工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)之金屬液態(tài)成形工藝

金屬液態(tài)成形工藝第二篇緒論第一章金屬液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)第二章常用液態(tài)成形合金及其熔煉第三章液態(tài)金屬的成形工藝方法第四章液態(tài)成形件的工藝設(shè)計(jì)緒論

將液態(tài)合金澆注到一定形狀、尺寸鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法.

鑄造的核心問(wèn)題：

凝固組織的形成與控制；鑄造的缺陷與防止；尺寸精度與表面粗糙度的控制。一什么是液態(tài)成形（鑄造）?零件圖鑄造工藝圖鑄型型芯芯盒芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理檢驗(yàn)鑄件二鑄造生產(chǎn)過(guò)程澆注冷卻凝固緒論變速箱殼體的鑄造過(guò)程

緒論（1）材料來(lái)源廣；（2）廢品可重熔；（3）設(shè)備投資低。

三鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)1．可生產(chǎn)形狀任意復(fù)雜的制件，特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的制件。如汽缸體、汽缸蓋等。（1）合金種類(lèi)不受限制；（2）鑄件大小幾乎不受限制。2．適應(yīng)性強(qiáng)：

3．成本低：

4．廢品率高、表面質(zhì)量較低、勞動(dòng)條件差。緒論四國(guó)內(nèi)鑄造技術(shù)狀況(一)中國(guó)古代鑄造技術(shù)中國(guó)古代鐵器的金相組織中帶有球狀石墨（二）東風(fēng)公司鑄造生產(chǎn)狀況

鑄造員工數(shù)約8000人。鑄件年生產(chǎn)能力約23萬(wàn)噸，實(shí)際最高產(chǎn)量為17萬(wàn)噸。其中灰鑄鐵件占43.9%；球墨鑄鐵件占46%；蠕墨鑄鐵件占據(jù)2%，鑄鋼件占3%；鋁合金鑄件占3.4%；鋅合金鑄件占1.4%；銅合金鑄件占0.3%。主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品

變速箱撥叉、管接頭、門(mén)絞鏈、拖鉤等汽車(chē)碳素鋼及部分耐熱鋼和不銹鋼鑄件。

主要產(chǎn)品汽車(chē)壓鑄件主要產(chǎn)品金屬型重力澆注機(jī)活塞與活塞環(huán)主要產(chǎn)品

帶著問(wèn)題學(xué)1、你在什么情況，會(huì)采用液態(tài)成形方法來(lái)生產(chǎn)零件毛坯？2、從相圖分析，什么合金最適合液態(tài)成形？為什么？3、在液態(tài)成形過(guò)程中，合金從液態(tài)變成固態(tài)，哪些主要因素會(huì)影響鑄件質(zhì)量？第一章金屬液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)充型能力不足的缺陷：澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等。影響因數(shù)：

一、液態(tài)合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性：液態(tài)合金本身的流動(dòng)能力。

充型能力——液體金屬充滿(mǎn)鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成形件的能力?！?-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性充型能力的決定因數(shù)合金的流動(dòng)性鑄型性質(zhì)澆注條件鑄件結(jié)構(gòu)等液態(tài)合金的工藝性能液態(tài)合金的工藝性能表征為液態(tài)合金的鑄造性能通常是指合金的流動(dòng)性、收縮性吸氣性及偏析等性能合金鑄造性能是選擇鑄造金屬材料，確定鑄件的鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)0.45%C鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C鑄鐵：1800流動(dòng)性測(cè)定試樣§1-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性幾種不同合金流動(dòng)性的比較*鑄鐵的流動(dòng)性*鑄鋼的流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)證明鑄鐵的流動(dòng)性好，鑄鋼的流動(dòng)性差。合金流動(dòng)性主要由合金結(jié)晶特點(diǎn)決定a）恒溫下凝固特性b）一定溫度范圍凝固特性PbSb20406080204060800流動(dòng)性（cm）100200300溫度（℃）0§1-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性（3）澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，充型能力差。

二、澆注條件三、鑄型充填條件（1）鑄型材料

鑄型的蓄熱系數(shù)(表示鑄型從其中的金屬吸取熱量并儲(chǔ)存在本身的能力)大，充型能力越差。

b=sqrt(c*λ*ρ)

（1）澆注溫度

一般T澆越高，液態(tài)金屬的充型能力越強(qiáng)。（2）充型壓力壓力越大，充型能力越強(qiáng)。§1-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性（2）鑄型溫度

鑄型溫度越高，充型能力越強(qiáng)。（3）鑄型中的氣體（2）鑄件復(fù)雜程度

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，充型困難。

四、鑄件結(jié)構(gòu)（1）鑄件壁厚厚度大，熱量散失慢，充型能力就好。§1-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮一、鑄件的凝固方式

1.逐層凝固3.糊狀凝固

2.中間凝固

影響鑄件凝固方式的主要因素：（1）合金的結(jié)晶溫度范圍結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固

。表層中心t鑄件固相線(xiàn)液相線(xiàn)成分溫度表層中心t鑄件液固液表層中心St鑄件溫度液相線(xiàn)固凝固區(qū)（2）鑄件的溫度梯度

凝固區(qū)域的寬窄還與鑄件內(nèi)外層之間的溫度差有關(guān)。若鑄件溫度梯度大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)窄。表層中心St鑄件溫度成分溫度S1T1T2二、合金的收縮1.收縮的概念T澆T液T固T室合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段：（1）液態(tài)收縮

澆注溫度~凝固開(kāi)始溫度間的收縮。

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮鑄件縮孔或縮松的原因。

體收縮率：線(xiàn)收縮率：鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋原因。（3）

固態(tài)收縮

凝固終止溫~到室溫間的收縮。

（2）

凝固收縮

凝固開(kāi)始~凝固終止溫度間的收縮。

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮合金收縮固態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻液態(tài)收縮凝固收縮縮孔:恒溫下結(jié)晶縮松:兩相區(qū)結(jié)晶線(xiàn)形收縮裂紋變形應(yīng)力

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮影響收縮的因素鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)澆注溫度化學(xué)成分(c含量)合金收縮2.縮孔與縮松

液體金屬冷凝時(shí)，液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的為縮孔，細(xì)小而分散的為縮松。1)縮孔和縮松的形成2)縮孔和縮松的防止

措施:控制鑄件的凝固次序，使鑄件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”。

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮縮孔的形成:

純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過(guò)程，如得不到合金液的補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方就會(huì)產(chǎn)生縮孔.

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮縮松的形成原因:

鑄件最后凝固的收縮未能得到補(bǔ)足，或者結(jié)晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，枝晶骨架將合金液分割開(kāi)的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮暗冒口冒口—儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液的空腔。順序凝固—鑄件按照一定的次序逐漸凝固。冷鐵熱節(jié)

§1-2液態(tài)金屬的凝固與收縮內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力變形裂紋鑄件在凝固和冷卻的過(guò)程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導(dǎo)致不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。殘余熱應(yīng)力的存在，使鑄件處在一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過(guò)鑄件的變形來(lái)緩解其應(yīng)力，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。當(dāng)熱應(yīng)力大到一定程度會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

一、液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力

鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過(guò)程中，其固態(tài)收縮受到阻礙，鑄件內(nèi)部即將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

1.機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）

合金的線(xiàn)收縮受到鑄型、型芯、澆冒系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)應(yīng)力。上型下型§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋2．熱應(yīng)力

鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的應(yīng)力。

tT12t0t1t2t3THT再T室t0~t1:塑性狀態(tài)彈性狀態(tài)12+-12t1~t2：t2~t3：+-1212-+12

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。二、鑄件的變形與防止

+-反變形法

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

防止變形的方法：1）使鑄件壁厚盡可能均勻；2）采用同時(shí)凝固的原則；3）采用反變形法。同時(shí)凝固—整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固。冷鐵4）進(jìn)行時(shí)效處理影響因素：合金的線(xiàn)收縮率；彈性模量；鑄件的壁厚差

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

三、鑄件的裂紋與防止

1．熱裂

形狀特征：裂紋短、寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。

熱裂的防止：①選擇凝固溫度范圍小，熱裂傾向小的合金。②提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機(jī)械應(yīng)力。③嚴(yán)格控制硫的含量，防止熱脆性。

熱裂

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

2．冷裂特征：裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線(xiàn)狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。

冷裂的防止：1）使鑄件壁厚盡可能均勻；2）采用同時(shí)凝固的原則；3）必須嚴(yán)格控制磷的含量，防止冷脆性。

冷裂

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

鑄件中的氣孔是最常見(jiàn)的缺陷，按氣體來(lái)源可分為●侵入氣孔是砂型表面聚集的氣體侵入而成。常在鑄件上表面。增加鑄型的排氣能力可預(yù)防之?！裎龀鰵饪?/p>

因溫度下降，氣體溶解度下降而析出氣孔尺寸小，分布廣，有時(shí)可遍及整個(gè)截面?！穹磻?yīng)氣孔

金屬與鑄型材料等之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體。大多分布在鑄件表層下1~2mm處。

鑄件中的氣孔3.鑄件的質(zhì)量控制1）鑄件缺陷難以避免。常見(jiàn)缺陷有：氣孔、粘砂、夾砂、縮孔、縮松；裂紋；合金成分、性能不合格等。2）鑄件中，可許存在一些合乎技術(shù)要求的鑄造缺陷。3）鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)——外部、內(nèi)部、成分、性能檢測(cè)等。

縮孔氣孔澆不到

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

小結(jié)合金工藝性能充型能力凝固方式應(yīng)力與變形流動(dòng)性澆注條件鑄型條件逐層凝固糊狀凝固中間凝固收縮性能液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮復(fù)習(xí)題金屬液態(tài)成形有何最突出的優(yōu)點(diǎn)？通常有哪些液態(tài)成形方法？金屬鑄造工藝性能主要以何種物理特性來(lái)表征？其影響因素如何？請(qǐng)分別予以分析？鑄造凝固方式，根據(jù)合金凝固特性分成哪幾類(lèi)？它們對(duì)鑄件質(zhì)量將分別產(chǎn)生什么影響？金屬液態(tài)成形中，其收縮過(guò)程分為哪幾個(gè)相互聯(lián)系的階段，對(duì)鑄件質(zhì)量將產(chǎn)生什么影響？如何防止縮孔和縮松的產(chǎn)生？何謂鑄件熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力？它們對(duì)鑄件質(zhì)量將產(chǎn)生什么影響？如何防止鑄件變形？§2-1鑄鐵件生產(chǎn)

鑄鐵是含碳量大于2.11%（通常為2.5%-4.0%）的鐵碳合金。依碳在鑄鐵中存在形式，鑄鐵可分為：1.白口鑄鐵：C以Fe3C的形式存在，斷口呈銀色。

白口鑄鐵有良好耐磨性，用來(lái)制造一些耐磨件，如軋輥等。2．灰口鑄鐵：C大部或全部以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。第二章常用液態(tài)成形合金及其熔煉鑄鐵的石墨化

根據(jù)相穩(wěn)定的自由能計(jì)算，鑄鐵中滲碳體是介穩(wěn)定相，石墨是穩(wěn)定相。

石墨化過(guò)程就是碳以石墨析出的過(guò)程。石墨化過(guò)程能否進(jìn)行，還取決于石墨的形核及碳的擴(kuò)散能力等動(dòng)力因素。對(duì)于固態(tài)相變，原子的擴(kuò)散對(duì)相變能否進(jìn)行起重要作用。石墨具有特殊的簡(jiǎn)單六方晶格，底面之間的間距較大結(jié)合力較弱。所以石墨的強(qiáng)度、硬度和塑性都很差。§2-1鑄鐵件生產(chǎn)1、石墨的存在，使鑄鐵具備某些優(yōu)良的工藝性能因石墨的存在，造成脆性切屑，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異?；诣T鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少了鑄件體積的收縮，降低了鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的減振性能。大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。鑄鐵的石墨化（1885年托馬斯·特納）2、石墨形成的三個(gè)階段結(jié)晶析出，或共晶反應(yīng)生成（1154℃）LC’→AE’

＋G(共晶)奧氏體析出（1154-738℃）二次石墨GⅡ共析（738℃）AS’→FP’

＋G(共析)§2-1鑄鐵件生產(chǎn)影響石墨化主要因素1、化學(xué)成分（內(nèi)因）

C、Si：促進(jìn)石墨化的元素；

碳當(dāng)量：Wc+1/3Wsi；控制在接近共晶成分。

此外，P、Al、Cu、Ni、Co等也會(huì)促進(jìn)石墨化；S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。2、冷卻速度（外因）

冷卻速度愈慢，愈有利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行；冷卻速度愈快，愈不利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)4．蠕墨鑄鐵：

其石墨呈蠕蟲(chóng)狀。如圖d所示。

abcd根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)，灰口鑄鐵又可分為：1．普通灰口鑄鐵：

簡(jiǎn)稱(chēng)灰口鑄鐵，其石墨呈片狀。如圖a所示。2．可鍛鑄鐵：

其石墨呈團(tuán)絮狀。如圖b所示。3．球墨鑄鐵：

其石墨呈球狀。如圖c所示?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)灰鑄鐵顯微組織§2-1鑄鐵件生產(chǎn)可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵球鐵§2-1鑄鐵件生產(chǎn)一、影響鑄鐵組織和性能的因素

1、化學(xué)成分（五大基本元素）

碳是形成石墨的元素，硅是促進(jìn)石墨化的素。碳、硅量高，析出的石墨多、石墨片愈粗大。

鑄鐵中碳、硅含量均高

時(shí)，析出的石墨多、粗大，基體中鐵素體增多，珠光體減少。

1）碳和硅§2-1鑄鐵件生產(chǎn)3）錳錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定珠光體，提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度的作用。Mn

0.6~1.2%4）磷磷對(duì)鑄鐵的石墨化影響不顯著。含磷過(guò)高將增加鑄鐵的冷脆性。P<0.1%~0.15%。2）硫硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素。硫量高

熱脆性；S<0.1-0.15%。

§2-1鑄鐵件生產(chǎn)2．冷卻速度1）鑄型材料2）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。石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響石墨片越圓整、越細(xì)小、分布越均勻?qū)w割裂作用越小?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)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：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+Le珠光體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：珠光體+鐵素體灰口鑄鐵：P+G片P+F+G片F(xiàn)+G片麻口鑄鐵：P+Fe3C+G+Le§2-1鑄鐵件生產(chǎn)二、灰口鑄鐵

（一）灰口鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能

1．灰口鑄鐵的化學(xué)成分與組織

成分：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，0.4~1.2Mn，S≤0.15%，P≤0.3%。

通常組織有：1)鐵素體灰口鑄鐵（F+G片）2)鐵素體-珠光體灰口鑄鐵（F+P+G片）3)珠光體灰口鑄鐵（P+G片）碳以石墨的形式析出的過(guò)程。通常視石墨化過(guò)程充分與否，會(huì)得到不同基體的鑄鐵組織?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)2．灰口鑄鐵的性能

2）良好的減振性、耐磨性3）低的缺口敏感性1）力學(xué)性能：σb=120-250Mpa，δ≈0（二）灰口鑄鐵的孕育處理

灰口鑄鐵的組織和性能，與石墨的數(shù)量、大小和形態(tài)有關(guān)。

§2-1鑄鐵件生產(chǎn)孕育處理—向鐵水加入孕育劑，形成大量彌散的石墨結(jié)晶核心，得到細(xì)片狀石墨的組織。

孕育鑄鐵：P細(xì)+G細(xì)片σb=250-400Mpa，HB=170-270，δ≈0孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.25-0.6%?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)2．牌號(hào)拼音“HT”+數(shù)字，數(shù)字表示其最低抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）。1．生產(chǎn)特點(diǎn)1）熔煉成本相對(duì)低，良好的鑄造性能。2）不通過(guò)熱處理來(lái)提高其性能（四）灰口鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn)及牌號(hào)灰鐵（三）灰口鑄鐵的工藝性能良好的鑄造性能,切削加工性能。§2-1鑄鐵件生產(chǎn)

牌號(hào)組織用途舉例HT150F+P+G片底座、床身、工作臺(tái)；泵殼、容器、法蘭盤(pán);工作壓力不太大的管件HT200F+P+G片要求高的強(qiáng)度的泵殼。機(jī)床床身、汽缸、齒輪、活塞、剎車(chē)輪。HT250P+G片HT300P細(xì)+G細(xì)片床身導(dǎo)軌、車(chē)床、沖床等受力較大的床身、冷鐓模、冷沖模HT350P細(xì)+G細(xì)片§2-1鑄鐵件生產(chǎn)三、可鍛鑄鐵

（一）可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號(hào)及選用

1．可鍛鑄鐵的組織、性能1）鐵素體（黑心）可鍛鑄鐵（F+G團(tuán)）：2）珠光體（P+G團(tuán)）：§2-1鑄鐵件生產(chǎn)2．可鍛鑄鐵的牌號(hào)

拼音+兩組數(shù)字，第一組數(shù)字抗拉強(qiáng)度σb

（Mpa），第二組數(shù)字伸長(zhǎng)率δ。KTH300—06

KTZ450—06

黑心可鐵珠光體可鐵σbδσbδ§2-1鑄鐵件生產(chǎn)牌號(hào)組織用途舉例KTH300—06F+G團(tuán)三通、管件、中壓閥門(mén)KTH330—08F+G團(tuán)

汽車(chē)、拖拉機(jī)的前后輪殼、差速器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動(dòng)器等。KTH350—10F+G團(tuán)KTH370—12F+G團(tuán)KTZ450—06P+G團(tuán)輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、犁片、耙片、閘、萬(wàn)向接頭、棘輪、扳手等KTZ550—04P+G團(tuán)§2-1鑄鐵件生產(chǎn)（二）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)

1.獲得白口坯料

1）碳、硅量要低。2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si。2）冷卻速度要快。2.石墨化退火

920℃-980℃720℃650℃Fe3C

A+G團(tuán)PF+G團(tuán)P+G團(tuán)F+G團(tuán)℃t退火的總周期一般為40~70小時(shí)§2-1鑄鐵件生產(chǎn)四、球墨鑄鐵

1．球墨鑄鐵的組織、性能、牌號(hào)及用途1）珠光體球墨鑄鐵（P+F少+G球）

a）強(qiáng)度高。特別是屈服強(qiáng)度高（σ0.2/σb≈0.7～0.8）。b）疲勞強(qiáng)度較高

珠光體球墨鑄鐵可代替碳鋼制造某些受較大交變負(fù)荷的重要件，如曲軸?！?-1鑄鐵件生產(chǎn)牌號(hào)組織用途舉例QT400—17F+G球汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件，輪轂、驅(qū)動(dòng)橋殼、差速器殼、撥叉、中低壓閥門(mén)、管道。QT420—10F+G球QT500—05F+P+G球機(jī)座、傳動(dòng)軸、機(jī)車(chē)護(hù)瓦等。QT600—02P+G球曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環(huán)、軸套、汽缸套、機(jī)床蝸輪、蝸桿等QT700—02P+G球§2-1鑄鐵件生產(chǎn)

用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件，如后橋殼等。2）鐵素體球墨鑄鐵（F+P少+G球）σb=450~500MPa;δ=17%

牌號(hào)用拼音“QT”和兩組數(shù)字表示，數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

球鐵§2-1鑄鐵件生產(chǎn)2．球墨鑄鐵的生產(chǎn)

1）原鐵水化學(xué)成分：

S≤0.07%、P≤0.1%，3.6～4.0%C2）鐵水溫度較高T出>1450℃3）球化處理和孕育處理

球化劑加入量一般為鐵水重量的1.0-1.6%。

球化劑的作用：促使石墨在結(jié)晶時(shí)呈球狀析出。

a）球化處理§2-1鑄鐵件生產(chǎn)常用含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.4-1.0%。

b）孕育處理促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止白口鐵。球化處理工藝有沖入法和型內(nèi)球化法。鐵水合金球化劑硅鐵粉鐵水包出鐵槽草木灰反應(yīng)室鑄件冒口積渣包§2-1鑄鐵件生產(chǎn)五、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的性能特點(diǎn)：（1）力學(xué)性能介于灰鐵與球鐵之間，導(dǎo)熱性比球鐵好。（2）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。蠕墨鑄鐵主要制造在熱循環(huán)作用下工作的零件，如大型柴油機(jī)汽缸蓋、排汽管、鋼錠模及金屬型等§2-1鑄鐵件生產(chǎn)牌號(hào)組織用途舉例RT260F+G蠕汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件、驅(qū)動(dòng)橋殼、閥體等RT300F+P+G蠕排氣管、變速箱體、汽缸蓋、紡織零件、液壓件等RT340F+P+G蠕重型機(jī)床件、大型齒輪箱體、蓋、剎車(chē)鼓、玻璃模具、飛輪等RT380P+G蠕活塞環(huán)、氣缸套、制動(dòng)盤(pán)、玻璃模具、剎車(chē)鼓、鋼珠研磨盤(pán)吸泥泵體等RT420P+G蠕§2-1鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵熔煉鑄鐵熔煉設(shè)備電爐與沖天爐一、鑄鋼的分類(lèi)、性能、牌號(hào)及應(yīng)用1．碳素鋼2．合金鋼1）低碳鋼2）中碳鋼3）高碳鋼C<0.25%C=0.25~0.45%C=0.50~0.601）低合金鋼2）高合金鋼Me<5%Me>5%鑄造性能差、應(yīng)用較少。鑄造性能較好、應(yīng)用廣泛。鑄造性能差、應(yīng)用較少?！?-2

鑄鋼件生產(chǎn)鋼號(hào)舊鋼號(hào)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）用途舉例CSiMnP、S≤ZG200~400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韌性高的各種機(jī)械零件，如機(jī)座、箱體等ZG230~450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韌性較高的各種機(jī)械零件，如外殼、軸承蓋、閥體、砧座等ZG270~500ZG350.400.500.900.04用于軋鋼機(jī)機(jī)架、軸承座、連桿、曲軸、缸體、箱體等ZG310~570ZG450.500.600.900.04用于負(fù)荷較高的零件，如大齒輪、缸體、制動(dòng)輪、棍子等ZG340~640ZG550.600.600.900.04用于齒輪、棘輪、聯(lián)接器、叉頭等§2-2

鑄鋼件生產(chǎn)二、鑄鋼的熔鑄工藝特點(diǎn)

1.鑄鋼的鑄造性能差流動(dòng)性差、收縮大。1）鑄件要安放冒口和冷鐵；2）必須嚴(yán)格控制澆注溫度；3）鑄件的壁不能太薄；2.鑄鋼的熱處理退火：C0.35%正火：C0.35%3.鑄鋼的熔煉電爐§2-3鑄造有色合金一、鑄造銅合金1．鑄造黃銅

2．鑄造青銅

(Cu-Zn)σb=250~450Mpa，δ=7~30%，60~120HBS。價(jià)格低于鑄造青銅，有優(yōu)良的鑄造性能。用于重載低速下軸承、襯套、齒輪等耐磨件及大型螺旋槳等。青銅是指除了銅鋅合金以外的其它銅合金。力學(xué)性能低于黃銅，但其耐磨、耐蝕性?xún)?yōu)于黃銅，錫青銅特別適合制造高速滑動(dòng)軸承和襯套。二、鑄造鋁合金1．鋁硅合金（Al-Si）流動(dòng)性好、線(xiàn)收縮率低、熱裂傾向小、氣密性好，有足夠的強(qiáng)度，所以應(yīng)用最廣。用于形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)缸體等。

§2-3鑄造有色合金2．鋁銅合金（Al-Cu）3．鎂合金鋁銅合金的鑄造性能差，熱裂傾向大、氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，主要用于制造活塞、汽缸頭等。與其它金屬相比鎂合金具有很多性能特點(diǎn)：①密度小，例如AZ91鎂合金的密度是1.81g?cm-3，約為鋁的2/3，鐵的1/4，接近工程塑料的密度。②抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率與鋁合金鑄件相當(dāng)。§2-3鑄造有色合金③具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工，且熱傳導(dǎo)性好，用在壓鑄汽車(chē)輪轂上，可有效散發(fā)制動(dòng)摩擦熱量，提高制動(dòng)穩(wěn)定性；④具有良好的壓鑄成形性能和尺寸穩(wěn)定性，壓鑄件壁厚最小可達(dá)0．15mm，適合制造各類(lèi)汽車(chē)壓鑄件；⑤具有良好的阻尼系數(shù)，消震性能優(yōu)于鋁合金和鑄鐵，用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減少震動(dòng)，提高汽車(chē)的安全性和舒適性?！?-3鑄造有色合金鑄件生產(chǎn)呈現(xiàn)“三升二降”的趨勢(shì)。球鐵件、有色金屬鑄件以及用特種方法生產(chǎn)的鑄件上升；鑄鋼件、可鍛鑄件明顯下降。復(fù)習(xí)題灰口鑄鐵和白口鑄鐵在組織和性能上有何區(qū)別？灰鑄鐵最適宜制造什么類(lèi)型和用途的零件毛坯？孕育鑄鐵將如何生產(chǎn)？孕育鑄鐵有何組織和性能特點(diǎn)？鑄鐵石墨化的意義是什么？影響鑄鐵石墨化的因素有哪些？球墨鑄鐵是如何獲得的？球墨鑄鐵有何組織和性能特點(diǎn)？說(shuō)明球墨鑄鐵在汽車(chē)制造中的應(yīng)用。對(duì)比分析鑄鋼和球墨鑄鐵在力學(xué)性能、鑄造性能、生產(chǎn)成本以及應(yīng)用上的區(qū)別。簡(jiǎn)述鑄造非鐵合金的種類(lèi)、性能和應(yīng)用上的區(qū)別。舉例列表說(shuō)明各種鑄造合金牌號(hào)、組織、主要力學(xué)性能及其應(yīng)用。

第三章液態(tài)金屬的成形工藝方法§3-1砂型鑄造成形工藝1砂型的性能要求具有一定的強(qiáng)度，良好的透氣性，對(duì)鑄件收縮的可退讓性，一定的耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性，良好的工藝性。2濕型砂用原材料原砂：硅砂（SiO2）粘土+水：濕型砂的粘結(jié)劑。附加物：煤粉等一、型砂的性能及組成

§3-1砂型鑄造成形工藝

3粘土砂組成：

原砂、粘土、煤粉、附加物和水。砂型密度約1.5~1.6g/cm3。4型砂的結(jié)構(gòu):

粘土、附加物和水混合成漿，以薄膜形式把砂粒聯(lián)結(jié)起來(lái)，使型砂具有一定強(qiáng)度和可塑性，孔隙使其具有一定的透氣能力。二、手工造型三、機(jī)器造型

適用于單件、小批量生產(chǎn)1)生產(chǎn)效率高;2)鑄型質(zhì)量好（緊實(shí)度高而均勻、型腔輪廓清晰）;3)設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。適用于中、小型鑄件的批量生產(chǎn)。

§3-1砂型鑄造成形工藝1．機(jī)器造型的造型方法：1）震壓造型2）高壓造型

§3-1砂型鑄造成形工藝垂直分型造型線(xiàn)

§3-1砂型鑄造成形工藝水平分型造型線(xiàn)

§3-1砂型鑄造成形工藝1）殼芯機(jī)2．機(jī)器制芯方法：

§3-1砂型鑄造成形工藝熱芯盒制芯§3-2金屬型鑄造成形工藝

液態(tài)金屬澆入金屬型鑄件獲得一、金屬型的材料及結(jié)構(gòu)材料一般采用鑄鐵，也可用碳鋼或低合金鋼。金屬型有水平分型式、垂直分型式和復(fù)合分型式等。金屬型鑄造二、金屬型的鑄造工藝

1．加強(qiáng)金屬型的排氣，工作表面上噴刷涂料2．控制金屬型溫度，及時(shí)開(kāi)型三、金屬型鑄造的特點(diǎn)及適用范圍1．鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能高。

2．鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。3．生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件得到改善。4．金屬型鑄件易產(chǎn)生氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆不到等缺陷。

應(yīng)用：主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。3．預(yù)熱金屬型并控制其溫度§3-2金屬型鑄造成形工藝

§3-3熔模鑄造成形工藝一、熔模鑄造的工藝過(guò)程母模壓型蠟?zāi)＝M結(jié)殼脫蠟單個(gè)蠟?zāi)１簾?、澆注二、熔模鑄造的特點(diǎn)和適用范圍1．鑄件精度和表面質(zhì)量較高，IT11~IT13，Ra1.6~12.5μm。

2．最適合高熔點(diǎn)及難加工的高合金鋼，如耐熱合金等。

3．形狀較復(fù)雜的鑄件，如直徑2mm的小孔均可鑄出。

4．單件、成批、大量生產(chǎn)均可適用。

5．工藝過(guò)程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；鑄件不能太大。應(yīng)用：它最適合25kg以下的高熔點(diǎn)、難以切削加工合金鑄件的成批大量生產(chǎn)?！?-3熔模鑄造成形工藝§3-4壓力鑄造成形工藝液態(tài)金屬在高壓作用下快速壓入金屬鑄型中，并在壓力下結(jié)晶，以獲得鑄件的成形工藝方法。一、壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程二、壓力鑄造的特點(diǎn)和適用范圍

1．鑄件尺寸精度和表面質(zhì)量最高。IT11~IT13，Ra3.2~0.8。2．鑄件的強(qiáng)度和表面硬度高。抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄造提高25~30%。

3．可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件。

4．生產(chǎn)率高。每小時(shí)可鑄

50~150次。

§3-4壓力鑄造成形工藝5．設(shè)備模具成本高，不適宜單件、小批生產(chǎn)。6．不適宜鑄鐵、鋼等高熔點(diǎn)合金的鑄造。

7．壓鑄件內(nèi)部存在縮孔和縮松，氣孔缺陷。三、壓鑄件的設(shè)計(jì)和使用鑄件壁厚均勻，3~4mm為宜。2.壓鑄件不能進(jìn)行熱處理或在高溫下工作。3.壓鑄件應(yīng)盡量避免切削加工。§3-4壓力鑄造成形工藝應(yīng)用：有色薄壁小件的大批量生產(chǎn)。常見(jiàn)壓鑄件§3-4壓力鑄造成形工藝§3-5低壓鑄造成形工藝

低壓鑄造是在0.2~0.7大氣壓的低壓下將金屬液注入型腔，并在壓力下凝固成形，以獲得鑄件的方法。一、低壓鑄造的工藝過(guò)程低壓鑄造的組成§3-5低壓鑄造成形工藝

二、低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍應(yīng)用：鑄造鋁合金鑄件，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、葉輪等。1．澆注壓力和速度便于調(diào)節(jié)，可適應(yīng)不同材料的鑄型。2．鑄件的氣孔、夾渣等缺陷較少。

3．便于實(shí)現(xiàn)順序凝固，鑄件組織致密、力學(xué)性能高。

4．無(wú)冒口，金屬的利用率提高到90~98%。

§3-5低壓鑄造成形工藝

§3-6實(shí)型鑄造成形工藝方法

鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率以及成本有很大的影響。鑄件的結(jié)構(gòu)包括：鑄件外形、內(nèi)腔、壁厚、壁與壁的連接及加強(qiáng)肋、凸臺(tái)、法蘭等。§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第四章液態(tài)成形件的工藝設(shè)計(jì)

第四章液態(tài)成形件的工藝設(shè)計(jì)一、鑄件壁厚的設(shè)計(jì)1．合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚

鑄件的最小壁厚鑄造方法鑄件尺寸（mm）合金種類(lèi)鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金砂型鑄造<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～12§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2．鑄件壁厚應(yīng)均勻、避免厚大截面

§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

二、鑄件壁的連接1．鑄件的結(jié)構(gòu)圓角2．避免銳角連接3．厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過(guò)渡4．減緩筋、輻收縮的阻礙

§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三、鑄件外形的設(shè)計(jì)

1．避免外部側(cè)凹、凸起；2．分型面應(yīng)盡量為平直面；上中中下上下3．凸臺(tái)、筋條的設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模。

§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

四、鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)1．應(yīng)盡量減少型芯的數(shù)量，避免不必要的型芯。2．便于型芯的固定、排氣和清理。

§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

五、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的其它問(wèn)題1．鑄造方法2．組合鑄件的設(shè)計(jì)大鑄件或形狀復(fù)雜的鑄件用連接方式將其組合成整體。

§4-1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常見(jiàn)鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)名稱(chēng)不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件外形的設(shè)計(jì)

盡量避免曲面分型，以避免挖砂造型續(xù)表39名稱(chēng)不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件外形的設(shè)計(jì)

對(duì)凸臺(tái)、肋條及法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)便于起模，避免不必要的型芯和盡量少用活塊

盡量使鑄件有最少的分型面