常用合金铸件的生产
常用铸造合金材料
用途：用于受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件.
（F + G）：制作汽车、拖拉机底盘零件，阀体、阀盖。 （F + P + G ）：塑韧性较好，可制作机油泵齿轮。 （P + G）：强度较高，可代替中碳钢制作柴油机或内燃 机的曲轴、连杆、轧辊、凸轮轴等。 M回 + G 或 B下+ G ：用于制作汽车、拖拉机的传动齿轮。 应用
第2章 铸造成形
2.3 常用铸造合金材料
1.铸铁 2.铸钢 3.非铁铸造合金
2.3 常用铸造合金材料
2.3.1 铸 铁
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；铸铁生产工艺简单、成本低， 是使用最早、应用最广泛的材料之一。
铸铁的分类 铸铁的石墨化
铸铁的熔炼
2. 可锻铸铁—玛钢
指石墨呈团絮状的灰口铸铁，由亚共晶白口铸铁 经长时间石墨化退火（900～960℃）获得。
牌号：如 KTH300-06 ，表示抗拉强度≥300MPa ，
断后伸长率≥ 。
性能：抗拉强度比灰铸铁高，为碳钢的40~70%，
接近于铸钢；有一定塑性和韧性。但仍不可锻造。
断口 心部 呈黑 色 铁素体基体黑心可锻铸铁 珠光体基体可锻铸铁
5.灰铸铁可通过表面淬火，提高其表面硬度和耐磨性。
2.3.3 铸 钢
指在铸造工艺中使用的钢，碳的质量分数一般在0.15～0.60％。
主要内容：
1. 铸钢的分类 铸造碳钢 铸造合金钢：低合金铸钢
高合金铸钢
2. 铸钢件的生产
2.3.3
1. 铸钢分类
1）铸造碳钢：
铸
钢
第五章铸造工艺基础
第五章铸造第二篇铸造工艺基础教学内容合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性；铸件的常见缺陷分析及防止；常见合金铸件的生产；砂型铸造工艺基础；几种典型的特种铸造工艺方法；铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系。
目的与要求要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其对铸件质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论基础。
常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点。
砂型铸造要求掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺参数的选择原则，分析典型铸件图例，并为今后解决实际问题打好基础。
掌握铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
特种铸造重点了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造基本知识。
‘第一节液态合金的充型充型：液态合金填充铸型的过程。
充型能力：液态金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全的铸件的能力。
影响充型能力的主要因素是合金的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸件结构。
一、合金的流动性1．流动性的概念流动性：液态态合金本身的流动能力。
流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。
流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮，排除。
流动性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。
2.流动性的测定方法以螺旋形试件的长度来测定：如图5-1影响合金流动性的因素:合金成分结金温度范围浇注温度充型压力图5—3所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。
由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。
愈接近共晶成分，愈容易铸造。
二、浇注条件浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。
浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持流动的时间长。
但是，浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易生产气孔、缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易过高。
对于形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高些为宜。
镁合金铸件技术条件
镁合金铸件技术条件全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度、优良的耐热性和耐腐蚀性等特点，广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯等领域。
而镁合金铸件则是一种制造镁合金零件的重要工艺方法，具有高生产效率、成本低廉、形状和尺寸复杂的优点。
在制作镁合金铸件时，技术条件是影响产品质量和生产效率的重要因素。
以下将结合镁合金铸件的生产过程，探讨镁合金铸件的技术条件相关内容。
铸造温度是影响镁合金铸件质量的关键因素之一。
镁合金的熔点通常在600℃以上，铸造时需要将镁合金加热至适当的温度以确保流动性和润湿性。
一般而言，铸造温度过高容易导致熔体的气泡和气孔增多，影响产品的密实性和力学性能；而铸造温度过低则容易导致润湿性差，产生夹渣、砂眼等缺陷。
合理选择铸造温度对于保证镁合金铸件的质量至关重要。
浇注速度是影响镁合金铸件质量的另一个重要因素。
在铸造过程中，适当的浇注速度可以有效控制热态金属的流动和凝固过程，减少气孔和夹渣等缺陷的产生。
通常情况下，过快的浇注速度容易产生热应力和气泡，影响产品的密实性；而过慢的浇注速度则容易导致热态金属凝固，产生冷隧、冷裂等缺陷。
在实际生产中需要根据具体的镁合金种类和铸件形状合理选择浇注速度，以确保产品质量。
模具温度也是影响镁合金铸件质量的重要因素之一。
模具温度的高低会直接影响热态金属的凝固速度和表面质量。
一般而言，模具温度过高容易导致金属凝固缓慢，产生夹杂和热裂等缺陷；而模具温度过低则容易造成铸件表面粗糙和收缩过大。
在制作镁合金铸件时需要精确控制模具温度，以确保产品表面质量和凝固良好。
还需要注意合金成分、浇注系统设计、冷却方式等技术条件对镁合金铸件质量的影响。
合金成分的配比和含量直接影响产品的力学性能和耐热性能；浇注系统的设计合理与否决定了热态金属的流通和凝固过程；冷却方式的选择影响产品的晶粒结构和组织性能。
在镁合金铸件的生产过程中需要全面考虑各项技术条件，以确保产品质量达到要求。
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。
铸造篇
第四节 铸件中的气孔
一.析出性气孔: 见教材P47图2-12 高温液态吸收的气体凝固时溶解度降低，又来不及 排出，形成“针孔”。 防止：1.对金属液进行“除气处理”. 2.清除炉料中的油污和水分. 3.烘干浇注用具. 4.降低铸型含水量.
浸入性气孔: 二.浸入性气孔 浸入性气孔 砂型和型芯在浇注时产生的气体聚集在型腔内表层浸 入金属液内形成，多出现在铸件局部的上表面，尺寸 较大，呈椭圆形或梨形，孔内表面被氧化。 防止：1.提高型砂透气性. 2.减少型芯发气性. 反应性气孔： 三.反应性气孔： 反应性气孔 由高温金属液与铸型材料、冷铁、熔渣之间发生化学 反应产生的气体留在铸件内形成气孔。 防止：1.皮下气孔——见教材P48图2－13a. 降低砂型的 含水量。 2.冷铁气孔——见教材P48图2－13b. 清理冷铁表 面油污和铁锈。
震压式造型机
微震压实式造型机
3）射压造型机： 射砂—压实 见教材P65图2—25 垂直分型 无箱造型 优点：与配砂、浇注、落砂构成一个完整的 自动生产线，生产率高达240—300箱/h 缺点：垂直分型，下芯困难，对模具精度要 求高。 应用：大批量生产小型简单件。 4）射芯机： 见教材P66图2—27， 填砂与紧砂同时完成，生产率很高，既可用 于造芯，又可用于造型。 如热芯盒射芯机，冷芯盒射芯机，（采用特 种粘结剂）
二．机器造型： 机器造型： 1.优缺点： 1)优点： ①生产率高 ②劳动条件好 ③铸件尺寸精确、表面光洁、加工余量小. ④生产成本低(因批量大). 2)缺点： 设备、模板、专用砂箱投资大，一般情况下，造型 机、造芯机、机械化砂处理设备、浇注和落砂等工 序需共同组成流水线。 2.应用：目前已广泛应用于中、大批量的铸件生产. 3.机器造型（造芯）的基本原理： 见教材P57图2—24顶杆起模式震压造型机的工作过程。
镁合金压铸工艺、安全操作要点
镁合金压铸工艺、安全操作要点的兴起与发展，的压铸工艺和安全操作要点进行探讨，有利于安全、优质地生产。
针对镁合金的不同特点，应该有特别的防护措施及设备。
一些工厂仍然使用传统的普通冷室压铸机生产镁合金压铸件，在生产中存在着潜在的危险及隐患。
1、压铸工艺镁合金的压铸工艺与其他合金相似，但是由于镁合金的不同特性，在压力、速度、温度及涂层的应用上又有着不同的地方。
1.1压力镁合金压铸有两种形式：热室和冷室,压铸时压力也不同,热室机的压射比压在40MPa左右,冷室机的比压要高于热室机,通常的比压在40-70MPa.另外重要的一点是增压建压时间,由于镁合金的凝固潜热低,镁合金在模具内的凝固时间要比铝合金的短的多,如果增压时间太晚的话,浇口和型腔的金属液已经凝固,增压也就失去意义.因此，成型时间是衡量镁合金压铸机性能的重要因素,大部分压铸机的增压建压时间都在60ms以上,这时浇口的镁合金已经凝固,增压的压力无法传到模具型腔里面,优秀的压射系统建压时间通常在20ms以内.1.2速度镁合金由于密度小(只有铝合金的2/3),因而惯性小。
同时，由于镁合金的凝固也很快，要在金属凝固前充填整个型腔，因此，镁合金的压射速度要快。
热室镁合金的压射速度可达6m/s，冷室压铸机的速度要更高一些，达到8 m/s。
高的压射速度也产生高的浇口速度。
举例来说，锌合金和铝合金的压铸模浇口速度大约在40 m/s至60 m/s之间，否则可能出现模具烧蚀现象，薄壁镁合金铸件的浇口速度很多要超过80m/s，由于镁合金的低热度和模具钢的低焊接性，对压铸模具的烧蚀也没有铝合金般严重。
1.3温度温度是压铸过程的热因素,为了提供良好的充填条件，保证压铸件的成型质量，控制和保持热稳定性，必须选用相应的温度规范，主要是指合金的浇注温度和模具温度。
热室压铸机的料壶在熔炉里面,压射时的热量损失小,因此,用于热室压铸的镁合金温度较低,通常在640℃左右。
冷室压铸机的温度要高一些，一般在680℃左右。
第四章常用合金铸件的生产介绍
缺口作用系数
β= σw/ σ’w 1.0 1.5
17
σb(Mpa)
270 440
115 155
《热加工工艺基础》第四章 17/58
2、灰口铸铁的性能特点
5)铸造性能和切削加工性能好。 6)其他工艺性差 焊接性差;热处理性能差;不 能锻造和冲压。
《热加工工艺基础》第四章 18/58
18
四、常用铸铁的性能及生产
《热加工工艺基础》第四章 34/58
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5、蠕墨铸铁
1) 组织特征: 金属基体+蠕虫状G。 2) 性能特点:
机械性能比灰口铸铁高。 壁厚敏感性比灰口铸铁小。 导热性、减震性和耐热疲劳性 比球墨铸铁高。 工艺性能良好。
《热加工工艺基础》第四章 35/58
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两种铸铁抗拉强度对壁厚的敏感性 比 较
《热加工工艺基础》第四章 26/58
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3、可锻铸铁( 韧性铸铁、玛钢 ) 4 ) 牌号 KT 300 – 06
延伸率δ 6% 抗拉强度 σb 300Mpa 可锻铸铁
《热加工工艺基础》第四章 27/58
27
4、球墨铸铁
1 )工艺特点: 铁水需经过球化 处理和孕育处理 。
2 ) 球化处理: 往铁水中加入球 化剂 , 球化剂是 稀土镁合金。
38
一、铸钢的分类
1. 碳素铸钢: ZG15～ZG55 等。
2. 低合金铸钢: ZG40Mn、ZG40Cr、 ZG30CrMnSi 等。
3. 高合金铸钢: ZGMn13、ZG1Cr13、 ZG1Cr18Ni9 等。
《热加工工艺基础》第四章 39/58
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二、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的铸造性能 生产铸钢件的工艺措施 铸钢件的热处理 铸钢的熔炼
机械制造基础复习题
机械制造基础复习题机械制造基础复习主要内容第⼀篇⾦属材料知识第⼀章⾦属材料的主要性能1.⼒学性能、强度、塑性、硬度的概念? 表⽰⽅法？⼒学性能（F）——材料在外⼒作⽤下所表现出的特性。
强度（σ）------材料在外⼒作⽤下，抵抗塑性变形和断裂的能⼒。
塑形------材料在外⼒作⽤下，产⽣永久变形⽽不引起破坏的能⼒硬度（布⽒硬度HB&洛⽒硬度H R）------是材料抵抗更硬的物体压⼊其内的能⼒。
2.布⽒和洛⽒硬度法各有什么优缺点？下列情况应采⽤哪种硬度法来检查其硬度？布⽒硬度(H R)优点：测试值稳定,准确度⾼。
缺点：测量费时，压痕⼤，不适合成品检验。
洛⽒硬度（HRC）优点：测试简单、迅速，压痕⼩、不损伤零件，可⽤于成品检验。
缺点：测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
库存钢材---布⽒硬度硬质合⾦⼑头----洛⽒硬度锻件---布⽒硬度台虎钳钳⼝---洛⽒硬度3.下列符号所表⽰的⼒学性能指标的名称和含义是什么？σb：抗拉强度：抗拉强度是材料在拉断前承受最⼤载荷时的应⼒。
σs：屈服点：屈服点是拉伸试样产⽣屈服时的应⼒。
δ：伸长率：试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分⽐称为伸长率。
HRC ：140kgf主载荷120°的⾦刚⽯圆锥体的压头测得的硬度。
HBS ：硬度的⼀种指标。
第⼆章铁碳合⾦1.⾦属的结晶过程，⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响？如何细化铸态晶粒？形核，长⼤。
⾦属是由许多⼤⼩、形状、晶格排列⽅向均不相同的晶粒所组成的多晶体。
⼀般⾦属的晶粒越细⼩，其⼒学性能越好。
细化的⽅法：变质处理；增⼤过冷度；机械的振动和搅拌；热处理；压⼒加⼯再结晶。
2.什么是同素异晶转变？室温和1100℃时的纯铁晶格有什么不同？在固态下，随着温度的变化，⾦属的晶体结构从⼀种晶格类型转变为另⼀种晶格类型的过程。
室温体⼼⽴⽅晶格；1100℃是⾯⼼⽴⽅晶格。
3.⾦属的晶体结构类型? 铁碳合⾦的基本组织A、F、M、P体⼼⽴⽅和⾯⼼⽴⽅。
2-3常用合金铸件的生产
硫和锰对石墨化的影响
S 严重阻碍石墨化,有形成白口倾向,Fe和Fe 在晶界上形成低熔点(98.5℃)共晶体，具有热 脆性，使流动性降低，增大收缩率。限制在 ０.1～0.15%以下。 Ｍn能抵消Ｓ的有害作用。Mn与S的亲合力大。 属有益元素 Ｍn+S=MnS Mn+FeS=Fe+MnS MnS的熔点约1600℃.比重较小,随熔渣排出炉 外.可提高基体的强度和硬度.过多的Mn阻碍石 墨化作用，一般在0.6~1.2%。
2013年7月26日星期五 2－3 铸铁
灰铸铁的工艺性
属脆性材料，不能锻造和冲压。焊接时 产生裂纹的倾向大，焊接区常产生白口 组织，呈崩碎切屑，切削加工性能好。
2013年7月26日星期五
2－3 铸铁
灰铸铁的减振性
比钢的减震性好得多，这是由于石墨对 机械震动起缓冲作用，阻止了振动能量 传播，减震能力为钢的5~10倍，是制造床 身、机座的好材料。
2013年7月26日星期五
2－3 铸铁
壁厚、成分与组织之间的关系
成分不变壁厚变—增加壁厚得到低牌号铸铁， 减小壁厚得到高牌号铸铁。 壁厚不变成分变—增加碳硅含量得到低牌号铸 铁，减少碳硅含量得到高牌号铸铁。 壁厚和成分都发生变化，但铸件的组织和机械 性能不变化—铸件壁厚增加则选择低碳硅的高 牌号铸铁，铸件壁厚减小则反之。其实质就是 利用铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅 含量）对铸件石墨化的综合影响。
铁素体基体＋团絮状石墨
珠光体可锻铸铁（白心可锻铸铁）的组织
珠光体基体＋团絮状石墨
2013年7月26日星期五 2－3 铸铁
可锻铸铁的性能
可锻铸铁的前身是白口铸铁，结晶温度 范围大，流动性差，收缩大，易产生冷 隔、浇不足、缩孔、缩松及裂纹等缺陷。 在铸造工艺上应采用冒口及冷铁，创造 顺序凝固条件，提高薄壁铸件的浇注温 度，提高砂型的容让性。 可锻铸铁的加工性能优于钢，减振、耐 磨、低缺口敏感性及耐蚀性都较好。
《材料成形技术基础》习题集答案
作业2 铸造工艺基础专业_________班级________学号_______姓名___________2—1 判断题（正确的画O，错误的画×）1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。
提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。
因此，浇注温度越高越好。
（×) 2．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。
（O) 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。
铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。
(O）4．为了防止铸件产生裂纹,在零件设计时,力求壁厚均匀;在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。
(O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。
所以当合金的成分和铸件结构一定时;控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。
（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩.共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。
因此，共晶成分合金不产生凝固收缩,只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能. （×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞.气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。
(O）8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体,同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。
(O）2-2 选择题1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。
A．减弱铸型的冷却能力；B．增加铸型的直浇口高度；C．提高合金的浇注温度; D．A、B和C；E．A和C。
2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。
铝合金铸件的铸造工艺分析
铝合金铸件的铸造工艺分析摘要：铝合金铸件广泛应用于工业领域，受诸多因素的影响，铝合金铸件在生产过程中存在许多缺陷，如果不加以解决，将影响最终的经济效益。
铸件生产过程中铸造方式的选择和系统位置的设计与最终的凝固效果密切相关。
在此基础上，本文主要对铝合金圆筒铸件低压铸造工艺进行优化，实现定向凝固和有效喂料，消除铸件内部形成的缺陷。
关键词：铝合金铸件；铸造过程；优化策略引言铝合金以其自身的诸多优点，广泛应用于工业领域，不仅具有很强的抗拉强度，优异的塑性和韧性，而且其经济性较好，经过热处理后切削性能优异，可用于制造复杂的机械零件。
低压铸造主要是指将模具置于密封的坩埚上方，坩埚内的压缩空气不断通过，使液态金属表面产生一定的压力，最后金属液体通过提升管进入充型模具的过程。
铝合金缸体铸件用于支撑航空油箱，需要承受较大的压力，工作环境非常复杂，缸体质量要求高。
1高性能压铸合金技术新型高强韧压铸铝合金的开发主要包括两个方面：一是对现有传统压铸铝合金的合金成分进行优化或添加合金元素；二是开发新型压铸铝合金体系。
新型压铸铝合金一般要求其满足以下几点：适合生产壁厚2-v4mm的复杂结构压铸件；(2)铸态抗拉强度和屈服强度可分别达到300MPa和150MPa，伸长率15%;具有良好的耐腐蚀性；(4)采用工业上常用的变形铝合金高温喷涂工艺对合金进行强化；可进行热处理强化处理；可回收、环保。
目前常用的高强度、高韧性压铸铝合金有国外开发的Silafont-36、Magsimal-59、Aural-2和ADC-3等牌号，它们的共同特点是铁含量低于普通压铸铝合金；此外，严格控制其他杂质元素，如Zn、Ti等。
新型压铸镁合金的发展主要包括三个方面：超轻高强度压铸镁合金；耐高温蠕变压铸镁合金；耐腐蚀压铸镁合金。
超轻高强压铸镁合金的研究主要集中在Mg-Li合金上，Li元素可以提高合金的韧性，同时强度降低，通过添加第三元素，经过热处理后，合金的强度可以大大提高。
金属工艺学习题答案
第二篇 铸 造
第一章 铸造工艺基础
第二篇 铸 造
第一章 铸造工艺基础
见教材 P48
（5）缩孔和缩松有何不同？为何缩孔比缩松较容易防止？
答：缩孔：呈倒圆锥形，内腔粗糙，是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的 孔洞。 缩松：呈小圆柱形，内腔光滑，分散在铸件某区域的细小缩孔。
邓文英等 金属工艺学
目 录
第 一 篇 金属材料的基本知识 ......................................................................................... 2
第一章 金属材料的主要性能 ................................................................................... 2
第 2 页 共 30 页
邓文英等 金属工艺学
（3）对于具有力学性能要求的零件，为什么在零件图上通常仅标注其硬度要求，而 极少标注其他力学性能要求？
答：①在零件图上，除了用视图表达出零件的结构形状和用尺寸标明零件的各组成 部分的大小及位置关系外，通常还标注有相关的技术要求。
②零件图上的技术要求一般有以下几个方面的内容：零件的极限与配合要求；零件 的几何公差；零件上各表面的粗糙度；对零件材料的要求和说明；零件的热处理、表面 处理和表面修饰的说明；零件的特殊加工、检查、试验及其它必要的说明；零件上某些 结构的统一要求，如圆角、倒角尺寸等。
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第一篇 金属材料的基本知识
第一章 金属材料的主要性能
第 一 篇 金属材料的基本知识 第一章 金属材料的主要性能
《金属工艺学》工程材料及机械制造基础(铸造)
4) 铸件结构: 壁太薄、大水平面，流动困难
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松
1. 铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zone
P36 图2-3 (a)逐层凝固 Freezing layer by layer (c)糊状凝固 Paste freezing (b)中间凝固 Middle freezing
2. 铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys
合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减 现象（p36）
液态收缩liquid Contraction 体收缩
凝固收缩freezing contraction 体收缩
固态收缩solid contraction 线收缩
Especially for the production of articles with
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging 大小：g~t
白口铸铁→高温退火→石墨呈团絮状 成分：低碳、低硅；2.4～2.8%C，0.4～1.4%Si 适用范围：中压阀门
形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口 受一定冲击的零件 大批量生产: 单件成本高 牌号KTH300-06
第二篇 铸造 Foundry
什么叫铸造 Casting？ (p33) The production of shaped articles by pouring molten metal into the mould
铜合金的冶炼与铸造工艺
化学氧化处理
通过化学反应在铜合金表面形成一 层氧化膜，提高耐腐蚀性和装饰性 。
04
铜合金的应用领域
建筑领域的应用
01
铜合金在建筑领域的应用主要涉及管道系统、供暖系统、屋顶和外墙 材料等。
02
由于铜合金具有优良的耐腐蚀性和导热性，因此被广泛用于建筑行业 的管道系统，能够保证水质的清洁和管道系统的长期稳定运行。
搅拌器
用于在熔融状态下混合和均匀 化铜合金，保证成分的稳定性 。
模具和浇注系统
用于将熔融状态的铜合金浇注 或注入到铸型中，形成所需的
形状和尺寸。
02
铜合金的铸造工艺
铜合金的铸造方法
砂型铸造
利用砂型作为模具进行 铜合金的铸造，适用于
小批量生产。
熔模铸造
通过制作蜡模后进行熔 脱、焙烧、浇注等工序 ，可生产复杂形状的铜
电解冶炼
利用电解原理将铜和其他 金属元素从其化合物中还 原出来，生成金属单质。
湿法冶炼
通过化学反应将铜和其他 金属元素从其化合物中提 取出来，再进行精炼和提 纯。
铜合金的熔炼设备与工具
熔炼炉
用于熔化铜和其他金属元素， 一般采用电炉或燃气炉。
坩埚
用于盛放熔融状态的铜合金， 具有耐高温、耐腐蚀的特性。
03
在供暖系统中，铜合金的导热性能优异，能够快速传递热量，提高供 暖效率。
04
此外，铜合金还被用于屋顶和外墙材料，具有美观、耐久和防火等特 点。
机械制造领域的应用
01
铜合金在机械制造领域的应用非常广泛，涉及到各 种零部件和工具的制造。
02
由于铜合金具有良好的加工性能和耐磨性，因此被 用于制造各种轴承、齿轮、蜗轮等机械部件。
常用铸造合金的生产
小结：本章讨论了常用合金的生产，重点是铸铁件生产，
要熟知生产工艺特点，并会简单应用；铸钢生产、铜铝合
金生产要熟记常用牌号。
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课后练习的讨论 (P54-9)
⑼下列铸件适宜选用哪类铸造合金？请阐述理由。 火车轮：按GB8061－88规定： “ 铁路用辗（nian）钢整体车轮”有专门钢号：
CL60 (Wc=0.55~0.65)
铸铁好。但不能锻造。
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4.牌号 GB9440—88
K T H（或Z） — —A= %
Rm≥ Mpa 黑心或P 可锻铸铁（可铁）
如：KTH300—06；建筑脚手架扣件、三 通管件、阀门。
KTZ550—04；用于；载荷较高的耐磨损 、凸轮轴，齿轮等。
见P48 表2－4。
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三、球墨铸铁 nodular graphite cast--iron
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§3铜铝合金铸件生产
有色合金熔融性质：熔点低；流动性好；收缩大 ；易吸气、易氧化。 一、铸造特点：容易铸造、注重熔炼、防止氧化 。
二、铸造铜合金
纯铜－紫铜，玫瑰红色，表面氧化膜后呈紫色。
白铜 － Cu—Ni合金；精密件，仪表；如 B19 等
青铜 － Cu—Sn 合金常称锡青铜。如Z CuSn10Pb1 (俗称：10-1锡青铜)
黄铜－ Cu—Zn 合金 颜色随Zn↑，由黄红色→淡黄
色；如：ZCuZn38(含38％的锌，余为铜)
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三、铸造铝合金
1.纯铝 Al aluminium
—银白色，熔点660℃，面心立方晶格，没有同素异构转变。
2.铝合金的分类： 变形铝合金 ；铸造铝合金 (1)变形铝合金
厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、带材、 管材、线材等 。
第二篇 第二章 常用合金铸件的生产
思考：某产品上的灰铸铁件壁厚有5mm、25mm两种，力学 性能全部要求抗拉强度为220MPa，若全部选用HT200,是否 正确？
二、可锻铸铁
可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将白口铸铁经石墨化 退火而成的一种铸铁。抗拉强度得到显著提高，且有着相 当高的塑性与韧性(但不可锻)。
（3）缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺口， 因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了
零件工作的可靠性。
（4）铸造性能优良，切削加工性好 灰铸铁的含碳量近于共 晶，流动性好。由于铸铁在结晶过程中伴有石墨析出，石墨 的析出所产生的体积膨胀抵消了部分铁的收缩，故收缩率甚 小。
2．影响铸铁组织和性能的因素
铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。在铁碳合金中 ，碳有两种存在形式：其一是渗碳体，其中w（C）=6．69% ；其二是石墨，用符号G表示，其w（C）=100%。石墨具有特 殊的简单六方晶格，如图所示。
一、灰铸铁
金属基体+片状石墨
(1)灰铸铁的化学成分 灰铸铁的化学成分大致是： w(C)=2.5%～4.0%，w(Si)=1.0%～2.5%，w(Mn)=0.5%～1.4%， w(S)≤0.15%，w(P)≤0.3%。 (2)灰铸铁的显微组织 由于化学成分和冷却条件的综合影 响，灰铸铁在室温下的显微组织有三种类型：铁素体(F)＋ 片状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋片状石墨(G)；珠光 体(P)＋片状石墨(G)。
灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。
图 2-12 灰铸铁的显微组织
铸造性能好，价格低、 生产简单，强度低， 减磨，耐磨，减振， 石墨膨胀，作承受压 力的机床底座，床身 和不重要的构件、零 件如：端盖、凸轮等 导轨、缸体
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P(孕育处 P(孕育处 理）
2. 灰铸铁的牌号 HT100 ; HT150 ; HT200; HT250 (灰铸铁，最低抗拉强度为250MPa). (灰 最低抗拉强度为250MPa). HT300; HT350. 3. 高牌号灰铸铁（HT200以上）的孕育处理 高牌号灰铸铁（HT200以上 以上） 在铁液中加入Si-Fe（ =75%）（孕育剂）， ）（孕育剂），加入 在铁液中加入Si-Fe（WSi=75%）（孕育剂），加入 量：W=0.2%~0.7% ，形成大量弥散的非自发结晶核心， 形成大量弥散的非自发结晶核心， 使石墨呈细片状而均匀分布，并获得珠光体基体。 使石墨呈细片状而均匀分布，并获得珠光体基体。即可 提高灰铸铁的σ HBS（ =250~350MPa， 提高灰铸铁的σb 、HBS（σb=250~350MPa， 170~270HBS）。 170~270HBS）。 因石墨仍为片状， 还是很低。 因石墨仍为片状，δ%，αk还是很低。
石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈 石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。 层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强； 层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强； 层与层之间呈分子键，结合力弱。因此， 层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态 常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。 常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。
轴瓦
二. 铸造铝合金 ZAlSi12 ZAlMg10
缸体 三. 主要性能 1）Al合金密度小、 轻，铜合金耐磨；优异的韧性； Al合金密度小 合金密度小、 铜合金耐磨；优异的韧性； 2）易氧化，易吸气（液态），铸件内易出现夹杂和 易氧化，易吸气（液态）， ），铸件内易出现夹杂和 气孔； 气孔； 3）适于金属型铸造、压力铸造，大量生产。 适于金属型铸造、压力铸造，大量生产。
三. 球墨铸铁
1. 组织特征 1）石墨形状: 球状 石墨形状: 2. 性能 σb＝400～600MPa、 400～600MPa、 最高900MPa. 最高900MPa. δ ＝ 2 ～ 10% 最高18%. 最高18%.
球墨铸铁
3. 牌号 QT700QT700-2 （球墨铸铁，最低抗拉强度为700MPa， 球墨铸铁，最低抗拉强度为700MPa， 伸长率2%） 伸长率2%） QT400QT400-18; QT400-15; QT450-10等。 QT400QT450-10等
三角形试样
应用： HT150、HT200用于支承体 如机床床身、底座等。 用于支承体， 应用： HT150、HT200用于支承体，如机床床身、底座等。 HT200以上则用于箱体、刹车鼓、汽缸体、泵体、阀门、 HT200以上则用于箱体、刹车鼓、汽缸体、泵体、阀门、 以上则用于箱体 大型冲压模板等。 大型冲压模板等。
2.5-50 2.5HT250 HT300 10-50 10HT350 260-340 260171-298 171200-270 200230230-290 150-262 150161-272 161-
P
承受中等载荷 重要件，应用 较广泛（缸体、 较广泛（缸体、 缸盖、床身等） 缸盖、床身等） 高负荷零件 齿轮、 （齿轮、凸轮 及冷冲模等） 及冷冲模等） 。
床身
大型冲压模 板
刹车鼓
二. 可锻铸铁 1. 组织和性能 石墨形态： 石墨形态：团絮状 基体： 黑心，铁素体基体） 基体：H（黑心，铁素体基体） 抗拉强度明显提高 抗拉强度明显提高，塑性和 韧性好， 韧性好， σb=300~400MPa δ≤12%，αk≤30J/cm2. ≤12%，
黑心可锻铸铁 黑心可锻铸铁
σb低，为钢的20%~30%； δ%，αk近于零，脆性大； 为钢的20%~30%； 近于零，脆性大； 耐磨性好； 耐磨性好； 优良的减震性； 优良的减震性； 铸造性能良好。 铸造性能良好。
灰铸铁的性能及应用 牌号
铸件壁厚 mm） （mm） 最低抗 拉强度 （Mpa) 布氏硬度 (HBS) 基体组织
一. 灰铸铁 （具有片状石墨的铸铁 ） 铸铁中碳的存在形式: 铸铁中碳的存在形式: 化合碳——渗碳体( 化合碳——渗碳体(Fe3C ) ——渗碳体 游离状态—— 游离状态——石墨 ——石墨 内部组织特征: 内部组织特征:
铁素体和珠光体灰铸铁
铁素体灰铸铁
珠光体灰铸铁
1. 灰铸铁的性能: 灰铸铁的性能:
四. 蠕墨铸铁
1. 组织 石墨形态： 石墨形态：蠕虫状 2. 性能 σb高于灰铸铁；耐磨性比灰铸铁好； 高于灰铸 耐磨性比灰铸铁好； 强度和韧性低于 和韧性低于球墨铸铁 强度和韧性低于球墨铸铁 蠕墨铸铁 σb=260~440MPa .但导热性优于 球墨铸铁 3. 牌号 RuT340: 含义：蠕墨铸铁，最低抗拉强度340MPa。 RuT340: 含义：蠕墨铸铁，最低抗拉强度340MPa。
3. 生产工艺： 生产工艺： 1）先得低C、低Si白口铸铁（C=2.4%~2.8%， 先得低C Si白口 白口铸 C=2.4%~2.8%， Si=0.4%~1.4%），不得有原始片状石墨出现。 Si=0.4%~1.4%），不得有原始片状石墨出现。 ），不得有原始片状石墨出现 2）退火 加热：920加热：920-980 ℃； 保温：10-20h； 保温：10-20h； 缓冷：密封炉冷。 缓冷：密封炉冷。 4. 应用: 制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件。 应用: 制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件。
铸钢齿圈的铸造工艺
（3）铸钢件的热处理： 铸钢件的热处理： 必须进行正火或退火处理。 必须进行正火或退火处理。 三. 牌号: 牌号: 铸造碳钢 铸造碳钢: 碳钢: ZG310ZG310-570 含义： 含义：铸钢，σs≥310MPa σb≥570MPa ZG230ZG230-450; ZG270-500 ZG270铸造合金钢: ZG40Mn ； ZG40Cr等。 合金钢: ZG40Cr等 四.应用: 制造形状复杂，强度和韧性要求都高的零件。 应用: 制造形状复杂，强度和韧性要求都高的零件。 火车转向架零件、高压阀门、轧辊等。 如：火车转向架零件、高压阀门、轧辊等。
第二节
铸钢件生产
一. 铸钢的类别和性能 钢的类别和性能 1. 组织: 与普通钢种一致。 组织: 与普通钢种一致。 2. 性能: 力学性能好：σs、σb 、δ%、αk均比灰铸铁高； 性能: 力学性能好： 均比灰铸铁高； 铸造性能差：熔点高，流动性差，易氧化， 铸造性能差：熔点高，流动性差，易氧化，易吸 收缩大。 气，收缩大。 二.铸钢件的生产特点 （1）对砂型性能要求高： 对砂型性能要求高： 如：耐火度，透气性，退让 耐火度，透气性， 性和强度。 性和强度。 （2）工艺上采用顺序凝固原则
第二章 常用合金铸件的生产
第一节 铸铁件生产
铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。 铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。工业用铸铁实 2.11的铁碳合金 际上是以Fe Fe、 Si为主要元素的多元合金 为主要元素的多元合金。 际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元合金。 铸铁的分类: 铸铁的分类: 白口铸铁 铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁 片状石墨） 灰铸铁: 灰铸铁: （片状石墨） 可锻铸铁: 团絮状石墨） 可锻铸铁: （团絮状石墨） 球墨铸铁: 球状石墨） 球墨铸铁: （球状石墨） 蠕墨铸铁: 蠕虫状石墨 蠕墨铸铁: （蠕虫状石墨） 石墨）
作业: 作业: P61 (2) (7)
2. 牌号（GB9400-1988） 牌号（GB9400-1988） KTH370KTH370-12 (黑心可锻铸铁，最低抗拉强度370MPa ， 黑心可锻铸铁，最低抗拉强度370MPa 伸长率12% 伸长率12% ) KTH300-06， KTH330-08， KTH350KTH300-06， KTH330-08， KTH350-10
第三节 铜、铝合金铸件生产
一. 铸造铜合金 ZCuZn38 Zn 38 % 其余为Cu 其余为Cu σb ＝295MPa ， δ＝ 30 % ， 66 HBS； HBS； ZCuSn10Pb1（Sn10、 ZCuSn10Pb1（Sn10、Pb1 、其余为Cu ） 其余为Cu σb ＝ 220MPa，δ＝ 12 % ，78.5HB。 78.5HB。
3. 球墨铸铁的生产 1）双处理工艺： 双处理工艺： 球化处理: 球化处理: 使石墨呈球状析出 加稀土镁合金，称球化剂。 加入量W=1.3%~1.8% 加稀土镁合金，称球化剂。 加入量W=1.3%~1.8% 孕育处理: 孕育处理: 加入Si-Fe孕育剂 加入量： 加入Si-Fe孕育剂 。 加入量：W=0.4%~1.0% 2）控制原铁水化学成分：降低S.P含量，较高的铁液温 控制原铁水化学成分：降低S.P含量 含量， 度（>1450 ℃） 4. 应用 QT700QT700-2 屈强比 (σs/σb≈0.7~0.8)、 HBS高， 用来做曲 (σs/σb≈0.7~0.8)、 HBS高 连杆等。 轴、连杆等。 QT450- 具有较高的强度、塑性和韧性， QT450-10 具有较高的强度、塑性和韧性，用于汽车桥壳 等底盘铸件。 等底盘铸件。
应用
负荷很小的不重 要件（盖板、 要件（盖板、防 护罩等） 护罩等）.
HT100
2.5-50 2.5-
80-130 80-
82-167 82-
F
HT150 HT200
2.5-50 2.5-
120120-175 160160-220
105105-205 129-236 129-
F+P
承受中等载荷 件（支架、箱 支架、 体等） 体等）.
4. 影响铸铁组织和性能的因素 石墨—— 石墨——游离状态 ——游离状态 主要决定于石墨的形态，即石墨形状、大小及分布。 主要决定于石墨的形态，即石墨形状、大小及分布。 铸铁的石墨化——铸铁中析出石墨的过程 铸铁的石墨化——铸铁中析出石墨的过程。 铸铁中析出石墨的过程。 影响石墨化的主要因素: 化学成分和冷却速度。 影响石墨化的主要因素: 化学成分和冷却速度。 (1). 化学成分 C、Si（%）——促进石墨化; Si（ ——促进石墨化 促进石墨化; 碳是石墨的基础，硅促进石墨析出． 碳是石墨的基础，硅促进石墨析出． 碳和硅含量高时，石墨多、基体 碳和硅含量高时，石墨多、 铁素体增加，而强度、硬度低。 铁素体增加，而强度、硬度低。