2-2 常用合金铸件的生产

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汽车后桥壳
刹车瓦
后
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2.生产特点----生产过程分两步 ① 铸出完全是白口组织的白口铸铁坯件。
这一点很重要，在铸造坯件时，如果出现片状石墨， 就不可能再得到团絮状石墨，因此它的组织中不能有片状 石墨。为了得到全白口的铸铁坯件，可锻铸铁的铁水中Si 和C的含量一定要低，一般C 为2.4％～2.8％ Si为 0.8％～ 1.4％。凝固时C全部是以Fe3C（渗碳体）的形态出现，因 此可锻铸铁的流动性较差，收缩大，容易产生缩孔、缩松 和裂纹等缺陷。
四、球墨铸铁(Nodular or ductile cast iron )
球铁是铁水经过球化处理，使石墨大部分或全部为球状。is
produced by treating liquid iron with Magnesium, which causes spheroidal graphite to grow during solidification, 上世纪40年代发展起来的。它的出现使得铸铁的性能 发生了质的飞跃。球墨铸铁的应用日益广泛。 1.球墨铸铁的组织、性能和用途 碳钢基体组织＋球状石墨
2.影响灰铸铁组织和性能的因素（Effect of Various Factors
on Structure and Properties of Gray Cast Iron )
性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的 是石墨，包括石墨的形态，石墨的大小，还有它的数 量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响石 墨化的因素。
牌号(Grades)
QT＋抗拉强度－伸长率 QT400-18
用途(Application)
可以用来制造受力复杂，负荷较大的重要零件。 比如曲轴、凸轮轴、轮毂等。
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汽车发动机曲轴
轮毂
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2.球墨铸铁的生产特点 对原铁水的熔炼要求 严格控制原铁水的化学成分：C 3.6％～4.0％，Si 1.0 ％～1.3％，Mn不大于0.4～0.6，S不大于0.06，P不大于 0.08。 特点：高碳、低硅、低锰、硫、磷。 铁水出炉温度高：必须在1400～1420C以上。
铸铁中石墨形态又可分为片状石墨(Flakes)、球状石 墨(Spheroids )、团絮状石墨(Rounded clumps)和蠕 虫状石墨(Vermicular or Compacted )。 2
一、分类
根据碳的存在形式和石墨的形态不同
白口铸铁(White cast iron)：C主要以Fe3C形式出现的铸铁，断
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二、灰铸铁 (Gray cast iron)
铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底 座、箱体类铸件。 1.灰铸铁的成分、组织和性能
化学成分：
C＝2.8%～3.8％； Si＝1.2％～2.7％； Mn＝0.5％～1.3％；
P≤0.3％；S≤0.15％
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显微组织(Structure )
金属基体Matrix:(铁素体-Ferrite，珠光体-Pearlite ) +片状石墨-Graphite flakes 。 相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。 根据基体组织不同，灰铸铁分为三类：铁素体灰铸铁(F)， 铁素体－珠光体灰铸铁(F-P)，珠光体灰铸铁(P) 。 片状石墨是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰铸铁的 基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但 由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。
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三、可锻铸铁（Malleable Cast Iron ）
白口铸铁(White cast iron)经石墨化退火而成的一种铸铁。
1.可锻铸铁的组织、性能和用途
组织(Structure)
钢的基体组织＋团絮状石墨（Clump or Popcorn G ）
—— 铁素体（黑心）可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心 可锻铸铁。
组织
由于球墨铸铁的化学成分、冷却速度和热处理不同， 可以得到不同的基体组织。常用的是珠光体和铁素体基 体的球墨铸铁。 24
性能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于石墨成球状，使得石墨对基体的割裂作用减小到最低限度。
力学性能：比灰铸铁高得多；抗拉强度与碳钢相当； 屈服点比碳钢高得多，屈强比比碳钢高40％；疲劳 强度与中碳钢相近；塑性、韧性还不如碳钢。 仍保持灰铸铁的优良性能：良好的耐磨性和减振性； 良好的铸造性能和切削加工性能等。
口呈银白色。性能：又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器 零件中很少采用。主要用途：炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。
灰铸铁（Grey cast iron）：C主要以片状石墨形式出现的铸铁，
断口是灰色。 性能：具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性 能，广泛应用。
球墨铸铁(Nodular or ductile cast iron )：铁水经球化处理使 石墨大部分或全部呈球状的铸铁。 性能：具有良好的力学性能。 可锻铸铁(Malleable cast iron )：白口铸铁通过石墨化退火，使 碳主要以团絮状石墨形式存在。 性能：有较高韧性的铸铁。实际是不能锻造的。
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白口铸铁
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
后 退
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蠕墨铸铁(Compacted or vermicular graphite cast iron )：大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。是新 发展起来的铸铁。 麻口铸铁(Motted cast iron)：一种介于白口铸铁和 灰铸铁之间的铸铁。其中碳部分以碳化铁形式出 现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰、白色 相间。它也很硬很脆，很少用。
HT100 HT150 HT200、HT250
珠光体灰铸铁
HT＋抗拉强度
HT300、HT350
孕育铸铁
铁素体灰铸铁 铁素体－珠光 体灰铸铁
生产特点
冲天炉或感应电炉，不需进行炉 前处理。 铸型不需补缩冒口和冷铁。 浇注温度较低。 铸铁件不需热处理。 17
冲 天 炉
冲天炉结构：炉身＋炉缸＝炉体，炉底，烟囱，加料口， 火花罩，前炉（储存铁水），过桥（连接炉缸和前炉）， 出铁口，出渣口，支撑部分，加料系统，鼓风系统。 冲天炉熔炼工作原理 冲天炉熔炼过程 虽然冲天炉炼出的铁水质量比较差，成分不容易控 制，铁水温度也比较低，但这种熔炼方法设备简单、投 资少、操作方便，生产率也比较高，生产成本比较低， 所以它的应用目前最广泛，占90％左右。
牌号(Grades)
KTH＋抗拉强度－伸长率 KTH300-06 19
性能(Properties)
可锻铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。这 是团絮状石墨对基体的割裂作用介于片状石墨和球状 石墨之间。可锻铸铁的塑性、韧性比灰铸铁高的多。 其实它不能锻造。
用途(Application)
由于可锻铸铁的强度比灰铸铁高，又有一定的塑性和 韧性，因此可锻铸铁应用于制造承受冲击、振动和载 荷比较大的零件，如汽车后桥壳、阀门、管件等。
铸铁石墨化(Graphitization)
从铁水或铸铁组织中结晶出或析出石墨的过程。 影响石墨化的因素主要是铁水的化学成分和冷却速度。
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化学成分对石墨化的影响(Composition) C和Si: 是促进石墨化的元素。C是形成石墨的元素，但它 只有在Si的促进作用下才能以石墨的形态析出。如果含Si 量很低，<0.5％时，即使含碳量很高也不会析出石墨。铸 铁中C和Si的含量越高，析出的石墨就越多，也就越粗大， 基体中的铁素体也就越多，结果铸铁的强度和硬度就比较 低。相反，C和Si的含量比较低，析出的石墨就比较少， 也比较细小，基体中的珠光体就比较多，铸铁的强度和硬 度比较高，但是C、Si含量过低就不能析出石墨，就会形 成白口铸铁。
第二章 常用合金铸件的生产
用于铸造的金属材料种类繁多，有铸铁、铸钢、 铸造铝合金等，其中铸铁件应用最多，占铸件总重量 的45％～90％。
2-1 铸铁件生产
2-2 铸钢件生产
2-3 有色合金铸件生产
★复习题
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第一节 铸铁件生产
铸铁(Cast iron)：主要由铁、碳、硅组成的含碳量大 于2.11％的合金的总称。在机械制造业中应用十分广 泛。 铸铁中C有两种存在形式：一种是碳化铁 (Cementite)；另一种是石墨(Graphite)。
P：促进石墨化元素，还可以降低铁水的粘度，提高流动 性。但是P会使铸铁产生冷脆性，因此从整体说P也是一 种有害元素，应该限制它的含量。
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冷却速度对石墨化的影响(Effect of cooling rate)
因为石墨的析出需要有一个C原子的迁移和聚集的过程， 所以冷却速度慢，析出石墨多而粗和铁素体的基体。
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性能特点 力学性能较差：
b≤20MPa，=0,布氏硬度约3HBS，故其强度、硬度、
塑性几乎都是趋于0。相当于在钢的基体上存在大量裂 纹和空洞，在石墨片的尖角造成严重的应力集中。由于 片状石墨对基体的割裂作用，使得灰铸铁的抗拉强度、 塑性比碳钢要低的多。灰铸铁几乎没有什么塑性和韧性。 由于石墨片对于灰铸铁承受压应力的影响比较小，所以 灰铸铁的抗压强度和硬度与同样基体的碳钢差不多。
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化学成分对石墨化的影响(Composition)
S：是强烈阻止石墨化的元素。使得铸铁形成白口组织。 除此之外还增大铸铁的收缩率，降低铁水的流动性。所 以S是有害元素，应该严格控制。
Mn：是微弱阻止石墨化的元素。Mn还能起到脱S的作用 来消除S的有害影响。因此在铁水中应保持Mn的一定含量。
相反冷却速度比较快，吸收石墨比较少，这时比较容易 得到细小的石墨片和珠光体的基体。 但冷却速度太快，C原子来不及聚集和析出，就容易得 到白口组织。
与冷却速度直接有关的因素主要是铸件壁厚和铸型材料。
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3.灰铸铁的孕育处理 在浇注前向铁水里加入少量促进石墨化的元素，人 为添加大量晶核，获得均匀分布的细小片状石墨和细 珠光体基体的一种处理工艺。 孕育处理的目的：为了获得均匀分布的细小片状石墨和 细珠光体基体组织。为了获得细珠光体基体组织就要适 当降低C和Si的含量。为了防止低C低Si造成白口组织， 就要进行孕育处理。 孕育处理的实质：石墨化；细化石墨片和珠光体。 孕育铸铁(又叫变质铸铁)：铁水经孕育处理后获得的灰 铸铁。没有经过孕育处理的灰铸铁叫做普通灰铸铁。 15
所以铸造工艺上注意设置冒口和冷铁，砂型和 砂芯应有较好的退让性，以防止裂纹。 22

② 进行石墨化退火。
作用是使渗碳体(Fe3C)分解，析出团絮状石墨，如 果原先的组织不是完全白口存在片状石墨，那么退火时 析出的石墨附着在片状石墨上，这样就得不到团絮状石 墨。
可锻铸铁需要很长的石墨化退火时间。
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性能特点
耐磨性好（good resistance to adhesive wear and galling ）。 石墨有润滑作用,而且石墨剥落后形成为微小的空洞， 可以储存润滑油，因此灰铸铁的耐磨性能很好。适 于导轨、衬套、活塞环等。 减振性好（outstanding sound and vibration damping characteristics ）。石墨割裂了金属的基体，就能阻碍 振动的传播，并且吸收振动的能量，转化成热能消 耗掉。所以灰铸铁的减振性能比较好。适于机床床 身、钢琴键盘的框架等。 10
这是因为经过球化处理以后，铁水温度大约降低50～ 100º C。
孕育铸铁性能特点
强度提高很多。
普通铸铁b＝150MPa，孕育铸铁b＝250～350MPa。 又称高强度灰铸铁。
冷却速度对其组织性能影响较小，壁厚敏感性小。
性能均匀性好，即同一截面上性能一致性好。
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4.灰铸铁的牌号及其生产特点
灰铸铁的牌号(Grades of gray cast iron)
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工艺性能：
铸造性能好(缺陷少)，铸造工艺简便，铸造后成品率比较 高； 切削加工性能好（excellent machinability）。由于石墨割 裂了金属基体，在切削加工时灰铸铁的切削容易脆断，形 成崩碎切屑。同时石墨是固体润滑剂，能够减轻刀具的磨 损。灰铸铁硬度比较适中，便于进行切削。 灰铸铁很脆，又没有塑性，不能锻造。 灰铸铁在焊接时容易产生白口组织和裂纹，故焊接性能很 差。 不能通过热处理来改变石墨的形态，所以灰铸铁不能用热 处理来改善力学性能。