常用铸造合金及其熔炼_材料成形工艺基础教学课件.pdf

《常用铸造合金及其熔炼_材料成形工艺基础教学课件.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用铸造合金及其熔炼_材料成形工艺基础教学课件.pdf（75页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1 第二章第二章 常用铸造合金及其熔炼常用铸造合金及其熔炼 2 本章主要内容与目的：本章主要内容与目的： ? 了解铸钢、铸铁的生产过程。了解铸钢、铸铁的生产过程。 ? 了解铸铁的分类。了解铸铁的分类。 ? 理解铸铁石墨化及影响因素。理解铸铁石墨化及影响因素。 ? 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。 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。 3 第一节 钢铁的生产过程第一节 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 并浇注成钢锭的过程。 是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练

2、成钢液 并浇注成钢锭的过程。 一、炼铁一、炼铁 铁矿石生铁钢水钢锭铁矿石生铁钢水钢锭 在高炉中进行: 在高炉中进行: 铁矿石+焦碳+石灰石炉料铁矿石+焦碳+石灰石炉料高炉高炉 预热预热9001200 焦碳燃烧，产生焦碳燃烧，产生CO 加热炉料， 发生反应 加热炉料， 发生反应 4 还原反应: 还原反应: 造渣反应: 渗碳反应: 造渣反应: 渗碳反应: CaO+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 ? 炼钢生铁炼钢生铁用于炼钢（大多数）用于炼钢（大多数） ? 铸造生铁铸造生铁熔炼铸钢（少量）熔炼铸钢（少量） C、CO将将Fe

3、O中氧分离还原中氧分离还原Fe 5 6 平炉钢 转炉钢 电炉钢 平炉钢 转炉钢 电炉钢 按 炉 别 分按 炉 别 分 二、炼钢二、炼钢 1. 钢的熔炼方法1. 钢的熔炼方法 ?炼钢主要任务炼钢主要任务 生铁多余的C、杂质氧化物生铁多余的C、杂质氧化物 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%。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。与钢相比，铸铁的，不能用锻或轧制方法。与钢相比，铸铁的强度 低、塑性、韧性差 强度 低、塑性、韧性差，但具有优良的，但具有优良的铸造和切削加工 性能 铸造和切削加工 性能。 ? 按

4、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(化合物化合物/石墨石墨)不同， 可将铸铁分为 不同， 可将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁白口铸铁、麻口铸铁和和灰口铸铁灰口铸铁。 ? 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 工业中常用的铸造合金及其熔炼第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼 12 第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼第二节 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

5、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 元组 元wCwSiwMnwPwSwFe 成分（成分（%）2.44.0 0.63.00.41.20.30.15 其余其余 铸铁的常用成分范围铸铁的常用成分范围 13 ?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： 白口铸铁： 的不同： 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

6、造一些耐 磨件 耐 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。 ? 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。 14 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。 ?灰口铸铁：灰口铸铁： 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，因断口来杂着白亮的游离渗碳体和暗灰色的石墨,断口 处有黑白相间的麻点，故而得名。 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，因断口来杂着白亮的游离渗碳体和暗灰色的石墨,断口 处有黑白相间的麻点

7、，故而得名。 由于麻口铸铁性能不好，故极少应用。由于麻口铸铁性能不好，故极少应用。 ?麻口铸铁：麻口铸铁： 15 普通铸铁 合金铸铁 普通铸铁 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： 灰 铸 铁：片状灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状蠕墨铸铁：蠕虫状 灰口铸铁：灰口铸铁： （根据（根据G形态）形态） 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： 16 亚共晶白口铁显微组织 150 共晶白口铸铁

8、显微组织 400 过共晶白口铸铁显微组织150 17 18 ?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。 ? 铁碳合金中，C的存在方式有两种：铁碳合金中，C的存在方式有两种： Fe3C 和和 G（graphite 石墨石墨） 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） ? 由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ：由于条件的不同 ，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 碳碳

9、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。 19 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 的相图称铁碳双重相图 为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一 的相图称铁碳双重相图 0.68 2.08 1154 738 L+G A+G F+G E C 4.26 S A B C D F G H J N KP P S Q L E L+ + + L+ + Fe3C + Fe3C L+Fe3CI 0.68 2.08 1154 738 L+G A+G F+G E C 4.26 S A B C D F G H J N KP P S Q L

10、E L+ 第一阶 段石墨 化 第一阶 段石墨 化 第 二 阶 段 石 墨 化 第 二 阶 段 石 墨 化 第三阶 段石墨 第三阶 段石墨 化化 第一阶段石墨化： 铸 铁液体结晶出一次石 墨（过共晶铸铁）和 在 第一阶段石墨化： 铸 铁液体结晶出一次石 墨（过共晶铸铁）和 在1154通过共晶反 应形成 通过共晶反 应形成共晶石墨共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在第二阶段石墨化 ：在 1154738温度 范围内奥氏体沿 温度 范围内奥氏体沿ES 线析出线析出二次石墨二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在第三阶段石墨化 ：在 738通过共析反应析 出 通过共析反应析 出共析石墨共析石墨。 21 各类铸铁经不

11、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 石墨化程度铸铁类型 第一阶段第二阶段第三阶段 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 部分进行 不进行 石墨化程度铸铁类型 第一阶段第二阶段第三阶段 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 部分进行 不进行 F+G F+P+G P+G 麻口铸铁部分进行部分进行不进行麻口铸铁部分进行部分进行不进行 Ld+P+G+Fe3C 亚共晶白口 共晶白口 过共晶白口 不进行不进行不进行 亚共晶白口 共晶白口 过共晶白口 不进行不进行不进行 Ld+P+Fe3C Ld L

12、d+Fe3C 显微组织显微组织 22 ?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） ?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： 23 ?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)、化学成分(1)、化学成分 碳碳是形成是形成石墨

13、石墨的元素，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。 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。 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、 愈粗大 石墨就愈多、 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。 1）碳和硅1）碳和硅 24 3）锰3）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

14、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 高 提 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）磷4）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 加铸铁的冷脆性。 含磷过高将增 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）硫2）硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。硫是强烈阻碍石墨化元素。

15、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； 25 渗碳体渗碳体的成分（碳含量）更接近于液态铸铁，与的成分（碳含量）更接近于液态铸铁，与 G相比，结构亦更近于相比，结构亦更近于A，在快冷时易得到渗碳体在快冷时易得到渗碳体； 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)冷却速度(2)冷却速度 铸铁壁厚（铸铁壁厚（mm） 1020304050 6070 4.0 5.0 6.0 7.0 （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

16、： 麻口铸铁：麻口铸铁： 珠珠光光体体灰灰口口铸铸铁铁 珠珠光光体体+铁+铁素素体体灰灰口口铸铸铁铁 铁铁素素体体灰灰口口铸铸铁铁 P+Fe3C+Le P+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+铁素体灰口铸铁：珠光体+铁素体灰口铸铁： P+G片 片 P+F+G片 片 F+G片 片 26 (2)冷却速度(2)冷却速度 在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁 厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需 要的组织。 在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁 厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），

17、以获得所需 要的组织。 由此可知：由此可知：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 降。这一现象称为壁厚（对力学性能的） 敏感性。 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 降。这一现象称为壁厚（对力学性能的） 敏感性。 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 素体基体。 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 素体基体。 27 ?石墨的结晶特点石墨的结晶特点 0.340nm 0.142nm 在简单六方晶体中在简单六方晶体中在简单六方晶体中在简单六方晶体中, , , ,碳碳碳碳 原

18、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 同一层上的原子间距小同一层上的原子间距小同一层上的原子间距小同一层上的原子间距小 (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 间 原 子 间 距 大层 间 原 子 间 距 大层 间 原 子 间 距 大层 间 原 子 间 距 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

19、铸铁 28 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，硬度仅为 、伸长率和韧性几 乎为零，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、 形状、大小和分布 石墨的数量、 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. . 29 切削性能好。 切削性能好。 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 弱作用。 铸铁的

20、成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点 低（约为 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 弱作用。 铸铁的成分接近共晶成分，因此铸铁的熔点 低（约为1200左右），液态流动性好 石墨强度、硬度、塑性低。 左右），液态流动性好 石墨强度、硬度、塑性低。 耐磨性能好。 消振性能好。 铸造性能好。 耐磨性能好。 消振性能好。 铸造性能好。 力学性能低。 力学性能低。 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 、 受力时石墨尖端处产生应力集中 有效承载面积降低 、 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 铸铁的性能特点铸

21、铁的性能特点 30 ?灰铸铁的成分、组织：灰铸铁的成分、组织： ?成分：成分： 2.54.0%C； 1.02.5% Si；少量；少量Mn 、S、P 等。等。 ?组织：组织： F + G （片）；（片）； F + P + G (片片)； P + G (片片)； ?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。 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。 铸造性好铸造性好 31 ?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、韧性近于零脆性材料塑性、

22、韧性近于零脆性材料 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。 32 普通灰铸铁的主要缺点不仅仅是石墨片粗

23、大，力 学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。 普通灰铸铁的主要缺点不仅仅是石墨片粗大，力 学性能低，更重要的是铸件组织对冷却速度很敏感。 同一铸件薄截面上可能出现白口或麻口组 织，而厚截面上则可能出现大量的石墨片或过量 的 同一铸件薄截面上可能出现白口或麻口组 织，而厚截面上则可能出现大量的石墨片或过量 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，生产上采用为了解决麻口问题，生产上采用孕育处 理 孕育处 理或或称变质处理。称变质处理。 （2）灰铸铁的孕育处理）灰铸铁的孕育处理 33 孕育处理孕育处理熔炼出相当于熔炼出相当于白口白口或或麻口组 织 麻口组 织的的

24、低碳（低碳（2.7%3.3%）、）、低硅低硅（1.02.0） 的 ） 的高温铁水高温铁水，向铁水中冲入细颗粒的，向铁水中冲入细颗粒的孕育剂孕育剂， 孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核 心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在 ， 孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核 心，使石墨化作用骤然提高，从而得到在细晶 粒珠光体上均匀的分布着细片状石墨的 细晶 粒珠光体上均匀的分布着细片状石墨的组织。组织。 孕育铸铁 （变质铸铁） 孕育铸铁 （变质铸铁） 34 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

25、水重量的加入量为铁水重量的0.25-0.6%。 35 孕育铸铁的组织 孕育铸铁的组织为细孕育铸铁的组织为细P基体上加 细小均匀分布的片状石墨。并使铸 件各部位得到均匀一致的组织。 基体上加 细小均匀分布的片状石墨。并使铸 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， 0 36 050 150 50100100150150 表面 表面 中心 160 140 170 180 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 37

26、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1400； 原铁水出炉温度不应低于1400； 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: 38 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

27、灰铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示， 数字表示其最低抗拉强度 和一组数字表示， 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）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉； 2）具有良好的铸造性能。2）具有良好的铸造性能。 3）灰口铸铁一般不通过热处理来提高其性能。3）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 39 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

28、：如：HT150 灰口铸铁，最低抗拉强度为灰口铸铁，最低抗拉强度为150MPa 40 牌号组织用途举例 HT100 牌号组织用途举例 HT100F+GF+G片 片 盖、外罩、油盘、手轮、支架、底板、镶导轨的 机床底座等 盖、外罩、油盘、手轮、支架、底板、镶导轨的 机床底座等对强度无要求的对强度无要求的零件 HT150 零件 HT150F+P+GF+P+G片 片 底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台；泵 壳、容器、法兰盘; 底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台；泵 壳、容器、法兰盘;工作压力不太大工作压力不太大的管件 HT200 的管件 HT200F+P+GF+P+G片 片 HT25

29、0HT250P+GP+G片 片 HT300HT300P P细 细+G +G细片 细片 HT350HT350P P细 细+G +G细片 细片 床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、 主轴箱、卡盘、齿轮、高压油缸、水缸、泵体、阀 门、衬套、凸轮、大型发动机曲轴、气缸体、气缸 盖；冷镦模、冷冲模 要求 床身导轨、车床、冲床等受力较大的床身、机座、 主轴箱、卡盘、齿轮、高压油缸、水缸、泵体、阀 门、衬套、凸轮、大型发动机曲轴、气缸体、气缸 盖；冷镦模、冷冲模 要求高的强度和一定耐蚀能力高的强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、 法兰、硝化塔 机床床身、立柱、平尺、划线平板、汽缸、齿轮、 活塞、刹

30、车轮、联轴器盘、水平仪框架 压力为80Mpa以下的油缸、泵体、阀门 的泵壳、容器、塔器、 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 41 2、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 一种韧性铸铁。可锻铸铁的延伸率可达 的 一种韧性铸铁。可锻铸铁的延伸率可达 = 12% ?可锻铸铁的生产分为两步：可锻铸铁的生产分为两步： 浇注成浇注成纯纯白口铸铁白口铸铁

31、石墨化退火石墨化退火 42 （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）碳、硅含量要低。1）碳、硅含量要低。通常为通常为2.42.8%C，1.41.8%Si。 2）冷却速度要快。2）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 -980 720 650 Fe3C A+G团 P F+G团 P+GP+G团 团 F+ GF+ G团 团 t 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 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 43 ?生产特点：生产

32、特点： ? 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 隔、浇不足等缺陷。 冷 隔、浇不足等缺陷。浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度 ? 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、 变形与裂纹。 产生缩孔、缩松、 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。 44 （2）可锻铸铁的组织、性

33、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，可分为根据基体组织的不同，可分为铁素体（黑心）可锻铸 铁 铁素体（黑心）可锻铸 铁和和珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁。 45 性能及用途性能及用途 ?其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等 热处理强化。 其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等 热处理强化。 ?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）： ?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， ?适于制造承受振动和冲击、形状复

34、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。 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。 1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团 团）： ）： 46 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 示其 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 长率 第二组数字表示其最低伸 长率 。 KTH300 06KTZ450 06 可铁黑可铁黑可铁珠可铁珠 b b 主要用于生产主要

35、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。 47 牌 号组织用 途 举 例牌 号组织用 途 举 例 KTH30006 F+G团 团 三通、管件、中压阀门三通、管件、中压阀门 KTH33008F+G团 团 KTH35010F+G团 团 KTH37012 F+G团 团 KTZ45006 P+ G团 团 KTZ55004 P+ G团 团 KTZ65002P+ G团 团 KTZ70002 P+ G团 团 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、 犁片、耙片、闸、万向接 头、棘轮、扳手、传动链 条、矿车轮 输电线路件、汽车、拖拉 机的前后轮壳、差速器壳、 转向节

36、壳、制动器；农机 件及冷暖器接头等。 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、 犁片、耙片、闸、万向接 头、棘轮、扳手、传动链 条、矿车轮 输电线路件、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。 48 球墨铸铁球墨铸铁(ductile cost iron) 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 状石墨而得到的铸铁. 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 状石墨而得到的铸铁. 3、球墨铸铁、球墨铸铁 (1)球墨铸铁的生产(1)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 （与灰铸铁基本相同） 较高的铁水

37、温度较高的铁水温度 出炉温度应高于1400 。出炉温度应高于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,消除白口倾向。消除白口倾向。 49 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1.01.6%。 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。 球化剂的作用：球化剂的作用： a）球化处理）球化处理 3 球墨铸铁球墨铸铁 b）孕育处理）孕育处理 常用的孕育剂为含硅常用的孕

38、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0.4 1.0%。 促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的 白口倾向 。 促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成的 白口倾向 。 孕育剂的作用：孕育剂的作用： 50 51 2球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途2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）正火调质 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）疲劳强度较高b）疲劳强度较高 c）硬

39、度和耐磨性远比高强度灰铸铁高c）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 的重要件，如 ，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）。 52 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

40、大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。 2）铁素体球墨铸铁 （F + P2）铁素体球墨铸铁 （F + 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 53 54 牌 号组织用 途 举 例牌 号组织用 途 举 例 QT40017 F+G球 球 QT42010F+G球 球 QT50005F+P+G球 球 机座、传动轴、机车护瓦等。机座、传动轴、机车护瓦等。 Q

41、T60002 P+G球 球 QT70002 P+ G球 球 QT80002 P+ G球 球 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、 机床蜗轮、蜗杆等 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、 机床蜗轮、蜗杆等 QT120001B下 下+ G球球 汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿 轮、曲轴、凸轮等 汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、 驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低 压阀门、管道。 汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿 轮、曲轴、凸轮等 汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、 驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低 压阀门、管道。 55 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

42、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 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。 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 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 称为 向铁水中加入的能使石墨改变形状为蠕虫状的变质元素 称为蠕化剂蠕化剂。 蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合 金等。 蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合 金等。稀土元素和镁加入到铁水中后，能与铁水

43、中的稀土元素和镁加入到铁水中后，能与铁水中的S、O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。 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。 56 蠕墨铸铁的性能特点：蠕墨铸铁的性能特点： （1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸 铁相近。 （1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸 铁相近。 （2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。 （3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（3）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，

44、为）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的的2.2倍以上。倍以上。 （6）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。 （6）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。 （5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。（5）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 造性能及耐热性。 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。 57 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

45、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头， 为蠕墨铸铁代号； 在 二字汉语拼音的大写字头， 为蠕墨铸铁代号； 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。 58 牌号牌号组织组织用 途 举 例用 途 举 例 RuT260F+G蠕 蠕 汽车、拖拉机底盘类零件、 驱动桥壳、阀

46、体等 汽车、拖拉机底盘类零件、 驱动桥壳、阀体等 RuT300F+P+G蠕 蠕 排气管、变速箱体、汽缸盖、 纺织零件、液压件等 排气管、变速箱体、汽缸盖、 纺织零件、液压件等 RuT340F+P+G蠕 蠕 重型机床件、大型齿轮箱体、 盖、刹车鼓、玻璃模具、飞 轮等 重型机床件、大型齿轮箱体、 盖、刹车鼓、玻璃模具、飞 轮等 RuT380P+G蠕 蠕 RuT420P+ G蠕 蠕 活塞环、气缸套、制动盘、 玻璃模具、刹车鼓、钢珠研 磨盘吸泥泵体等 活塞环、气缸套、制动盘、 玻璃模具、刹车鼓、钢珠研 磨盘吸泥泵体等 59 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

47、、性能、牌号及应用 ?碳素钢碳素钢 ?合金钢合金钢 1）低碳钢1）低碳钢 2）中碳钢2）中碳钢 3）高碳钢3）高碳钢 C5%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。

48、 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。 60 ?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、 疲劳强度比球铁高。因此，承受较复杂的 。但塑性、韧性、 疲劳强度比球铁高。因此，承受较复杂的交变应力 和较大冲击载荷 交变应力 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 200ZG 200- -400400 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) ?牌号及应用牌号及应用 化学成分的质量分数（%）化学成分的质量分数（%） CSiMnP、S ZG200400ZG150.200.500.800.04 用于受力不大、要求