1-4常用合金铸件生产

第四节常用合金铸件生产习题a)b)为同一泵体，请问哪种结构合理？a)b)铸件壁也不宜过厚，因为铸件的承载能力并不随壁厚的增加而成比例增加。过厚的截面将会导致晶粒粗大甚至产生缩孔、缩松等缺陷，反而恶化其性能。每种铸造合金都存在一个临界壁厚，铸件的临界壁厚大致按其最小壁厚的三倍来计算。因此，为了增加铸件的承载能力和刚度，不能单纯地增加壁厚，而应改选高强度的材料或选择合理的截面形状（如槽形、箱形、工字形等）以及增设加强肋等方法，如图a)不合理结构b)合理结构采用加强肋减小铸件壁厚一、铸铁件的生产铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元合金。铸铁中碳的存在形式渗碳体——化合状态石墨——游离状态铸铁分类白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁灰铸铁（片状石墨）可锻铸铁（团絮状石墨）球墨铸铁（球状石墨）（一）铸铁的石墨化1、石墨化过程石墨化——铸铁中析出石墨的过程。石墨化形式：缓慢冷却时，L(A)石墨加热时，Fe3C石墨因此石墨是稳定相，Fe3C是亚稳定相。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。2、影响石墨化的因素影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度。（1）化学成分碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，硅促进石墨析出。（C:2.7~3.6%,Si:1.1~2.5%）如何提高铸件的强度？碳和硅含量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬度低。过低时，则易形成白口组织。锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，提高铸铁强度和硬度。且Mn+SMnS。(Mn:0.4~1.2%)硫和磷是有害元素。（S≤0.1~0.15%,P≤0.2）碳当量：CE=C+(Si+P)/3%CE=4.28%，共晶成分；CE＜4.28%，亚共晶成分；CE＞4.28%，过共晶成分。（2）冷却速度同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形成白口组织（二）灰铸铁1、灰铸铁的组织和性能特点铁素体灰铸铁铁素体+珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁钢基体+片状石墨灰铸铁的性能（1）机械性能较差强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近（2）其它性能耐磨性好、减震性好、缺口敏感性小、铸造性能和切削加工性能良好。灰铸铁的显微组织2、灰铸铁的牌号与用途HT200——表示灰铸铁，σb≥200N/mm2（壁厚增加，强度降低）性能指标抗拉强度σb(N/mm2)延伸率δ(%)冲击韧性αk(J/cm2)硬度(HBS)铸造碳钢灰铸铁400~650100~35010~250~0.520~600~5160~230148~298灰铸铁与碳钢机械性能的比较牌号基体组织用途HT100铁素体低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。HT150铁素体+珠光体受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。HT200珠光体受较大负荷的重要零件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。3、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：HT250、HT300、H350T孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度；浇注前向铁水中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化组织，促进石墨化。孕育铸铁的特点：强度较高，冷却速度对其组织和性能的影响甚小。因此，适用静载荷下要求较高强和耐磨性的铸件，特别适合生产厚大铸件如重型机床、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。（三）球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂，获得具有球状石墨的铸铁。1、球墨铸铁的组织和性能铁素体球铁铁素体+珠光体球铁珠光体球铁球墨铸铁的机械性能比灰铸铁高得多，同时仍保持良好的铸造性能、减磨性、减震性、切削加工性能，此外其焊接性和热处理性能都优于灰铸铁。球墨铸铁的显微组织性能指标抗拉强度σb(N/mm2)屈服强度σb(N/mm2)延伸率δ(%)硬度(HBS)45号锻钢（正火）珠光体球铁（正火）690815410640263＜229229~32145号锻钢和珠光体球墨铸铁的机械性能比较2、球墨铸铁的牌号与用途QT500-7——表示球墨铸铁，σb≥500N/mm2,δ≥7%牌号基体组织用途QT450-10铁素体农机具零件、中低压阀门、输气管道。QT600-3铁素体+珠光体负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮。QT700-2珠光体QT800-2珠光体高强度齿轮。3、球墨铸铁的生产特点:（1）严格控制化学成分（2）较高的出铁温度（3）球化处理（4）孕育处理（5）热处理C、Si较高，Mn、P、S较低1400-1420℃获得球状石墨促进石墨化，细化均匀组织退火——铁素体+球状石墨QT400-18,正火——索氏体+球状石墨QT600-3,调质——回火索氏体+球状石墨QT800-2等温淬火——下贝氏体+球状石墨QT900-2球化处理方法4、球墨铸铁铸造工艺特点（1）流动性比灰铸铁差（2）收缩较灰铸铁大球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则不用冒口或用小冒口。（四）铸铁的熔炼冲天炉的熔炼过程冲天炉的燃料为焦碳；金属炉料有：铸造生铁锭、回炉料、废钢、铁合金；熔剂为石灰石和氟石。在冲天炉熔炼过程中，高炉炉气不断上升，炉料不断下降：底焦燃烧；金属炉料被预热、熔化和过热；冶金反应使铁水发生变化。二、铸钢件的生产铸钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。1、铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂：（1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。（2）工艺上大都采用定向凝固原则（3）必须严格掌握浇注温度2、铸钢的热处理为了细化晶粒，改善组织，消除铸造内应力，提高性能，铸钢件必须进行退火和正火处理。3、铸钢的熔炼钢液质量高，熔炼速度快，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金。其它材料有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。电弧炉炼钢感应电炉炼钢感应电炉是利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料（及钢液）产生感应电流，而发出热量，使炉料熔化的。感应电炉的优点是加热速度快，热量散失小；缺点是炉渣温度较低，不能发挥炉渣在冶炼过程中的作用。感应电炉炼钢生产三、非铁合金铸件的生产1、铸造铜合金黄铜是铜锌合金，铸造黄铜的熔点低、结晶温度范围窄，流动性好，铸造性能较好。铸造黄铜常用于轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。锡青铜的力学性能低于黄铜，且其结晶温度范围宽、容易产生显微缩松缺陷；但线收缩率较低，不易产生缩孔，其耐磨、耐蚀性优于黄铜，故适于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。2、铸造铝合金铸造铝合金分为：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。其中铝硅合金的铸造性能好，又有足够的强度，所以应用最广。主要用于形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的零件，如内燃机汽缸体、化油器、仪表外壳等。3、铜铝合金铸件的生产电阻坩埚炉焦碳坩埚炉思考题1、从Fe-FeC相图分析，什么样的合金成分具有较好的流动性？为什么？2、铸造应力是如何形成的？如何防止铸造应力、变形和裂纹？3、定向凝固和同时凝固原则各适用于哪种？4、为作好铸件外形设计应考虑哪些方面？应如何正确设计外形？5、铸件壁的设计应考虑哪些要求？6、合金收缩由哪三个阶段组成？各会产生哪些铸造缺陷？