第二章常用合金铸件的生产

• 4．球墨铸铁的铸造工艺特点 • 球墨铸铁的凝固过程、铸造性能和灰铸铁有明显的不同，
因而铸造工艺也不同。 • (1)流动性比灰铸铁差。因为球化和孕育处理，使铁水温度
大大下降。因此，球墨铸铁需要较高的浇注温度和较大的 浇口尺寸。 • (2)收缩较灰铸铁大。其主要原因是：球铁为糊状凝固特征， 球铁含碳量高，近共晶成分，凝固收缩率低，但缩孔、缩 松倾向较大。球铁在浇注后的一个时期内，截面上存在相 当宽的液固共存的同时凝固区，凝固后的外壳强度甚低如 图6-4(a)，而球状石墨析出时的膨胀值却很大(每析出1％ 的石墨，体积增加2％)。如果铸型的刚度不够，铸件的外 壳将向外胀大，造成金属液的不足，于是在铸件最后凝固 的部位产生缩孔和缩松如图6-4(a)。为防止上述缺陷，可 采取以下措施。 • ① 在铸件热节部位安置冒口或冷铁，对铸件进行补缩。 • ② 增加铸型刚度，防止铸件外形扩大。如增加型砂紧实 度，采用干型或水玻璃快干型，保证砂箱有足够的刚度， 并使砂箱间牢固地夹紧。
• 灰铸铁的浇注温度较低(1200～1350℃)， 因而对型砂的要求比铸钢低，中小型铸件 多采用经济、简便的湿型来铸造。
• 二、球墨铸铁
• 球墨铸铁是对一定成分的铸铁铁水进行球化和孕育处理 后得到的。与灰铸铁相比，球墨铸铁件的生产有如下特点。
• 1．严格控制原铁水的化学成分
• 制造球墨铸铁所用的铁水与灰铸铁原则相同，但成分要 求较严格，其硫含量愈低愈好．硫应控制在0.07％以下。 磷使球墨铸铁的塑性，韧性急剧降低，且易冷裂，因此， 含磷量应小于0.1％。有时还要求低的含锰量，低锰、低 磷可提高球墨铸铁的塑性和韧性。此外，铁水含碳量应高 些(一般为3.6％～4.0％)，以改善铸造性能和球化效果。
• 孕育铸铁适用于静载荷下要求较高强度、高耐磨 性或高气密性的铸件，特别是厚大铸件，如机床 床身、发动机气缸体等。
• 3．灰铸铁的铸造工艺特点
• 灰铸铁通常是在冲天炉内熔炼，且大多不 需进行炉前处理直接浇注即可。灰铸铁的 铸造性能优良，便于制出薄而复杂的铸件， 一般也不需设置冒口和冷铁，使铸造工艺 简化。
• 孕育处理后的铁水应尽快浇完，否则孕育效果衰退。
• 孕育铸铁的力学性能，特别是强度、硬度比普通 灰铸铁有显著提高。其抗拉强度为250～400MPa、 HB＝170~270，含碳愈少、石墨愈细小，强度、 硬度愈高。由于孕育铸铁的石墨仍为片状，本质 仍属于灰铸铁，所以其塑性、韧性仍然很低。
• 孕育铸铁的另一优点是，组织和性能的均匀性较 高，壁厚敏感性很小；冷却速度对其组织和性能 的影响较小，这就使得在铸件的厚大截面上的性 能较均匀，如图6-1所示。
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• 三、可锻铸铁 • 可锻铸铁是将白口铸铁坯件经长时间高温退火而得到的
一种具有较高塑性和韧性的铸铁。 • 1.白口铸件的生产 • 为了获得合格的可锻铸铁件，关键是必须保证浇铸出的
铸件坯料组织全部是白口，否则，即使铸件组织中有少量 的片状石墨，也会影响退火后可锻铸铁件的组织和性能。 为此，出炉的铁水必须具备低碳、低硅、低硫和低磷。例 如，KTH350—10的化学成分为Wc=2.4％—2.8％，Wsi＝ 0.9％—1.4％，Ws<0.18％，Wp<Z0.2％。 • 用来制造可锻铸铁的白口铸件，熔点高、结晶间隔大，且 凝固收缩率高，铸件易产生浇不足、冷隔、缩孔、缩松、 裂纹等缺陷。 • 可锻铸铁只适用于生产薄壁小件。壁厚不超过25mm，否 则铸造时难以获得白口铸铁组织。另外铸件太厚时，使退 火时间过长。
• 普通灰铸铁的主要缺点是壁厚敏感性较大(表6— 1)，铸件壁愈大时，石墨片愈粗大，强度愈低。 当截面增加到1OOmm时，强度可下降50%左右。 故普通灰铸铁不宜制造壁厚较大的铸件，仅适用 于制造受力较小、形状复杂的中小型铸件。
• 2．孕育铸铁
• 为了进一步提高灰铸铁的力学性能，在生产上常采用孕育 处理(也称变质处理)。其方法是：浇注前，往铁水中加入 一定量的孕育剂(硅铁或硅钙合金)造成人为晶核，以改变 铁水的结晶条件，使其获得细晶粒的珠光体基体组织和均 匀细小片状的石墨。这种方法处理后的铸铁叫“孕育铸铁” 或“变质铸铁”，也称高强度铸铁。
• 由于铁水经球化和孕育处理温度要降低50—1OO℃，为 防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上。
• 2．选择恰当的球化剂和孕育剂 这是制造 球铁的关键，必须严格掌握。
• 球化剂的作用是使石墨结晶时呈球状析出。 • 球化剂：镁、稀土镁合金。 • 孕育剂：含硅量75%的硅铁 • 球化处理方法 冲入法，如图6-2所示 • 型内球化法，如图6-3所示。
• 为了取得较好的孕育效果，必须从以下条件入手：
• 碳、硅含量均低的原始铁水(2.7％一3.3%C，1％一2％Si)
• 废钢加入量25％一50％
• 铁水出炉温度 约为1400~1450℃
• 孕育剂含硅量为75％的硅铁，块度为3一lOmm，硅铁的 加入量为铁水重量的0.25％—0.6％(厚壁铸件取下限)。
• 2．白口铸铁件的石墨化退火
• 石墨化退火是制造可锻铁的主要过程，图6-5为黑心可 锻铸铁的退火工艺曲线。其方法是将清理后的白口坯料叠 放在退火箱中，将箱盖用泥封好后送入退火箱中，缓慢加 热到900-980℃，保温15h左右，使渗碳体分解为奥氏体 加团絮状石墨。然后缓慢冷却，随温度的降低，过饱和的 碳自奥氏体内逐渐析出，团絮状石墨不断长大。当温度降 到共析转变温度范围(750～720℃)并以缓慢速度(3-5℃／ h)冷却时，奥氏体直接转化为铁素体和石墨，最 终获得铁 素体的黑心可锻铸铁。如果在通过共析转变时冷却速度较 快，则奥氏体转变为珠光体和石墨，最终获得珠光体可锻 铸铁。
第二章 常用合金铸件的生产
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第一节 铸铁件的生产
• 一、灰铸铁
• 按照铁水处理方法的不同，灰铸铁可分为普通灰 铸铁和孕育铸铁两大类。
• 1．普通灰铸铁
• 指出炉铁水不经任何处理而制成的铸铁，如 HTl00和HT150均属这类铸铁。普通灰铸铁也称 低强度灰铸铁，其碳、硅含量较高(3.0%～3.7%C， 1.8％～2.4％Si)。