第二章常用鑄造合金及其熔煉

1、第二章常用鑄造合金及其熔煉第一節(jié)第一節(jié) 鋼鐵的生產(chǎn)過程鋼鐵的生產(chǎn)過程 是一個由鐵礦石練成生鐵、由生鐵練成鋼是一個由鐵礦石練成生鐵、由生鐵練成鋼液并澆注成鋼錠的過程。如圖液并澆注成鋼錠的過程。如圖2-12-1所示。所示。 一、煉鐵一、煉鐵 還原反應還原反應 造渣反應造渣反應 滲碳反應滲碳反應 二、煉鋼二、煉鋼 1. 1. 鋼的熔煉方法鋼的熔煉方法 轉爐煉鋼轉爐煉鋼 電爐煉鋼電爐煉鋼 2. 2. 鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼 鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 沸騰鋼沸騰鋼第二節(jié)第二節(jié) 工業(yè)中常用的鑄造合金及其熔煉工業(yè)中常用的鑄造合金及其熔煉一、鑄鐵及其熔煉一、鑄鐵及其熔煉 鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金，鑄造合

2、金中應用最廣。鑄鐵是以鐵、碳和硅為主要元素的多元合金。常用成分范圍見下表。組 元wCwSiwMnwPwSwFe成分（%）2.44.00.63.00.41.20.30.15其余 鑄鐵的常用成分范圍鑄鐵的常用成分范圍 3 3麻口鑄鐵：麻口鑄鐵： 組織中既存在石墨、又有萊氏體，是白口和灰 口之間的過渡組織，因斷口處有黑白相間的麻 點，故而得名。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為：根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為：1. 1.白口鑄鐵白口鑄鐵：碳全部以FeFe3 3C C的形式存在，斷口呈銀色。由于白口鑄鐵具有良好的耐磨性，所以有時也用來制造一些耐磨件，如軋輥、粉碎機錘頭、襯板、球磨機磨球

3、和犁鏵等。2 2灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：碳大部或全部以石墨石墨形式存在，斷口呈暗灰色。（一）（一） 鑄鐵的分類鑄鐵的分類4 4蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 ： 其石墨呈蠕蟲狀。如圖d所示。 abcd根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，灰口鑄鐵又可分為：根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，灰口鑄鐵又可分為：1 1普通灰口鑄鐵普通灰口鑄鐵 ： 簡稱灰口鑄鐵，其石墨呈片狀。如圖a所示。2 2可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵： 其石墨呈團絮狀。如圖b所示。3 3球墨鑄鐵：球墨鑄鐵： 其石墨呈球狀。如圖c所示。（二）、影響鑄鐵組織和性能的因素（二）、影響鑄鐵組織和性能的因素 1 1、化學成分、化學成分 碳是形成石墨的元素，也是促進石墨化的素。含碳愈高，

4、析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是強烈促進石墨化的元素，隨著含硅量的增加，石墨顯著增多。 所以：當鑄鐵中碳、硅含量均高 時，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金屬基體中鐵素體增多，珠光體減少。 鑄鐵中的碳可以以化合態(tài)滲碳體滲碳體和游離態(tài)石墨石墨兩種形式存在。碳以石墨形式析出的現(xiàn)象稱為石墨化石墨化。1 1）碳和硅）碳和硅3 3）錳）錳所以：硫含量限制在硫含量限制在0.1-0.15%0.1-0.15%以下，高強度鑄鐵則應更低。以下，高強度鑄鐵則應更低。 使鑄鐵鑄造性能惡化（如降低流動性，增大收率）。錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定珠光體，提高鑄鐵強度和硬度的作用。MnS一般控制在一般控制在0.61.2%

5、0.61.2%之間之間4 4）磷）磷磷對鑄鐵的石墨化影響不顯著。含磷過高將增加鑄鐵的冷脆性。限制在限制在0.5%0.5%以下，高強度鑄鐵則限制在以下，高強度鑄鐵則限制在0.20.3%0.20.3%以下。以下。2 2）硫）硫硫是強烈阻礙石墨化元素。硫量高易促使碳以FeFe3 3C C 白口組織白口組織；硫量高 熱脆性； 2 2冷卻速度冷卻速度在實際生產(chǎn)中，一般是根據(jù)鑄件的壁厚（主要部位的壁厚），選擇適當?shù)幕瘜W成分（主要指碳、硅），以獲得所需要的組織。由此可知：隨著壁厚的增加，石墨片的數(shù)量和尺寸都增大，鑄鐵強度、硬度反而下降。這一現(xiàn)象稱為壁厚（對力學性能的）敏感性。1 1）鑄型材料）鑄型材料2 2

6、）鑄件壁厚）鑄件壁厚 鑄件壁愈厚，冷卻速度愈慢，則石墨化傾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和鐵素體基體。鑄鐵壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口鑄鐵麻口鑄鐵灰口鑄鐵白口鑄鐵：灰口鑄鐵：麻口鑄鐵：珠光體灰口鑄鐵珠光體+鐵素體灰口鑄鐵鐵素體灰口鑄鐵P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光體灰口鑄鐵珠光體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：珠光體珠光體+ +鐵素體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：P+G片片P+F+G片片F(xiàn)+G片片二、灰口鑄鐵二、灰口鑄鐵 （一）灰口鑄鐵的化學成分、組織和性能（一）灰口鑄鐵的化學成分、組織和性能 1 1 灰口鑄鐵的化學成

7、分與組織灰口鑄鐵的化學成分與組織 灰口鑄鐵的化學成分一般為：2.63.6%C2.63.6%C，1.23.0%Si1.23.0%Si， 0.41.2Mn0.41.2Mn，S0.15%S0.15%，P0.3%P0.3%。 1) 1) 鐵素體灰口鑄鐵（鐵素體灰口鑄鐵（F+G片片）：）：這種鑄鐵抗拉強度和硬度低，易加工，鑄造性能好。常用來制造性能要求不高的鑄件和一些薄壁件。2) 2) 鐵素體鐵素體- -珠光體灰口鑄鐵（珠光體灰口鑄鐵（F+P+G片片）：）：此種鑄鐵強度亦較低，但可滿足一般機件要求，且其鑄造性能、切削加工性能和減振性較好，因此應用較廣。3) 3) 珠光體灰口鑄鐵（珠光體灰口鑄鐵（ P+G

8、片片）：）：這種鑄鐵強度和硬度較高，主要用來制造較為重要的機件。2 2 灰口鑄鐵的性能灰口鑄鐵的性能 2 2）良好的減振性）良好的減振性 3 3）良好的耐磨性）良好的耐磨性 4 4）低的缺口敏感性）低的缺口敏感性 1 1）力學性能：）力學性能：b=120-250Mpa，僅為鋼件的20-30%， 0（二）灰口鑄鐵的孕育處理（二）灰口鑄鐵的孕育處理 灰口鑄鐵的組織和性能，很大程度上取決于石墨的數(shù)量、大小和形態(tài)。 差05015050100100150150表面表面中心160140170180硬度HB孕育處理 熔煉出相當于白口或麻口組織的低碳、低硅的高溫鐵水，向鐵水中沖入細顆粒的孕育劑孕育劑，孕育劑在

9、鐵水中形成大量彌散的石墨結晶核心，使石墨化作用驟然提高，從而得到在細晶粒珠光體上均勻的分布著細片狀石墨的組織。 孕育鑄鐵：孕育鑄鐵：P P細細+G+G細片細片b=250-400Mpa，HB=170-270， 0 0冷卻速度對其組織和性能的影響很小。冷卻速度對其組織和性能的影響很小。常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.25-0.6%0.25-0.6%。 孕育鑄鐵適用于靜載荷下，要求較高強度、硬度、耐磨性或氣密性的鑄件，特別是厚大截面鑄件厚大截面鑄件。如重型機床床身，汽缸體、缸套及液壓件等。 必須指出： 孕育鑄鐵原鐵水的碳、硅含量不能太高； 原鐵水出爐溫度不應低于1400； 經(jīng)孕

10、育處理后的鐵水必須盡快澆注，以防止孕育作用衰退。 （三）灰口鑄鐵的工藝性能（三）灰口鑄鐵的工藝性能3 3 鍛造性和焊接性差。鍛造性和焊接性差。1 1 良好的鑄造性能。良好的鑄造性能。良好的流動性、小的收縮率。2 2 良好的切削加工性能。良好的切削加工性能。2 2 灰口鑄鐵的牌號選用灰口鑄鐵的牌號選用灰口鑄鐵的牌號用漢語拼音“HT”和一組數(shù)字表示，數(shù)字表示其最低抗拉強度b （Mpa）。1 1 灰口鑄鐵件的生產(chǎn)特點灰口鑄鐵件的生產(chǎn)特點1 1）灰口鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，成本低廉；）灰口鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，成本低廉；2 2）具有良好的鑄造性能。）具有良好的鑄造性能。3 3）灰口鑄鐵一般不通過熱處

11、理來提高其性能。）灰口鑄鐵一般不通過熱處理來提高其性能。（四）灰口鑄鐵生產(chǎn)特點及牌號選用（四）灰口鑄鐵生產(chǎn)特點及牌號選用灰鐵 牌牌 號號 組織組織 用途舉例用途舉例 HT100HT100F+GF+G片片 蓋、外罩、油盤、手輪、支架、底板、鑲導軌的蓋、外罩、油盤、手輪、支架、底板、鑲導軌的機床底座等對強度無要求的零件機床底座等對強度無要求的零件 HT150HT150F+P+GF+P+G片片底座、床身、與底座、床身、與HT200HT200相配的溜板、工作臺；泵殼、相配的溜板、工作臺；泵殼、容器、法蘭盤容器、法蘭盤; ;工作壓力不太大的管件工作壓力不太大的管件 HT200HT200F+P+GF+P+

12、G片片要求高的強度和一定耐蝕能力的泵殼、容器、塔器、要求高的強度和一定耐蝕能力的泵殼、容器、塔器、法蘭、硝化塔法蘭、硝化塔 機床床身、立柱、平尺、劃線平板、汽缸、齒輪、機床床身、立柱、平尺、劃線平板、汽缸、齒輪、活塞、剎車輪、聯(lián)軸器盤、水平儀框架活塞、剎車輪、聯(lián)軸器盤、水平儀框架 壓力為壓力為80Mpa80Mpa以下的油缸、泵體、閥門以下的油缸、泵體、閥門 HT250HT250P+GP+G片片HT300HT300P P細細+G+G細片細片床身導軌、車床、沖床等受力較大的床身、機座、床身導軌、車床、沖床等受力較大的床身、機座、主軸箱、卡盤、齒輪、高壓油缸、水缸、泵體、閥主軸箱、卡盤、齒輪、高壓油

13、缸、水缸、泵體、閥門、襯套、凸輪、大型發(fā)動機曲軸、氣缸體、氣缸門、襯套、凸輪、大型發(fā)動機曲軸、氣缸體、氣缸蓋；冷鐓模、冷沖模蓋；冷鐓模、冷沖模 HT350HT350P P細細+G+G細片細片（一）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點（一）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點 1. 1.鑄出白口坯料鑄出白口坯料 1 1）碳、硅含量要低。）碳、硅含量要低。通常為2.42.8%C2.42.8%C，0.41.4%Si0.41.4%Si。 2 2）冷卻速度要快。）冷卻速度要快。壁厚不得太厚、鑄件尺寸不能太大。2. 2.石墨化退火石墨化退火 920 -980 720 650Fe3C A+G團P F+G團P+GP+G團團F+ GF+ G團團t

14、石墨化退火的總周期一般為4070小時高溫階段的石墨化退火時間需10-20小時三、三、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 （二）可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號及選用（二）可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號及選用 1 1 可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號及選用可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號及選用具有良好的塑性和韌性，耐蝕性較高，適于制造承受振動和沖擊、形狀復雜的薄壁小件，如汽車拖拉機的底盤類零件、各種水管接頭、農(nóng)機件等。 其強度、硬度、耐磨性優(yōu)良，并可通過淬火、調質等熱處理強化?？扇〈戜撝圃煨⌒瓦B桿、曲軸等重要件。 1 1）鐵素體（黑心）可鍛鑄鐵（）鐵素體（黑心）可鍛鑄鐵（F+GF+G團團）：）：2 2）珠光體（）珠光體（P+ GP+

15、 G團團）：）：其生產(chǎn)過程復雜，周期長，能耗大，鑄件成本高。 3. 3.特點特點 2 2 可鍛鑄鐵的牌號可鍛鑄鐵的牌號 可鍛鑄鐵的牌號用漢語拼音和兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示其最低抗拉強度b （Mpa），第二組數(shù)字表示其最低伸長率 。KTH30006 KTZ45006 可鐵黑可鐵黑可鐵珠可鐵珠 b b b b主要用于生產(chǎn)形狀復雜、承受沖擊載荷的薄壁小件。主要用于生產(chǎn)形狀復雜、承受沖擊載荷的薄壁小件。 牌牌 號號 組織組織 用用 途途 舉舉 例例 KTH30006 KTH30006 F+GF+G團團三通、管件、中壓閥門三通、管件、中壓閥門 KTH33008KTH33008F+GF+G團團 輸電線

16、路件、汽車、拖拉輸電線路件、汽車、拖拉機的前后輪殼、差速器殼、機的前后輪殼、差速器殼、轉向節(jié)殼、制動器；農(nóng)機轉向節(jié)殼、制動器；農(nóng)機件及冷暖器接頭等。件及冷暖器接頭等。KTH35010KTH35010F+GF+G團團KTH37012 KTH37012 F+GF+G團團KTZ45006 KTZ45006 P+ GP+ G團團 曲軸、凸輪軸、連桿、齒曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、犁片、耙片、閘、萬向接犁片、耙片、閘、萬向接頭、棘輪、扳手、傳動鏈頭、棘輪、扳手、傳動鏈條、礦車輪條、礦車輪 KTZ55004 KTZ55004 P+ GP+ G團團KTZ65002K

17、TZ65002P+ GP+ G團團KTZ70002 KTZ70002 P+ GP+ G團團1 1球墨鑄鐵的生產(chǎn)球墨鑄鐵的生產(chǎn) 1 1）控制原鐵水化學成分）控制原鐵水化學成分 2 2）較高的鐵水溫度）較高的鐵水溫度 3 3）球化處理和孕育處理）球化處理和孕育處理 出爐溫度應高于1400 。 a）應嚴格控制 S0.07%、P0.1%。b）適當提高含碳量（3.64.0%C），以改善鑄造性能。稀土鎂合金稀土鎂合金球化劑加入量一般為鐵水重量的1.0-1.6%1.0-1.6%。 球化劑的作用：促使石墨在結晶時呈球狀析出促使石墨在結晶時呈球狀析出。 a a）球化處理）球化處理四、球墨鑄鐵四、球墨鑄鐵 常用的

18、孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.4-0.4-1.0%1.0%。 b b）孕育處理）孕育處理孕育劑的作用：促進鑄鐵石墨化，防止球化元素所造成的白口促進鑄鐵石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向傾向 。球化處理工藝有沖入法沖入法和型內球化法型內球化法 。鐵水合金球化劑硅鐵粉鐵水包出鐵槽草木灰反應室反應室鑄件鑄件冒口冒口積渣包積渣包2 2球墨鑄鐵的組織、性能、牌號及用途球墨鑄鐵的組織、性能、牌號及用途 1 1）珠光體球墨鑄鐵（）珠光體球墨鑄鐵（P + FP + F少少+G+G球球） 正火其性能特點是：a）強度高。特別是屈服強度高，屈、強比（屈、強比（ 0.20.2/b b0.70.70

19、.80.8）高于45號鋼（ 0.20.2/b b0.6)0.6)。b）疲勞強度較高c）硬度和耐磨性遠比高強度灰鑄鐵高因此，珠光體球墨鑄鐵可代替碳鋼制造某些受較大交變負荷的重要件，如曲軸、連桿、凸輪、蝸桿曲軸、連桿、凸輪、蝸桿等。 b=600800 MPa ; =2%4 4）球墨鑄鐵的熱處理）球墨鑄鐵的熱處理退火、正火退火、正火及其它熱處理（淬火、回火等）。我國主要用于代替可鍛鑄鐵制造汽車、拖拉機底盤類零件，如后橋殼等。國外則大量用于鑄管，如上、下水管道及輸氣管道等。 2 2）鐵素體球墨鑄鐵）鐵素體球墨鑄鐵 （F + PF + P少少+G+G球球） 退火其性能特點：b=450500 MPa ;

20、=17%球墨鑄鐵的牌號用漢語拼音“QTQT”和兩組數(shù)字表示，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和伸長率。 球鐵球鐵 牌牌 號號 組織組織 用用 途途 舉舉 例例 QT40017 QT40017 F+G F+G球球汽車、拖拉機底盤類零件，輪轂、汽車、拖拉機底盤類零件，輪轂、驅動橋殼、差速器殼、撥叉、中低驅動橋殼、差速器殼、撥叉、中低壓閥門、管道。壓閥門、管道。QT42010QT42010 F+G F+G球球QT50005QT50005 F+P+G F+P+G球球機座、傳動軸、機車護瓦等。機座、傳動軸、機車護瓦等。QT60002 QT60002 P+G P+G球球曲軸、凸輪軸、連桿、齒曲軸、凸輪軸、連桿

21、、齒輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、汽缸套、輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、汽缸套、機床蝸輪、蝸桿等機床蝸輪、蝸桿等 QT70002 QT70002 P+ G P+ G球球QT80002 QT80002 P+ G P+ G球球QT1200QT12000101 B B下下+ G+ G球球汽車后橋螺旋錐齒輪、大減速器齒汽車后橋螺旋錐齒輪、大減速器齒輪、曲軸、凸輪等輪、曲軸、凸輪等五、蠕墨鑄鐵五、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的性能特點：（1）力學性能（強度和韌性）比灰鑄鐵高，與鐵素體球墨 鑄鐵相近。（2）壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多。（3）導熱性和耐疲勞性比球墨鑄鐵高得多，與灰口鑄鐵相近。（4）耐磨性比灰口鑄鐵好，為HT300的2

22、.2倍以上。蠕墨鑄鐵主要用來代替高強度灰鑄鐵、合金鑄鐵、鐵素體球墨鑄鐵和鐵素體可鍛鑄鐵生產(chǎn)復雜的大型鑄件。如大型柴油機機體、大型機床立柱等，更適合制造在熱循環(huán)作用下工作的零件，如大型柴油機汽缸蓋、排汽管、制動盤、鋼錠模及金屬型等（6）工藝性能良好，鑄造性能近于灰口鑄鐵，切削 加工性能近于球墨鑄鐵。（5）減振性比球墨鑄鐵高，但比灰口鑄鐵低。牌號牌號組織組織用用 途途 舉舉 例例 RT260RT260 F+G F+G蠕蠕汽車、拖拉機底盤類零件、驅汽車、拖拉機底盤類零件、驅動橋殼、閥體等動橋殼、閥體等RT300RT300 F+P+G F+P+G蠕蠕 排氣管、變速箱體、汽缸蓋、排氣管、變速箱體、汽缸蓋

23、、紡織零件、液壓件等紡織零件、液壓件等 RT340RT340 F+P+G F+P+G蠕蠕重型機床件、大型齒輪箱體、重型機床件、大型齒輪箱體、蓋、剎車鼓、玻璃模具、飛輪蓋、剎車鼓、玻璃模具、飛輪等等RT380RT380 P+G P+G蠕蠕 活塞環(huán)、氣缸套、制動盤、活塞環(huán)、氣缸套、制動盤、玻璃模具、剎車鼓、鋼珠研磨玻璃模具、剎車鼓、鋼珠研磨盤吸泥泵體等盤吸泥泵體等 RT420RT420 P+ G P+ G蠕蠕鑄鋼及其熔煉鑄鋼及其熔煉 一、鑄鋼的分類、性能、牌號及應用一、鑄鋼的分類、性能、牌號及應用 1 1 碳素鋼碳素鋼2 2 合金鋼合金鋼1 1）低碳鋼）低碳鋼2 2）中碳鋼）中碳鋼3 3）高碳鋼）

24、高碳鋼C0.25%C=0.250.45%C=0.500.601 1）低合金鋼）低合金鋼2 2）高合金鋼）高合金鋼Me5%Mn13鑄造性能差、應用較少。鑄造性能較好、應用廣泛。鑄造性能差、應用較少。鋼號鋼號舊舊鋼號鋼號化學成分的質量分數(shù)（化學成分的質量分數(shù)（%）用途舉例用途舉例CSiMnP、SZG200400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韌性高的各種用于受力不大、要求韌性高的各種機械零件，如機座、箱體等機械零件，如機座、箱體等ZG230450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韌性較高的各用于受力不大、要求韌性較高的各種機械零件，如外殼、軸承蓋、

25、閥種機械零件，如外殼、軸承蓋、閥體、砧座等體、砧座等ZG270500ZG350.400.500.900.04用于軋鋼機機架、軸承座、連桿、用于軋鋼機機架、軸承座、連桿、曲軸、缸體、箱體等曲軸、缸體、箱體等ZG310570ZG450.500.600.900.04用于負荷較高的零件，如大齒輪、用于負荷較高的零件，如大齒輪、缸體、制動輪、棍子等缸體、制動輪、棍子等ZG340640ZG550.600.600.900.04用于齒輪、棘輪、聯(lián)接器、叉頭等用于齒輪、棘輪、聯(lián)接器、叉頭等二、鑄鋼的熔鑄工藝特點二、鑄鋼的熔鑄工藝特點 1. 1. 鑄鋼的鑄造性能差鑄鋼的鑄造性能差流動性差、收縮大。流動性差、收縮大。1）鑄件要安放冒口和冷鐵；2）必須嚴格控制澆注溫度；3）鑄件的壁不能太薄；2. 2. 鑄鋼的熱處理鑄鋼的熱處理退火：退火：C C 0.35% 0.35%正火：正火：C C 0.35% 0.35%3. 3. 鑄鋼的熔煉鑄鋼的熔煉電爐電爐鑄造有色合金鑄造有色合金一、鑄造銅合金一、鑄造銅合金1 1鑄造黃銅鑄造黃銅 2 2鑄造青銅鑄造青銅 (Cu-Zn)鑄造黃銅有相當高的力學性能，如 b b=250450Mpa=250450Mpa，=730%=730%，HBS=60120HBS=60120。因其含銅量低，價格低于鑄造青銅，而且它的凝固溫度范圍小，有優(yōu)良的鑄造性能。所以鑄造黃銅常用于生產(chǎn)