铸造基础知识教程

铸造基础知识教程第一篇铸铁简介第一章：绪论1.铸造在国民经济中的地位和作用铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。1.铸造在国民经济中的地位和作用•1)、特点及其重要性•1．适用范围广•从几克到480吨的各种合金铸件。铸件形状可以非常复杂•2．可制造各种合金铸件•3．铸件的尺寸精度高•4．成本低廉•铸件在一般机器生产中约占总质量的40%～80％，而成本只占机器总成本的25%～30％。•成本低廉的原因是：①容易实现机械化生产；②可大量利用废、旧金属料；③与锻件相比，其动力消耗小；④尺寸精度高，加工余量小，节约加工工时和金属2)、我国铸造技术的发展•我国的铸造技术已有6000年悠久的历史，是世界上较早掌握铸造技术的文明古国，•1978年湖北省随县出土的曾侯乙墓青铜器重达１０t。有64件的一套编钟，铸造时代是距今2400年前的战国初期。湖北省随县出土的曾侯尊盘可以看出铸工之精湛，铸于战国初期。•河北省沧州的大铁狮，高5m多，长近6m．重19．3t，是公元9世纪五代后周时铸成的．战国时期的青铜编钟之一战国初期铸的曾侯尊盘沧州的大铁狮(铸于公元953年)5m轧机机架(480T)浇注情况合金船用推进器直径11米重量100吨吉祥钟——大钟之最锡青铜铸造重ll6吨加工中心床身立车工作台135T球铁横梁14米唐津床身•3）近代工业生产中占有不可替代的地位，特别是基础工业:•（1）机械加工工业——如机床，铸件占50~90%；•（2）汽车、拖拉机工业；•（3）铁路；•（4）石油化工、矿山冶金；•（5）国防工业；•（6）其他——造船、仪表、航空航天、民政城建等。•4）铸造生产水平的标志：•（1）机械化、自动化生产；•（2）质量（包括表面质量）大大提高；•（3）生产规模扩大；•（4）产量。2.铸造生产工艺流程和控制关键1）生产工艺流程：•合同签订→行政管理→环境管理→生产计划→生产调度→原材料进厂→原材料检验→库房管理→基本建设→设备管理→设备维护→工艺设计→工装设计→模型制作→模型检验→工艺施工→工艺检验→配砂→天车运输→造型→制芯→合箱→配料→熔化→浇注→打箱→落砂→清理→退火→抛丸→打磨→精整→油漆→产品检验→产品加工→产品包装→产品运输→出入库管理→产品销售→售后服务1）生产工艺流程砂处理造型金属炉料制芯材料砂处理制芯熔炼下芯浇注落砂清理成品热处理机加工造型材料合箱2）控制关键：•（1）原材料（包括金属的、非金属的、以及辅料）；•（2）熔炼（包括配料及其控制，熔炼方法及设备）；•（3）造型（包括造型方法、铸型工艺设计以及造型材料处理）；•（4）热处理；•（5）检测。3.铸铁的特性和分类•1）特性：•（1）具有一定的力学性能；•*性能举例和检测方法介绍。σbδHBak金相组织HT100~350/150~270/P、F、G片QT400~9002-18150~30030~60P、F、B、G球RuT260~4200.5~3.0120~280/P、F、G虫KT300~7002~15120~27030~60P、F、G团（Cm）BT300~500/500~800/P、Cm、M•（2）铸造性能好，造型工艺性好——流动性、补缩性、防裂性；•（3）减震性好，缺口敏感性低；•（4）加工切削性能好；•（5）有一定的耐磨性和其他特殊性能；•（6）较好的热处理性；•（7）生产成本低、设备可简单。•2）分类：•HT、QT、RuT、KT、特种铸铁等。第二章灰铸铁•§2-1灰铸铁的特点•1.金相组织与力学性能•组织:G片+P或•G片+P+F（间或有少量Cm）•非金属夹杂物:硫化物+磷共晶•2.牌号与成分•1）灰铸铁牌号：•HT150、HT200、HT250、HT300、HT350，共5个牌号表一灰铸铁件的化学成分牌号铸件主要壁厚(mm)化学成分(%)CSiMnPSHT100所有尺寸3.2~3.82.1~2.70.5~0.8≤0.20≤0.15HT1501515~3030~50503.3~3.73.2~3.63.1~3.53.0~3.42.0~2.42.0~2.31.9~2.21.8~2.10.5~0.8≤0.20≤0.12HT2001515~3030~50503.2~3.63.1~3.53.0~3.43.0~3.21.9~2.21.8~2.11.5~1.81.4~1.70.6~0.90.7~0.90.8~1.00.8~1.0≤0.15≤0.12表一灰铸铁件的化学成分牌号铸件主要壁厚(mm)化学成分(%)CSiMnPSHT2501515~3030~50503.2~3.53.1~3.43.0~3.32.9~3.21.8~2.11.6~1.91.5~1.81.4~1.70.7~0.90.8~1.00.8~1.00.9~1.1≤0.15≤0.12HT3001515~3030~50503.1~3.43.0~3.32.9~3.22.8~3.11.5~1.81.4~1.71.4~1.71.3~1.60.8~1.00.8~1.00.9~1.11.0~1.2≤0.15≤0.12HT3501515~3030~50502.9~3.22.8~3.12.8~3.12.7~3.01.4~1.71.3~1.61.2~1.51.1~1.40.9~1.21.0~1.31.1~1.31.1~1.4≤0.15≤0.12•说明:1.随牌号提高（即σb↑），则C、Si↓；•2.同一牌号，铸件壁厚↑，则C、Si↓；•3.高于HT250的牌号（或高于HT200），•是通过孕育处理得到的；•4.根据目前国内的生产水平，一般要求•P、S≤0.10%；•5.高牌号灰铸铁件可采用低合金化。§2-3灰铸铁组织中的石墨和基体•1.石墨•1）分布形态：•A—均匀分布、无向性——过冷度小结晶；•B—片状和点状石墨聚集成菊花状（蔷薇状）—较大过冷下结晶；•C—部分石墨带尖角块状、粗大片状、初生石墨——过共晶成分、冷速小；•D——晶间点状石墨、呈无向分布——冷速大，为过冷石墨。亚、共、过共晶成分都存在；•E——晶间网状石墨、呈有向分布——冷速小，Sc较小的成分下存在；•F——星状石墨、初生石墨——过共晶成分、冷速大（薄壁铸件）。•2）尺寸大小：分8级。2.基体•珠光体(P):σb=800~850N/mm2，HB=160~260，δ=20~25%•铁素体(F):σb=250~300N/mm2，HB=80~100，δ=40~55%•需要特别指出的是，由于石墨（片状）割裂并缩减了基体，灰铸铁的σb只及纯P体的1/5~1/3，而δ≈0%。•说明:•（1）HT的基体由不同比例的F、P组成，不容许•Cm存在（≤1~3%）（降低切削性能）。•（2）HT中随P↑，则σb↑，HB↑；而牌号越•高，P↑↑。高牌号HT中，P~100%；在•实际生产中，100%F的HT几乎没有。•（3）从提高铸件的均匀性、改善切削性能的角•度出发，要求在↑σb同时↓HB§2-4灰铸铁的孕育•1.孕育处理的目的•1）消除白口——结晶为灰口；•2）改善石墨形态——得到GA+P细片组织•——σb↑；•3）细化晶粒——增加P量和共晶团数目；•4）提高组织均匀性——消除壁厚差别。•3.孕育处理工艺•孕育剂：75Si-Fe、SiBaCa等。•粒度：2-5mm，加入量：0.2~0.6%。•加入方式：炉前包内冲入、出铁口随流、包底、瞬时随流等。第三章球墨铸铁•§3-1概述•1.球墨铸铁的特点•1947年，英国人H.Morrogh在实验室内采用Ce处理铁液，得到球状石墨，并于1948年在美国铸造工程师协会上宣布，成为球铁的发明者。球铁的根本性特点：•1）石墨形状的改变（从片→球状），使石墨对•基体的割裂作用减到最小，从而根本上改变•了铸铁的性能水平；•2）可以发挥基体的作用来达到性能要求：•（1）通过热处理调节；（2）铸态下获得。2.球铁的主要种类和应用：1）珠光体球铁典型牌号（QT700-2）性能特点强度为主应用：曲轴、连杆等2）铁素体球铁典型牌号（QT450-10）性能特点韧性为主应用：汽拖底盘零件、铸管等3）混合基体球铁典型牌号（QT500-7）性能特点强韧结合应用：齿轮、叶轮、螺栓等4）其他类型A体QT（阀门、电力金具）、A+B、B（齿轮、凸轮轴）、M、M+A、M+P+Cm（耐磨件、磨球）等•3.球铁的牌号•QT400-18QT400-15QT450-10QT500-7•QT600-3QT700-2QT800-2QT900-2•QT600-3QT球铁•600抗拉强度600MPa3延伸率3﹪•奥铁体球铁-等温淬火ADI1600Mp4.球铁生产工艺过程造型制芯合箱配料熔炼球化处理孕育处理浇注落砂清理检验机加工成品热处理炉前检测三角试样化学成分取样Y型试块砂处理化学分析附体试样金相组织标准力学性能*****§3-2球墨铸铁的化学成分球铁的基本合金成分：C、Si、Mn、P、S、Mg、RECSiMnPSMg′RE′3.4~3.92.0~3.00.1~0.7＜0.08＜0.020.03~0.050.02~0.04第四章冲天炉熔炼•1.冲天炉炉体为一直立的圆筒，由钢板卷成，内砌耐火砖炉衬。•2.金属炉料有铸造生铁、废钢、回炉料和硅铁、锰铁等合金。•3.燃料主要有焦炭。•4造渣熔剂有石灰石、萤石等。•根据铸铁的技术要求，考虑到熔炼过程中元素的增损情况，须进行配料计算并称量入炉。第二篇铸造生产过程•第一章造型•1.造型材料：•1）原砂：石英砂。主要成分SiO2。•颗粒形状：尖角形、多边形、圆形•2）粘结材料：•1.粘土：用于粘土砂。•高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O•蒙脱石：(Al,Mg)2【(OH)2|Si4O10】(Na,Ca)x*nH2O•2.膨润土：是以蒙脱石为主的含水粘土矿。•3.水玻璃：俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液为水玻璃。其化学式为R2O·nSiO2•4.合成树脂：呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇、甲醛和尿素作原料生产的树脂类的总称（1：1：1），种类有糠醇树脂、糠醛树脂、糠酮树脂、糠酮—甲醛树脂等。外观为深褐色至黑色的液体或固体。•3）固化剂：使型(芯)砂中的粘结剂产生化学反应而将砂粒固结在一起的材料。•苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯、硫酸乙酯、磷酸和甲苯磺酸等。•4）涂料：•作用：•（1）防止铸件粘砂•（2）降低表面粗糙度•（3）加固砂型表面•（4）屏蔽或隔离作用•（5）铸件表面合金化和晶粒细化•（6）减少铸件落砂•（7）调节铸件凝固温度场•根据载体不同分为：•水基涂料（需烘干）、醇基涂料。•组成：•1.耐火材料：石英粉、刚玉粉、锆英粉、石墨粉等。•2.载体•3.悬浮剂：膨润土。•4.粘结剂：酚醛树脂。•5.添加剂•方法：•1.刷涂法。2.浸涂法3.喷涂法4.流涂法。5）树脂自硬砂•（1）特点：•1.无需加热烘干。•2.铸件质量高。尺寸精度可达CT8-CT10•3.型砂容易紧实，易溃散，好清理，旧砂容易再生利用，大大减轻劳动强度，改善劳动环境•4.价格较高，成本高。•5.起模时间为几分钟到几十分钟，生产效率高•6.受环境温度、湿度影响大，要求严格的工艺控制。•7.有刺激性气味，注意劳动保护。•8.发气量大，必须保持通气道畅通。（2）原材料•1.原砂：SiO290℅。含泥量0.2℅。粒度适中。水分0.2%。颗粒形状越接近圆形越好。•2.粘结剂：呋喃树脂，糠醇含量越高，强度越高，含氮越高，硬化速度越快。掺加量0.8-1.0℅。•3.固化剂：甲苯磺酸。加入量依硬化速度，气温、湿度、砂温、树脂种类调整。加入量增加，硬化速度加快，但不能过量，否则，树脂膜焦化，强度明显降低。掺加量0.4-0.5℅•4.添加剂：硅烷、氧化铁粉、甘油等。提高强度，防止气孔、冲砂•混砂工艺：•砂+固化剂——混匀——+树脂——混匀——卸砂（3）性能：•1.终强度：24h强度值。型砂：0.6-0.8MPa，芯砂0.8-1.0MPa,复杂砂芯1.6-2.0MPa.8字模检测。•2.硬化速度。调整固化剂酸度值，温度降低，酸度值增加。