第4章特种性能铸铁
特种铸造简介
特种铸造特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造等。
特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。
但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。
一、熔模铸造（失蜡铸造）（一）熔模铸造的工艺过程1．制造蜡模蜡模材料常用50%石蜡和50%硬脂酸配制而成。
如图1-34a 所示。
为提高生产率，常把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组，如图1-34b 所示。
2．制造型壳在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一层较细的硅砂，并放入固化剂（如氯化铵水溶液等）中硬化。
使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳（一般为4~10层），型壳的总厚度为5~7mm，如图1-34c所示。
3．熔化蜡模（脱蜡）通常将带有蜡模组的型壳放在80~90℃的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出。
4．型壳的焙烧把脱蜡后的型壳放入加热炉中，加热到800~950℃，保温0.5~2h，烧去型壳内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步提高。
5．浇注将型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂，加固型壳，然后趁热（600~700℃）浇入合金液，并凝固冷却。
6．脱壳和清理用人工或机械方法去掉型壳、切除浇冒口，清理后即得铸件。
（二）熔摸铸造铸件的结构工艺性熔摸铸造铸件的结构，除应满足一般铸造工艺的要求外，还具有其特殊性：1．铸孔不能太小和太深否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内，只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。
一般铸孔应大于2mm.。
2．铸件壁厚不可太薄一般为2~8mm。
3．铸件的壁厚应尽量均匀熔摸铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。
（三）熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点是：（1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT11~IT14，表面粗糙度为Ra12.5~1.6μm。
第四章 特种性能铸铁
（6）应用
马氏体→水泥行业
高铬铸铁基体 珠光体→冲击较大场合
奥氏体→湿磨工况
第四节 耐热铸铁
金属的氧化——金属从表面开始逐渐向金属化合物变 化的现象 金属的生长——金属在高温下工作，其体积将发生不 可逆转的胀大现象 耐热铸铁——在高温条件下，具有一定的抗氧化和抗 生长性能，并能承受一定载荷的铸铁
3、性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间
表4-16 4、应用：取代镍硬铸铁
3.高铬白口铸铁
组织：M+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）23C6
（1）性能特点
a.高硬度，高耐磨性；
b.较好的韧性； c.淬透性高； b.高抗腐蚀磨损和高抗氧化性。
2、成分： Cr=12—28% （1）Cr、C重要元素，影响形成M7C3 的数量 碳化物数量=12.33（%C）+0.55（%Cr）-15.2
3、性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、
氟化物 加稀土、铜，可提高韧性 4、应用： 耐酸铸件
二、含铝耐蚀铸铁
1、成分：Al=4—6%（高了，脆性大） 2、组织：P+F+G+Fe3Al（少量）
3、性能：耐碱蚀、耐热性好
4、应用：化工泵、叶片
三、高铬耐蚀铸铁
增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）
减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱） 影响硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si （最弱）
影响麻口：C、S、P 减小麻口
2、组织
Cr、Al、Mn、V增加麻口 白口层：普通冷硬铸铁（P+Fe3C） 低合金冷硬铸铁（S+B上+Fe3C） 高合金铸铁（B+M少量+Fe3C） 麻口层：白口（与上相同）+G
第四节特种铸造介绍
消失模铸造应用： 特别适合于形状复杂铸件的生产，适用范 围广，不但适合于生产各类合金 （包括灰铸铁、球墨铸
铁以及除低碳钢以外的铸钢，还包括铝、镁、铜合
金），而且不受铸件结构、尺寸、重量和批量限制。
三、金属型铸造 将液态金属浇入用金属制成的铸型，冷凝后获得 铸件的方法。
1、金属铸型构造 1）铸型材料：多数用铸铁；要求较高用碳钢或低合金钢。 2）型芯材料：形状简单件或有色金属件用金属型芯；薄壁复 杂件或铸铁、铸钢件用砂芯。 3）铸型的种类：按分型面的方位分为垂直分型式、 水平分型 式和整体式、复合分型式。 4）合箱、开箱方式：自动或半自动的连杆机构。
图4.18 圆筒件的离心铸造
2、特点及应用
特点：
（1）工艺过程简单；铸造圆筒形铸件时，可节省型芯和浇注系 统，省工省料，降低成本； （2）铸件组织致密，极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷， 铸件力学性能高。 （3）合金充型能力得到了提高，可以浇注流动性较差的合金铸 件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等； （4）便于制造双金属件，如轧辊、钢套、镶铜衬、滑动轴承等。 （5）缺点：铸件内表面质量差，内孔尺寸不易控制。
3、金属型铸造的特点和适用范围 特点： 1）铸型能反复使用，可一型多铸； 2）冷却快，组织致密,机械性能高 ； 3）尺寸精度和表面质量高； 4）生产率高，劳动条件好 。 5）铸型制造成本高，周期长； 6）透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、 裂纹等缺陷； 7）铸造合金的熔点不能太高，质量不能太大。 应用： 主要用于有色合金铸件的大批量生产。 如：铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦等。
（3）起模与喷烧：灌浆约十几分钟后，在浆料尚有 一定弹性时起出模型，然后用明火喷烧整个型腔以加 速固化。
（4）焙烧与合箱：浇注前陶瓷型要加热到350～ 550℃焙烧几个小时，去除残留在陶瓷型中的乙醇及 水分，并进一步提高铸型强度。
热加工工艺基础-铸造
热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。
缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。
定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。
同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。
冷裂：铸件固态下产生的裂纹。
热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。
·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。
2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。
在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。
b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。
c.选择合理的浇注温度。
3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。
不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。
铸造合金熔炼考试题
第一章1 为什么有双重相图的存在？双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义？硅对双重相图的影响又有何实际意义？答：1>从热力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变亦是有可能的，因此就出现了二重性2>通过双重相同，可以明显的看出稳定平衡在发生共晶转变及共析转变时，其温度要比介稳定平衡发生时的温度高，而发生共晶、共析转变时所需含C量，以及转变后的r中的含碳量，稳定平衡要比介稳定平衡低。
依此规律，就可以通过控制温度成分来控制凝固后的铸铁组织。
3>硅元素的作用：a：共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少b：硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三重共存区c：共晶和共析温度范围改变了，含硅量越高，稳定系的共晶温度高出介稳定系的共晶温度越多d：硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区2 分析讨论片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨的长大的过程及形成条件。
答：片状石墨：按晶体生长理论，石墨的正常生长方式沿基面择优生长，形成片状组织。
实际石墨晶体中存在多种缺陷，螺旋位错缺陷能促进片状石墨的形成。
螺旋位错为石墨的生长提供a、c两个互相垂直的两种生长方向，当a方向的生长速度大于c方向的生长速度时，便行程片状石墨。
球状石墨：石墨晶体中的旋转晶界缺陷可促进球状石墨的形成，此外，在螺旋位错中，当c 向的生长速度大于a向的生长速度时就会形成球状石墨。
球状石墨的形成一般先有钙、镁的硫化物及氧化物组成的晶核开始，经球化处理后，还有利于向球状石墨生长。
球状石墨的生长有两个必要条件：较大的过冷度和较大的铁液与石墨间的界面张力。
蠕虫状石墨：有两种形成过程：1>小球墨→畸变球墨→蠕虫状石墨2>小片状石墨→蠕化元素局部富集→蠕虫状石墨3 试讨论磷共晶的分类、析出过程以及如何控制磷共晶体的形态（粗细）及数量。
答：按照组成不同可将磷共晶分为二元磷共晶及三元磷共晶。
磷共晶的形成，是由于磷的偏析造成的，磷属于正偏析元素先析出的部分含P量较少，P不断富集，含量高到一定程度时便形成磷共晶。
作业习题
作业习题第一篇第一章金属材料主要性能1.下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？(1)HRC12～17；(2)HRC =50～60 Kgf/mm2；(3)70HRC～75HRC ；(4)230 HBW ；2.整体硬度要求230HBS～250HBS的轴类零件，精加工后再抽查，应选用什么硬度计测量硬度较合适？3.一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能哪一判据的值不足？4.用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？第二章铁碳合金主参考书邓本P263.填表注意：做题时必须按照要求列表、填写。
6.填表8.现拟制造以下产品，请根据本课所学金属知识中选出适用的钢号：六角螺钉 车床主轴 钳工錾子 液化石油气罐 活扳手 脸盆 自行车弹簧钢锉 门窗合页第三章 钢的热处理1.叙述热处理“四把火”的名称、工艺特点、工艺效果。
（要求：列表描述）2.锯条、大弹簧、车床主轴、汽车变速箱齿轮的最终热处理有何不同？第四章 非金属材料见下图示，为一铸铝小连杆，请问： ⑴试制样机时宜采用什么铸造方法？ ⑵年产量为1万件时，应选用什么铸造方法？⑶当年产量超过10万件时，应选用什么铸造方法？1.焊条选择的原则？2.焊接规范选择的主要依据？3.焊接变形产生的原因及防止的措施？4.埋弧焊的特点？5.氩弧焊的特点？2.简述磨床液压传动的特点。
第三章 常用加工方法综述1.车床适于加工何种表面?为什么?2.用标准麻花钻钻孔，为什么精度低且表面粗糙?3.何谓钻孔时的“引偏”?试举出几种减小引偏的措施。
4.镗孔与钻、扩、铰孔比较，有何特点?5.一般情况下，刨削的生产率为什么比铣削低?6.拉削加工有哪些特点?适用于何种场合?7.铣削为什么比其他加工容易产生振动?8.既然砂轮在磨削过程中有自锐作用，为什么还要进行修整?9.磨孔远不如磨外圆应用广泛，为什么?10.磨平面常见的有哪几种方式?第四章现代加工简介1.试说明研磨、珩磨、超级光磨和抛光的加工原理。
特种加工第四章课后习题答案
第四章电化学加工一、课内习题及答案1．从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？原则上要采用哪些措施才能实现？答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。
因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。
但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。
主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。
但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。
2．为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。
例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。
3．原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？两者的电流（或电子流）方向有何区别？答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。
例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。
金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。
两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子流）。
特种铸造
图 2-44 铸造铝活塞简图
型 6 1 芯 ， 分 2 块 金左 属右 型半 芯型 ；； 7 3 ， 8 底 型 销； 孔 4 金， 属 5 ， — —
— —
图2—44为铸造铝活塞金属型典型结 构简图，由图可见，它是垂直分型和水平 分型相结合的复合结构，其左、右两半型 用铰链相联接，以开、合铸型。由于铝活 塞内腔存有销孔内凸台，整体型芯无法抽 出，故采用组合金属型芯。浇注之后，先 抽出5，然后再取 出4和6。
二、金属型的铸造工艺
1．喷刷涂料
2．金属型应保持一定的工作温度
3．适合的出型时间
1．喷刷涂料
金属型的型腔和金属型芯表面必须 喷刷涂料。涂料可分衬料和表面涂料两 种，前者以耐火材料为主，厚度为 0．2—1．0mm；后者为可燃物质(如灯 烟、油类)，每次浇注喷涂一次，以产生 隔热气膜。
2．金属型应保持一定的工作温度
它是将熔炼好的金属液注入密封的电阻坩埚 炉内保温。铸型安置在密封盖上，垂直的升液管 使金属液与朝下的浇口相通。铸型为水平分型， 金属型在浇注前必须预热，并喷刷涂料。压铸时， 先锁紧上半型，向坩埚室缓慢地通人压缩空气， 于是金属液经升液管压人铸型。待铸型被填满后， 才 使气压上升到规定的工作压力，并保持适当 的时间，使合金在压力下结晶。然后，撤除液面 上的压力，使尚未凝固的金属液在重力作用下流 回坩埚。最后，开启铸型、取出铸件。由于低压 铸造时浇口兼起补缩作用，浇口应开在铸件厚壁 处，而浇口的截面积也必须足够大。
4．焙烧和浇注
(1)焙烧 为了进一步去除型壳中的水分、残蜡 及其它杂质，在金属浇注之前，必须将型壳送 人加热炉内加热到800—1000℃进行焙烧。通 过焙烧，型壳强度增高，型腔更为干净。为防 止浇注时型壳发生变形或破裂，常在焙烧之前 将型壳置于铁箱之中，周围填砂(图中g)。若型 壳强度已够，则可不必填砂。 (2)浇注 为提高合金的充型能力，防止浇不足和 冷隔缺陷，要在焙烧出炉后趁热(600的基本方式
特种铸造
第五节特种铸造特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。
可列入特种铸造的方法有近二十种，常用的有金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造等。
特种铸造在提高铸件精度和表面质量、提高生产率、改善劳动条件等方面具有独特的优点。
一、金属型铸造【金属型铸造】是指在重力的作用下将液态金属浇入金属型中获得铸件的方法。
金属型可连续使用几千次至数万次，所以也称“永久型”。
1．金属型的材料与结构金属型常采用铸铁或铸钢制造，按分型面不同，金属型有整体式、垂直分型式、水平分型式等。
下图为垂直分型式金属型的结构。
由底座、定型、动型等部分组成，浇注系统在垂直的分型面上，为改善金属型的通气性，在分型面处开有 0.2mm~0.4mm深的通气槽。
移动动型、合上铸型后进行浇注，铸件凝固后移开动型取出铸件。
2．金属型铸造工艺要点由于金属型的导热快、无退让性、无透气性，使铸件易出现冷隔与浇不到、裂纹、气孔等缺陷。
因此金属型铸造必须采取一定的工艺措施：浇注前应将铸型预热，并在内腔喷刷一层厚 0.3mm~0.4mm的涂料，以防出现冷隔与浇不到缺陷，并延长金属型的寿命；铸件凝固后应及时开型、取出铸件，以防铸件开裂或取出铸件困难。
3．金属型铸造的特点及应用范围金属型使用寿命长，可“一型多铸”，提高生产率；铸件的晶粒细小、组织致密，力学性能比砂型铸件高约２５％；铸件的尺寸精度高、表面质量好；铸造车间无粉尘和有害气体的污染，劳动条件改善。
金属型铸造的不足之处是金属型制造周期长、成本高、工艺要求高，且不能生产形状复杂的薄壁铸件，否则易出现浇不足和冷隔等缺陷；受铸型材料的限制，浇注高熔点的铸钢件和铸铁件时，金属型的寿命低。
目前金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件。
如铝合金活塞、油泵壳体，铜合金轴瓦、轴套等。
二、压力铸造【压力铸造】是指熔融金属在高压下快速压入铸型中，并在压力下凝固的铸造方法，简称“压铸”。
特种铸造
3．压力铸造的应用 压力铸造多用于生产有色金属精密铸件，广泛用于汽车、
拖拉机、仪表、计算机、电器等设备上的中小型铸件。
四、低压铸造
1．定义 将液态金属在低压力（0.02～0.07MPa）作用下，由下而 上压入铸型，并在一定压力下凝固而获得铸件的一种铸造方法。
2．低压铸造的特点 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 浇注和凝固时的压力可调，适合各种合金的铸造； 铸型可以采用金属型、石膏型、石墨型或干、湿砂型； 铸件内部无气孔，可以进行热处理； 铸件轮廓清晰，可制造形状复杂的薄壁铸件； 铸件在压力下结晶，铸件组织致密； 低压铸造是底注式充型，液态合金充型比较平稳，可有效减 少夹杂的产生； ⑦ 低压铸造时，浇口截面尺寸足够大，且开在厚壁处，兼起补缩 作用；由于省去了冒口，使金属利用率提高到90～98%； ⑧ 设备和工艺过程都较简单，容易实现机械化和自动化。
1.6～6.3
3.2～12.5
6.3～12.5
3.2～12.5
100 1.5
C 粗大 C或B D 手工造型： D 机器造型： B
100 0.3
C 粗大 B B
100 0.2
B 粗大 C C
100 0.75
B 粗大 B B
100 0.4
B 细小 B C
100 0.3
C 细小 A A
（2）铸件精度高，表面质量好。 （3）能够铸造各种合金铸件。 （4）生产批量不受限制。 熔模铸造的缺点是工序繁杂，生产周期长，原辅 材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜 太大、太长，一般限于45kg以下。
3．熔模铸造的应用
主要用于成批大量生产形状复杂、精度要求高、高熔点 或难以进行机械加工的小型零件，如汽轮机等装置所用的各 种叶片、叶轮、导向器、导风轮以及各种刀具等。涉及航空、 汽车、纺织机械、机床、仪表、电讯等工业部门。
《机械制造基础》教材目录
《机械制造基础》教材目录绪论第1章工程材料1.1 材料的物理、化学及机械性能一、物理性能二、化学性能三、金属材料试验与金属材料的机械性能1.2 钢的热处理一、铁碳相图二、钢的热处理方法1.3 钢铁材料一、钢的分类二、碳素钢三、合金钢四、铸铁1.4 有色金属一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、钛及钛合金四、轴承合金五、粉末冶金材料1.5 非金属材料一、陶瓷二、高分子材料三、复合材料1.6 主要材料的加工性能一、主要机械材料的加工性能二、材料的选用第2章铸造2.1 砂型铸造一、造型材料二、砂型三、浇注系统、冒口及溢放口四、造型2.2 特种铸造一、金属材料铸造二、压力铸造三、离心铸造四、熔模铸造五、特种铸造的特点和应用2.3 铸件的清理与检验第3章塑性加工3.1 塑性加工概述3.2 金属热变形加工一、锻造二、轧制三、其他热变形加工法3.3 冲压第4章焊接4.1 焊接概述4.2 气焊4.3 电弧焊4.4 其他焊接方法一、电阻焊二、钎焊三、特殊焊接第5章切削加工5.1 切削加工概述5.2 切削基本原理5.3 切削液第6章常用加工机械6.1 车床6.2 钻床与镗床一、钻床二、镗床6.3 刨床6.4 铣床6.5 磨床第7章螺纹及齿轮制造7.1 螺纹加工7.2 齿轮加工第8章特种加工8.1粉末冶金加工8.2 电火花加工8.3 电镀加工8.4 特殊切削加工简介第9章计算机辅助制造9.1 数控加工基础9.2 生产自动化9.3 机械制造的展望第10章新兴制造技术10.1 半导体制造简介10.2 微细制造简介10.3 其他制造技术。
铸造工艺----特种铸造
4、浇注
离心铸造时，浇注工艺有其本身的特点，首先由于铸件 的内表面是自由表面，而铸件厚度的控制全由所浇注液体金 属的数量决定，故离心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要 求较高。此外由于浇注是在铸型旋转情况下进行的为了尽可 能地消除金属飞溅的现象，要很好控制金属进入铸型时的方 向。 液体金属的定量有重量法、容积法和定自由表面高度 （液体金属厚度）法等。容积法用一定体积的浇包控制所浇 注液体金属的数量，此法较简便，但受金属的温度，熔渣等 影响，定量不太准确，在生产中用的较多。 为尽可能地消 除浇注时金属的飞溅现象，要控制好液体金属进入铸型时的 流动方向。
缺点 1）铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生 比重偏析的铸件(如铅青铜)，尤其不适合于铸造杂质 比重大于金属液的合金，但近年来，也有利用离心铸 造的这个特点来生产梯度复合材料的情况； 2）铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量 较差，加工余量大； 3）用于生产异形铸件时有一定的局限性。
•3）模型组合成簇：
是将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组 合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行， 有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模（实型）铸 造不可缺少的一道工序。
• 4）模型涂层：
实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料， 形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和 刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模 型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸 件的尺寸精度。 外购的消失模铸造专用涂料,在涂料搅拌机内加水搅 拌,使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内,用浸、 刷、淋和喷的方法将模型组涂覆。一般涂两遍，使涂层厚 度为0.5 ~ 2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不 同选定。涂层在40~50℃下烘干。
过程装备制造基础1-4章复习题
第1章铸造一、名词解释铸造，砂型铸造，造型，流动性，收缩性，特种铸造，金属型铸造，离心铸造二、填空题1．合金铸造性能的优劣对能否获得优质的铸件有着重要影响，其中及是影响成形工艺及铸件质量的两个最基本的问题。
2．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至室温都要经过三个相互联系的收缩阶段，即、和。
3．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属的补充，将产生缩孔或缩松。
凝固温度范围窄的合金，倾向于“逐层凝固”，因此易产生；而凝固温度范围宽的合全倾向“糊状凝固”，因此易产生。
4．铸件在冷却收缩过程中，因壁厚不均等因素造成铸件各部分收缩的不一致，这种内应力称之为。
铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力称为。
5．铸件结构的设计要考虑铸造工艺和合金铸造性能的要求，从合金铸造性能考虑，设计时应使铸件结构具有、、等要求。
6．铸造方法从总体上可分为砂型铸造和特种铸造两大类．常用的特种铸造方法有：、、和等。
三、判断题1．浇注温度越高，合金的流动性越好；因此，铸造生产中往往采用较高的浇注温度。
( ) 2．为了保证良好的铸造性能，铸造合金，如铸造铝合金和铸铁等，往往选用接近共晶成分的合金。
( )3．灰口铸铁铸件壁越厚，强度越高；壁越薄强度越低。
( )4．铸件中内应力越大，产生变形和裂纹的倾向也就越大 ( )5．离心铸造由于比重偏折现象严重、因此不适用于生产“双金属’’铸件。
( ) 6．起补缩作用的冒口设置应保证金属液是最后凝固的位置。
（）7. 为提高生产率，铸件浇注凝固后应立即开箱落砂。
（）8. 压力铸造工艺适合各种金属铸造。
（）9．合金收缩经历三个阶段。
其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因而固态收缩是铸件产生内应力；变形和裂纹的主要原因。
( )10．合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈便于得到轮廓清晰、薄而复杂的铸件；合金的流动性愈好，补缩能力愈强，愈利于防止缩孔的产生。
特种铸造
三. 金属型铸造的适用范围
主要用于有色合金铸件的大批量生产， 如：铝活塞，汽缸盖，油泵壳体，铜瓦，衬套， 等等。
§4-2 熔模铸造 Lost wax casting
一. 熔模铸造的工艺过程
熔模组照片
二. 熔模铸造的特点
优点：铸型精密、型腔表面极为光洁，故铸件精 度及表面质量非常高；没有分型面，可生产出形状复 杂的薄壁铸件；可生产高熔点合金铸件；生产批量不 受限制。 缺点：工艺过程繁杂、生产周期长、铸件成本 高，铸件小（<25 kg )，难以实现全部机械化、自动 化生产。
离心铸造的特点和适用范围：
1、铸造圆筒形铸件可以不用型芯 2、铸件组织致密，缺陷少 3、 便于制造双金属铸件
缺点：
1、内表面质量差，须有大的加工余量 2、不适宜生产比重偏析大的合金铸件 适宜大批量生产。如：铸铁管，汽缸套，铜套、双 金属轴承等
（点击下面链接观看录像）
特种铸造视频（三）： 1.壳型铸造 2.陶瓷型铸造 磁型铸造示意图
第四章
（点击下面链接观看录像）
特种铸造
除砂型铸造以外的各种铸造方法都属于特种铸造。
1.金属型铸造 特种铸造视频（一）： 2.熔模铸造 3.离心铸造 1.压力铸造 特种铸造视频（二）： 2.低压铸造
§4-1 金属型铸造 Permanent
mold casting
金属铸型可反复使用几百到几千次，故有永久型 铸造之称。
本章结束
一. 金属型铸造的工艺特点 1. 型腔和型芯表面必须喷刷涂料
作用：减缓铸件的冷却速度；保护铸型； 防止气孔（蓄气、排气）。
2. 使金属型保持一定的工作温度 3. 适时开型
目的：可避免出型和抽芯困难；减轻裂纹 倾向；提高生产率。
2-1 铸造工艺基础
下一页
17
浇 不 足
后 退
18
冷
隔
后 退
19
三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类与 化学成分。合金种类0.77
2.11
4.3
C%
2.浇注条件
浇注温度
对液态金属的充型能力有决定性的影响。
温度高，充型能力就强。这是因为浇注温度提高，合金液的粘度 就降低，浇注以后保持液态的时间也就延长，传给铸型的热量就 增多，这就使铸型和金属液的冷却速度就降低，从而使合金的充 型能力增强。 对于薄壁铸件，适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生浇 不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用，也比较方 便。
空腔中填充的金属。
冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的
金属物。
40
冒口补缩示意图
浇注系统 冒口
冷铁
设臵冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非 常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收 缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩 孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。
有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮 与排除。
有利于合金凝固收缩时的补缩等。
16
2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气 孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。
浇不足： 铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能
完整但边角圆而且光亮。
冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的
铸铁的基本类别、特征及控制要点
三、铸铁的基本特征
四、铸铁（灰、球、蠕）的控制要点
1）化学成分的控制要点 2）孕育处理的控制要点 3）球化处理的控制要点 4）蠕化处理的控制要点
四、铸铁的控制要点
2）孕育处理的控制
➢ 什么是孕育处理: 孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把称为孕育剂 的附加物加入到铁液中以改变铁液的冶金状态；从而改 善铸铁的结晶特征、显微组织和性能，而这些性能的改 善产不能用由于加入孕育剂后铁液化学成分的变化来解 释。 ➢ 孕育处理的目的: 促进石墨化，减小白口倾向，改善断面均匀性，减少 过冷石墨，细化组织改善力学性能
四、铸铁的控制要点
1-1）灰铸铁化学成分的控制
a、常规5大元素的作用
➢碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。碳含量 越高，析出的石墨就越多。越粗大，但这种可能性还取决于硅的 含量 ，其实就是看碳当量。硅也是强烈促进石墨化的元素。当CE ＝4.3%时，为共晶铸铁 CE值高，组织中石墨粗大，强度降低，缩松倾向减小 CE值低，组织中石墨变细，强度增加，缩松倾向增大，铸造性 能下降，硬度增大不易加工 在不改变CE值的前提下提高Si/C比，可提高铸件强度（在低CE 时成立，CE较高则不成立），高Si可增强铸件高温时的耐氧化性
白口铸铁 铸铁
（按C存在的形式 分）
我司主要铸件 材质类型
灰口铸铁
麻口铸铁
二、铸铁的分类
2）铸铁的分类
石墨的存在形式及状态对铸铁性能有重要影响。因此，重点对 第二种分类进行分析： ➢ 白口铸铁 概念：所含碳除极少量溶于铁素体 外，全部以渗碳体形式存在，断 口呈银白色，故而称为白口铸 铁。
铸铁的基础知识
2 铁—碳相图及其应用正是因为铸铁的组织与铸铁的力学性能、铸造性能和使用性能，甚至切削加工性能等息息相关，我们就必须要掌握铸铁组织的形成规律，以达到控制组织和性能的目的。
铁—碳平衡图就是掌握凝固过程及其形成组织极好工具，从中可以了解铸铁的凝固规律，控制所获得凝固组织的种类、形状和多少。
另外，生产中有多种因素会影响铸铁组织的形成，从铁—碳平衡图上也可一目了然地分析出这些因素对组织的影响情况，从而可通过控制形成的组织类型和数量来控制铸件的性能。
所以，铸造技术人员必须具备熟练应用铁—碳平衡图的能力，这样才能在生产实践中对铸件产生的各类问题进行有理论依据的分析和找出有针对性的解决办法。
2.1 铸铁的分类铸铁是一种以Fe、C、Si为基础的多元合金，其中碳含量（质量分数）为2.0%~4.0%。
铸铁成分中除C、Si外，还有Mn、P、S，号称五大元素。
在铸铁中加入Al、Cr、Ni、Mn等合金元素，可满足耐热、抗磨、耐腐蚀等性能要求，所形成的合金铸铁又称为特种铸铁。
按使用性能，铸铁可被分为工程结构件铸铁与特种性能铸铁两大类（见表14）。
表14 铸铁的分类2.2 铁—碳双重相图2.2.1 铁—碳双重相图的基本概念表示合金状态与温度、成分之间关系的图形称为合金相图，是研究合金结晶过程中组织形成与变化规律的工具。
在极缓慢冷却条件下，不同成分的铁—碳合金在不同温度时形成各类组织的图形为铁—碳合金相图。
铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁—碳相图存在两重性，即铁—石墨（C）相图与铁—渗碳体（Fe3C）相图。
在一定条件下，Fe—Fe3C系相图可以向Fe—C系相图转化，所以Fe—C为稳定系平衡相图，Fe—Fe3C为亚稳定系相图（见图16）。
图16 Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C双重相图铸铁中的高碳相只有两种：石墨与渗碳体，石墨（G）为100%的碳，渗碳体（Fe3C）含碳量仅为6.67%。
在生产中常用的三角试块的尖端处为白口，此处碳以Fe3C出现；三角试块厚的部位为灰口，此处碳以G形式出现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、铬系白口铸铁
组织特点：基体+碳化物 基体：一般以珠光体或马氏体使用。 碳化物：随铬的增加而变化 M3C(100~1230HV)→M7C3 (1300~1800HV)→M23C6(~1400HV)
三、常用的减魔铸铁
（一）含磷铸铁 含磷铸铁一般指磷含量高于 0 . 30 ％的灰铸铁。 磷共晶硬度较高（ 600～800HV) ， 以断续网状分布在金属基体中，且 不易剥落，对提高铸铁的耐磨性有 利。
（二）钒钛铸铁
是利用我国西南地区丰富的钒钛共生铁矿资源，开发出的一种铸铁。钒钛生铁中，一般 含0.3 %~0.5%V ，含Ti0.15%～0.35％。这两种元素形成高硬度的碳化物和氮化物质点， 显微硬度可达960~1840。弥散分布在基体中，可使铸铁的耐磨性大大提高。
表4-25某些金属氧化膜的PB比
（2）、氧化膜晶格完好——导电率低。
化学成分：具有高碳低硅的特点。 2.2%~3.6%C，Si＜1.0%，Mn＜1.0%。
组织：珠光体＋渗碳体。
性能：低碳白口铸铁（~2.5％C）的硬度约为 375HBS，而含 碳量（3.6 ％以上）高时，其硬度将增至 600HBW．
二、镍硬白口铸铁
所谓镍硬白口铸铁，主要指含镍铬的白口铸铁。
化学成分：镍硬白口铸铁的化学成分，如表 4-13 所示 铸态组织：共晶碳化物+马氏体。
高铬白口铸铁的熔炼：电炉。 浇注温度：不要太高，一般比液相线温度高 55℃，小件可为 138 0~1420 ， 厚 100mm 以上的铸件可更低些，在 1350～1400 ℃ 。
3 ．高铬白口铸铁的热处理
淬火时的冷却是连续冷却过程，可用连续冷却转变曲线（ CCT 曲线）来描 述高铬铸铁的转变规律。图 4 -23 和图 4-24 是两种典型高铬铸铁的连续冷 却转变曲线。F.Moratray 等人通过大量的模拟试验，得出了空淬时不出现 珠光体的最大直径 D
增加．图 4-22 表示了铬碳比 与工件最大淬透直径的关系。
表4-18常用高铬铸铁成分
2 ．高铬白口铸铁的铸造工艺
高铬白口铸铁铸造性能特点：热导率低、收缩性大、塑性差、切削性能差。
白口铸铁的铸造工艺：采用冒口和冷铁，遵守顺序凝固，模型缩尺可取 2 % 。冒口尺寸按碳钢设计，浇注系统横截面积比灰铸铁增加20％~30%。 冒口宜用侧冒口或易割冒口。
铁素体 70~200HV 珠光体 300~460HV 奥氏体 300~600HV 马氏体500~1000HV
表4-17 15Cr-3Mo铸铁的基体组织对磨损失重的影响
1 ．高铬白口铸铁的化学成分 碳化物数量可以用下式来估算
图4-22高铬铸铁空淬能淬透 的最大直径与铬碳比 及铝含量的关系
铬与碳的比值 C / Cr影响铸铁 中M7C3 型碳化物的相对数量。 一般 Cr / C 大于 5 就能获得大 部分的M7C3 型碳化物；同时 铬碳比越高，铸铁的淬透性也
影响铸铁氧化的主要因素有氧化膜的性质、合金元素以及基 体和石墨特征。
1 ．氧化膜性质的影响 （1）、氧化膜具有保护性的具必要条件是：毕林一彼得沃 尔斯（ Pilling-Bedworth）比γ＞1。PB比γ为氧化时所生 成的金属氧化膜体积与生成这些氧化膜所消耗的金属体积的 比。即
VMxOy / VM
铸造合金及熔炼
第四章 特种性能铸铁
第四章 特种性能铸铁（1学时）
第一节 减摩铸铁 第二节 冷硬铸铁 第三节 抗磨铸铁 第四节 耐热铸铁 第五节 耐腐蚀铸铁
本章重点：常用特种性能铸铁的性能特点和用途。
第一节 减摩铸铁
一、石墨对铸铁减旅性的影响
二、基体组织对铸铁减摩性的影响
在硬度相同条件下，各种组织 的耐磨性：F→P→M→B.
( 3 ）铸型工艺 冷铁厚度是影响白口层深度的主要因素。生产中一般取冷铁厚度与 铸件璧厚的比例为 1∶2~4 ，铸件壁厚小时，取下限，铸件壁厚大时，取上限。
C、Si对白口层深度的影响见图4-5和图4-6。
麻口冷硬铸铁的显微组织。
激冷层中含有渗碳和石墨，与白口冷硬铸铁相比，韧性好，承受热冲击性能 好，工作中不易发生龟裂和剥落。图 4-7 是含石墨高铬铸铁的组织，图中白 色区域为（ Cr、Fe）7C 3形碳化物，图 4-7a 中的石墨呈片状，而图 4-7b 中为球状石墨。
（三）高铬白口铸铁 含铬量在 12 %~28 ％之间的白口铸铁就是高铬白口铸铁。抗 拉强度可高达 3100MPa。组织：P+M7C3或M+M7C3。
表4-15 球磨机用低铬铸铁磨球的耐磨性（ASM） 表4-16中铬白口铸铁与镍硬Ⅳ 铸铁的力学性能对比
图4-21中铬白口铸铁的金相组织
15Cr-3Mo铸铁的基体组织对磨损失重的影响：
表4-24耐热铸铁的耐热性分级
耐热铸铁可分为三类：含硅耐热铸铁，含铝耐热铸铁和含铬耐热 铸铁。
把铸铁在某一温度下经 100h 加热后的生长小于0. 2 % , 平均氧 化速度小于0. 5g/m2·h的温度称为这种铸铁的耐热温度。
一、铸铁在高温下的氧化
（一）氧化过程 1）氧原子在铁表面形成化学吸附。 2）受 F e-O 化学反应速度控制的氧化过程。 3）受扩散速度控制的氧化过程。 （二）影响铸铁氧化的因素
（三）硼铸铁
第二节 冷硬铸铁
冷硬铸铁是通过一定的工艺方法，使铸件激冷层的组织形成白口或麻口， 铸件内部组织仍保持灰口的铸铁，因此，冷硬铸铁具有“外硬内韧”的特 点，其外表具有高的耐磨性，同时又能承受较高的工作应力而不断裂，常 用于轧辊，凸轮轴和犁桦的制造。
一、冷硬铸铁的化学成分和组织特点
冷硬铸铁的化学成分：2.9%~3.8%C, 0.25%～0. 8%Si，0.2%~0.7%Mn， P≤0.5%，S≤0.12% ，与普通灰铸铁相比，含硅量 低。由此看出，冷硬铸铁 白口深度可以通过调整硅量完成
tA一奥氏体化时间
4 ．高铬白口铸铁的力学性能
高铬铸铁的力学性能指
标主要有：硬度、韧性
和强度。影响这些指标
பைடு நூலகம்
的主要因素无非是碳化
物类型与数量，以及基
体类型。
影响碳化物数量的主要
因素是铸铁的含碳量。
由表 4-19 可见，当铬
量不变时，随含碳量的
增加，硬度增加，而断
裂韧性降低。图4-25则
表明增加碳含量．使强 度性能降低。
图4-23 15Cr-3M。高铬白口铸铁的连续冷却转变曲线 铸铁成分：C2. 51 % , Cr14. 70 % , Mo2. 62% , SiO. 47 % , MnO. 80 % TA一奥氏体化温度Ac1,一加热时共析温度的下限，圆圈中数字为HV硬度值%
图4-24 15Cr-2Mo-1Cu高铬白口铸铁的连续冷却转变曲线 铸铁成分：C3. 32Yo% Cr14.63%，Mot. 08%。Cul. 02% S10.58%. MnO.72%
一般 M 3c 型碳化物为连续网状或板状形貌（如图 -19所示）
a
b
c
d
图 4-20高铬铸铁中碳化物形貌
a), b)含铬15% 高铬铸铁的碳化物形貌，大部分为M7C3型碳化物
c ）d )含铬27 %高铬 铸铁的碳化物形貌，大部分为M23c6碳化物
（一）低铬白口铸铁
为扩大普通白口铸铁的应用范围，提高其韧性与耐磨性，在普 通白口铸铁中加入 1.0%~50%Cr，就形成了低铬铸铁。
增加白口层深度的方向依次为：W→Mn→Mo→Cr→Sn→V →S →B →Te（最强）； 减小白口层深度的方向依次为： C→Si→Ti→Ni→Cu→Co →P （最弱 ） 。
影响白口层硬度的趋势依次按 C → Nb → P → Mn → Cr → Mo → V → Si → AI → Cu → Ti → S 的次序减弱。
球磨机中的衬板也可采用高铬铸铁材质。
表4-20各种材料对矿石浆的抗磨性对比
表4-21 ￠65mm磨球磨钼矿时抗磨性对比 表4-22 直径4.l m X 12. 5m球磨机衬板的化学成分和力学性能
表4-23高铬铸铁应用一览表
第四节 耐热铸铁
一般把金属从表面开始逐渐向非金属化合物变化的现象统称 为金属的氧化。另一方面金属在高温下工作，其体积还将发 生不可逆的胀大，这种现象称作金属在高温下的生长。
低铬铸铁一般以珠光体+合金碳化物状态使用。碳化物形貌也有所改善。
低铬铸铁主要应用于球磨机磨球，磨球硬度可在 400～ 550HBW 内变动。见表4-15。
（二）中铬白口铸铁 为取代镍硬 IV 型铸铁，我国发展出了一种含铬 7 % ~11 ％的 中铬白口铸铁，其中完全不含镍。铸铁中碳化物为 M7C3 和 M3C混合的形式，其耐磨性和韧性介于高铬铸铁和低铬铸铁之 间。组织如图4-21。珠光体+碳化物。
图4-25碳对高铬铸铁抗弯强度6bb、抗 拉强度σb和挠度f的影响
a) 200℃回火 b)淬火及200℃回火
成分：Si：0. 6 ．Mn：0. 8% ．Cr：12;一14% ，Mo：l. 5%
表1-19 碳对高铬白口铸铁（Cr15%)硬度和断裂韧性的影响
图 4-26 为碳化物含量基本相同时， Cr / C 对铸铁断裂韧性 KIC的影 响。在 Cr/C 低时，提高 Cr / C 将改善碳化物形态，使 KIC显著 提高；但当 Cr／C高时，再提高 Cr / C ，碳化物形态改变不大， 只是提高了基体固溶强化程度， 使KIC有所降低.
三、冷硬铸铁的应用
冶金用轧辊、造纸，像胶、榨油、制粉、制糖、棉纺、毛纺等行业 使用的轧辊。
1、冶金类轧辊 冷硬铸铁轧辊的铸造方法，目前有三种：一体铸造、溢 流铸造和离心铸造。
2、内燃机气门挺柱和凸轮轴 3、农用犁铧、犁镜