常用铸造合金的熔炼及其铸件的生产

重型机床件、大型齿轮箱体、 盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮
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
•
2铸钢件的生产
1）铸钢的分类、性能及应用
•铸造碳钢 •分类: •铸钢 •铸造合金钢
性能：具有高的强度及塑韧性，焊接性好 应用：制造承受较大载荷及冲击载荷的重要机件，如
火车轮、车箱车钩、高压阀门。
•白口铁 Fe3C
• 按碳的存在形式分 •麻口铁 Fe3C+G •灰口铁 G •普通灰口铁G片 •可锻铸铁G团絮 •球墨铸铁G球
•蠕墨铸铁G蠕虫
•普通铸铁 • 按化学成分分
•合金铸铁
•目录
•
★影响铸铁石墨化的因素 ※化学成分 ※冷却速度
2）普通灰口铸铁件的生产
★普通灰口铸铁的成分及组织 接近共晶成分
金属锭作炉料，其余元素 以中间合金形式加入。 ※合金锭重熔法：直接按牌 号购买铸造铝合金锭重熔 ※一次熔炼法：大部分合金 元素以纯金属锭加入。
★熔炼工艺：
※熔剂（覆盖剂）KCl、NaCl
※精炼除气，熔炼后期通入氯 气或压入氯盐、氯化物，如 氯化锌、六氯乙烷等，以除 去合金液内的气体和氧化夹 杂。
※细化晶粒：Al-Mg、Al-Cu中 加入Ti、B、Zr 等元素或其 盐类，使晶粒细化。
若采用单一的生铁锭或回炉铁为原料，铸出的产品品质 如何？若采用单一的废钢来熔炼，铸出的产品属于铸钢 还是铸铁？ 5 分析比较灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁的 组织、性能、生产特点、铸造性能及铸造工艺。
2）牌号（GB11352-89)
ZG200-400 ZGMn13 ZG1Cr18Ni9Ti
•
3）铸钢的铸造性能及铸造工艺特点
★铸造性能
※铸钢的熔点高，铸件 易产生粘砂缺陷
※钢液易氧化、渣较多 ※铸钢的流动性差 ※铸钢的收缩大 ※易产生热裂或变形
★铸造工艺
※一般用水玻璃砂造型
※浇注系统多采用底注开放式 ，使液流尽量平缓
抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度值范 蠕化率
bMPa 0.2MPa
% 围
VG%
不小于
HB
不小于
420
335
0.75 200～280
380
300
0.75 193～274
340
270
1.0 170～249 50
300
240
1.5 140～217
260
195
3 121～197
组织
珠光体+ 石墨
珠光体+ 石墨
•
•灰铸铁的壁厚与强度的关系
牌号
铸件壁厚/mm σb/MPa
2.5~10
130
10~20
100
HT100
20~30
90
30~50
80
2.5~10
175
10~20
145
HT150
20~30
130
30~50
120
•
•灰铸铁的用途
牌号 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350
※熔剂：熔化青铜时加入玻璃、硼砂以覆盖铜液 ※脱氧剂：出炉前加入0.3～0.6%的磷铜进行脱氧
2）铜合金的铸造工艺特点
•
•铜合金的铸造工艺特点
合金种类 凝固结晶 特点
锡青铜
凝固结晶 温度范围 宽，不易 氧化，易 产生缩松 。
冒口补缩 浇注系统
采用同时凝 固方式,一 般不用冒口 补缩，在厚 壁处设冷铁
珠光体 +铁素体 +石墨 铁素体 +珠光体 +石墨 铁素体+
石墨
•
•蠕墨铸铁的牌号及应用
牌号 RuT260 RuT300
RuT340 RuT380 RuT420
组织 F+G蠕 F+P+G蠕
F+P+G蠕 P+G蠕 P+ G蠕
用途举 例
汽车、拖拉机底盘类零件、驱 动桥壳、阀体等
排气管、变速箱体、汽缸盖 、纺织零件、液压件等
※浇注系统：
☆较矮铸件：顶注式或中间 注入式
☆其余：底注开放式或垂直 缝隙式
☆浇注系统内有时放过滤网 ，以撇渣。
☆内浇道数量应多些，以便 快速充型。
☆浇注系统应有利于实现顺 序凝固和冒口的补缩
☆充分发挥冷铁作用以增强 冒口的补缩效果。
•
4 铜合金铸件的生产
1）铸造铜合金的熔炼 ★设备：坩锅炉、工频炉、中频炉 ★熔炼工艺
2 210～260 棘轮、扳手、传动链条
2 240～290
•
•★生产特点
• ※先铸出白口铸铁坯料 • ※再进行长时间的石墨化退火
•
•可锻铸铁的石墨化退火工艺
•T℃
•920 ℃～980 ℃
•Fe3C共
晶
•720 ℃
• A+G团
• Fe3C共析
•P+G团
•650
F+G团 ℃
•F+ G
团
•t
•石墨化退火的总周期一般为40～70小 时 •高温阶段的石墨化退火时间需10～20小时
组织 F+G片 F+P+G片 F+P+G片 P+G片 P细+G细片 P细+G细片
用途举例
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零件
底座、床身、与HT200相配的溜板、工作台；泵 壳、容器、法兰盘;工作压力不太大的管件
要求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、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架 压力为80Mpa以下的油缸、泵体、阀门
常用铸造合金的熔炼及其铸 件的生产
•
一、 钢铁的生产过程
•铁矿石 •高炉
•冲天炉 •铸铁 •铸铁件
•铁锭
•钢液 •电弧炉
•钢锭 •铸钢件
•钢锭
•铁水 •钢 •转炉
•铸钢 •连铸件(型材）
•目录
•
•钢锭
•
•
•
钢水浇注成钢锭的方法
•
•
二 常用合金铸件的生产
1、铸铁件的生产 1）概述
★ 铸铁分类
汽车、拖拉机传动齿 轮
•
•球化处理工艺有冲入法和型内球化法
•铁 水
•出铁 槽
•铁水 包 •草木 •硅灰铁 •粉合金球化 剂
•冲入法
•冒口 •积渣 包
•铸件
•反应 室
•型内球化法
•
★铸造工艺
※高的出炉铁水温度 ※浇注系统的截面积＞灰铸铁 ※采用半封闭或开放式浇注系统（球铁易氧
化） ※增加铸型刚度，安放冒口、冷铁以防止缩
雨淋式 压力式 带滤网或滤片式
应用范围
大型长筒式铸件
矮小圆盘、圆套 、轴瓦类 中大型复杂件
铝青铜 铅青铜 黄铜
凝固结晶 温度范围 窄，易氧 化，易形 成集中缩 孔
采用顺序凝 固方式，要 设大的冒口 补缩或配合 使用冷铁
底注开放式
牛角式底注开放 式
带滤网和集渣包 的浇口
各类铸件
•
课堂讨论题
1 从石墨的存在和影响分析灰口铸铁的性能特点。 2为什么灰铸铁件的截面增大其强度反而降低？ 3 孕育铸铁与普通铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 4 冲天炉熔炼时，加入废钢、硅铁、锰铁的作用是什么？
•
★铸造性能（与普通灰口铁比）及铸造工艺特点
※铸造性能
◇熔点高，流动性差、 收缩大 ◇易产生冷隔、浇不足，缩孔，缩松、裂纹等
缺陷。
※铸造工艺
◇高的铁水温度； ◇顺序凝固原则设计浇冒口； ◇浇注系统截面加大，以缩短充型时间； ◇提高型砂的退让性，设计适当的铸筋以减少裂纹。
•
4）球墨铸铁件的生产 ★组织：钢基体上分布有球状石墨
•140 •150 •100
•表面
•50
•0 •50 •100 •150
• 中心
•表面
•孕育处理对大铸件截面硬度的影响
•
★普通灰口铸铁的铸造工艺特点
※熔炼与浇注：在冲天炉内熔炼，不需炉前 处理，直接浇注。
※铸造工艺
◇不需冒口和冷铁，一般采用同时凝固。 ◇浇注系统截面多采用封闭式
∑F内∠F横∠F直 或 ∑F内∠F直∠F横 ◇对型砂的要求比钢低，粘土砂，中小型件可用湿
16
抗拉 强度 b
MPa
300 330
350
370 450
550
650 700
延伸 率 %
硬度 HB
应用举例
6
弯头、三通等管件
8
螺丝扳手等，犁刀、犁柱
、车轮壳等
≤150
10
汽车拖拉机前后轮壳、减
速器
12
壳、转向节壳、制动器等
6 150～200 曲轴、凸轮轴、连杆、齿 轮、
4 180～230 活塞环、轴套、万向接头 、
480
2
QT900-2 下贝氏 900
600
2
体
HB
应用举例
130～180 130～180
汽车、拖拉机床底盘 零件；16-64大气压阀 门的阀体、阀盖
160～210 170～230
机油泵齿轮
190～270
225～305 245～335 280～360
柴油机、汽油机曲 轴；磨床、铣床、车床 的主轴；空压机、冷冻 机缸体、缸套
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
•
•★普通灰口铸铁的孕育处理 • 应用：静载下要求较高强度、高耐磨性或高气密性的铸
件，特别是厚大铸件。
•180
Biblioteka Baidu
•硬度HB
•170
•160
•150
•F+G球
•F+P+G球
•P+G球
•
★性能
良好的机械性能
σb:400～600MPa σ0.2/σb＞0.7 δ=2～18%
★牌号
QT450-10
★应用
以铁代钢，生产重载机件，如曲轴。
★生产工艺特点
※成分：高碳、高硅、低P、S ※球化处理 ※孕育处理
•
• 球墨铸铁的牌号、机械性能及应用
牌号 QT400-18 QT400-15
★应用
代替灰铸铁生产较 高要求的铸件，如 液压阀，钢锭模等
•★牌号
• RuT420 •★生产特点 • ※成分：高碳、高硅、低 • P、S • ※球化处理 • ※孕育处理 •★铸造工艺 • 与灰口铁接近
•
•蠕墨铸铁的牌号和机械性能
牌号 RuT420 RuT380 RuT340 RuT300 RuT260
型砂。 ◇一般不需热处理，或仅需时效处理
•
3）可锻铸铁件的生产 ★组织：钢基体上分布有团絮状石墨
•P+G团絮
•F+G团絮
•
★性能（与普通灰口铁比） 具有较高的韧性δ ≤12％ αk≤30J/cm2
★牌号：※黑心可锻铸铁 KTH300-06 ※珠光体可锻铸铁KTZ450-06
★应用：结构复杂，承受冲击载荷的薄壁零 件，如水管弯头，农机具，阀门等。
※浇注系统截面积要大、简单 、拐弯不要多；浇注温度高 。
※按顺序凝固原则设计浇冒口 系统，热节处加冷铁或冒口
※在易产生裂纹处设收缩筋， 对易变形的铸件则常设拉筋 以加强刚性。
※铸钢件需热处理
•
3铝合金铸件的生产 1）铸造铝合金的熔炼
★设备：坩锅炉、反射炉、 工频炉
★熔炼特点：元素烧损大、 易吸气
★熔炼方法： ※常规熔炼法:以Mg、Al、Zn
※变质处理：Al-Si合金熔炼时 ，加变质剂，以细化晶粒。
•
2）铝合金的铸造工艺特点
★铸造性能
极易吸气、氧化；收缩 大；易产生缩孔、缩松、 夹渣、变形、甚至开裂等 缺陷。
★铸造工艺
※充型：十分平稳，不产生 涡流、飞溅和冲击现象， 尽快充满铸型
※型砂：SiO2含量低的硅砂 ，粒度应较细100/200目
•
•F+G片
F F+P + P+ G+ G 片G片
•F片+P+G片
•P+G片
•
•★普通灰口铸铁的性能
•※机械性能：σb:125～250MPa
•
δ、ψ、αk 趋于零。
•※工艺性能：不能锻造和冲压；焊接性很差；
•
良好的铸造性；切削加工性好。
•※其它性能：良好的减震性、耐磨性；缺口敏
•
感性低于钢。
•
•★普通灰口铸铁的牌号（GB9439-88）
※牌号意义
单铸φ30mm试棒的抗拉强度值，分为六个牌号 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350
※牌号的选用
根据铸件受力处的主要壁厚或平均壁厚，按国标
GB9439－88所规定的参考值选。 ※注：普通灰口铸铁的壁厚增大，强度降低。
基体 铁素体 铁素体
bMPa 400 400
机械性能 0.2MPa 5%
250 18 250 15
QT450-10 铁素体 450
310 10
QT500-7 铁素体 500
320
7
+
珠光体
QT600-3 珠光体 600
370
3
+铁素
体
QT700-2 珠光体 700
420
2
QT800-2 珠光体 800
•
•
• 可锻铸铁的牌号、机械性能 及应用
分
铸铁
类 牌 号 壁厚
mm
铁 KTH300-06 >12 素 KTH330-08 >12 体 基
KTH350-10 >12
试棒 直径
mm
16 16
16
KTH370-12 >12
16
KTZ450-06
16
珠
光 KTZ550-04
16
体
基
KTZ650-02
16
KTZ700-2
孔，缩松。 ※严格控制型砂中的水分及原铁水的碳、硅
含量，降低铁水中含硫量和残余镁量，防 止产生气孔 Mg+H2O=MgO+H2 MgS+H2O=MgO+H2S
•
5）蠕墨铸铁件的生产 ★组织 钢基体上分布有蠕虫状石墨
•
★性能
※强度、塑性、韧 性、耐磨性优于灰 铸铁
※铸造性能优于球 墨铸铁
※具有良好的热疲 劳性及导热性