第四节砂型铸造工艺设计

第二章常用合金铸件的生产第一节铸铁件生产第二节铸钢件生产第三节铜、铝合金铸件生产第一节铸铁件生产铸铁——wc2.11%的Fe-C合金。常用成分：wc=2.4~4.0。其它元素：C，Si，Mn，S，P。分类：白口，灰口，麻口铸铁。灰口铸铁——灰铸铁、球墨、蠕墨、可锻铸铁。铸铁的熔炼与浇铸的生产过程熔炼金属造型1、白口铸铁——C极少溶于F外。其余皆以Fe3C形式存在，断口兰银白色。这类铸铁组织中都存在着共晶莱氏体，性能硬很脆，很难切削加工，很少直接用来作机械零件，主要炼钢原钢原料或可锻铸铁件毛坯。有时也利用它的硬而耐磨的特征，铸造成冷硬铸铁件。冷碛铸铁常用作一些要求耐磨的工件，如轧辊、球磨机的磨球等。2、灰口铸铁——C主要以片状的游离G存在，由于断口呈暗黑色。3、麻口铸铁――它是碳一部分以渗碳体形式存在；另一部分以石墨形式存在的铸铁，断口呈灰白色相间。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上应用很少。3.铸铁的种类、牌号、性能及用途白口铸铁（碳以渗碳体形式存在）根据铸铁中碳存在的形式分为灰口铸铁（碳以石墨形式存在）灰铸铁（片状，用“HT+性能”表示）球墨铸铁（球状，用“QT+性能”表示）根据石墨的形态灰口铸铁分为蠕墨铸铁（蠕虫状，用“RUT+性能”表示）可锻铸铁（团絮状，用“KT+性能”表示）黑心可锻铸铁（铁素体基体+团絮状石墨）可锻铸铁根据金相组织又分为珠光体可锻铸铁（珠光体基体+团絮状石墨）白心可锻铸铁（珠光体基体+团絮状石墨）分别用“KTH+性能”、“KTZ+性能”和“KTB+性能”来表示。灰口铸铁灰铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁1.灰铸铁显微组织与性能特点影响石墨化主要因素工业用途孕育处理显微组织：钢基体+片状石墨机械性能：抗拉强度比钢低得多；抗压强度与钢相当；塑性、韧性≈0。工艺性能：不能锻造、冲压；焊接性差；铸造、切削工艺性好。使用性能：减振能力为钢的5-10倍；耐磨性好，缺口敏感性小。性能取决于基体组织和石墨分布。石墨化程度决定P，F，和P+F3种基体。石墨片间距。影响因素主要是化学成分和冷却速度。在这3种灰铸铁中，石墨形态都是片状，区别仅在钢基体。随冷却速度的减慢，依次出现P+G、P+F+G和F+G。化学成分的影响C、Si促进石墨化S会阻碍石墨析出P对石墨化没影响冷却速度的影响主要取决于铸型材料的导热性和铸件壁厚。白口用途机床床身、机座等。孕育处理浇注前铁水中加入Si-Fe合金孕育剂。促进石墨化，晶粒细化，降低冷速敏感性。灰铸铁的牌号灰铸铁的牌号由HT+三位数字组成：其中HT是灰铁的汉语拼音缩写；数字代表铸铁的抗拉强度。如HT200表示最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。最小的灰铁是HT100，往上以50为间隔递增，最大为HT350。2.可锻铸铁白口铸铁经石墨化退火儿得到。组织为钢基体+团絮状石墨。可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可锻铸铁依靠石墨化退火获得。生产可锻铸铁生产分两个步骤。第一步，先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨；第二步，进行长时间的石墨化退火处理。将白口铸铁加热到900℃～960℃，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过程。随后以较快的速度（100℃/h）冷却通过共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至720℃～760℃后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在650℃～700℃出炉冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。化学成分碳=2.2%～2.8%硅=1.0%～1.8%锰=0.4%～1.2%硫＜0.18%磷＜0.2%牌号可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。KT350-10、KTZ600-3铁素体可锻铸铁以“KT”表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。性能和用途可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。这些零件用铸钢生产时，因铸造性不好，工艺上困难较大；而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、铁水处理简单、容易组织流水生产等优点。尤其对于薄壁件，若采用球墨铸铁易生成白口，需要进行高温退火，采用可锻铸铁更为适宜。3.球墨铸铁钢基体+球状石墨，石墨对钢基体的割裂作用小，力学性能大大提高。球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。球墨铸铁的牌号和应用1、牌号球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度极限和延伸率。如QT420-10、QT600-2、QT800-22、应用球墨铸铁具有较好的疲劳强度。表中给出了球墨铸铁和45钢试验的对称弯曲疲劳强度。可以用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、轴等。球墨铸铁性能及牌号：在铸铁中性能最优，切削性、铸造工艺性、热处理工艺性好。球墨铸铁的化学成分和球化处理1、球墨铸铁的成分球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：3.6%～3.9%C,2.2%～2.8%Si,0.6%～0.8%Mn,＜0.07%S,＜0.1%P。2、球化处理球墨铸铁的的球化处理必须伴随着孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用的孕育剂为75%硅铁和硅钙合金等。球化及孕育处理球化剂：稀土Mg孕育剂：促进石墨化，防白口；细化石墨,改善力学性能。F+GF+P+GP+G4.蠕墨铸铁钢基体+蠕虫状石墨组织。蠕化剂Mg-Ti合金等。蠕墨铸铁的化学成分一般成分范围如下：碳=3.5%~3.9%硅=2.1%~2.8%锰=0.4%~0.8%硫0.1%磷0.1%蠕墨铸铁是在上述成分铁液中，加入适量蠕化剂进行蠕化处理和孕育剂进行孕育处理后获得的。蠕虫状石墨的显微组织性能蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，在光学显微镜下为互不相连的短片，与灰口铸铁的片状石墨类似。所不同的是，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。牌号与应用RuT300、RuT420蠕墨铸铁牌号、性能以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器。内燃机、汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。各种铸铁的机械性能铸铁冶炼生产过程冲天炉冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。它用焦炭作燃料，焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度，在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。但冲天炉的缺点，主要是由于铁液直接与焦炭接触，故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。第二节铸钢件生产1.铸钢铸造工艺特点（1）熔点高，容易氧化；（2）流动性差；（3）收缩率大。2.铸造工艺----因为其铸造工艺性差，浇注温度高，因此对铸造工艺要求严格。一般都应设置冒口和冷铁，采用顺序凝固原则。铸钢件的热处理----铸造后都应按工艺要求进行热处理。常见的热处理为退火和回火。标注代号：ZG19Mn12Si7(zh.H)铸钢牌号正火代号回火代号工艺措施（1）提高型砂质量：强度，耐火度和透气性；（2）采用定向凝固原则，设置冒口和冷铁；（3）控制浇注温度，1500-1650C。1）电弧炉炼钢电弧产生熔炼所需热量。1-倾炉液压缸2-倾炉摇架3-炉门4-熔池5-炉盖6-电极7-电极夹紧器8-炉体9-电弧10-出钢槽2）感应电炉炼钢1-水泥石棉盖板2-坩埚3-感应线圈4-水泥石棉防护板5-耐火砖底座6-铝制边框感应炉铸钢热处理目的：细化晶粒；消除魏氏组织；消除铸造应力。铸钢力学性能比锻钢低（尤其冲击韧性）原因：（1）存在缩松，缩孔，裂纹，气孔等缺陷；晶粒粗大，存在魏氏组织。（2）铸造内应力大性能：从表中的数值可见：铸钢的综合机械性能高于铸铁，而且铸钢的可焊性好于铸铁。第三节铜、铝合金铸件生产1.铸造铜合金2.铸造铝合金1.铜及铜合金紫铜：纯铜，熔点1083°C.导热性、导电性、耐蚀性、塑性好；强度、硬度低。纯铜纯铜是玫瑰色红色的金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故称紫铜。它是工业上常用的纯铜。其密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃。在固态时具有面心立方晶格，无同素异构转变，属逆磁性材料，具有抗磁性。纯铜的突出优点是导电及导热性好，广泛地应用在电气工业方面。纯铜的主要用途就是制作电工导体。此外它还具有较高的抗蚀性。纯铜的抗拉强度较低，不宜作结构材料，铸造性能差，熔化时易吸收一氧化碳和二氧化硫等气体，形成气孔。工业纯铜按含杂质的量可分为四种：T1、T2、T3、T4。“T”是铜的汉语拼音字首，数字为编号，数字愈大则纯度愈低。在纯铜中加入合金元素制成铜合金。黄铜：Cu-Zn合金，wZn47%；其它元素Si、Mn、Al、Pb等。熔点低、结晶温度范围窄、流动性好，力学性能可以。青铜：Cu-Sn合金，线收缩率低，耐磨蚀性更好。白铜:以镍为主要添加元素的铜基合金称为白铜。主要用在精密机械、医疗器材、电工器材方面。黄铜由铜、锌组成。铜的含量占64%~67%.锌的含量占33%~36%。杂质含量小于等于0.3%。普通黄铜是铜和锌的二元合金，具有相当好的抗腐蚀性，加工性能很好。普通黄铜的牌号用“H”加数字表示。“H”是“黄”字汉语拼音字首，数字表示平均含铜量，余量为Zn。特殊黄铜为了改善黄铜的某些性能，向其中加入少量其它元素，如Al、Mn、Sn、Si、Pb等，形成固溶体，提高合金强度及改善耐腐蚀性，这种黄铜称为特殊黄铜。根据主要添加元素命名为锰黄铜、铅黄铜、锡黄铜等。特殊黄铜的牌号是在“H”之后标以主加元素的化学符号，并在其后表明铜及合金元素含量的百分数，如HPb59-1表示含Cu59%，含Pb1%余为Zn的铅黄铜。它具有良好的切削加工性，适用热冲压和切削方法制作的零件。黄铜含锌量与机械性能的关系青铜是铜和锡的二元合金，也叫锡青铜。主要特点是有良好的耐磨性，具有很高的耐蚀性能(但耐酸性差)，具有足够的抗拉强度和一定的塑性，致密程度较低。青铜的牌号以“青”字的汉语拼音字首“Q”加锡元素和数字表示。如QSn6.5-0.4表示含Sn为6.5%含其它元素(P)0.4%，余为Cu的锡青铜。特殊青铜用其它元素象Al、Pb、Mn等代替价格昂贵而稀缺的Sn，把此类青铜称为无锡青铜。如铝青铜、铅青铜、锰青铜等。加入的合金元素可以改善合金的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性以及热强性等。其牌号表示方法与锡青铜类似。锡青铜耐磨性、耐腐蚀性好，铸造性和切削性好，可用于有腐蚀介质环境的轴瓦、衬套、蜗轮、泵盖等。-----为铍与铜等的合金。强度高达1200～1500Mp，硬度可达350～400HBS，具有良好的弹性、导电性、导热性，特别是具有较高的弹性极限和疲劳极限。----以镍为主要添加元素的铜基合金称为白铜。主要用在精密机械、医疗器材、电工器材方面。---为铜与铝、镍、铁等合金系。强度、硬度较高。铸造、切削、耐磨、耐腐蚀性好，可以焊接。常用做衬套、阀体、泵体、螺母、齿轮等。铝青铜铍青铜白铜2.铝及铝合金纯铝纯铝的特点是密度小，为2.72g/cm3,导电、导热性能好,化学性质很活泼,在空气和水中有较好的耐蚀性，但不能耐酸、碱、盐的腐蚀。铝具有面心立方晶格，塑性好，强度不高。纯铝主要用来制作电线、电缆、散热器及要求不锈耐蚀而强度要求不高的日用品或配制合金。工业纯铝或多或少存在有杂质(如Fe、Si等)。铝中所含杂质数量