第二章 常用铸造合金及其熔炼1本章主要内容与目的：本章主要内容与目的：l了解铸钢、铸铁的生产过程。了解铸钢、铸铁的生产过程。l了解铸铁的分类。了解铸铁的分类。l理解铸铁石墨化及影响因素。理解铸铁石墨化及影响因素。l掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。钢铁的生产过程钢铁的生产过程影片影片2第一节第一节 钢铁的生产过程钢铁的生产过程钢铁的生产过程钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液并浇注成钢锭的过程。并浇注成钢锭的过程。一、炼铁一、炼铁铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石生铁生铁钢水钢水钢锭钢锭 在高炉中进行在高炉中进行: : 铁矿石铁矿石+ +焦碳焦碳+ +石灰石石灰石 炉料炉料 高炉高炉预热预热9001200 焦碳燃烧，产生焦碳燃烧，产生CO 加热炉料，加热炉料，发生反应发生反应3还原反应还原反应: : 造渣反应造渣反应: : 渗碳反应渗碳反应: : C、CO将将FeO中氧分离中氧分离还原还原FeCaO+SiO2=CaSiO3（炉渣）（炉渣）Fe吸收焦碳中吸收焦碳中C含含C高，熔点低的生铁水高，熔点低的生铁水l炼钢生铁炼钢生铁用于炼钢（大多数）用于炼钢（大多数）l铸造生铁铸造生铁熔炼铸钢（少量）熔炼铸钢（少量）4平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分二、炼钢二、炼钢 1. 1. 钢的熔炼方法钢的熔炼方法钢与生铁在化学成分上主要区别：钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含钢含C量低（量低（2.11%。l铸铁成形铸铁成形只能用只能用铸造方法铸造方法，不能用锻或轧制方法。，不能用锻或轧制方法。与钢相比，铸铁的与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差强度低、塑性、韧性差，但具，但具有优良的有优良的铸造和切削加工性能铸造和切削加工性能。l按按碳元素碳元素在铸铁中在铸铁中存在的方式存在的方式不同，可将铸铁分不同，可将铸铁分为为白口铸铁、麻口铸铁白口铸铁、麻口铸铁和和灰口铸铁灰口铸铁。l根据根据石墨形状的不同石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为，灰口铸铁又可分为灰铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。第二节第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼工业中常用的铸造合金及其熔炼11第二节第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼工业中常用的铸造合金及其熔炼一、铸铁及其熔炼一、铸铁及其熔炼铸铁：铸铁：含碳量大于含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。的多元合金。常用成分范围见下表。组组 元元wCwSiwMnwPwSwFe成分成分（%）2.44.00.63.00.41.20.30.15其余其余 铸铁的常用成分范围铸铁的常用成分范围 12铸铁的分类铸铁的分类根据根据C铸铁中铸铁中存在形式存在形式的不同：的不同：白口铸铁：白口铸铁：Fe3C麻口铸铁：麻口铸铁：Fe3C+G灰口铸铁：灰口铸铁：G铸铁铸铁由于白口铸铁具有由于白口铸铁具有良好的耐磨性良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些，所以有时也用来制造一些耐耐磨件磨件，如，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。等。l 白口铸铁白口铸铁：碳全部以碳全部以Fe3C的形式存在，的形式存在，断口呈银色断口呈银色。13灰灰 铸铸 铁：铁：片状片状球墨铸铁：球墨铸铁：球状球状可锻铸铁：可锻铸铁：团絮状团絮状蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：蠕虫状蠕虫状 灰口铸铁：灰口铸铁： （根据（根据G形态）形态）碳大部或全部以石墨形式存在，碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色断口呈暗灰色。l灰口铸铁：灰口铸铁：p根据铸铁中根据铸铁中石墨形态石墨形态的不同的不同，灰口铸铁灰口铸铁又可分为：又可分为：144蠕墨铸铁蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图其石墨呈蠕虫状。如图d d所示。所示。 abcd1 1普通灰铸铁普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。简称灰铸铁，其石墨呈片状。2可锻铸铁：可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图其石墨呈团絮状。如图b所示。所示。3球墨铸铁：球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图其石墨呈球状。如图c所示。所示。1516组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。l麻口铸铁：麻口铸铁：普通铸铁普通铸铁合金铸铁合金铸铁含含Si4%、Mn2%，或，或Ti，V， Mo， Cr, Cu等等根据铸铁的根据铸铁的化学成分，化学成分，铸铁分为：铸铁分为：17铸铁中的石墨化过程铸铁中的石墨化过程 石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。l铁碳合金中，铁碳合金中，C C的存在方式有两种：的存在方式有两种： Fe3C 和和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，是一种亚稳定相，G是是一种稳定的相一种稳定的相。 Fe3C 3 Fe +C（高温）（高温） l由于条件的不同由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图，铁碳合金存在两种相图 ：Fe -Fe3C 亚稳系状态图亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图稳定系状态图18铁碳双重相图铁碳双重相图为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一的相图称铁碳双重相图的相图称铁碳双重相图0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLE L+ + + L+ + Fe3C + Fe3CL+Fe3CI190.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKP PSQLEL+ 第第一一阶阶段段石石墨化墨化第第二二阶阶段段石石墨墨化化第第三三阶阶段段石石墨化墨化20l第一阶段第一阶段(液态阶段液态阶段) ：LC AE+Gl第二阶段：第二阶段： A G第三阶段：第三阶段： AS FP+G铸铁的石墨化铸铁的石墨化过程过程7381154738共晶石墨共晶石墨二次石墨二次石墨1154共析石墨共析石墨21石墨化后得到的组织石墨化后得到的组织石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+GF+P+GP+G灰口铸铁灰口铸铁22白口铸铁白口铸铁石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 第三阶段第三阶段不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3C共晶合金的石墨化过程23麻口铸铁麻口铸铁石墨化程度石墨化程度显微显微组织组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行P+Ld+G+Fe3C24各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织铸铁类型铸铁类型石墨化程度石墨化程度显微显微组织组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段灰口铸铁灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+GF+P+GP+G麻麻口铸铁口铸铁部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行Ld+P+G+Fe3C亚共晶亚共晶白口白口共晶白口共晶白口过共晶白口过共晶白口不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld+P+Fe3CLdLd+Fe3C25Fe -C合金结晶过程中为什么一般形成合金结晶过程中为什么一般形成Fe -Fe3C而不是而不是Fe - G ？u从从热力学热力学上，上，G比比Fe3C要稳定；要稳定；u从从动力学动力学上，渗碳体的成分与铁液更接近，上，渗碳体的成分与铁液更接近， Fe的排列与的排列与A也有相似之处。也有相似之处。因因而而，A中中析析出出渗渗碳碳体体较较易易形形核核，而而G的的晶晶体体结构与结构与A相差较大，不易从相差较大，不易从A中形核和长大。中形核和长大。铁铁碳碳合合金金中中，C以以何何种种形形式式存存在在取取决决于于化化学学成成分和冷却速度。分和冷却速度。26l成分成分促进石墨化元素（促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co等）等）阻碍石墨化元素（阻碍石墨化元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）等）l工艺工艺(1) 冷却速度：冷却速度： 快速冷却快速冷却按按 Fe-Fe3C相图转变相图转变 缓慢冷却缓慢冷却按按 FeG 相图转变，石墨化充分相图转变，石墨化充分(2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化温度：高温长时间保温有利于石墨化影响石墨化的主要因素：影响石墨化的主要因素：27影响石墨化程度的主要因素影响石墨化程度的主要因素 (1)(1)、化学成分、化学成分 碳碳是形成是形成石墨石墨的元素，也是促进石墨化的元素。的元素，也是促进石墨化的元素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。 硅硅是强烈促进石墨化的元素，是强烈促进石墨化的元素，随着含随着含硅硅量的增加，石墨显著量的增加，石墨显著增多增多。 所以：当铸铁中所以：当铸铁中碳、硅含量均高碳、硅含量均高 时，析出的时，析出的石墨就愈多、石墨就愈多、愈粗大愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。 碳碳以以石墨石墨形式析出的现象称为形式析出的现象称为石墨化石墨化。1 1）碳和硅）碳和硅283 3）锰）锰所以：所以：硫含量限制在硫含量限制在 0.1 - 0.15%以下，高强度铸铁则应更低。以下，高强度铸铁则应更低。 使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。锰是弱阻碍石墨化元素，锰是弱阻碍石墨化元素，具有具有稳定稳定珠光体珠光体，提提高高铸铁铸铁强度强度和和硬度硬度的作用。的作用。 MnS一般控制在一般控制在 0.61.2% 之间之间4 4）磷）磷磷对铸铁的磷对铸铁的石墨化石墨化影响不显著。影响不显著。含磷过高将增含磷过高将增加铸铁的冷脆性。加铸铁的冷脆性。限制在限制在 0.5% 以下，高强度铸铁则限制在以下，高强度铸铁则限制在 0.2 0.3%以下。以下。2 2）硫）硫硫是强烈阻碍石墨化元素。硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高硫量高易促使易促使碳碳以以Fe3C 白口组织白口组织；硫量高硫量高 热脆性；热脆性； 29渗渗碳碳体体的的成成分分（碳碳含含量量）更更接接近近于于液液态态铸铸铁铁，与与G相相比比，结结构构亦亦更更近近于于A，在在快快冷冷时时易易得得到到渗渗碳碳体体；而而G是一种更稳定的相，是一种更稳定的相，在缓冷时易得到在缓冷时易得到G。(2)(2)冷却速度冷却速度铸铁壁厚（铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白白口口铸铸铁铁麻麻口口铸铸铁铁灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁：白口铸铁：灰口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁珠光体珠光体+ +铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le冷却速度冷却速度珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体珠光体+ +铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：P+G片片P+F+G片片F+G片片30(2)(2)冷却速度冷却速度在在实实际际生生产产中中，一一般般是是根根据据铸铸件件的的壁壁厚厚（主主要要部部位位的的壁壁厚厚），选选择择适适当当的的化化学学成成分分（主主要要指指碳碳、硅硅），以以获获得得所所需需要要的的组组织。织。由此可知：由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。敏感性。铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。素体基体。31l石墨的结晶特点石墨的结晶特点0.340nm0.142nm在在在在简简简简单单单单六六六六方方方方晶晶晶晶体体体体中中中中, , , ,碳碳碳碳原子是分层排列原子是分层排列原子是分层排列原子是分层排列同同同同一一一一层层层层上上上上的的的的原原原原子子子子间间间间距距距距小小小小(0.142nm),(0.142nm),(0.142nm),(0.142nm),结合力强结合力强结合力强结合力强层层层层 间间间间 原原原原 子子子子 间间间间 距距距距 大大大大(0.340nm)(0.340nm)(0.340nm)(0.340nm)结合力弱结合力弱结合力弱结合力弱容易形成片状石墨容易形成片状石墨石墨的晶体结构石墨的晶体结构（1） 石墨对灰铸铁性能的影响石墨对灰铸铁性能的影响1. 灰铸铁灰铸铁32力学性能力学性能Fe3C 硬而脆硬而脆, 硬度硬度800HB，能轻易划破玻璃，能轻易划破玻璃， 塑性几乎为零。塑性几乎为零。G 抗拉强度约为抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零，伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为硬度仅为3HB。铸铁的力学性能主要取决于基体组织及铸铁的力学性能主要取决于基体组织及石墨的数量、石墨的数量、形状、大小和分布形状、大小和分布。 分布于基体上的分布于基体上的石墨石墨可视为可视为空洞空洞或或裂纹裂纹. . 33 切削性能好。切削性能好。 力学性能低。力学性能低。铸铁的性能特点铸铁的性能特点 G G 分布于基体中分布于基体中 空洞、裂纹空洞、裂纹 有效承载面积降低有效承载面积降低 、受力时石墨尖端处产生应力集中受力时石墨尖端处产生应力集中 力学性比碳钢力学性比碳钢石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油。 石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削石墨可以吸收振动能量，对振动的传递起削弱作用。弱作用。铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点低（约为低（约为1200左右），液态流动性好左右），液态流动性好石墨强度、硬度、塑性低。石墨强度、硬度、塑性低。 耐磨性能好。耐磨性能好。 消振性能好。消振性能好。 铸造性能好。铸造性能好。34l灰铸铁的成分、组织：灰铸铁的成分、组织：p成分：成分： 2.54.0%C； 1.02.5% Si；少量；少量Mn 、S、P 等。等。p组织：组织： F + G （片）；（片）； F + P + G (片片)； P + G (片片)；l普通灰铸铁的成分靠近共晶点，熔点低，具有良好的普通灰铸铁的成分靠近共晶点，熔点低，具有良好的流动性，且收缩率小，不易产生缩孔的缺陷。流动性，且收缩率小，不易产生缩孔的缺陷。 铸造性好铸造性好35灰铸铁的显微组织对比灰铸铁的显微组织对比F+GP+GF+P+G36l灰铸铁性能特征：灰铸铁性能特征：机械性能机械性能抗拉强度、弹性模量较低抗拉强度、弹性模量较低MPa 塑性、韧性近于零塑性、韧性近于零脆性材料脆性材料 但抗压强度与钢相近（但抗压强度与钢相近（600 800MPa） 石墨愈多、愈粗大石墨愈多、愈粗大机械性能愈差机械性能愈差工艺性能工艺性能脆性材料，不能锻造和冲压，可焊性较差，脆性材料，不能锻造和冲压，可焊性较差， 但铸造性能优良，切削加工性能好（崩碎切屑）但铸造性能优良，切削加工性能好（崩碎切屑）减震性减震性减震能力为钢的减震能力为钢的510倍倍 机床床身、机座机床床身、机座耐磨性耐磨性石墨润滑作用，比钢好石墨润滑作用，比钢好导轨、衬套，活塞环导轨、衬套，活塞环等等缺口敏感性缺口敏感性低，疲劳强度影响小。低，疲劳强度影响小。37普普通通灰灰铸铸铁铁的的主主要要缺缺点点不不仅仅仅仅是是石石墨墨片片粗粗大大，力力学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。 同同一一铸铸件件薄薄截截面面上上可可能能出出现现白白口口或或麻麻口口组组织织，而而厚厚截截面面上上则则可可能能出出现现大大量量的的石石墨墨片片或或过过量量的的F，结果力学性能不均匀。，结果力学性能不均匀。 为了解决麻口问题，生产上采用孕育处为了解决麻口问题，生产上采用孕育处理或称变质处理理或称变质处理（2）灰铸铁的孕育处理）灰铸铁的孕育处理 38孕孕育育处处理理熔熔炼炼出出相相当当于于白白口口或或麻麻口口组组织织的的低低碳碳（2.7%3.3%）、低低硅硅（1.02.0）的的高高温温铁铁水水，向向铁铁水水中中冲冲入入细细颗颗粒粒的的孕孕育育剂剂，孕孕育育剂剂在在铁铁水水中中形形成成大大量量弥弥散散的的石石墨墨结结晶晶核核心心，使使石石墨墨化化作作用用骤骤然然提提高高，从从而而得得到到在在细细晶晶粒粒珠珠光体上均匀的分布着细片状石墨的光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。组织。 孕育铸铁孕育铸铁（变质铸铁）（变质铸铁）39常用的孕育剂为常用的孕育剂为:Si-Fe合金合金或或Si-Ca合金合金含硅含硅75%的硅铁的硅铁(或硅钙）合金，或硅钙）合金，加入量为铁水重量的加入量为铁水重量的0.25-0.6%。 40孕育铸铁的组织 孕孕育育铸铸铁铁的的组组织织为为细细P基基体体上上加加细细小小均均匀匀分分布布的的片片状状石石墨墨。并并使使铸铸件各部位得到均匀一致的组织。件各部位得到均匀一致的组织。孕育铸铁组织：孕育铸铁组织：P细细+G细片细片性能：性能：b=250-400Mpa， HB=170-270， 04105015050100100150150表面表面中心160140170180硬度HB冷却速度对其组织和性能的影响很小。冷却速度对其组织和性能的影响很小。普通灰铸铁普通灰铸铁孕育铸铁孕育铸铁42静载荷下静载荷下，要求，要求较较高强度、硬度、耐磨性高强度、硬度、耐磨性或或气密性气密性的铸件，特别是的铸件，特别是厚大截面铸件厚大截面铸件。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。如重型机床床身，汽缸体、缸套及液压件等。 必须指出：必须指出： 孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高；孕育铸铁原铁水的碳、硅含量不能太高； 原铁水出炉温度不应低于原铁水出炉温度不应低于14001400； 经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。经孕育处理后的铁水必须尽快浇注，以防止孕育作用衰退。 孕育铸铁适用于孕育铸铁适用于: 43 灰铸铁的牌号选用灰铸铁的牌号选用灰铸铁的牌号用汉语拼音灰铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示，和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度数字表示其最低抗拉强度b （Mpa）。 灰铸铁件的生产特点灰铸铁件的生产特点1 1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；2 2）具有良好的铸造性能。）具有良好的铸造性能。3 3）灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。）灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。（3）灰铸铁生产特点及牌号选用）灰铸铁生产特点及牌号选用灰铁灰铁44按照按照GB/T9439-1988规定，灰铸铁的牌号用规定，灰铸铁的牌号用 牌号牌号HT 最低抗拉强度最低抗拉强度MPa灰铸铁灰铸铁如：如： HT150灰口铸铁，最低抗拉强度为灰口铸铁，最低抗拉强度为150MPa45 牌牌 号号 组织组织 用途举例用途举例 HT10HT100 0F+GF+G片片 盖盖、外外罩罩、油油盘盘、手手轮轮、支支架架、底底板板、镶镶导导轨轨的的机床底座等机床底座等对强度无要求的对强度无要求的零件零件 HT15HT150 0F+P+GF+P+G片片底座、床身、与底座、床身、与HT200HT200相配的溜板、工作台；泵相配的溜板、工作台；泵壳、容器、法兰盘壳、容器、法兰盘; ;工作压力不太大工作压力不太大的管件的管件 HT20HT200 0F+P+GF+P+G片片要要求求高高的的强强度度和和一一定定耐耐蚀蚀能能力力的的泵泵壳壳、容容器器、塔塔器、法兰、硝化塔器、法兰、硝化塔 机机床床床床身身、立立柱柱、平平尺尺、划划线线平平板板、汽汽缸缸、齿齿轮轮、活塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架活塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架 压力为压力为80Mpa80Mpa以下的油缸、泵体、阀门以下的油缸、泵体、阀门 HT25HT250 0P+GP+G片片HT30HT300 0P P细细+G+G细片细片床床身身导导轨轨、车车床床、冲冲床床等等受受力力较较大大的的床床身身、机机座座、主主轴轴箱箱、卡卡盘盘、齿齿轮轮、高高压压油油缸缸、水水缸缸、泵泵体体、阀阀门门、衬衬套套、凸凸轮轮、大大型型发发动动机机曲曲轴轴、气气缸缸体体、气缸盖；冷镦模、冷冲模气缸盖；冷镦模、冷冲模 HT35HT350 0P P细细+G+G细片细片46 制造制造承受压力和震动的零件承受压力和震动的零件, ,如如机床床身、各种箱体、壳体、机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体用途用途472、可锻铸铁、可锻铸铁 可锻铸铁是先将铁水浇铸成可锻铸铁是先将铁水浇铸成白口铸铁白口铸铁，然后经，然后经石墨化退火石墨化退火，使渗碳体发生分解形成，使渗碳体发生分解形成团絮状石墨团絮状石墨的的一种韧性铸铁。可锻铸铁的延伸率可达一种韧性铸铁。可锻铸铁的延伸率可达 = 12%u可锻铸铁的生产分为两步：可锻铸铁的生产分为两步： 浇注成纯白口铸铁浇注成纯白口铸铁 石墨化退火石墨化退火 48（1）可锻铸铁的生产特点）可锻铸铁的生产特点 浇注成纯白口铸铁浇注成纯白口铸铁 1 1）碳、硅含量要低。）碳、硅含量要低。通常为通常为2.42.8%C，1.41.8%Si。 2 2）冷却速度要快。）冷却速度要快。壁厚不得太厚、铸件尺寸不能太大。壁厚不得太厚、铸件尺寸不能太大。 石墨化退火石墨化退火 920 -980 720 650Fe3C A+G团P F+G团P+GP+G团团F+ GF+ G团团t石墨化退火的总周期一般为石墨化退火的总周期一般为4070小时小时高温阶段的石墨化退火时间需高温阶段的石墨化退火时间需10-20小时小时49u生产特点：生产特点：l碳，硅含量低，凝固温度范围大碳，硅含量低，凝固温度范围大流动性流动性 冷冷隔、浇不足等缺陷。隔、浇不足等缺陷。浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度l没有石墨化膨胀阶段没有石墨化膨胀阶段收缩大收缩大产生缩孔、缩松、产生缩孔、缩松、变形与裂纹。变形与裂纹。 定向凝固、设置冒口、冷铁和提定向凝固、设置冒口、冷铁和提定向凝固、设置冒口、冷铁和提定向凝固、设置冒口、冷铁和提高铸型、型心的退让性。高铸型、型心的退让性。高铸型、型心的退让性。高铸型、型心的退让性。生产过程复杂，周期长，能耗大，铸件成本高。生产过程复杂，周期长，能耗大，铸件成本高。 50（2）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用 可锻铸铁的组织可锻铸铁的组织根据基体组织的不同，可分为铁素体（黑心）可锻铸根据基体组织的不同，可分为铁素体（黑心）可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。铁和珠光体可锻铸铁。51性能性能及用途及用途l其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热处理强化。热处理强化。l可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。 2）珠光体（）珠光体（P+ G团）：团）：l具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，l适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。 1 1）铁素体（黑心）可锻铸铁（）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+GF+G团团）：）：52可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号 可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其示其最低抗拉强度最低抗拉强度b （Mpa），），第二组数字表示其最低伸长第二组数字表示其最低伸长率率 。KTH300 06 KTZ450 06 可铁黑可铁黑可铁珠可铁珠bb主要用于生产主要用于生产形状复杂、承受冲击载荷形状复杂、承受冲击载荷的的薄壁小件。薄壁小件。 53可锻铸铁管件可锻铸铁管件54 牌牌 号号 组织组织 用用 途途 举举 例例 KTH30006 F+G团团三通、管件、中压阀三通、管件、中压阀门门 KTH33008F+G团团 输输电电线线路路件件、汽汽车车、拖拖拉拉机机的的前前后后轮轮壳壳、差差速速器器壳壳、转转向向节节壳壳、制制动动器器；农农机机件件及及冷冷暖器接头等。暖器接头等。KTH35010F+G团团KTH37012 F+G团团KTZ45006 P+ G团团 曲轴、凸轮轴、连杆、曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、犁片、耙片、轴套、犁片、耙片、闸、万向接头、棘轮、闸、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、矿扳手、传动链条、矿车轮车轮 KTZ55004 P+ G团团KTZ65002P+ G团团KTZ70002 P+ G团团55球墨铸铁球墨铸铁(ductile cost iron)是向高温的铁是向高温的铁液中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球液中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨而得到的铸铁状石墨而得到的铸铁. .3、球墨铸铁、球墨铸铁 (1)(1)球墨铸铁的生产球墨铸铁的生产 控制原铁水化学成分控制原铁水化学成分 较高的铁水温度较高的铁水温度 出炉温度应高于出炉温度应高于1400 1400 。 a）应严格控制）应严格控制 S0.07%、P0.1%。b）适当提高含碳量（）适当提高含碳量（3.64.0%C，2.02.8%Si ），）， 以改善铸造性能。以改善铸造性能。56 球化处理和孕育处理球化处理和孕育处理 稀土镁合金稀土镁合金球化剂加入量一般为铁水重量的球化剂加入量一般为铁水重量的1.0 1.6%。 促使石墨在结晶时呈促使石墨在结晶时呈球状球状析出析出。 a）球化处理）球化处理3 球墨铸铁球墨铸铁 球化剂的作用：球化剂的作用：b）孕育处理）孕育处理常用的孕育剂为含硅常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的的硅铁，加入量为铁水重量的0.41.0%。 促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向白口倾向 。孕育剂的作用：孕育剂的作用：57球化处理工艺有球化处理工艺有冲入法冲入法和和型内球化法型内球化法 。铁水合金球化剂硅铁粉铁水包出铁槽草木灰反应室反应室铸件铸件冒口冒口积渣包积渣包582 2球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途 1）珠光体球墨铸铁（）珠光体球墨铸铁（P + F少少+G球）球） 正火其性能特点是：其性能特点是：a）强度高。特别是屈服强度高，强度高。特别是屈服强度高，屈、强比（屈、强比（0.2/b0.70.8）高于高于45号钢号钢（0.2/b0.6)。b b）疲劳强度较高疲劳强度较高c c）硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高因此因此，珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。 b=600800 MPa ; =2% 球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理退火、正火退火、正火及其它热处理（淬火、回火等）。及其它热处理（淬火、回火等）。59我国主要用于我国主要用于代替可锻铸铁代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底盘类零件，制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。如后桥壳等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。 2 2）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁 （F + PF + P少少+G+G球球） 退火其性能特点：其性能特点：b=450500 MPa ; =17%球墨铸铁的牌号用汉语拼音球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QTQT”和和两组数字表示两组数字表示，两组，两组数字分别表示数字分别表示最低抗拉强度最低抗拉强度和和伸长率伸长率。 球铁球铁60 牌牌 号号 组织组织 用用 途途 举举 例例 QT40017 F+G球球汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、管道。压阀门、管道。QT42010 F+G球球QT50005 F+P+G球球机座、传动轴、机车护瓦等。机座、传动轴、机车护瓦等。QT60002 P+G球球曲轴、凸轮轴、连杆、齿曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、机床蜗轮、蜗杆等机床蜗轮、蜗杆等 QT70002 P+ G球球QT80002 P+ G球球QT120001 B下下+ G球球汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、曲轴、凸轮等轮、曲轴、凸轮等61它是介于球状石墨和片状石墨之间的一种石墨形态。它是介于球状石墨和片状石墨之间的一种石墨形态。4、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁是向高温、是向高温、低硅、低磷低硅、低磷的铁液中加入蠕化剂进行蠕的铁液中加入蠕化剂进行蠕化处理，再加入孕育剂进行孕育处理，凝固后石墨的化处理，再加入孕育剂进行孕育处理，凝固后石墨的形态不再呈片状，而是呈蠕虫状。形态不再呈片状，而是呈蠕虫状。 向铁水中加入的能使石墨改变形状为蠕虫状的变质元素向铁水中加入的能使石墨改变形状为蠕虫状的变质元素称为蠕化剂。称为蠕化剂。蠕化元素主要是蠕化元素主要是镁和稀土元素镁和稀土元素等。稀土元素和镁加入到铁水等。稀土元素和镁加入到铁水中后，能与铁水中的中后，能与铁水中的S、O发生作用，反应产物进入渣中，使发生作用，反应产物进入渣中，使铁水净化；残余稀土和残余镁对石墨产生变质作用。铁水净化；残余稀土和残余镁对石墨产生变质作用。62蠕墨铸铁的性能特点：蠕墨铸铁的性能特点：（1 1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近铁相近。（2 2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3 3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的的2.2倍以上。倍以上。（6 6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。近于球墨铸铁。（5 5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。保持了球墨铸铁塑、韧性好的特点。又具有灰铸铁良好的铸保持了球墨铸铁塑、韧性好的特点。又具有灰铸铁良好的铸造性能及耐热性。造性能及耐热性。63蠕墨铸铁主要用来蠕墨铸铁主要用来代替代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等制动盘、钢锭模及金属型等牌号：牌号：“RuT”是是“蠕铁蠕铁”二字汉语拼音的大写字二字汉语拼音的大写字头，为蠕墨铸铁代号；头，为蠕墨铸铁代号；在在“RuT”后面的数字表示最低抗拉强度。后面的数字表示最低抗拉强度。64牌号牌号组织组织用用 途途 举举 例例 RuT260 F+G蠕蠕汽车、拖拉机底盘类零件、汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等驱动桥壳、阀体等RuT300 F+P+G蠕蠕 排气管、变速箱体、汽缸排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件等盖、纺织零件、液压件等 RuT340 F+P+G蠕蠕重型机床件、大型齿轮箱重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等具、飞轮等RuT380 P+G蠕蠕 活塞环、气缸套、制动盘、活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等研磨盘吸泥泵体等 RuT420 P+ G蠕蠕65二、铸钢及其熔炼二、铸钢及其熔炼1、铸钢的分类、性能、牌号及应用、铸钢的分类、性能、牌号及应用 p碳素钢碳素钢p合金钢合金钢1 1）低碳钢）低碳钢2 2）中碳钢）中碳钢3 3）高碳钢）高碳钢C0.25%C=0.250.45%C=0.500.601 1）低合金钢）低合金钢2 2）高合金钢）高合金钢Me5%ZGMn13铸造性能差、较少用。常用于铸造性能差、较少用。常用于铸造性能差、较少用。常用于铸造性能差、较少用。常用于 机电零件（软磁特性）机电零件（软磁特性）机电零件（软磁特性）机电零件（软磁特性）铸造性能较好、应用广泛。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能差；塑性、韧性差，仅用于少量耐磨件。铸造性能差；塑性、韧性差，仅用于少量耐磨件。铸造性能差；塑性、韧性差，仅用于少量耐磨件。铸造性能差；塑性、韧性差，仅用于少量耐磨件。加入少量合金元素后，铸钢的强度、耐磨性、耐热性加入少量合金元素后，铸钢的强度、耐磨性、耐热性加入少量合金元素后，铸钢的强度、耐磨性、耐热性加入少量合金元素后，铸钢的强度、耐磨性、耐热性都明显提高。都明显提高。都明显提高。都明显提高。66p性能性能 碳素铸钢的强度与球铁相当碳素铸钢的强度与球铁相当。但塑性、韧性、。但塑性、韧性、疲劳强度比球铁高。因此，承受较复杂的疲劳强度比球铁高。因此，承受较复杂的交变应力交变应力和较大冲击载荷和较大冲击载荷的铸件。铸钢比球铁好。的铸件。铸钢比球铁好。ZG 200-400ZG 200-400铸钢汉语拼音第一字母铸钢汉语拼音第一字母屈服强度值屈服强度值(MPa)抗拉强度值抗拉强度值(MPa)p牌号及应用牌号及应用67钢号钢号旧旧钢号钢号化学成分的质量分数化学成分的质量分数（%）用途举例用途举例CSiMnP、SZG200400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韧性高的各种用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等机械零件，如机座、箱体等ZG230450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韧性较高的各用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀种机械零件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等体、砧座等ZG270500ZG350.400.500.900.04用于轧钢机机架、轴承座、连杆、用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等曲轴、缸体、箱体等ZG310570ZG450.500.600.900.04用于负荷较高的零件，如大齿轮、用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等缸体、制动轮、棍子等ZG340640ZG550.600.600.900.04用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等682、铸钢的熔铸工艺特点、铸钢的熔铸工艺特点 1 1）. . 铸钢的铸造性能铸钢的铸造性能差差浇注温度高，易氧化、流动性差、收缩大。浇注温度高，易氧化、流动性差、收缩大。铸造要顺序凝固铸造要顺序凝固安放冒口和冷铁；安放冒口和冷铁；必须严格控制浇注温度；必须严格控制浇注温度；铸件的壁不能太薄，两壁交接处设防裂肋；铸件的壁不能太薄，两壁交接处设防裂肋；2）. 铸钢的热处理铸钢的热处理退火：退火：C 0.35%，或形状复杂的铸钢件，或形状复杂的铸钢件正火：正火：C 0.35%3）. 铸钢的熔炼铸钢的熔炼电炉电炉69三、铸造有色合金三、铸造有色合金1、铸造铜合金、铸造铜合金1 1）铸造黄铜铸造黄铜 (Cu-Zn) 铸造黄铜有相当高的力学性能，如铸造黄铜有相当高的力学性能，如b=250450Mpa，=730%，HBS=60120。 因其含铜量低，因其含铜量低，价格低于铸造青铜价格低于铸造青铜，而且它的，而且它的凝固温度范凝固温度范围小围小，有优良的，有优良的铸造性能铸造性能。 所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、轴承、衬套、齿轮衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。70 2 2铸造青铜铸造青铜 青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金 。铸造锡青铜：铸造锡青铜：力学性能力学性能虽低于黄铜，虽低于黄铜，耐磨、耐蚀性耐磨、耐蚀性优于黄铜优于黄铜; ;锡青铜特别适合制造锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等. .铝青铜铝青铜: : 有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。 712、铸造铝合金、铸造铝合金1 铝硅合金铝硅合金（Al-Si） 铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。又有足够的强度，所以应用最广。 常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。 2 铝铜合金（铝铜合金（Al-Cu） 铝铜合金的铝铜合金的铸造性能差铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好较差，但耐热性较好。 主要用于制造活塞、汽缸头等。主要用于制造活塞、汽缸头等。 723 铝镁合金（铝镁合金（Al-Mg）4 铝锌合金（铝锌合金（Al-Zn）铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等 。7374图焦炭坩埚炉图2-11电阻坩埚炉三、铸造铜合金、铝合金的熔炼三、铸造铜合金、铝合金的熔炼75