第五節(jié) 合金鑄造性能及鑄件生產(chǎn)

第五節(jié)

合金鑄造性能及鑄件的生產(chǎn)鑄造合金分為三大類：鑄鐵、鑄鋼(碳鋼及合金鋼)、鑄造有色合金.一鑄鐵的鑄造性能及生產(chǎn)

鑄鐵是含碳量大于2.11％（2.8％～3.5％）,并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的的鐵碳合金。鑄鐵通常占機(jī)器設(shè)備總重量的50%以上。鑄鐵件產(chǎn)量約占鑄件總產(chǎn)量的80%左右。

用于制造機(jī)床的床身、床頭箱,發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、機(jī)器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。

箱體啟動(dòng)閥

2.分類及應(yīng)用

一）

灰鑄鐵的鑄造性能及生產(chǎn):

鑄造性能

HT為近共晶成分合金，傾向逐層凝固，熔點(diǎn)低（過熱度大），流動(dòng)性好，且石墨化使其收縮率小，因此HT鑄造性能好。所以，較常采用同時(shí)凝固原則，減小鑄造應(yīng)力，工藝簡單，因其鑄造性能好，不易產(chǎn)生縮孔縮松，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的大中小型鑄件。加之其原材料來源廣泛，成本低，所以ＨＴ是應(yīng)用最廣泛的鑄造合金，占鑄鐵產(chǎn)品的80%以上。

1）普通灰鑄鐵，又稱低強(qiáng)度灰鑄鐵。鐵水不經(jīng)任何處理，包括HT100，HT150和HT200。組織和性能特點(diǎn)：(1)HT100：F+粗大C，強(qiáng)度，硬度很低，應(yīng)用很少。(2)HT150，HT200：C及Si含量較高（C=3.0-3.7%,Si=1.8-2.4%),F+P+較粗大C，強(qiáng)度不高，但鑄造性能，切削加工性能良好，應(yīng)用很廣?！鷻C(jī)架，箱體類零件。(3)普通灰鑄鐵壁厚敏感性大。壁厚↑，C↑，強(qiáng)度↓。當(dāng)壁厚（截面）=100MM時(shí)，強(qiáng)度降50%。故不宜做壁厚大件。應(yīng)用：受力較小，形狀復(fù)雜的中小鑄件，如機(jī)座，箱體，支架，閥體，帶輪，飛輪等。葉輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪

壁厚（對(duì)機(jī)械性能的）敏感性：隨著壁厚的增加，石墨片數(shù)量和尺寸都增加，鑄鐵強(qiáng)度，硬度反而下降的現(xiàn)象。2）孕育鑄鐵，又稱高強(qiáng)度灰鑄鐵。鐵水需經(jīng)孕育處理，包括HT250，HT300，HT350。組織和性能特點(diǎn)：ⅰ）細(xì)小P+細(xì)小C，C割裂作用減弱，故強(qiáng)度，硬度明顯提高，但仍屬灰鑄鐵，塑性，韌性仍很差。組織和性能的均勻性提高。ⅱ）孕育鑄鐵壁厚敏感性很小，且同一截面上機(jī)械性能的齊一性好。齊一性好對(duì)于厚壁鑄件是十分重要的。應(yīng)用：動(dòng)載荷較小，靜載荷較大，要求耐磨性和減震性好的重要鑄件，特別是厚大鑄件，如機(jī)床床身，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體等。3、灰鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn):1)普通灰鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn)（1）沖天爐熔煉:為降低含S量,選優(yōu)質(zhì)鐵料和焦炭,減少從焦炭中吸S.在熔煉高牌號(hào)鑄鐵時(shí),加廢鋼以控制含C量。（2）鑄造性能優(yōu)良,便于鑄出薄而復(fù)雜的鑄件,(流動(dòng)性好,收縮↓)（3）一般不需冒口,冷鐵,使工藝簡化.（4）一般不用熱處理,或僅需時(shí)效.

2）高強(qiáng)度灰鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行孕育處理或變質(zhì)處理，得到P+細(xì)小C．孕育鑄鐵(變質(zhì)鑄鐵，高強(qiáng)度鑄鐵),適于較高強(qiáng)度,高耐磨性,氣密性的厚大鑄件。

（1）厚壁高牌號(hào)HT的生產(chǎn)要采用順序（定向）凝固原則。（2）鐵水中C，Si含量要低。若原鐵水含C,Si高,加入孕育劑后石墨粗。一般，C：2.8-3.2%,Si:1.0-2.0%.（3）鐵水出爐溫度要高。低的C，Si鐵水流動(dòng)性較差，且孕育處理還降溫。應(yīng)不低于1420-1440℃。（4）常用孕育劑:令Si75%的硅鐵,加入量為鐵水的0.2~0.6%.沖入孕育劑.與Si對(duì)石墨化影響一致。（5）孕育處理方法：在前爐出鐵槽內(nèi)加入孕育劑，鐵水應(yīng)在此后15-20MIN內(nèi)澆注。（6）ＨＴ的熔煉設(shè)備：沖天爐，感應(yīng)電爐．

二）球墨鑄鐵的鑄造性能及生產(chǎn)鐵水經(jīng)球化處理及孕育處理，使石墨大部或全部成球狀析出的鑄鐵。１．鑄造性能ＱT的流動(dòng)性較ＨＴ稍差，存在相當(dāng)寬的液－固共存的凝固區(qū)，即傾向于中間凝固方式。同時(shí)收縮較HT大。這是由于球狀石墨析出時(shí)膨脹力很大(而中間凝固或糊狀凝固在澆注后較長時(shí)間外殼不夠結(jié)實(shí)），能使型壁移動(dòng)，引起鑄件外形脹大，很容易產(chǎn)生縮孔，縮松．當(dāng)然，若砂型剛度很大，鑄件外形不會(huì)脹大，其收縮率接近HT．一般來講，QT的收縮率隨砂型剛度而變，在HT和ZG（鑄鋼）之間變動(dòng)．總的說來，QT鑄造性能介于HT和ZG（鑄鋼）之間．所以，工藝上常采用順序（定向）凝固原則，增設(shè)冒口冷鐵以進(jìn)行補(bǔ)縮。１）分類（1）珠光體球鐵:QT600-3，QT700-2，QT800-2。（2）鐵素體球鐵:QT400-18，QT400-15，QT450-10。（3）鐵素體+珠光體球鐵:QT500-7，QT600-3。２.球鐵的分類及應(yīng)用：

２）球鐵的應(yīng)用：（1）珠光體球鐵:QT700-2，QT800-2，或QT600-3也可包括。通常經(jīng)正火處理得到．性能與45鋼相比，45鋼：σb=600MPa,σs=355MPa,HBS=229,δ=16%．QT700-2，σb=700MPa,σs=420MPa,HBS=225-305,δ=２%.?。┛估瓘?qiáng)度，屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比均高于45鍛鋼．ⅱ）硬度，耐磨性及疲勞強(qiáng)度也與45鋼(中碳鋼)接近（當(dāng)然遠(yuǎn)比高強(qiáng)度HT好）．ⅲ）延伸率（伸長率）δ低于４５鋼．應(yīng)用:P-QT鑄造工藝比鑄鋼簡單,成本低,性能好,可代許多鑄鋼,可鍛鑄鐵件．在實(shí)際應(yīng)用中，P-QT可以替代碳鋼，制造某些受較大交變載荷和受摩擦的重要零件，如柴油機(jī)曲軸，連桿，凸輪，蝸輪，蝸桿及立式車床主軸等．2）鐵素體球鐵:QT400-18，QT400-15，QT400-10，通常經(jīng)退火處理得到．性能與45鋼及P-QT相比，?。┛估瓘?qiáng)度比45鋼及P-QT低．ⅱ）塑性，韌性（沖擊韌性）比P-QT高，與45鋼相近．應(yīng)用：制造受力較大又承受振動(dòng)沖擊的零件，如汽車拖拉機(jī)的底盤零件，后橋殼，中低壓閥門，各種鑄管（上下水管道，輸氣管道）等．

球墨鑄鐵管道接口

３、球鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)

在鐵水熔煉技術(shù)，處理工藝上比HT要求更高．1)嚴(yán)格控制化學(xué)成分．C,Si含量比HT高，Mn,P,S含量比HT低.(1)C,Si含量比HT高.QT共晶點(diǎn)由于球化元素的影響已移至4.6-4.7%C，而不管是HT或QT，碳當(dāng)量應(yīng)選在共晶點(diǎn)附近．所以，F(xiàn)-QT:C=3.6-4.0%;Si=2.4-2.8%.P-QT:C=3.4-3.8%;Si=2.2-2.6%.以改善鑄造性能和球化效果．(2)Mn,P,S含量比HT低.為提高機(jī)械性能，特別是沖擊韌性，應(yīng)降低Mn,P,S含量．?。㎝n:提高鑄鐵強(qiáng)度，但降低韌性，應(yīng)≤0.4-0.6%.ⅱ)P:增加冷脆性，應(yīng)≤0.04-0.06%（實(shí)際≤0.1%),以提高塑性,韌性．ⅲ)S:S易和球化劑合成硫化物,浪費(fèi)球化劑，嚴(yán)重影響球化作用（球化元素都是強(qiáng)有力的脫硫劑），并引起球化退化及皮下氣孔，應(yīng)≤0.02%(實(shí)際≤0.06%,S含量高低對(duì)QT生產(chǎn)非常關(guān)鍵，也是我國當(dāng)前QT生產(chǎn)和國外的主要差距之一．）．2)比HT更高的出鐵溫度，以補(bǔ)償球化，孕育處理鐵水溫度的下降，且QT流動(dòng)性比HT差．≥1450-1470℃。

3)球化處理:即往鐵水中加入球化劑-使石墨結(jié)晶生長成球狀的添加劑．我國普遍使用稀土鎂合金,加入量：鐵水量1.3-1.8%.加入法：沖入法（應(yīng)用最多）和型內(nèi)球化法．沖入法:球化劑放入堤壩式澆包內(nèi)，上面覆蓋硅鐵粉及稻草灰，鐵水分兩次沖入，第一次用1/3-1/2鐵水沖入，待球化劑充分反應(yīng)后,再用其余鐵水沖入孕育劑,進(jìn)行孕育處理，經(jīng)攪拌和扒渣后澆注.處理后的鐵水要及時(shí)澆注,保證球化效果.5)鑄造工藝:4)孕育處理促使石墨化,消除球化元素造成的白口傾向，使石墨細(xì)化,分布均勻，增加共晶團(tuán)數(shù)量．孕育劑:(硅鐵75%Si)，孕育方法也相同，但加入量加大．由于比HT較易產(chǎn)生縮孔,縮松,夾渣等．

?。峁?jié)上安冒口,冷鐵→補(bǔ)縮，也就是采用順序凝固原則．

ⅱ）增加鑄型剛度,防止石墨膨脹導(dǎo)致鑄件外形擴(kuò)大．在鑄型剛度很好的條件下，也可采用同時(shí)凝固原則，不用冒口或用較小冒口．ⅲ）QT易出現(xiàn)夾渣，澆注系統(tǒng)應(yīng)使鐵水平穩(wěn)流入,并有良好的擋渣效果，多采用濾渣網(wǎng)，集渣包等擋渣結(jié)構(gòu)．ⅳ）降低型砂含水量→氣孔↓(侵入)；砂型緊實(shí)度，透氣性應(yīng)比HT好．

三）

可鍛鑄鐵(又叫馬鐵，瑪鋼)

白口鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火而成的具有團(tuán)絮狀石墨一種鑄鐵。１．鑄造性能

熔點(diǎn)比灰鐵高,凝固溫度范圍大,液固兩相區(qū)寬，流動(dòng)性不好；ＫＴ要先澆注出白口鑄坯，沒有石墨化膨脹階段，故收縮率大。鑄造性能較ＨＴ差。２．分類及應(yīng)用

石墨呈團(tuán)絮狀,故抗拉強(qiáng)度↑且塑,韌↑牌號(hào):KTH(KTZ)+3位數(shù)+2位數(shù)，3位數(shù)—抗拉強(qiáng)度,2位數(shù)---延伸率

KTH－F基體

－黑心

KTZ－P基體－白心應(yīng)用:形狀復(fù)雜,承受沖擊載荷的薄壁小件(KTH),曲軸,連桿

,齒輪等(KTZ)。３.生產(chǎn)特點(diǎn)

生產(chǎn)過程:白口鐵—石墨化退火(920~980℃,保溫10~20h)—團(tuán)絮狀石墨

１）必須采用C,Si含量低的鐵水,防石墨化.通常2.4~2.8%C,0.4~1.4%Si２）砂型耐火性要求高.

３）周期長(40~70h),成本高.

鑄鐵件合金性能特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)四）蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并且有一定的韌性、較高的耐磨性；同時(shí)又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

、蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、性能和應(yīng)用

蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。

RuT300、RuT420

如：蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內(nèi)燃機(jī)汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。

牌號(hào)：性能：應(yīng)用：排氣管

進(jìn)氣管

五)特殊性能鑄鐵在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。

1、耐磨鑄鐵（加鉻）2、耐熱鑄鐵

（Al、Si、Cr

）扇形擴(kuò)散器托架襯板彎管二鑄鋼的鑄造性能及生產(chǎn)

鑄鋼件也是一種重要的鑄造合金,產(chǎn)量僅次于ＨＴ,約為ＱＴ和ＫＴ的和.一）鑄鋼的鑄造性能熔點(diǎn)高（澆注溫度高），凝固溫度范圍較大,即液固兩相區(qū)較寬，傾向于中間凝固，

流動(dòng)性差，收縮率大（約為ＨＴ的三倍）。鑄造性能差。鑄造工藝復(fù)雜，必須采取順序（定向）凝固原則等。二）

鑄鋼的類別和應(yīng)用

1、類別：分兩類，1）鑄造碳鋼：應(yīng)用廣泛:ZG+兩位數(shù)(含C萬分之幾)2）鑄造合金鋼：性能:強(qiáng)

塑

韌↑應(yīng)用:適于制造形狀復(fù)雜的,強(qiáng)度和韌性要求高的零件．鑄—焊大件：火車輪，鍛錘機(jī)架等．三）

生產(chǎn)特點(diǎn)

1、熔煉:

電弧爐(多用),感應(yīng)爐(合金鋼中小件),平爐等

電弧爐:利用電極與金屬爐料間電弧產(chǎn)生熱量熔煉金屬.

優(yōu)點(diǎn):鋼液質(zhì)量高,熔煉速度快(一爐2~3h)溫度容易控制,適于各類鑄鋼件

原料:廢鋼

生鐵

鐵合金等

造渣材料

氧化劑

增碳劑等

感應(yīng)爐:利用感應(yīng)圈中交流電的感應(yīng)作用,使金屬爐料(鋼液)產(chǎn)生感應(yīng)電流,產(chǎn)生熱量.

優(yōu)點(diǎn):加熱速度快,熱量散失少.氧化輕.

2、鑄造工藝:

易產(chǎn)生各種鑄造缺陷，包括，澆不足，冷隔，縮孔縮松，變形，裂紋，氣孔和粘砂（鋼澆注溫度高,易吸氣和氧化）。因此工藝上要采取，１）加冒口,冷鐵，實(shí)現(xiàn)順序（定向）凝固，以防止縮孔縮松。２）增大澆注系統(tǒng)截面積，采用干砂型，提高澆注溫度，以提高充型能力，以防止?jié)膊蛔愫屠涓?。３）降低鋼水Ｓ、P含量，同時(shí)鑄型（型芯）退讓性要好，并改善鑄件結(jié)構(gòu)，增設(shè)防裂筋，等等，以防止裂紋產(chǎn)生。

４）型（芯）砂:要具有高耐火性，高強(qiáng)度和透氣性。

3熱處理

∵晶粒粗大，組織不均（鑄態(tài)組織）,鑄造內(nèi)應(yīng)力,強(qiáng)、塑低。一般要進(jìn)行退火和正火?！嗤嘶?適于含碳量大于0.35%或結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的鑄鋼件正火:適于含碳量小于0.35%的鑄鋼件.

三有色（非鐵）合金鑄造性能及生產(chǎn)

一）

銅及銅合金

1純銅:

導(dǎo)電

導(dǎo)熱↑塑↑(面心)

強(qiáng)

硬↓2黃銅:Cu+Zn—普通黃銅

Cu+Zn+Pb,Al,Si等

特殊黃銅

可鑄可鍛

3青銅:

除黃銅,白銅(銅鎳合金)以外的,銅與其它元素組成.

錫青銅:Sn+Cn耐磨

耐蝕

鋁青銅:耐磨

耐蝕

4鑄造工藝

1)

熔煉:易氧化

吸氣

①防氧化:液面蓋上溶劑(碎玻璃,蘇打,鵬砂)②脫氧:Cu+O2-Cu2O(氧化亞銅)塑↓加磷銅

脫氧

普通黃銅和鋁青銅因有Zn能脫氧

③除氣:錫青銅:吹N2,N2上浮帶出H2.

鋁青銅:吹N2

黃銅:沸騰法Zn(907℃)蒸汽帶出H2

④精煉除渣:鋁青銅液中有AL2O3,加堿性溶劑(蘇打,瑩石等)精練,造出比重小,熔點(diǎn)低的溶渣.熔煉用坩堝爐

2)

鑄造:①細(xì)砂鑄型—光潔

減少切削量,粘砂②澆注時(shí)勿斷流—防氧化

③澆注系統(tǒng)使液流平穩(wěn)流入—防飛濺

④加冒口—