常用的鑄造合金

1、常用的鑄造合金第1頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 1合金的流動性 鑄造時液態(tài)金屬充填鑄型的能力，稱為流動性。 流動性好的合金： 易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件； 有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除； 易于補縮及熱裂紋的彌合。 合金的流動性是以螺旋形流動試樣的長度來衡量。試樣越長，流動性越好。 第2頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 合金的流動性是以螺旋形流動試樣的長度來衡量。試樣越長，流動性越好。第3頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 影響合金流動性的因素 a、合金性質(zhì)方面 純金屬、共晶合金流動性好。（恒溫下結(jié)晶，凝固

2、層內(nèi)表面光滑） 亞、過共晶合金流動性差。（在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，凝固層內(nèi)表面粗糙不平） 第4頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三第5頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 b、鑄造工藝條件 凡是減小合金流動阻力、延長凝固時間的因素，都可以提高流動性。 適當(dāng)提高澆注溫度，延長凝固時間，金屬液傳導(dǎo)給鑄型的熱量多使金屬液冷卻速度減慢，都能提高流動性。但是，澆注溫度太高使鑄件容易產(chǎn)生氣孔、縮孔，并易產(chǎn)生粘砂、夾砂等缺陷。因此，在保證流動性的前提下，澆注溫度不宜過高。 提高直澆道高度、增加充型靜壓力、降低鑄型導(dǎo)熱系數(shù)(如用干型代替濕型)、提高鑄型溫度、提高型砂透氣性

3、和開設(shè)出氣冒口以降低氣體阻力、簡化澆注系統(tǒng)和增大內(nèi)澆道截面、減少金屬液流動阻力等，都可以提高合金的流動性。第6頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 C、鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件壁厚最小允許壁厚第7頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 2合金的收縮 收縮的概念 收縮是鑄件中的縮孔、縮松、變形和開裂等缺陷產(chǎn)生的原因。 收縮的三個階段： 液態(tài)收縮 形成縮孔、縮松（體收縮率） 凝固收縮 固態(tài)收縮 產(chǎn)生變形和裂紋（線收縮率）第8頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三幾種鐵碳合金的體積收縮率合金種類含碳量(%)澆注溫度()液態(tài)收縮(%)凝固收縮(%)固態(tài)收縮

4、(%)總體積收縮(%)線收縮率(%)碳素鑄鋼白口鑄鐵灰鑄鐵0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4-6.33.3-4.212.4612-12.96.9-7.81.38-2.01.35-2.00.8-1.0第9頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄件的縮孔和縮松 縮孔的形成： 純金屬或共晶成分的合金易形成縮孔。 縮松的形成： 結(jié)晶溫度范圍大的合金易形成縮松。 第10頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三第11頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三第12頁，共47頁，2022年，5月20

5、日，5點54分，星期三 縮孔和縮松的防止： 定向凝固在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過增設(shè)冒口或冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固，爾后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。 結(jié)果鑄件各部分的凝固收縮均能得到液態(tài)金屬的補充，而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中。第13頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三第14頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄造應(yīng)力 鑄造內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，是鑄件產(chǎn)生變形和開裂的基本原因。 熱應(yīng)力的形成熱脹冷縮不均衡 機械應(yīng)力的形成收縮受阻 減少和消除應(yīng)力的措施： 結(jié)構(gòu)上壁厚均勻，圓角連接，結(jié)構(gòu)對稱。 工藝上同時凝固，去應(yīng)力退火

6、。 第15頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 同時凝固和定向凝固比較 定向凝固用于收縮大或壁厚差距較大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、鋁硅合金等。定向凝固補縮作用好，鑄件致密，但鑄件成本高，內(nèi)應(yīng)力大。 同時凝固用于凝固收縮小的灰鑄鐵。鑄件內(nèi)應(yīng)力小，工藝簡單，節(jié)省金屬，組織不致密。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄件的變形 對于厚薄不均勻、截面不對稱及具有細(xì)長特點的桿件類、板類及輪類等鑄件，當(dāng)殘余鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服強度時，產(chǎn)生翹曲變形。 用反變形法防止箱體、床身導(dǎo)軌的變形。 第17頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期

7、三第18頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄件的裂紋 鑄鋼件熱裂紋（防止辦法：改善型芯的退讓性，大的型芯制成中空的或內(nèi)部填以焦碳） 輪形鑄件的冷裂（防止辦法：減少鑄件應(yīng)力的各項措施，降低合金的脆性）第19頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三常見的鑄件缺陷及產(chǎn)生原因 第20頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 型砂含水過多，透氣性差；起模和修型時刷水過多；砂芯烘干不良或砂芯通氣孔堵塞；澆注溫度過低或澆注速度太快等。 第21頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄件結(jié)構(gòu)不合理，如壁厚相差過大大，造成局部金屬積聚；澆

8、注系統(tǒng)和冒口的位置不對，或冒口過??；澆注溫度太高，或金屬化學(xué)成分不合格，收縮過大。 第22頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 型砂和芯砂的強度不夠；砂型和砂芯的緊實度不夠；合箱時鑄型局部損壞澆注系統(tǒng)不合理，沖壞了鑄型。 第23頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 型砂和芯砂的耐火性不夠；澆注溫度太高；未刷涂料或涂料太薄。 第24頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 模樣的上半模和下半模未對好；合箱時，上、下砂箱未對準(zhǔn)。 第25頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 鑄件的結(jié)構(gòu)不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退讓性

9、差；落砂過早。 第26頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 澆注溫度太低；澆注速度太慢或澆注過程曾有中斷；澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當(dāng)或澆道太小。 第27頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 澆注時金屬量不夠；澆注時液體金屬從分型面流出；鑄件太薄；澆注溫度太低；澆注速度太慢。 第28頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 二、鑄鐵及工藝性能 鑄鐵是含碳量超過2.11%的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵實際上是以Fe、C、Si為主要元素的多元合金。 鑄鐵中碳的存在形式： 滲碳體化合狀態(tài) 石墨游離狀態(tài)鑄鐵分類：白口鑄鐵 灰鑄鐵 （片狀石墨） 灰口鑄鐵 可鍛鑄鐵

10、（團(tuán)絮狀石墨） 麻口鑄鐵 球墨鑄鐵（球狀石墨）第29頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 （一）鑄鐵的石墨化 1、石墨化過程 石墨化鑄鐵中析出石墨的過程。 石墨化形式：緩慢冷卻時，L(A) 石墨 加熱時， Fe3C 石墨 因此石墨是穩(wěn)定相，是亞穩(wěn)定相。 石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格。原子呈層狀排列，同一層面上的碳原子呈共價鍵，結(jié)合力強；層與層之間呈分子鍵，結(jié)合力弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強度、硬度、塑性極低。第30頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格。原子呈層狀排列，同一層面上的碳原子呈共價鍵，結(jié)

11、合力強；層與層之間呈分子鍵，結(jié)合力弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強度、硬度、塑性極低。第31頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 2、影響石墨化的因素 （1）化學(xué)成分碳和硅是強烈促進(jìn)石墨化元素。碳是石墨的基礎(chǔ)，硅促進(jìn)石墨析出(C:2.73.6%, Si:1.12.5%)。碳和硅含量高時，石墨量多、尺寸大、鐵素體多，因此強度、硬度低。錳是微弱阻止石墨化元素，可促進(jìn)珠光體基體形成，提高鑄鐵強度和硬度(Mn : 0.41.2%)。硫和磷是有害元素（S0.10.15%,P0.2）。碳當(dāng)量：CE = C + (Si+P)/3 % CE =4.28% ，共晶成分； CE4.28

12、% ，亞共晶成分； CE4.28% ，過共晶成分。第32頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 （2）冷卻速度 同一鑄件厚壁處為灰口組織，而薄壁處為白口組織，這說明：緩慢冷卻有利于石墨化過程的進(jìn)行。 可見，當(dāng)鐵水的碳當(dāng)量較高，結(jié)晶過程中緩慢冷卻時，易形成灰口鑄鐵；相反易形成白口組織第33頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三冷卻速度對鑄鐵組織的影響第34頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 （二）灰鑄鐵 1、灰鑄鐵的組織和性能特點 灰鑄鐵的組織： 鐵素體灰鑄鐵 鐵素體+珠光體灰鑄鐵 珠光體灰鑄鐵 第35頁，共47頁，2022年，5月20日

13、，5點54分，星期三以片狀石墨分布在基體第36頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 灰鑄鐵的性能： 機械性能強度低、塑性低、韌性低且壁厚敏感；抗壓強度、硬度與相同基體碳鋼相近。 其它性能耐磨性好、減震性好 、缺口敏感性小、鑄造性能和切削加工性能良好 。 第37頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 2、灰鑄鐵的牌號與用途 HT200表示灰鑄鐵，b200N/mm2牌號基體組織用途HT100鐵素體低負(fù)荷和不重要的零件。如手柄、蓋板、重錘等。HT150鐵素體+珠光體受中等負(fù)荷的零件。如機座、支架、箱體、帶輪等。HT200珠光體受較大負(fù)荷的重要件。如汽缸、床身、活

14、塞、中等壓力閥體、齒輪箱、飛輪等。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 3、孕育鑄鐵 HT250、HT300、H350 灰鑄鐵的孕育處理孕育處理：降低碳、硅含量，以提高鑄鐵的強度；澆注前向鐵水 中加入少量的孕育劑（75%硅鐵），可以細(xì)化組織，促進(jìn)石墨化。 孕育鑄鐵的特點：強度較高，冷卻速度對其組織和性能的影響甚小。特別適合生產(chǎn)厚大鑄件如重型機床、壓力機床身、高壓液壓件、活塞環(huán)、齒輪、凸輪等。第39頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 （三）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是在澆注前往鐵水中加少量的球化劑和孕育劑，獲得具有球狀石墨的鑄鐵。 1、球墨鑄鐵的組織和性能

15、 球墨鑄鐵的組織： 鐵素體球鐵 鐵素體+珠光體球鐵 珠光體球鐵第40頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三以球狀石墨分布在基體第41頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 2、球墨鑄鐵的牌號與用途 QT500-7表示球墨鑄鐵，b500N/mm2, 7 % 牌號基體組織用途QT450-10鐵素體農(nóng)機具零件、中低壓閥門、輸氣管道。QT600-3鐵素體+珠光體負(fù)荷大、受力復(fù)雜的零件。如汽車、拖拉機曲軸，連桿，凸輪軸，蝸桿機床蝸桿、蝸輪，軋鋼機軋輥、大齒輪。QT700-2珠光體QT800-2珠光體高強度齒輪。第42頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星

16、期三 3、球墨鑄鐵鑄造工藝特點 （1）流動性比灰鑄鐵差 （2）收縮較灰鑄鐵大 球墨鑄鐵件多應(yīng)用冒口和冷鐵，采用定向凝固原則。在鑄型剛度很好的條件下，也可采用同時凝固原則不用冒口或用小冒口。第43頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三 三、鑄鋼及工藝性能鑄鋼的應(yīng)用僅次于鑄鐵，其產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量的15%。鑄鋼的主要優(yōu)點是力學(xué)性能高，特別是塑性和韌性比鑄鐵高得多，焊接性能良好，適于鑄焊聯(lián)合工藝制造重型機械。但鑄造性能、減震性和缺口敏感性都比鑄鐵差。鑄鋼主要用于制造承受重載荷及沖擊載荷的零件，如鐵路車輛上的搖枕、側(cè)架、車輪及車鉤，重型水壓機橫梁，大型軋鋼機機架、齒輪等。常用鑄鋼：碳素鑄鋼、低合金鑄鋼、高合金鑄鋼。第44頁，共47頁，2022年，5月20日，5點54分，星期三鑄鋼的熔煉溫度高、澆注濕度也高，容易吸氣和氧化，收縮大、流動性差，極易產(chǎn)生各種鑄造缺陷。為了獲得合格的鑄件，必須采取有效的工藝措施：首先，造型材科必須有足夠的耐火度，原砂常采用大顆粒人造硅砂，鑄型表面常使用硅石粉或鍺石粉涂料，以防粘砂。型砂要有足夠的透氣性和容讓性，必要時采用干砂型或水玻璃自硬砂，減少發(fā)氣量，防止產(chǎn)生氣孔；在型砂中加入木屑，避免產(chǎn)生裂紋。其次，澆注系統(tǒng)要盡可能