铸造合金熔炼技术

珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
Si对Fe-C相图的影响
碳当量和共晶度

(1) 碳当量：为了定量分析如Si、P等元素对Fe-C 状态图的影响，将这些元素的量折算成碳量的增 减，称之为碳当量，以CE表示。
CE＜4.26% 亚共晶成分 CE = 4.26% 共晶成分 CE＞4.26% 过共晶成分

(ZAlCu5Mn)、ZL203
(ZAlCu4)等。主要用于 制造在较高温度下工作 的高强零件，如内燃机 汽缸头、汽车活塞等。
汽缸头


⑶ Al-Mg系铸造铝合金
这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性 能差,耐热性低。 常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1) 等。主要用于制造 外形简单、承受冲 击载荷、在腐蚀性



3、青铜
除黄铜和白铜外的其他铜合金
青铜制品
统称为青铜。

加工青铜的牌号为：Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、 铍青铜、硅青铜、铅青铜等。



（1）锡青铜
是以锡为主加元素的铜合金， 锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密 度低，易渗漏，但体积收缩率
Cu-Sn相图

在有色金属中最小 。

锡青铜耐蚀性良好，在大气、
海水及无机盐溶液中的耐蚀性
比纯铜和黄铜好，但在硫酸、 盐酸和氨水中的耐蚀性较差。
锡青铜锭

常用牌号有QSn4-3、
QSn6.5-0.4、
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
ZCuSn10Pb1等。

主要用于耐蚀承载件,
如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
（2）以化学成分表示的铸钢牌号
（3）热处理状态表示
铸钢件常用热处理代号为：Z-铸态；T-退火态；Q-去除应力退火态；J-均 匀化退火；W-稳定化处理态；Zh-正火态；C-淬火态；H-回火态，Ch-沉 淀硬化态；G-固溶处理态。
铸钢熔炼设备及工艺
补炉 装料 熔化期 氧化期 还原期 出钢
有色合金的处理技术
了基体的连续性，且
易导致应力集中。

铸铁与铸钢的强度比较
⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。
⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。
⑷ 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶.
⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。
3、铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
灰铸铁齿轮箱
灰铸 铁的
显微
组织
石 墨 片 的 三 维 形 貌
铁 素 体 灰 铸 铁
珠 光 体 灰 铸 铁
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铁 素 体 加 珠 光 体 灰 铸 铁

常对灰铸铁进行孕育处理，目的是消除白口、细化组织。
孕育处理是在铁水中加入少量材料，促使形成结晶核心以改
善金属组织和性能的方法 常用的孕育剂有硅铁（FeSi75）和硅钙合金。
ZL102(ZAlSi12)是含
12%Si的铝硅二元合 金，称为简单硅铝明。
12.7% 577℃
在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，
由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较 差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理, 得到细 小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。
ZL102的铸态组织
球化剂为镁、稀土硅铁镁合金和 镁中间合金。
稀土镁
硅铁

为避免白口，并使石墨细小均
匀，在球化处理同时还进行孕
育处理。

硅 钙
常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。
球墨铸铁的显微组织
铁 素 体 球 墨 铸 铁 珠 光 体 球 墨 铸 铁
铁 素 体 加 珠 光 体 球 墨 铸 铁
球 墨 铸 铁 中 的 石 墨 球
鼓风机密封件等 (ZL102、301)

介质下工作的零件,
如舰船配件、氨用 泵体等。


2、黄铜
以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。
黄铜铸件
黄铜棒


（1）普通黄铜
铜与锌的二元合金
称为普通黄铜。

加工普通黄铜的牌

(2) 共晶度 铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含 碳量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个 比值称为共晶度，以Sc表示。
Sc＞l 为过共晶成分 Sc＝1 为共晶成分 Sc＜l 为亚共晶成分
常用铸铁


一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约
占铸铁总产量的80%以上。

灰铸铁的组织是由液态铁水缓 慢冷却时通过石墨化过程形成 的，其基体组织有铁素体、珠 光体和铁素体加珠光体三种。
素平均百分含量, 如HPb59-1.

黄 铜 制 品
特殊黄铜强度、耐蚀性比普
通黄铜好，铸造性能改善。

常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、
HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等. 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺 旋桨、轴承、衬套及阀体等。
两相黄铜热塑性好, 强度高. 常用牌号有H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、 弹簧、导管、散热器等。
汽车机油泵衬套


（2）特殊黄铜
在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni 等元素形成特殊黄铜。
黄铜棒

加工特殊黄铜的牌号为：

H(黄)+主加元素符号(Zn除
外)+铜平均百分含量+主加元
金 属 的 树 枝 晶
冰 的 树 枝 晶
Fe-C 合金结晶
珠光体
Q
同心三螺旋流动性试样
标准法测试合金流动性的铸型合型图
测定合金自由线收缩试样简图
测量铸造应力试样
铸造应力动态测定仪示意
铸造合金热裂试验仪简图
铸铁的特点及分类

铸铁是含碳量大于2.11%并含
有较多硅、锰、硫、磷等元素
的多元铁基合金。

用途：制造承受压力和震动 的零件,如机床床身、各种箱 体、壳体、泵体、缸体。
变速箱体
重型机床床身(HT-250)
大型船用柴油机汽缸体(HT-300)



二、 球墨铸铁
石墨呈球形的灰口铸铁，由液态铁水经石墨化得到。 1、组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。
未变质处理
经变质处理

加入其他合金元素的铝硅铸造
合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)


用于制造飞机、仪
表、电动机壳体、
汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。

⑵ Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸 造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。 常用代号有ZL201
蠕墨 铸铁 炉前 检验 方法

蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构 复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、 柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐
压泵的泵体等。
玻璃模具
制动鼓
四、可锻铸铁

石墨呈团絮状的灰口
铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。

组织：
可锻铸铁石墨化退火工艺曲线
编号方法
牌号实例
灰 铸 片 状 铁 可
团 锻 絮 铸 状
铁
HT + 一组数字 HT100 F+P 数字表示最低抗拉强度值， HT150 单位MPa。 P HT200 “HT”表示灰铸铁代号。 KTH + F KTH、KTB、KTZ KTH300两组数字 分别为黑心、白心、 06 珠光体可锻铸铁代号； 表F KTB + KTB350第一组数字表示最低 心P 两组数字 04 F

铸铁具有许多优良的性能及生
产简便、成本低廉等优点，因
而是应用最广泛的材料之一。
铸铁曲 轴

1、铸铁的组织特点


钢的基体+石墨(片状、球状、蠕虫状和团絮状)
基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。
F+G
P+G
F+P+G

2、铸铁的性能特点

⑴ 力学性能低。由于
石墨相当于钢基体中
的裂纹或空洞，破坏
号为：H (黄) + 表
示铜平均百分含量 的数字，如H68。

从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+’ 两种组 织，分别称单相黄铜和两相黄铜。
普通黄铜的显微组织
单相黄铜
两相黄铜

单相黄铜塑性好。 常用牌号有H80、H70、
冷凝器管
H 68。

适于制造冷变形零件，如
弹壳、冷凝器管等。


铸造铝合金

铸造镁合金
铸造铜合金



1、铸造铝合金
包括：
Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号 Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号


⑴ Al-Si系铸造铝合金
又称硅铝明。其中


蠕墨铸铁中的石墨

蠕墨铸铁的组织： 基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G
蠕墨铸铁的 显微组织
珠光体基体
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨

蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁， 其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
灰铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁
球 墨 铸 铁
灰 铸 铁
蠕 墨 铸 铁
灰铸铁
蠕墨铸铁
球墨铸铁
P
抗拉强度值，MPa； KTZ + 第二组数字表示最低 KTZ45006 两组数字 伸长率值，%
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 编号方法 名称 形态 组织 F QT + 两组数字 球 第一组数字表示最低抗拉 球 墨 F+P 强度值，MPa； 铸 第二组数字表示最低伸长 状 率值，%。 铁 P “QT”表示 球墨铸铁代 号 蠕 F RuT + 一组数字 蠕 墨 数字表示最低抗拉强度值, 虫 F+P 铸 MPa。 状 铁 P 牌号实例
2、化学成分的选择
碳和碳当量：一般碳当量质量分数选在共晶点 附近（4.6~4.7%），碳的质量分数一般为 3.5~3.9%； 硅：珠光体球铁1.7~2.6%Si，铁素体球铁2.5 ~ 3.2%Si； 锰、硫、磷：适当控制； 镁和稀土：适当控制； 合金元素：Ni、Cu、Cr、Mo、V等。
可锻铸铁管件
铸铁熔炼工艺及设备

炉料准备 修炉和烘炉


点火与加焦
装料与开风 熔化与出渣 停风与打炉
铸钢及熔炼
铸钢分类及表示方法

分类：铸造碳钢、铸造合金钢

牌号表示方法: (1) 强度法——ZG( 后面加两组数 字，第一组表示屈服强度，第二组表示抗拉强度 之间用“—”隔开，例如：
QT400-15
QT600-3 QT700-2 RuT260
RuT300
RuT420
铸铁的分类
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
工业铸铁的成分范围
Si/Mg/Ce 中速冷却 缓冷 快冷 中速冷却 缓冷 中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 石墨化退火
铁素体灰铸铁
基体(F、P)＋团絮状G

铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。
可锻铸铁的显微 组织
珠光体可锻铸铁
黑心可锻铸铁
可锻铸铁的石墨化退火

性能：强度为碳钢的４0~７0%， 接近于铸钢；名为可锻，实不可 锻。

用途：用于制造形状复杂且承受 振动载荷的薄壁小型件，如汽车、 拖拉机的前后轮壳、管接头、低 压阀门等。
铸造合金及熔炼
浙江大学宁波理工学院 李继强
金属学基本知识
金属学基本知识
1、金属结晶的一般过程
金属学基本知识
金属的结晶 （1）纯金属的结晶：晶核长大的方向— 冷却速度最大的方向 （2）合金的结晶：结晶过程—在一定温 度范围内进行

树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶

3、球化处理
贝 氏 体 基 球 墨 铸 铁 组织
制 品 轧 辊 与 辊 环
( )
影响球铁机悈性能的主要因素
用途：

核燃料贮存运输 容器(QT350-22)
承受震动、载
荷大的零件，
如曲轴、传动 齿轮等。
铸铁曲轴


三、蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是20世纪60年代 发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕 化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、 稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。

孕育处理前
孕育处理后
孕育剂加入时间应占出铁时间的60%以上，并在出 铁接近1/3时加入；加入量与铁液成分、铸件壁厚、孕育 剂种类和孕育方式有关，一般炉前孕育的加入量为铁液 质量的0.2%-0.5%，瞬时孕育0.08%-0.2%
硅铁 硅钙
提高灰铸铁性能的途径： 合理选择化学成分(提高Si/C)； 孕育处理(孕育铸铁) ； 低合金化(Ni, Cu, Mn, Cr, Mo, V)； 合成铸铁。