常用合金鑄件生產(chǎn)第3部分課件

1.4常用合金鑄件生產(chǎn)1.4.1鑄鐵件生產(chǎn)

1.4.2鑄鋼件生產(chǎn)

1.4.3非鐵合金鑄件生產(chǎn)鑄鐵是Wc>2.11%的鐵碳合金。實用的鑄鐵是Fe—C—Si為主的多元合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良性能，且制造簡單，成本低廉，是最常用的金屬材料之一。1.4.1鑄鐵件生產(chǎn)

1.鑄鐵的石墨化及影響因素

2.常用的鑄鐵鑄鐵分類碳部分以石墨的形式存在，部分以Fe3C的形式存在，斷口呈黑白相間的麻點。鑄鐵的分類根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式分①白口鑄鐵：②灰口鑄鐵：③麻口鑄鐵：碳主要以Fe3C的形式存在，斷口呈銀白色；碳全部或大部分以石墨(G)的形式存在，斷口呈暗灰色；在這三類鑄鐵中，灰口鑄鐵用的最多。1.鑄鐵的石墨化及影響因素鑄鐵的石墨化是指鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程。（1）鑄鐵的石墨化圖1.4.1鐵碳合金雙重相圖

石墨化過程的兩個階段

共析溫度以上的石墨化過程稱為第一階段石墨化；第一階段石墨化過程進行的程度決定得到什么鐵。第一階段石墨化過程無法進行，得到白口鑄鐵；第一階段石墨化部分進行，得到麻口鑄鐵；第一階段石墨化過程能夠充分進行，得到灰口鑄鐵。

共析及共析溫度以下的石墨化過程稱為第二階段石墨化。第二階段石墨化過程進行的程度決定得到什么基體的鑄鐵，如表1所示。鑄鐵名稱鑄鐵顯微組織石墨化進行的程度第一階段石墨化第二階段石墨化灰鑄鐵F+G片F(xiàn)+P+G片P+G片完全進行完全進行部分進行未進行球墨鑄鐵F+G球F+P+G球P+G球完全進行完全進行部分進行未進行蠕墨鑄鐵F+G蠕蟲F+P+G蠕蟲完全進行完全進行部分進行可鍛鑄鐵F+G團絮P+G團絮完全進行完全進行未進行表1鑄鐵組織與石墨化進行程度之間的關(guān)系2.常用的鑄鐵（4）可鍛鑄鐵（5）特殊性能鑄鐵（1）灰鑄鐵

1）組織特征

2）性能特點3)牌號及用途

4)鑄造性能

5)孕育處理

6)熱處理

（2）球墨鑄鐵（3）蠕墨鑄鐵1）組織特征2）性能特點3)牌號及用途4）蠕墨鑄鐵生產(chǎn)5)鑄造性能白口鑄鐵自學(xué)（1）灰鑄鐵

1）組織特征

灰鑄鐵的組織由鋼的基體+片狀石墨所組成，按基體不同，灰鑄鐵分為三種類型，如圖1.4.3所示。a）鐵素體基體b)鐵素體+珠光體基體c)珠光體基體圖1.4.3灰鑄鐵的顯微組織

⑨鑄造性能好。

2）性能特點3)牌號及用途

按GB9439-88規(guī)定，我國灰鑄鐵分為六個牌號?！癏T”表示“灰鐵”二字的漢語拼音字頭，后面三位數(shù)字表示最低抗拉強度值。美國材料與試驗協(xié)會標準(ASTM)中鑄鐵表示方法見表1.4.3。①抗拉強度低，塑性差；②抗壓、彎曲強度較高；③減震性好；④減磨性好；⑤缺口敏感性低；⑥切削加工性好；⑦不能鍛造；⑧焊接性差；表1.4.4灰鑄鐵的牌號、性能、組織及應(yīng)用舉例牌號鑄件壁厚mm抗拉強度N/mm2顯微組織應(yīng)用舉例>≤≥基體石墨HT1002.5102030102030501301009080F粗壯片手工鑄造用砂箱、蓋、下水管、底座、外罩、手輪、手把、重錘等HT150(20B)2.510203010203050175145130120F+P較粗壯片機械制造業(yè)中一般鑄件，如底座、手輪、刀架等；冶金業(yè)中流渣槽、渣缸、壓鋼機托輥等；機車用一般鑄件，如水泵殼、閥體、閥蓋等；動力機械中拉鉤、框架、閥門、油泵殼等HT200(30B)2.510203010203050220195170160P中等片狀一般運輸機械中的氣缸體、缸蓋、飛輪等；一般機床中的床身、機座等；通用機械承受中等壓力的泵體、閥體等；動力機械中的外殼、軸承座、水套筒等HT250(35B)4.510203010203050270240220200細P較細片狀運輸機械中的缸體、缸蓋、；機床中立柱、橫梁、床身、滑板、箱體等；冶金礦山機械中的軌道板、齒輪；動力機械中的缸體、缸套、活塞HT300(45B)102030203050290250230細P較小片狀機床導(dǎo)軌、受力較大的機床床身、立柱機座等；通用機械的水泵出口管、吸入蓋等；動力機械中的液壓閥體、渦輪、汽輪機隔板、泵殼、大型發(fā)動機缸體、缸蓋HT350(50B)102030203050340290260細P細小片狀大型發(fā)動機氣缸體、缸蓋、襯套；水泵缸體、閥體、凸輪等；機床導(dǎo)軌、工作臺等摩擦件；需經(jīng)表面淬火的鑄件注：括號內(nèi)材料牌號為ASTM標準

表2.5.4灰鑄鐵的牌號、性能、組織及應(yīng)用舉例

①灰鑄鐵的碳當量接近共晶成分，結(jié)晶溫度區(qū)間小、熔點低，故流動性好，可澆注形狀復(fù)雜的薄壁鑄件；

②灰鑄鐵收縮小、有自身補縮能力，可不用或少用冒口；

③灰鑄鐵熔點低（與鑄鋼比），對型砂耐火度要求低，適合于濕型鑄造。由于灰鑄鐵鑄造性能好，不需爐前處理，不用冒口和冷鐵，鑄后一般不需熱處理，僅復(fù)雜件鑄后時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力和防止變形，所以應(yīng)用十分廣泛（由上述①②③得來的結(jié)果）。

4)鑄造性能普通灰鑄鐵的壁厚越厚，心部的強度、硬度低。

如壁厚為30～50mm的鑄件，要求σb為200MPa時，應(yīng)選HT250。

圖1.4.4鑄鐵件截面上的硬度分布但是，普通灰鑄鐵石墨呈粗大的片狀，力學(xué)性能差，而且，薄壁易產(chǎn)生白口，厚壁晶粒粗大。影響鑄態(tài)組織的因素：原始爐料、冷卻速度、孕育處理。6)熱處理常用的熱處理方法如下：①去應(yīng)力退火-人工時效（也有自然時效）

加熱500℃～600℃，保溫、緩冷，消除鑄件中殘余應(yīng)力，防止鑄件變形或開裂，保證鑄件加工精度；②軟化退火（消除表面硬化層）

加熱850℃～950℃，保溫、緩冷，使Fe3C分解成鐵和石墨，改善鑄件的切削加工性；③表面淬火

提高表面硬度和耐磨性，如機床導(dǎo)軌面采用接觸電阻加熱表面淬火，使用壽命可提高1.5倍。(2)球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是通過球化處理和孕育處理使石墨呈現(xiàn)球狀，并配合適當?shù)臒崽幚砀纳苹w組織，從而使鑄鐵的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，盡管球墨鑄鐵的歷史（1947年英國人偶然發(fā)現(xiàn)了鑄鐵中的球狀石墨，1949年成功利用Mg進行球化）很短，卻在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展，在一些工業(yè)發(fā)達國家，其產(chǎn)量已超過鑄鋼，僅次于灰鑄鐵。我國1950年開始生產(chǎn)球墨鑄鐵，20世紀60年代又結(jié)合國內(nèi)豐富的稀土資源開發(fā)了稀土鎂球墨鑄鐵，使我國球墨鑄鐵生產(chǎn)處于世界前列。球墨鑄鐵本節(jié)主要講述以下幾個問題：1）組織特征2）性能特點3）牌號及用途4）球墨鑄鐵的生產(chǎn)5）鑄造性能6）熱處理a）F球鐵250xb)F+P球鐵250xc)P球鐵200xd)B下球鐵500x圖1.4.5球墨鑄鐵的顯微組織2）性能特點

由于球狀石墨對基體的割裂作用小，從而使基體強度的利用率從灰鑄鐵的30%～50%提高到70%～90%，其力學(xué)性能遠遠超過灰鑄鐵，抗拉強度可與鋼媲美，塑性、韌性明顯提高，尤其是屈強比（σ0.2/σb）高，更增加了使用的可靠性。球墨鑄鐵仍具有良好的鑄造性能、減震性、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性等性能。3）牌號及用途

球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能和用途見表2.5.5，其中“QT”表示“球鐵”二字的漢語拼音字頭，后面的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最小伸長率數(shù)值。(ASTM標準中的表示方法見表1.4.5)。

鐵素體球墨鑄鐵

塑性、韌性較高，強度較低，因而可代替可鍛鑄鐵制造承受振動和沖擊的零件，如汽車、拖拉機底盤、后橋殼等。

鐵素體—珠光體球墨鑄鐵

強度和韌性配合較好，多用于生產(chǎn)汽車、農(nóng)機、冶金設(shè)備的零部件。

珠光體球墨鑄鐵

強度和硬度較高，耐磨性較好，具有一定的韌性，其屈強比高于45鍛鋼，表1.4.6是兩者性能的比較，珠光體球墨鑄鐵可代替非合金鋼制造承受交變載荷及耐磨損的零件，典型件是內(nèi)燃機曲軸、連桿、齒輪，并廣泛用于制造車床主軸等機床耐磨件。性能45鍛鋼（正火）珠光體球墨鑄鐵（正火）抗拉強度σb／MPa690815屈服強度σ0.2／MPa410640屈強比σ0.2/σb0.590.785伸長率δ(%)263疲勞強度（帶缺口試樣）σ-1／MPa

150155硬度HBS<229299~321表1.4.6珠光體球墨鑄鐵和45力學(xué)性能比較優(yōu)質(zhì)鐵液

球鐵所用鐵液的成分特點是：在高碳當量前提下，保證高碳、低硅的原則，此外還要低錳、少磷、硫。高碳（3.6%～4%）可提高鐵液的流動性和球化效果；硅和錳降低鑄鐵韌性（固溶強化）；磷增加冷脆性；因此，低硅（2.2%～2.8%）、低錳（0.4%～0.6%）、低磷（<0.1%）可提高球鐵塑性和韌性。硫與球化劑親和力強，生成的硫化物不僅消耗球化劑，還會產(chǎn)生球化衰退和皮下氣孔，因此要求硫越低越好（<0.06%）。球化處理

指向鐵液中加入球化劑，促使石墨成球狀的過程。孕育處理孕育處理的目的是促進石墨化，消除白口傾向，使石墨細化、圓整，提高球鐵力學(xué)性能。（1）球墨鑄鐵有較寬的共晶凝固溫度范圍

由于球墨鑄鐵共晶凝固時石墨-奧氏體兩相的生長特點，使球墨鑄鐵的共晶團生長到一定程度后，其生長速度即明顯減慢(在球墨鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變開始時，石墨首先在鐵液中形核并長大，石墨的析出使其周圍的鐵液貧碳，造成了有利于奧氏體析出的濃度條件，奧氏體在石墨周圍析出并將石墨包圍。此后碳通過奧氏體向石墨球擴散，石墨和奧氏體一起長大。此時石墨的長大受碳在奧氏體內(nèi)擴散速度的限制,石墨球在長大后期被奧氏體殼包圍，其長大需要通過碳原子的擴散進行，因而凝固過程進行較慢)，或基本不生長。此時共晶凝固的進行要借助于溫度進一步降低來獲得動力，產(chǎn)生新的晶核。因此，共晶轉(zhuǎn)變需要在一個大的溫度區(qū)間內(nèi)才能完成。據(jù)測定，通常，球墨鑄鐵的共晶凝固溫度范圍是灰鑄鐵的一倍以上。

5)鑄造性能（2）球墨鑄鐵的糊狀凝固特性

由于球墨鑄鐵的共晶凝固溫度范圍較灰鑄鐵寬，從而使得鑄件凝固時，在溫度梯度相同的情況下，球墨鑄鐵的液—固兩相區(qū)寬度比灰鑄鐵大的多，這種大范圍液—固兩相區(qū)，使球墨鑄鐵件表現(xiàn)出具有較強的糊狀凝固性。此外，大的共晶凝固范圍，也使得球墨鑄鐵的凝固時間比灰鑄鐵及其它合金要長。(1)球墨鑄鐵的流動性比灰鑄鐵差：球化、孕育-鐵水溫度下降，--澆注溫度要高，澆口尺寸要大；(2)球鐵鑄件收縮大：易產(chǎn)生縮孔、縮松—冒口冷鐵、順序凝固；（3）球狀石墨：會脹型—提高鑄型剛度；（4）易夾渣（MgS,MgO）和皮下氣孔—半封閉式（外澆口內(nèi)澆口大中間小），濾渣網(wǎng)，集渣包：

圖1.4.6

兩種鑄鐵件結(jié)晶示意6)熱處理（略）

鋼常用的熱處理方法球墨鑄鐵也常用：①退火

目的是使?jié)B碳體分解獲得鐵素體基體。主要用于QT400-18和QT450-10的生產(chǎn)。②正火

目的是獲得珠光體基體。主要用于珠光體球墨鑄鐵件（QT600-3，QT700-2，QT800-2）。③調(diào)質(zhì)

得到回火索氏體基體。調(diào)質(zhì)為獲得比正火更高的綜合力學(xué)性能，用于某些要求較高或截面較大的球墨鑄鐵件（QT800-2），如大型船用柴油機曲軸、連桿等。

④等溫淬火

可獲得貝氏體基體，具有高強度或超高強度以及較好的塑性和韌性，主要用于QT900-2的生產(chǎn)。(3)蠕墨鑄鐵

1）組織特征

蠕墨鑄鐵的組織由鋼的基體和蠕蟲狀的石墨組成。石墨短而厚，頭部較圓，形似蠕蟲，如圖1.4.7所示。圖1.4.7蠕墨鑄鐵的石墨形式

2)性能特點

蠕墨鑄鐵的性能：強度、塑性、韌性優(yōu)于灰鑄鐵，接近于鐵素體球墨鑄鐵。

壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多，厚大截面上的力學(xué)性能均勻。（孕育處理）突出的優(yōu)點是屈強比在鑄造合金中最高（0.72～0.82）。

導(dǎo)熱性，鑄造性，切削加工性優(yōu)于球墨鑄鐵接近灰鑄鐵。

耐磨性優(yōu)于高磷耐磨鑄鐵，與磷銅鈦耐磨鑄鐵相近。

3)牌號及應(yīng)用

蠕墨鑄鐵的牌號和力學(xué)性能見表1.4.7，其中“RuT”為“蠕鐵”漢語拼音字頭，后面數(shù)字為最小抗拉強度值。表1.4.7蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能和用途

牌號力學(xué)性能用途舉例σb/MPaσ0.2/MPaδ.%HBS不小于RuT2602601953121~197增壓器進氣殼體，汽車底盤零件等RuT3003002401.5140~217排氣管，變速箱體，氣缸蓋，液壓件，紡織機零件，鋼錠模等。RuT3403402701.0170~249重型機床件大型齒輪箱體、蓋、座，飛輪，起重機卷筒等RuT3803803000.75193~274活塞環(huán)，氣缸套，制動盤，鋼珠研磨盤，吸淤泵體等。RuT4204203350.75200~280

3）蠕墨鑄鐵生產(chǎn)

蠕墨鑄鐵的成分和球墨鑄鐵基本相似。蠕化處理與球化處理相似，利用蠕化劑，使石墨變成非球非片的蠕蟲狀。蠕化處理后，需進行孕育處理。

4)鑄造性能

蠕墨鑄鐵碳當量接近共晶點，蠕化劑又使鐵水得以凈化，具有良好的流動性。蠕墨鑄鐵的收縮與蠕化率有關(guān)，蠕化率較低接近球墨鑄鐵，反之接近于灰鑄鐵。因而，要獲得無縮孔、縮松的致密鑄件比球墨鑄鐵容易，但比灰鑄鐵稍難些。(4)可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到的一種強韌鑄鐵。1）組織特征2）性能特點3）牌號及應(yīng)用4）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)5）縮短石墨化退火時間新工藝組織特征a)黑心鐵素體可鍛鑄鐵b)珠光體可鍛鑄鐵

圖1.4.8可鍛鑄鐵的顯微組織性能特點

由于團絮狀石墨對基體破壞作用大為減弱，因而可鍛鑄鐵強度（珠光體-可高達700MPa接近球鐵）、塑性、韌性（鐵素體-

δ延伸率可達12%）比灰鑄鐵明顯提高。鐵素體可鍛鑄鐵具有一定的強度和較高的塑性、韌性，常用于制造承受振動、沖擊及扭轉(zhuǎn)載荷的零件。珠光體可鍛鑄鐵強度、硬度高，常用于制造一些耐磨件。牌號及應(yīng)用

可鍛鑄鐵的牌號、性能及用途見表1.4.8，其中“KTH”

代表黑心可鍛鑄鐵，“KTZ”代表珠光體可鍛鑄鐵，符號后面兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和伸長率數(shù)值。

可鍛鑄鐵主要用來制造一些形狀復(fù)雜而又受振動的薄壁小型鑄件。近年來，球墨鑄鐵的發(fā)展，許多可鍛鑄鐵鑄件已被球墨鑄鐵所取代?？慑戣T鐵生產(chǎn)退火時間正在縮短，所以仍有不少工廠生產(chǎn)可鍛鑄鐵，尤其是鐵素體可鍛鑄鐵.

種類牌號試樣直徑mm力學(xué)性能用途舉例σb/Mpaσ0.2/Mpaδ/%HBS不小于黑心可鍛鑄鐵KTH300-0612或153006≤150彎頭、三通管件，中低壓閥門等KTH330-083308扳手，犁刀，車輪殼等。KTH350-1035020010汽車、拖拉機前后輪殼、減速器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動器及鐵道零件等KTH370-1237012珠光體可鍛鑄鐵KTZ450-0612或154502706150～200載荷較高的耐磨損零件，如曲軸、凸輪軸，連桿、齒輪、活塞環(huán)、軸套、耙片、萬向接頭、棘輪，扳手，傳動鏈條等。KTZ550-045503404180～250KTZ650-026504302210～260KTZ700-027005302240～290表1.4.8黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵的牌號性能及用途可鍛鑄鐵的生產(chǎn)圖1.4.8可鍛鑄鐵石墨化縮短石墨化退火時間新工藝

退火時間長成為制約可鍛鑄鐵發(fā)展的主要問題。近年來，生產(chǎn)中創(chuàng)造不少縮短退火周期的新工藝，其中對鐵液進行復(fù)合孕育處理，應(yīng)用最廣。

復(fù)合孕育劑中一種元素是在鑄件凝固時阻礙石墨化，保證得到全白口組織，而另一種元素對退火時的石墨化沒有阻礙作用，從而縮短退火時間。目前，廣泛采用硼-鉍、鉍-鋁孕育、硅-鉍孕育以及稀土-鉍復(fù)合孕育處理等方法。

例如用硼-鉍孕育處理工藝生產(chǎn)汽車后橋殼的退火時間已經(jīng)縮短到20h左右（原來可達70h），效果十分顯著。

(5)特殊性能鑄鐵（簡介）

普通鑄鐵中加入一定量的合金元素，可賦予鑄鐵某些特殊性能，如優(yōu)良的耐磨、耐熱、耐蝕等性能。特殊性能鑄鐵又稱為合金鑄鐵。

1）耐熱鑄鐵

2）耐蝕鑄鐵

3）耐磨鑄鐵抗磨白口鑄鐵

加入Cr、Mo、V等促進白口化元素及增加鑄件冷卻速度，可以使鑄件獲得由珠光體、滲碳體和碳化物組成的白口組織，這種組織具有高硬度和高耐磨性。例如，Cr的質(zhì)量分數(shù)大于12％的高鉻白口鑄鐵，經(jīng)熱處理后基體可為高強度的馬氏體；再加上高硬度的鉻碳化合物的存在，因而具有優(yōu)異的抗磨損性能。廣泛應(yīng)用于制造犁鏵、雜質(zhì)泵葉輪、泵體、各種磨煤機、礦石破碎機、水泥球磨機、拋丸機的襯板、磨球、葉片等零件。冷硬鑄鐵(激冷鑄鐵)

冷硬鑄鐵是一種加入少量B、Cr、Mo等元素的低合金鑄鐵經(jīng)表面激冷處理獲得的，其表面有一定深度的白口層，而心部仍為正常鑄鐵組織。如冶金軋輥、發(fā)動機凸輪、氣搖臂及挺桿等零件，要求表面應(yīng)具有高硬度和耐磨性而心部應(yīng)具有一定的韌度的零件，就可以采用冷硬鑄鐵制造。1.4.2鑄鋼件生產(chǎn)1.鑄鋼的分類及牌號（1）鑄造非合金鋼（2）鑄造低合金鋼（3）鑄造合金鋼2.鑄鋼的鑄造性能及鑄造工藝特點3.鑄鋼的熔煉

鑄鋼比鑄鐵強度高，韌性好，適于制造承受重載荷的重要零件，但鑄造性能差、生產(chǎn)成本高，其應(yīng)用不如鑄鐵廣泛。近年來，爐外精煉技術(shù)可提高鋼液的純凈度和鋼的強度，控制鑄鋼的結(jié)晶過程，改善鑄態(tài)組織。合金鑄鋼的應(yīng)用日益增多，形成鑄鐵和鑄鋼在應(yīng)用方面的互為補充。

鑄造非合金鋼在鑄鋼中約占鑄鋼總產(chǎn)量的70％以上。鑄鋼牌號中“ZG”表示鑄鋼，后面兩組數(shù)字分別表示屈服點和抗拉強度值。表1.4.9為鑄鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途。其中，中碳鋼0.25%≤wc≤0.60%（ZG230～450至ZG310～570）應(yīng)用最多。1.鑄鋼的分類及牌號（1）鑄造非合金鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）

根據(jù)化學(xué)成分分，鑄鋼可分為鑄造非合金鋼、鑄造低合金鋼和合金鋼。其中ASTM中鑄造非合金鋼和鑄造低合金鋼表示方法如表1.4.3B所示。

名稱牌號組成說明鑄鋼1.非合金鋼和合金鋼1.

數(shù)字序號+字母代號，例1Q、4QA、15N2.最低抗拉強度值A(chǔ)—退火，Q—淬火加回火，N—正火加回火，QA—淬火加回火后強度較高狀態(tài)單位：1000PSi2.高強度鑄鋼最低抗拉強度值—屈服強度值例：90-60表示單位均為：1000PSi3.奧氏體鑄鋼字母(B或C)—數(shù)字序號第一組數(shù)：最低抗拉強度值(1000PSi)第二組數(shù)：最低屈服強度值(1000PSi)第三組數(shù)：最小伸長率(%)4.高溫受壓合金鑄鋼C+數(shù)字序號5.高溫或耐蝕用高合金鑄鋼字母組+平均含碳量+元素符號，例：CF8M、HK40、CD41MCu6.低溫受壓用鑄鋼LC+字母(A、B、C)或數(shù)字數(shù)字表示含鎳量。A、B、C表示非合金鋼或含錳非合金鋼一般用壓鑄鋼鍛件A+大寫字母+類號A+大寫字母+類號注:1000PSi≈6.9MPa表1.4.3B鑄鋼的表示方法(ASTM)

表1.4.9鑄造非合金鋼鑄鋼牌號化學(xué)成分（%）力學(xué)性能（≥）應(yīng)用舉例不大于σ0.2／MPaΣb／MPaδ／％ψ／％AKV／JCMnSSPZG200-4000.200.800.500.04200400254030機座、變速箱殼體ZG230-4500.300.900.50230450223225砧鐵、機座、錘座、箱體，工作溫度在450℃以下的管路附件等。ZG270-5000.400.900.50270500182522飛輪、機身、蒸汽錘和水壓機工作缸、橫梁等。ZG310-5700.500.900.60310570152115聯(lián)軸器、汽缸、齒輪及重載荷機架等。ZG340-6400.600.900.60340640101810起重機中的齒輪、聯(lián)軸器及重要的機件等。（2）鑄造低合金鋼（簡介）

目前，我國的低合金鑄鋼主要有錳系（ZG40Mn,ZG30MnSi）和鉻系（ZG40Cr,ZG35CrMn）兩大系列。牌號中“ZG”后面的數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)（平均wc＞1%時不標出，平均wc＜0.1%時，第一位數(shù)字為“0”），后面依次為主加元素及其質(zhì)量分數(shù)。當主加元素的質(zhì)量分數(shù)小于0.9%時不標。用于制造高強度齒輪、軸、水壓機工作缸、水輪機轉(zhuǎn)子等重要零件。

近年來，高強度低合金（HSLA）鑄鋼已應(yīng)用于生產(chǎn)，出現(xiàn)了屈服點達到420Mpa以上的高強度鑄鋼和750Mpa以上的超高強度鑄鋼。它們同時具有高的強度和韌性。（3）鑄造合金鋼（簡介）

添加的合金元素含量超過鑄造低合金鋼范圍的鑄鋼稱為鑄造合金鋼。高錳耐磨鋼是典型鑄造合金鋼。

高錳耐磨鋼是指在強烈沖擊力作用下發(fā)生硬化的鋼。1）成分特點：

通常Wc為0.9％～1.5％、高錳WMn＝11％～14%。高錳鋼可在室溫下得到奧氏體組織，使鋼具有良好的韌性。高錳耐磨鋼易冷變形強化，難進行切削加工，故高錳耐磨鋼多采用鑄造成形。

常用耐磨鋼鑄件牌號.化學(xué)成分.熱處理.力學(xué)性能及用途見下表。表常用耐磨鋼鑄件牌號.化學(xué)成分.熱處理.力學(xué)性能及用途2）鑄態(tài)組織

a)厚壁件

b)薄壁件ZGMn13的鑄態(tài)組織×100將鋼加熱至1000℃-1110℃，保溫，使碳化物完全溶入奧氏體，然后在水中激冷，得到單相奧氏體組織，這種熱處理工藝稱為水韌處理。

3）水韌處理

4）特點及用途：高錳鋼具有越撞越硬、不撞不硬的特點（觀看動畫）。高錳鋼用于制造坦克履帶、挖土機掘斗等。高速鑄鋼（ZGW18Cr4V）可直接鑄出成形銑刀；不銹鑄鋼（ZGCr17，ZG1Cr18Ni9等）用于制造耐腐蝕性強的閥、泵及容器等；耐熱鑄鋼用于高溫加熱爐的底板和托盤等零件。2.鑄鋼的鑄造性能及鑄造工藝特點鑄鋼的熔點高、結(jié)晶溫度區(qū)間大，流動性差，收縮率高，且氧化、吸氣嚴重；故鑄鋼的鑄造性能差。因此在工藝設(shè)計上常采用以下措施：

（2）鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理

壁厚一般不小于8mm。壁厚力求均勻，盡量減少熱節(jié)，壁的連接要平滑或做出圓角；防裂筋-承擔鑄件收縮時的拉應(yīng)力。

（3）合理設(shè)計冒口、冷鐵

鑄鋼收縮大，在熱節(jié)處設(shè)置的冒口數(shù)量多，體積大。在冒口難以補縮的部位安放冷鐵；如圖1.4.10所示。一般采用順序凝固，但對薄壁或易產(chǎn)生裂紋的鑄件，用同時凝固原則。鑄造性能（1）保證鋼液中S、P含量符合優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼的要求。（4）保證砂型的性能

防止粘砂應(yīng)采用耐火度高的石英砂（人工制作粒度均勻純度高），并在鑄型表面涂刷耐火涂料；同時還應(yīng)注意鋼種，當鋼液中含能形成堿性氧化物的元素較多時（如高錳鋼），則必須選用堿性的鎂砂或中性的鋯砂，否則極易產(chǎn)生黏砂；較大鑄鋼件型砂的粒度要大點；為保證鑄型強度，改善充型條件，一般采用水玻璃砂型或烘干型。芯骨應(yīng)由細鋁絲制作，高溫下熔化，型芯退讓性提高。1.直澆道；2.頂冒口；3.冒口型芯；4.冷鐵；5.橫澆道；6.空氣壓力冒口圖1.4.10鑄鋼齒輪（3）鑄鋼的熱處理鑄鋼件的鑄態(tài)組織中存在晶粒粗大、晶內(nèi)偏析、魏氏組織（鐵素體片橫向貫穿珠光體晶粒）和內(nèi)應(yīng)力。常用正火處理，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易裂的鑄件應(yīng)退火；高溫擴散退火—消除偏析，再正火；鑄鋼件一般不宜淬火（特殊性能鑄件除外如高錳鋼鑄件的水韌處理）。4.鑄鋼的熔煉簡介鑄鋼的熔煉廣泛應(yīng)用的是電弧爐、感應(yīng)電爐。是利用石墨電極與金屬爐間高溫電弧熱熔化爐料。是利用交流電感應(yīng)的作用，使金屬爐料熔化。適于中小型精密鑄鋼件生產(chǎn)。

目前，真空感應(yīng)電爐煉鋼以得到實際應(yīng)用。宜于高純凈度的合金鋼鑄件生產(chǎn)。電弧爐煉鋼感應(yīng)電爐煉鋼

1.4.3非鐵合金鑄件生產(chǎn)除鋼鐵材料以外的其他金屬統(tǒng)稱為非鐵合金（俗稱有色金屬）。與鐵合金相比，非鐵合金力學(xué)性能不如鋼、鐵，但其具有許多優(yōu)良的特性。成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的材料。本節(jié)主要介紹在機械工業(yè)中常用的鑄造非鐵合金。1.鑄造鋁合金

2.鑄造銅合金

3.滑動軸承合金（略）1.鑄造鋁合金（1）鑄造鋁合金的種類、性能及應(yīng)用（2）鋁合金的鑄造特點

（3）鋁合金的熔煉表1.4.10為常用鑄造鋁合金的代號、牌號、成分、性能和用途。

3）鋁鎂合金

質(zhì)量輕，強度高，耐蝕性好，鑄造性能差，用于受沖擊載荷及腐蝕條件下工作的零件。

4）鋁鋅合金

強度高，但耐蝕性差，熱裂傾向大，用于制造壓鑄件,形狀復(fù)雜的汽車發(fā)動機配件，儀表元件、飛機零件等。2）鋁銅合金

耐熱性和切削加工性能好，但鑄造性能和耐蝕性差，用于制造內(nèi)燃活塞和氣缸蓋等。1）鋁硅合金

鑄造性能好，但強度、塑性較低。經(jīng)變質(zhì)處理可提高其力學(xué)性能。（1）鑄造鋁合金的種類、性能及應(yīng)用表1.4.10為常用鑄造鋁合金的代號、牌號、成分、性能和用途。類別合金代號（牌號）添加元素化學(xué)成分(%)力學(xué)性能≥用途SiCuMgMnZnTiσb／MPaδ／%HBS鋁硅合金ZL101

(ZAlSi7Mg)6.5

~7.50.25

~0.450.08

~0.20205195226060飛機、儀器零件等ZL102

(ZAlSi12)10.0

~13.0155145135234505050要求承受低載荷的氣密性零件如：儀表、抽水機殼體等ZL105(ZAlSi5Cu1Mg)4.5

~5.51.0

~1.50.4

~0.62312122251.00.5707070承受中等載荷，250℃以下工作的零件如發(fā)動機缸蓋鋁銅合金ZL201(ZAlCu5Mn)4.5

~5.30.6

~1.00.15

~0.35295335847090在300℃以下工作的零件如內(nèi)燃機缸蓋、活塞等鋁鎂合金ZL301(ZAlMg10)9.5

~11.52801060大氣或海水中工作，要求耐蝕并承受沖擊的零件鋁鋅合金ZL401（ZALZn11Si7)6.0~8.00.1~0.39.0~13.0245~1921.5~29080壓鑄件,工作溫度不超過200,形狀復(fù)雜的汽車、飛機零件等

美國鋁協(xié)會規(guī)定鑄造鋁及合金的命名是用四位數(shù)字(包括其中一個小數(shù)點)“xxx.x”表示。其中第一個數(shù)字表示是什么類別的合金：1.表示W(wǎng)Al≥99.00%的純鋁；2.表示合金中銅為主加元素；3.主加元素為硅及添加的銅和/或鎂；4.表示硅為主加元素；5.表示鎂為主加元素；6.為備用系列；7.表示鋅為主加元素；8.表示錫為主加元素；9.表示其它元素為主加元素。第2,3位數(shù)字：就1xx.x而言，表示小數(shù)點后鋁含量的百分率；對于2xx.x到9xx.x而言，后面兩位數(shù)字只表明在該合金類中不同的合金，無特別意義。最后一位數(shù)字表明產(chǎn)品形式：xxx.0表示鑄件；xxx.1表示鑄錠。（2）鋁合金的鑄造特點（3）鋁合金的熔煉

鋁硅合金處于共晶成分，鑄造性能好，可澆鑄薄壁復(fù)雜鑄件。鋁銅（最差）、鋁鎂、鋁鋅合金遠離共晶點鑄造性能差，補縮效率低，適當提高澆鑄溫度，合理安置冒口，可防止?jié)膊坏?、縮孔、裂紋等缺陷。為防止?jié)沧r氧化吸氣，常采用開放式澆注系統(tǒng)，并多開內(nèi)澆道，直澆道常用蛇形或鵝頸型，使?jié)沧⑵椒€(wěn)不飛濺。

鋁合金常用坩鍋或感應(yīng)電爐熔煉。熔煉的主要任務(wù)是提高鋁液的純凈和變質(zhì)效果。Al2O3密度比Al液稍大，易夾渣；氣體上浮也常受Al2O3薄膜阻礙形成針孔。

1）精煉處理

（1）NaCl\KCl覆蓋液面；（2）精煉：目的是通過除氣、除渣凈化鋁液。

浮游精煉采用活性氣體（主要為氯鹽ZnCl2生成AlCl3沸點183℃），惰性氣體（如氮氣、氨氣）或氧化性氣體（如硝酸鈉）為精煉劑，鋁液中形成氣泡，H2擴散到氣泡內(nèi)。氣泡上浮過程中將氧化夾雜物和氫帶走。

熔劑精煉用液態(tài)的氯化物和氟化物處理鋁液，使氧化夾雜物和氫浮至液面進入熔渣。

過濾精煉是讓鋁液通過中性或活性材料制成的過濾器，分離懸浮在鋁液中的固態(tài)夾雜物。浮游精煉法除氣效果好，而熔劑精煉法和過濾精煉法排除夾雜物的效果更好。氣體-熔劑混合物復(fù)合精煉比單獨精煉效果更佳。

2）變質(zhì)處理簡介（細化、改變組織、消除易熔雜質(zhì)相）

含硅大于6%的鋁合金澆注厚壁鑄件時易出現(xiàn)粗大的片狀硅晶體，使其力學(xué)性能很低，σb為130～140Mpa，δ=1～2％左右，如圖1.4.12a)所示。生產(chǎn)中常采用在精煉后澆注前向合金液中加入變質(zhì)劑（常采用2/3NaF和1/3NaCl的混合鹽），使共晶點向右下方移動，原來共晶成分的合金變成亞共晶合金。同時變質(zhì)劑使共晶體中的硅細化，從而獲得塑性好的α初晶和細小的共晶組織。經(jīng)變質(zhì)處理，ZL102的抗拉強度為σb=180MPa、δ=8%，顯著地改善了力學(xué)性能。顯微組織如圖1.4.12b)所示。圖1.4.11鋁硅二元合金相圖圖1.4.12ZL102變質(zhì)處理前、后顯微組織

ZL102的變質(zhì)處理

黃銅強度高、成本低，鑄造性能好，品種多、產(chǎn)量大。合金元素的加入提高了其耐蝕性、耐磨性、耐熱性及力學(xué)性能，特殊黃銅應(yīng)用更廣。常用鑄造黃銅的牌號、力學(xué)性能和用途見表1.4.11。

2.鑄造銅合金（1）鑄造銅合金分類（Cu-Ni白銅）黃銅是銅鋅合金，黃銅又分為普通黃銅和特殊黃銅。1)鑄造黃銅普通黃銅是銅與鋅的二元合金；特殊黃銅是在普通黃銅中再加入其他合金元素。鑄造銅合金分為鑄造黃銅和青銅兩大類。青銅是銅和除了鋅和鎳以外的元素形成的合金。

類別合金牌號鑄造方法力學(xué)性能≥用途σb/

MPaδ/%HBS普通黃銅ZCuZn38砂型金屬型30030030306070機械、熱壓軋制零件硅黃銅ZCuZn16Si4砂型金屬型345350152090100受海水作用的管件、閥體、齒輪、船舶零件等鉛黃銅ZCuZn40Pb2砂型金屬型22028015208090制造襯套以及要求高耐蝕性、耐磨性零件鋁黃銅ZCuZn31Al2砂型金屬型29539012158090船舶及機器零件制造中耐蝕零件鐵黃銅ZCuZn40Fe2Mn1砂型金屬型30035025258590襯套及其他耐磨零件錳黃銅ZCuZn36Mn2Pb2砂型金屬型25035010187080軸套、襯套及其他耐磨零件ZCuZn40Mn2砂型金屬型34539020258090海水中耐蝕零件，廣泛應(yīng)用于造船工業(yè)表1.4.11常用鑄造黃銅的牌號、性能及用途2)鑄造青銅

青銅原指銅錫合金，但習慣上把含錫的青銅稱為錫青銅或普通青銅，不含錫的稱為無錫青銅或特殊青銅。常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鉛青銅等。

鑄造收縮率很小，但致密度低，耐磨性和耐蝕性優(yōu)于黃銅，故適于制造形狀復(fù)雜，致密性要求不高的耐磨、耐蝕零件.如軸承、軸套、水泵殼體等。

強度、塑性尤其是在酸、堿中的耐蝕性均高于錫青銅，流動性好，容易獲得致密鑄件。是應(yīng)用很廣的一種新型無錫青銅。缺點是耐磨性、耐熱性較差，還不能完全取代錫青銅。①錫青銅②鋁青銅常用鑄造青銅的牌號、成分、性能和用途見表1.4.12。表2.5.12常用鑄造青銅的牌號、成分、性能和用途類別合金牌號主要化學(xué)成分(%)鑄造方法力學(xué)性能用途Sn其他σb/

MPaδ/%HBS重要用途的軸承，齒輪、套圈和軸套等錫青銅ZcuSn10P19.0～11.0P0.5～1.0Cu余量砂型220380耐磨零件，如軸套、軸承填料，也可以用作蝸輪材料ZcuSn6Zn6Pb35.0～7.0Zn5.0～7.0Pb2.0～4.0Cu砂型180860重要用途的耐磨耐蝕零件，如齒輪、軸套等特殊青銅ZcuAl9Fe4砂型40010100重要用途的耐磨耐蝕零件，如齒輪、軸套等ZcuPb30Pb27.0～33.0Cu余量金屬型高速雙金屬、軸瓦等表1.4.12常用鑄造青銅的牌號、成分、性能和用途(2)銅合金的鑄造特點

鑄造黃銅熔點低，流動性好，可澆注薄壁復(fù)雜件，宜用細砂造型，有利于提高鑄件表面質(zhì)量，但容易產(chǎn)生縮孔，應(yīng)注意安置冒口、冷鐵。(3)銅合金的熔煉

（覆蓋液面）熔煉銅合金常用坩堝爐或感應(yīng)電爐。熔煉的關(guān)鍵是脫氧、除氣、除渣精煉。

1)用磷銅脫氧

銅在高溫下容易被氧化生成氧化亞銅Cu2O，引起熱脆，錫青銅必須徹底脫氧。常用方法是加入0.3%～0.6%的磷銅（8%～14%P）脫氧。2)銅液除氣銅合金極易吸氣（主要是氫），形成“氫氣病”，銅液除氣就是除氫。常用除氫方法有通氮、氯鹽除氫、沸騰法除氫等。3)除渣精煉

鋁青銅銅液中的不溶性夾雜Al2O3熔點高，穩(wěn)定性好，可用蘇打、螢石等堿性溶劑精煉，造出熔點低、密度小的熔渣，消除Al2O3夾雜。4)覆蓋溶劑

木炭、碎玻璃、蘇打等是常用覆蓋劑，主要作用是覆蓋銅合金液面，防止氧化，輔助脫氧和保溫。3.滑動軸承合金（略）

制造滑動軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的合金叫做軸承合金。(1)合金的性能要求足夠的抗壓和疲勞強度；足夠的塑性和韌性；高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤滑油；小的膨脹系數(shù)和好的導(dǎo)熱性、能抵抗?jié)櫥偷那治g；具有良好的磨合能力，使載荷均勻分布；容易制造，價格低廉，便于更換軸瓦。

(2)軸承合金的組織特征

通常其組織特征為在軟基體上均勻分布一定數(shù)量和大小的硬質(zhì)點，或者在硬基體上分布一定數(shù)量和大小的軟質(zhì)點。

圖為軟基體硬質(zhì)點軸承與軸的接觸面示意圖

(3)常用軸承合金

軸承合金按其主要化學(xué)成分可分為錫基、鉛基、鋁基、銅基、鐵基等軸承合金，應(yīng)用最廣是前兩類。

1)錫基軸承合金（錫基巴氏合金）

該合金摩擦系數(shù)小，塑性和導(dǎo)熱性好，膨脹系數(shù)小，耐蝕性較好，是優(yōu)良的減摩材料。用于制作重要的軸承，如汽輪機、發(fā)動機等大型機械的高速軸瓦。但其疲勞強度低，工作溫度低（<150℃），價格昂貴。圖1.4.14ZSnSb11Cu6合金顯微組織（100×）

典型牌號有：ZPbSb16Sn16Cu2，組織為（α+β）+β，α是Sb溶于Pb的固溶體；β相是以SnPb化合物為基的含鉛固溶體。軟基體為（α+β）共晶體，硬質(zhì)點為初生的β相及Cu2Sb。

2)鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）圖1.4.14ZPbSb16Sn16Cu2合金顯微組織（65×）

是以鉛為主并加入少量Sb、Sn、Cu等元素的合金是一種軟基體硬質(zhì)點類型的軸承合金。圖1.4.15ZPbSb16Sn16Cu2合金顯微組織（65×）

該合金硬度、強度、韌性及導(dǎo)熱性、耐蝕性均較錫基合金低，且摩擦系數(shù)較大；但價格便宜。常用于制作低速、低載荷或靜載中載荷機器的軸瓦。如汽車、拖拉機的曲軸軸瓦等。

圖中暗色基體（α+β）共晶體，白色方塊狀為β相，白色針狀晶