮。铸铁曲轴轧辊与辊环4）蠕墨铸铁：其石墨状态介于片状和球状之间，呈短片状，端部圆而钝。1、蠕墨铸铁的特点：a、导热性高；b、抗生长性、抗氧化性都比其他铸铁好；c、断面敏感性较灰铸铁要小；d、耐磨性较高。2、蠕墨铸铁牌号用“RuT”表示。尾随三位数字表示最低抗拉强度。如RuT2603、蠕墨铸铁的铸造性能接近于灰铸铁，缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小，铸造工艺简便。4、蠕墨铸铁的力学性能、导热、耐热性能好，适于制作工作温度高或温度梯度较高的零件；同时由于其断面敏感性小，铸造性能好，可用于制造形状复杂的大型铸件。F基体＋片状GF基体＋球状GF基体＋蠕虫状G8.合金铸铁耐蚀合金铸铁：加入Si、Al、Cr、Cu、Ni等，在铸铁表面形成致密的保护膜，减少各相间的电位差；制造化工管道、阀门等。耐磨合金铸铁：加入Cr、V、Mo、Ti、Re等；制造大型球磨机衬板等。其它：激冷铸铁、高磷铸铁、高铬耐磨铸铁等。高强度合金铸铁：加入Cr、Ni、Cu、Mo等，增加基体中珠光体数量并细化组织，从而显著提高铸铁强度；制造曲轴、连杆等。耐热合金铸铁：加入Si、Al、Cr等，使铸件表面形成致密的SiO2、Al2O3、CrO3等氧化膜，制造加热炉的炉底板、烟道挡板等。合金铸铁应用三铸钢特点：强度和塑性、韧性高于铸铁，焊接性好，但铸造流动性差，易氧化，收缩率大。应用：形状复杂，难以用锻压方法成形，用铸铁又不能满足性能要求，这时可采用铸钢件。例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。热处理：铸钢件必须经过退火或正火处理，改善组织和性能，消除铸造应力，才能使用，但不宜淬火处理。牌号：ZG+数字—数字铸钢屈服强度值抗拉强度值组织：P＋F含碳量一般在0.15～0.60％C如：ZG200-400轧辊外壳重型机械齿轮铸钢主要牌号及特点ZG200－400：有良好的塑性、韧性和焊接性能。ZG230－450：有一定的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能良好，切削加工性尚可。ZG270－500：有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性能好。ZG310－570：强度和切削加工性能良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件。ZG340－640：高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大。四、铜合金一、铸造铜合金1、铜为紫铜、铜加锌为黄铜、铜加锌以外的合金（以加锡较多）为青铜。2、紫铜的导电性、导热性、耐蚀性、塑性优良，但强度、硬度低，价格高；黄铜的强度、塑性随锌含量的增加而提高，但锌含量大47％后，力学性能将显著下降。黄铜的力学性能多优于青铜，而价格要低，常用于轴瓦、齿轮、阀门等耐磨、耐蚀零件；锡青铜的线收缩率低、耐磨耐蚀好，但易产生显微松缩，常用于要求不高的耐磨、耐蚀零件，铝青铜力学性能优良，但铸造性能较差，仅用于较为重要的耐磨、耐蚀零件。3、牌号见教材P.103表4-5。青铜浇铸五、铸造铝合金1、铸造铝合金的熔点低，导电、导热性以及耐腐蚀性好，质量轻，流动性较好。2、铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。3、铝硅合金又称为硅铝明，由于其综合性能较强，是应用最广的铸造铝合金。4、铝硅合金的性能、牌号见教材P.104表4-6。铜、铝合金铸件的生产特点1、金属材料与燃料不能接触，以保证金属的纯度和减少金属的损耗；2、铜、铝合金在液态下极容易被氧化，氧化铜（Cu2O）会导致合金性能下降，而氧化铝则由于熔点太高易形成夹渣。这就需要在铸造过程中采用一定的工艺措施来解决。3、砂型要选用细砂，以保证铸件表面的光洁。除锡青铜外其它的铜、铝合金在铸造时需多加冒口使其定向凝固，以便补缩。课后作业：P97边学边议（2）P100边学边议（2）P104边学边议（2）自测题1.灰铸铁中C主要以（片状石墨）形式存在，可制造（床身、导轨）。2.可锻铸铁中G的形态为（团絮状），可制造（管接头、阀门）。3.球墨铸铁中G的形态为（球状），可制造（曲轴、连杆）。4.蠕墨铸铁中G的形态为（蠕虫状），可制造（热交换器）。5.影响石墨化的主要因素是（化学成分）和（冷却速度）。6.球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通灰口铸铁高，是因为（其球状G的应力集中效应小）。7.HT200牌号中“HT”表示（灰铸铁）,“200”表示（b≥200MPa）。自测题8.灰口铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。×9.可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。×10.可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。×11.球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。√12.灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。√