2016/11/1武汉理工大学金工学部1 回顾 缩孔与缩松的形成 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金 逐层凝固 缩孔 凝固区域较宽的合金 糊状凝固 缩松 内应力、变形与裂纹 内应力 热应力 机械应力 铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不 均衡的收缩而引起的应力。 铸件在固态收缩时受阻 变形与裂纹 热应力的形成过程分析 热应力的消除方法 铸件的结构：铸件各部分能自由收缩 工艺方面：采用同时凝固原则 时效处理：人工时效；自然时效 铸件的结构尽可能对称 铸件的壁厚尽可能均匀 铸件变形的判定 厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。 薄部、表面受压应力，出现外凸变形。 消除缩孔和缩松 的方法 定向凝固原则原则 合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 方法 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。 液态金属的凝固与收缩 凝固方式有：逐层凝固、糊状凝固、中间凝 合金的收缩：液态收缩、凝固收缩、固态收缩 影响收缩的因素：化学成分(c含量)、浇注温度、铸件结构、铸型条件 2016/11/1武汉理工大学金工学部2 2.2 铸件的生产工艺 铸件材料包括：铸铁、铸钢、铸铜、铸铝,由于铸铁材料(包括灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁)具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低 廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。 2.2.1 铸铁件生产 铸铁通常是C%=2.5%4.0%的铁碳合金。 碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨。根据碳在铁碳合金中的 存在形式，铸铁可以分为： 白口铸铁：莱氏体+二次渗碳体珠光体 灰口铸铁：基体+石墨 麻口铸铁: 莱氏体+二次渗碳体珠光体 +石墨 重点内容：灰口铸铁 特点种类与应用 石墨化形成及影响因素 生产工艺方法及应用 2016/11/1武汉理工大学金工学部3 灰口铸铁 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨 的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为： 普通灰铸铁：石墨呈片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 球墨铸铁：石墨呈球状 2016/11/1武汉理工大学金工学部4 铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的 存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。 铸铁的优点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能； 高的耐磨性； 良好的吸震缓冲性能； 低的缺口敏感性能。 2.2.1.1 灰铸铁 A.灰铸铁的性能 铸铁的缺点： 石墨极差的力学性能；对基体的割裂；石墨片尖端的应力集中成为裂纹源。 2016/11/1武汉理工大学金工学部5 铸铁的石墨化： 碳以石墨形式析出的过程。 通常视石墨化过程充分 与否，会得到不同基体的铸铁组织，并影响石墨大小。 灰铸铁的基体通常有： *铁素体灰铸铁 B.石墨形态及石墨化对铸铁性能的影响 *铁素体珠光体灰铸铁 *珠光体灰铸铁 石墨形态：石墨越圆整、越细小、分布越均匀对基体 割裂作用越小。 一次结晶：液相线至固相线的结晶。 一次结晶决定石墨形态、分布特征和共晶团尺寸、数目。 二次结晶：铸铁凝固后继续冷却过程中发生的组织转变。 二次结晶视石墨化程度决定铸铁的三种基体组织。 2016/11/1武汉理工大学金工学部6 C.影响石墨化的因素 化学成分 化学成分：C是形成石墨的元素，Si是促进形成石墨的元素， 通常C%、Si%越高，越容易石墨化。锰: 是有益元素, 微弱阻 止石墨化, 可消除硫的有害作用. 磷: 是有害元素, 可促进石墨化. 硫: 是有害元素, 强烈阻止石墨 化. 灰口铸铁： 白口铸铁： 麻口铸铁： P+Fe3C+Le P+Fe3C+G+Le 珠光体灰口铸铁： 铁素体灰口铸铁： 珠光体+铁素体灰口铸铁： P+G片 P+F+G片 F+G片 - 白口铸铁区 a - 麻口铸铁区 - 珠光体灰口铸铁区 b - 珠光体、铁素体灰口铸铁区 - 铁素体灰口铸铁区 2016/11/1武汉理工大学金工学部7 C.影响石墨化的因素冷却速度壁厚 冷却速度： 减小冷却速度可以促进 石墨化， 易得到粗大的 石墨片和铁素体基体； 增大冷却速度则阻碍石 墨化，此时只有部分碳 以细石墨片析出，而另 一部分碳则以渗碳体析 出， 得到铸光体基体。 铸铁壁厚（mm） 1020304050 6070 4.0 5.0 6.0 7.0 （wC+wSi）% 白 口 铸 铁 麻 口 铸 铁 灰口铸铁 珠光体灰口铸铁 珠光体+铁素体灰口铸铁 铁素体灰口铸铁 壁厚大，冷速慢，促石墨化， 适当降低碳硅含量。 壁厚小，冷速快，阻石墨化， 适当提高碳硅含量。 2016/11/1武汉理工大学金工学部8 普通灰铸铁件 基体：F、P、F+P 生产：铁水熔炼好后直接浇铸 牌号：HTXXX HT: 表示灰铸铁中文拼音的代号 XXX: 三位数字表示最抵抗拉强度(MPa) 石墨形态：粗片状 问题 1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示 ，而用力学性能表示？ 2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增 大截面 解决？ 提高灰铸铁的性能 2016/11/1武汉理工大学金工学部9 D.灰铸铁的孕育处理 改善基体组织 改变石墨形态、数量、 大小和分布 灰铸铁的孕育处理是提高和改善灰铸铁的性能途径的行之 有效的方法。 灰铸铁的孕育处理方法 将熔炼出的铁水在浇铸前加入质 量分数为 0.25%0.60%的孕育剂， 孕育剂在铁水中形成大量弥散的石 墨结晶核心，使石墨化作用显著提 高，从而得到在细珠光体上均匀分 布着细片状石墨的组织。 常用的孕育剂是含Si量为75%的硅 铁。 选用碳、硅量低的铁水 原铁水含碳量越低，石墨越细小 ，铸铁的强度、硬度就越高。 目的 050 150 50100100150150 表面 表面 中心 160 140 170 180 硬度HB 同一截面机械性能的齐一性 2016/11/1武汉理工大学金工学部10 表 灰铸铁的牌号、性能及用途举例 牌号铸件壁厚 / 抗拉强度 /Mpa 硬度 HBS 主要特点用途举例 HT1002.510 1020 2030 3050 130 100 90 80 110167 93140 87131 82122 铸造性能 好，工艺 简便，铸 造应力小 ，不用人 工时效处 理，有一 定的机械 强度和良 好的减震 性 盖、外罩、油盘、手轮、 支架、底板、镶导轨的机 床等，对强度无要求的零 件 HT1502.510 1020 2030 3050 175 145 130 120 136205 119179 110176 105157 底座、床身、与HT200相 配的溜板、工作台，泵 壳、容器、法兰，工作压 力不太大的管件 HT2002.510 1020 2030 3050 220 195 170 160 157236 148222 134200 129192 强度、耐热 性、耐磨 性均较好 ，减震性 也良好， 铸造性能 好 要求高强度和一定耐蚀能 力的泵壳、容器、法兰、 硝化塔、机床床身、立 柱、平尺、划线平板、汽 缸、齿轮、活塞、刹车 轮、联轴器盘、水平仪框 架，压力为80Mpa以下的 油缸、泵体、阀门 HT250410 1020 2030 3050 270 240 220 200 174262 164247 157236 150225 HT3001020 2030 3050 290 250 230 182272 168251 161241 强度高、耐 磨性好、 白口倾向 大，铸造 性能差 床身导轨、车床、冲床等 受力较大的床身、机床、 主轴箱、卡盘、齿轮、高 压油缸、水缸、凸轮、大 型发动机曲轴、汽缸体、 汽缸盖、镦模、冷冲模 HT3501020 2030 3050 340 290 260 199298 182272 171257 2016/11/1武汉理工大学金工学部11 2.2.1.3 可锻铸铁件的生产 可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火， 使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体 上分布着团絮状石墨的铸铁。 黑心可锻铸铁(KTH, 铁素体基体) 珠光体可锻铸铁(KTZ) 白心可锻铸铁(KTB，很少用) 种类 特点：强度高b=300- 400Mpa， 塑性（12%） 韧性（k 30J/cm2) 石墨化退火周期长，40-70h, 铸件成 本高。 适用于制造承受震动和冲击、形状 复杂的薄壁小件。 铸出白 口坯件 在950,保 温30小时. 在730,保 温20小时. 珠光体 可锻铸铁 铁素体 可锻铸铁 组织：P ( 或F ) + 团絮状G 2016/11/1武汉理工大学金工学部12 表 可锻铸铁的牌号、性能及用途举例 牌号抗拉强度屈服强度断后伸长率 （%） （L03d） 硬度 HBS 用途举例 /Mpa KTH300063006不大于150弯头、三通、管件、中压阀门 KTH330083308输电线路件、农机件的犁刀、 车轮壳及纺织机的盘头、龙肋 等 KTH3501035020010汽车、拖拉机的前后轮壳、差 速器壳、转向节壳、制动器， 农机件及冷暖器接头等 KTH37012370-12 KTZ450064502706150200曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、 摇臂、活塞环、轴套、犁片、 耙片、阐、万向接头、棘轮、 扳手、传动链条、矿车轮等 KTZ550045503404180230 KTZ650026504302210260 KTZ700027005302240290 、 2016/11/1武汉理工大学金工学部13 2.2.1.2 球墨铸铁件的生产 向高温铁水中加入一定量的 球化剂和孕育剂，直接得到 球状石墨的铸造合金。 球化剂：金属镁或稀土镁 孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁 铁水 合金球化剂 硅铁粉 铁水包 出铁槽 草木灰 反应室铸件 冒口 积渣包 2016/11/1武汉理工大学金工学部14 球墨铸铁件主要特点： 组织: P ( 或F ) + 球状G，球状石墨对基体的割裂 作用已降到最低，力学性能比灰铸铁显著提 高。 可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。 这一点与灰铸铁不同。 工艺：球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、 皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨 胀，应适当提高铸型刚度。 球墨铸铁件 生产中应注意的问题 控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同； 具有高C高Si，中Mn,低S、P特点。 较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处 理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷 球化处理、孕育处理。 性能: 抗拉强度和屈服强度很高;疲劳强 度较高;硬度和耐磨性比其他铸铁都高. 2016/11/1武汉理工大学金工学部15 热处理特点 退火: 使铸态组织中的Fe3C或P中的Fe3C分解 , 以获得高 塑性的铁素体基体组织. 正火: 使具有F + P + Fe3C 的铸态基体组织 , 为高强度的珠 光体基体组织 调质处理: 获得综合机械性能较高的组织. S回火 + G球状 等温淬火: 为获得既有高强度和韧性 , 又有高硬度和耐磨 性的组织. B下 + G球状 性 能45号锻钢 (正火) P球铁 (正火) 抗拉强度 b(Mpa)690815 屈服强度 0.2(Mpa)410640 屈强比 0.2 / b0.590.785 延伸率 (%)263 疲劳强度(带缺口试样) -1(Mpa)150155 硬度 HBS229229321 2016/11/1武汉理工大学金工学部16 球墨铸铁的牌号、性能及用途举例 牌号抗