華北理工大學(xué)2016年熱加工工藝復(fù)習(xí)重點(diǎn)章節(jié)部分鑄造2部分部分課件

1、常用合金鑄件的生產(chǎn)常用合金鑄件的生產(chǎn) 鑄鐵鑄鐵 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 熔熔 煉煉 鑄鑄 鋼鋼 件件 熱熱 處處 理理 鑄鑄 鋼鋼 鑄鑄 造造 工工 藝藝 鑄鑄 鋼鋼 鑄鑄 造造 特特 性性 鑄鋼鑄鋼 蠕蠕 墨墨 鑄鑄 鐵鐵 球球 墨墨 鑄鑄 鐵鐵 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 鑄鑄 造造 普普 通通 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 孕孕 育育 鑄鑄 鐵鐵 鑄鑄 造造 工工 藝藝 特特 點(diǎn)點(diǎn) 2. 常用合金鑄件的生產(chǎn)常用合金鑄件的生產(chǎn) 實(shí)際生產(chǎn)中，由于鑄鐵材料實(shí)際生產(chǎn)中，由于鑄鐵材料(包括灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、包括灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵)具有優(yōu)良的鑄造性能，且資源豐富，冶煉方便，價具有優(yōu)良的鑄造性能，且資

2、源豐富，冶煉方便，價 格低廉，鑄鐵件占液態(tài)成形件中相當(dāng)大的份額。格低廉，鑄鐵件占液態(tài)成形件中相當(dāng)大的份額。 鑄鐵通常是鑄鐵通常是C%=2.5%4.0%的鐵碳合金的鐵碳合金, 碳在鐵碳合金中碳在鐵碳合金中 的存在形式有：滲碳體和石墨的存在形式有：滲碳體和石墨 . 2.1 鑄鐵的分類鑄鐵的分類 根據(jù)碳存在形式鑄鐵可以分為：根據(jù)碳存在形式鑄鐵可以分為： 白口鑄鐵：白口鑄鐵：Fe3C 斷口銀白色，萊氏體，硬脆，很少應(yīng)用斷口銀白色，萊氏體，硬脆，很少應(yīng)用 灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：C 斷口灰色，石墨，基體不同，性能不同，應(yīng)用多斷口灰色，石墨，基體不同，性能不同，應(yīng)用多 麻口鑄鐵麻口鑄鐵: C+ Fe3C 斷口

3、灰白，石墨和滲碳體，硬脆，很少應(yīng)用斷口灰白，石墨和滲碳體，硬脆，很少應(yīng)用 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，鑄鐵可以分為：根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，鑄鐵可以分為： 普通灰鑄鐵：普通灰鑄鐵：石墨呈片狀石墨呈片狀 可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：石墨呈球狀石墨呈球狀 根據(jù)鑄鐵化學(xué)成分不同，鑄鐵可以分為：根據(jù)鑄鐵化學(xué)成分不同，鑄鐵可以分為： 普通鑄鐵：普通鑄鐵：常規(guī)元素，規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)常規(guī)元素，規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù) 合金鑄鐵：合金鑄鐵：多種合金元素，高于規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)，多種合金元素，高于規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 特殊性能特殊性能 4 灰灰 鑄鐵鑄鐵

4、顯微組織顯微組織 鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵 珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵 鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵 石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌 5 蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨 珠光體基體珠光體基體 鐵素體基體鐵素體基體 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 顯微組織顯微組織 6 7 鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體加珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球球墨鑄鐵中的石墨球 8 2.2 灰鑄鐵灰鑄鐵 2.2.1 灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織 顯微組織：基體顯微組織：基體+片狀石墨片狀石墨 基體：基體：鐵素體、鐵素體鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體珠光體、

5、珠光體 片狀石墨：片狀石墨：A型、型、B型、型、C型、型、D型、型、E型、型、F型型 9 基體 鐵素體基體：F+粗大C； 強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性差； 質(zhì)軟、易加工、鑄造性能好，要求不高的鑄件。 鐵素體+珠光體基體： F+P+較粗大C； 一定的強(qiáng)度、硬度； 鑄造、切削、減震性能好，用途廣。 珠光體基體：P+細(xì)小均勻C； 強(qiáng)度、硬度高； 重要零件。 10 灰鑄鐵灰鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 11 片狀石墨片狀石墨 A型：型： 均勻分布，無方向性的片狀和曲片狀；均勻分布，無方向性的片狀和曲片狀； 共晶或接近共晶成分的亞共晶鑄鐵；共晶或

6、接近共晶成分的亞共晶鑄鐵； 過冷度??；過冷度??； 同基體，強(qiáng)度較好。同基體，強(qiáng)度較好。 B型：型： 聚集，無方向性，中心石墨細(xì)小，外圍粗大，菊花狀石墨；聚集，無方向性，中心石墨細(xì)小，外圍粗大，菊花狀石墨； 共晶或接近共晶成分的亞共晶鑄鐵；共晶或接近共晶成分的亞共晶鑄鐵； 比比A型過冷度大；型過冷度大； 石墨密集，析出鐵素體，出現(xiàn)軟點(diǎn)，強(qiáng)度低，耐磨性差。石墨密集，析出鐵素體，出現(xiàn)軟點(diǎn)，強(qiáng)度低，耐磨性差。 C型：型：部分帶尖角的塊狀，平直粗大部分帶尖角的塊狀，平直粗大CI+小片共晶石墨；小片共晶石墨； 過共晶鑄鐵或生鑄鐵，不常見；過共晶鑄鐵或生鑄鐵，不常見； 12 D型：型：無方向性，石墨細(xì)小，分

7、布于枝晶間，分枝頻繁無方向性，石墨細(xì)小，分布于枝晶間，分枝頻繁 亞共晶鑄鐵；亞共晶鑄鐵； 過冷度很大；過冷度很大； 石墨細(xì)小，但不均勻，出現(xiàn)鐵素體，強(qiáng)度低。石墨細(xì)小，但不均勻，出現(xiàn)鐵素體，強(qiáng)度低。 E型：型：有方向性，石墨細(xì)小，分布于枝晶間；有方向性，石墨細(xì)小，分布于枝晶間； 遠(yuǎn)離共晶成分點(diǎn)的亞共晶鑄鐵；遠(yuǎn)離共晶成分點(diǎn)的亞共晶鑄鐵； 石墨排列方向性，增強(qiáng)基體的割裂，強(qiáng)度更低。石墨排列方向性，增強(qiáng)基體的割裂，強(qiáng)度更低。 F型：型：小、蜘蛛狀小、蜘蛛狀CI+小片狀共晶石墨；小片狀共晶石墨； 高碳過共晶鑄鐵；高碳過共晶鑄鐵； 過冷度大；過冷度大； 強(qiáng)度低。強(qiáng)度低。 2.2.2 灰鑄鐵的性能灰鑄鐵的性

8、能 鑄鐵之所以用得如此廣泛鑄鐵之所以用得如此廣泛,是因?yàn)槭拇嬖谑且驗(yàn)槭拇嬖?使鑄鐵使鑄鐵 具有鑄鋼所不具備的性能。具有鑄鋼所不具備的性能。. 力學(xué)性能：力學(xué)性能： 1.1.b b 、 、E E低于鋼，塑性和沖擊韌性為零，脆性材料；低于鋼，塑性和沖擊韌性為零，脆性材料； 2.2.石墨密度是鐵的三分之一，石墨密度是鐵的三分之一， 3% 3%質(zhì)量的石墨占質(zhì)量的石墨占10%10%的體積，可視的體積，可視 為孔洞和裂紋；為孔洞和裂紋； 石墨的減縮作用石墨的減縮作用有效承載面積減少有效承載面積減少 割裂和應(yīng)力集中作用割裂和應(yīng)力集中作用石墨尖端應(yīng)力集中石墨尖端應(yīng)力集中 3.3.基體強(qiáng)度利用率低，但抗

9、壓性好?；w強(qiáng)度利用率低，但抗壓性好。 14 工藝性能：工藝性能：不能鍛造和沖壓，只能鑄造；不能鍛造和沖壓，只能鑄造； 共晶成分，流動性好、鑄造性能優(yōu)良，共晶成分，流動性好、鑄造性能優(yōu)良， 石墨膨脹抵消部分凝固收縮，缺陷少；石墨膨脹抵消部分凝固收縮，缺陷少； 減震性：減震性：片狀石墨阻礙振動傳遞，轉(zhuǎn)化為熱量消失；片狀石墨阻礙振動傳遞，轉(zhuǎn)化為熱量消失； 用于機(jī)床床身，底座等用于機(jī)床床身，底座等 耐磨性：耐磨性：石墨潤滑劑，脫落在摩擦面上起潤滑作用；石墨潤滑劑，脫落在摩擦面上起潤滑作用； 石墨被磨掉后，形成凹坑，可儲存潤滑油；石墨被磨掉后，形成凹坑，可儲存潤滑油； 機(jī)床導(dǎo)軌、滑動軸承等。機(jī)床導(dǎo)軌、

10、滑動軸承等。 缺口敏感性：缺口敏感性：石墨存在，基體中大量缺陷，石墨存在，基體中大量缺陷， 外來缺口對疲勞強(qiáng)度影響小外來缺口對疲勞強(qiáng)度影響小 15 良好的鑄造性能，如流動性好、收縮小良好的鑄造性能，如流動性好、收縮小 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 高的耐磨性；高的耐磨性； 良好的吸振緩沖性能；良好的吸振緩沖性能； 低的缺口敏感性能。低的缺口敏感性能。 鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)鑄鐵的優(yōu)點(diǎn) 2.2.3 影響鑄鐵組織和性能的因素影響鑄鐵組織和性能的因素 性能性能組織組織碳的存在形式碳的存在形式 石墨化：碳以石墨的形式析出的過程。通常視石墨化過程石墨化：碳以石墨的形式析出的過程。通常視石墨化過程 充分與

11、否，會得到不同基體的鑄鐵組織充分與否，會得到不同基體的鑄鐵組織。 鑄鐵的基體通常有：鑄鐵的基體通常有： WC總 總=WC石墨石墨+WC化合化合 WC石墨 石墨=全部 全部鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵 WC化合 化合0.3%，形成低熔點(diǎn)、硬度高的形成低熔點(diǎn)、硬度高的Fe3P，分布在晶界，提高耐磨分布在晶界，提高耐磨 性；性； 過高則增加鑄鐵的冷脆傾向，一般控制在過高則增加鑄鐵的冷脆傾向，一般控制在0.5%以下。以下。 19 影響石墨化的因素影響石墨化的因素冷卻速度冷卻速度 減小冷卻速度可以促進(jìn)石墨化減小冷卻速度可以促進(jìn)石墨化 ， 易得到粗大的石墨片和鐵易得到粗大的石墨片和鐵 素體基體；素體基體； 增

12、大冷卻速度則阻礙石墨化，增大冷卻速度則阻礙石墨化， 此時只有部分碳以細(xì)石墨片此時只有部分碳以細(xì)石墨片 析出，而另一部分則以滲碳析出，而另一部分則以滲碳 體析出，得到珠光體基體。體析出，得到珠光體基體。 導(dǎo)熱能力：砂型、金屬型導(dǎo)熱能力：砂型、金屬型 影響冷卻速度的因素：影響冷卻速度的因素： 鑄型材料：鑄型材料：導(dǎo)熱能力；導(dǎo)熱能力； 壁厚：壁厚：控制鑄件的控制鑄件的C、Si、Mn量，限制量，限制S、P含量。含量。 22 2.2.4 孕育處理孕育處理 灰口鑄鐵的孕育處理方法：灰口鑄鐵的孕育處理方法： 將熔煉出的鐵水在將熔煉出的鐵水在 澆鑄前加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為澆鑄前加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.25% 0.60%的

13、孕育劑（含的孕育劑（含Si量為量為75%的硅鐵），孕育劑在鐵水的硅鐵），孕育劑在鐵水 中形成大量彌散的石墨結(jié)晶核心，使石墨化作用顯著提高，中形成大量彌散的石墨結(jié)晶核心，使石墨化作用顯著提高， 從而得到細(xì)小、均勻分布的片狀石墨組織，改善力學(xué)性能。從而得到細(xì)小、均勻分布的片狀石墨組織，改善力學(xué)性能。 鐵水溫度：鐵水溫度：1400 1450 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2.7% 3.3% 硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)：硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)：1% 2% 提高和改善灰鑄鐵提高和改善灰鑄鐵 的性能的途徑的性能的途徑 改善基體組織（改善基體組織（P） 改變石墨形態(tài)、數(shù)量、大小和分布改變石墨形態(tài)、數(shù)量、大小和分布 孕育處理是提高和改善灰鑄鐵

14、的性能的途徑孕育處理是提高和改善灰鑄鐵的性能的途徑 碳、硅元素含量較低，若不進(jìn)行孕育處理，直接澆注易形成白口組織。碳、硅元素含量較低，若不進(jìn)行孕育處理，直接澆注易形成白口組織。 碳含量越低，石墨片越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，耐磨性越好。碳含量越低，石墨片越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，耐磨性越好。 但是石墨仍然是片狀，塑性和韌性仍很低；冷卻速度對組織和性能影但是石墨仍然是片狀，塑性和韌性仍很低；冷卻速度對組織和性能影 響不大，后截面鑄件的組織、性能均勻。響不大，后截面鑄件的組織、性能均勻。 選用碳、硅量低的鐵水：原鐵水含碳量越低，石墨越細(xì)選用碳、硅量低的鐵水：原鐵水含碳量越低，石墨越細(xì) 小，鑄鐵的強(qiáng)度、硬

15、度就越高。小，鑄鐵的強(qiáng)度、硬度就越高。 冷卻速度冷卻速度:對其組織和性能影響較小。如下面的圖：對其組織和性能影響較小。如下面的圖： 25 2.2.5 灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的熱處理 一般不需要熱處理，特殊零件需要；一般不需要熱處理，特殊零件需要； 熱處理過程與鋼相似；熱處理過程與鋼相似； 只改變鑄鐵基體組織，不改變石墨形狀；只改變鑄鐵基體組織，不改變石墨形狀； 提高力學(xué)性能效果不大。提高力學(xué)性能效果不大。 2.2.6 灰鑄鐵的牌號和用途灰鑄鐵的牌號和用途 基體：基體：F、P、F+P 生產(chǎn)：生產(chǎn)：鐵水熔煉好后直接澆鑄鐵水熔煉好后直接澆鑄 牌號：牌號：HTXXX HT: 表示灰口鑄鐵中文拼音的代號表

16、示灰口鑄鐵中文拼音的代號 XXX: 三位數(shù)字表示最抵抗拉強(qiáng)度三位數(shù)字表示最抵抗拉強(qiáng)度(MPa) 石墨形態(tài)：石墨形態(tài)：片狀片狀 問題問題 1）灰鑄鐵牌號為什么不用含碳量多少灰鑄鐵牌號為什么不用含碳量多少 表示，而用力學(xué)性能表示？表示，而用力學(xué)性能表示？ 2）有一鑄件當(dāng)其強(qiáng)度不夠時，可否通有一鑄件當(dāng)其強(qiáng)度不夠時，可否通 過增大截面過增大截面 解決？解決？ 2.3 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵生產(chǎn)：可鍛鑄鐵生產(chǎn)：將白口鑄鐵件經(jīng)長時間的高溫石墨化退火，使白將白口鑄鐵件經(jīng)長時間的高溫石墨化退火，使白 口鑄鐵中的滲碳體分解，獲得在鐵素體或珠光體的基體分布著團(tuán)絮口鑄鐵中的滲碳體分解，獲得在鐵素體或珠光體的基體

17、分布著團(tuán)絮 狀石墨的鑄鐵。狀石墨的鑄鐵。較高塑性、韌性。較高塑性、韌性。 黑黑心可鍛鑄鐵心可鍛鑄鐵(KTH, 鐵素體基體鐵素體基體) 珠珠光體可鍛鑄鐵光體可鍛鑄鐵(KTZ) 白白心可鍛鑄鐵心可鍛鑄鐵(KTB，很少用，很少用) 種類種類 30 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 石墨団絮狀，數(shù)量少，減少對基體的割裂作用，強(qiáng)度高石墨団絮狀，數(shù)量少，減少對基體的割裂作用，強(qiáng)度高b=300-400MPa； 絮狀石墨不形成尖銳缺口，應(yīng)力集中減小，塑性（絮狀石墨不形成尖銳缺口，應(yīng)力集中減小，塑性（ 2% 12%），韌性），韌性 （k 30J/cm2)； 基體是鐵素體，耐腐蝕性能好；基體是鐵素體，耐腐蝕性能好； 原料中需加入大量

18、廢鋼料；原料中需加入大量廢鋼料； 石墨化退火周期長，石墨化退火周期長，40-70h, 鑄件成本高。鑄件成本高。 適用于制造承受震動和沖擊、形狀復(fù)雜、厚度不超過適用于制造承受震動和沖擊、形狀復(fù)雜、厚度不超過25mm的薄壁小件。的薄壁小件。 碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，熔點(diǎn)高，凝固溫度范圍寬，鐵液流動性差；碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，熔點(diǎn)高，凝固溫度范圍寬，鐵液流動性差； 沒有石墨化膨脹過程，收縮量大，易形成縮孔和裂紋缺陷；沒有石墨化膨脹過程，收縮量大，易形成縮孔和裂紋缺陷； 2.4 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 高碳、低硅、低硫、低磷高碳、低硅、低硫、低磷 向高溫鐵水中加入一定量的球化劑和向高溫鐵水中加入一定量的球化劑和 孕育

19、劑，直接得到球狀石墨的鑄孕育劑，直接得到球狀石墨的鑄 造合金。造合金。 球化劑：金屬鎂或稀土鎂球化劑：金屬鎂或稀土鎂 孕育劑：含孕育劑：含Si量為量為75%或或 95%的硅鐵的硅鐵 32 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：在鋼的基體上分布球狀石墨，對基體的破壞作用縮小在鋼的基體上分布球狀石墨，對基體的破壞作用縮小 至最低，有效截面至最低，有效截面70%90%，應(yīng)力集中減少，抗拉，應(yīng)力集中減少，抗拉 強(qiáng)度高，塑性、韌性好。強(qiáng)度高，塑性、韌性好。 球墨鑄鐵件球墨鑄鐵件 石墨成球狀，對基體的割裂作用已降到最低，石墨成球狀，對基體的割裂作用已降到最低， 力學(xué)性能比灰鑄鐵有顯著提高。力學(xué)性能比灰鑄鐵有顯著提高。 可通

20、過熱處理改善金屬基體，進(jìn)一步可通過熱處理改善金屬基體，進(jìn)一步 提高性能。這一點(diǎn)與灰鑄鐵不同。提高性能。這一點(diǎn)與灰鑄鐵不同。 球墨鑄鐵較灰鑄鐵易產(chǎn)生縮孔、縮松、球墨鑄鐵較灰鑄鐵易產(chǎn)生縮孔、縮松、 皮下氣孔、夾渣等缺陷。皮下氣孔、夾渣等缺陷。 石墨析出時，發(fā)生膨脹，應(yīng)適當(dāng)提高鑄型剛度。石墨析出時，發(fā)生膨脹，應(yīng)適當(dāng)提高鑄型剛度。 球墨鑄鐵件球墨鑄鐵件 生產(chǎn)中應(yīng)生產(chǎn)中應(yīng) 注意的問題：注意的問題： 控制原鐵液的化學(xué)成分，與一般灰鑄鐵基本控制原鐵液的化學(xué)成分，與一般灰鑄鐵基本 相同；具有高相同；具有高C高高Si,中中Mn,低低S、P特點(diǎn)。特點(diǎn)。 較高的鐵液溫度，以防止球化處理、孕育處較高的鐵液溫度，以防止

21、球化處理、孕育處 理后鐵液溫度過低，產(chǎn)生澆不足等缺陷理后鐵液溫度過低，產(chǎn)生澆不足等缺陷 球化處理、孕育處理。球化處理、孕育處理。 球墨鑄鐵的牌號、性能及用途球墨鑄鐵的牌號、性能及用途 2.5 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 石墨呈短片狀，片端鈍而圓，類似蠕蟲。石墨呈短片狀，片端鈍而圓，類似蠕蟲。 力學(xué)性能：力學(xué)性能： 介于同基體的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，抗拉強(qiáng)度優(yōu)于灰鑄鐵；介于同基體的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，抗拉強(qiáng)度優(yōu)于灰鑄鐵； 具有一定的塑性和韌性；具有一定的塑性和韌性； 對斷面敏感性小于灰鑄鐵，厚大截面的力學(xué)性能均勻。對斷面敏感性小于灰鑄鐵，厚大截面的力學(xué)性能均勻。 生產(chǎn)：生產(chǎn)： 蠕化劑：稀土鎂合金；孕育劑：蠕化劑：稀土鎂合金；孕育劑：75%FeSi 應(yīng)用：應(yīng)用： 工作溫度高，或較高溫度梯度的零件；工作溫度高，或較高溫度梯度的零件； 斷面敏感性小，鑄造性能好，復(fù)雜大型鑄件。斷面敏感性小，鑄造性能好，復(fù)雜大型鑄件。 2.6 鑄鋼鑄鋼 2.6.1 鑄鋼的分類鑄鋼的分類 化學(xué)成分：化學(xué)成分： 碳素鑄鋼：碳素鑄鋼：低碳、中碳、高碳低碳、中碳、高碳 以中碳鑄鋼用的最多；以中碳鑄鋼用的最多； 而低碳鑄鋼和高碳鑄鋼用的少。而低碳鑄鋼和高碳鑄鋼用的少。 鑄造合金鋼：鑄造合金鋼：在