1、第第2章金屬液態(tài)成型章金屬液態(tài)成型我國有輝煌的傳統(tǒng)冶鑄歷史，在殷商時期就有燦爛的青銅器鑄造技術(shù)。 熔模鑄造的發(fā)展史可以追溯到4000年前，埃及、中國和印度是最早起源的國家。曾侯乙尊盤(戰(zhàn)國早期) 鑄造 長的發(fā)展歷史鑄造 可制造任意復(fù)雜程度和尺寸的產(chǎn)品永樂大鐘銅鐘通高6.75米，最厚處185毫米，最薄處94毫米，重約46噸，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，共22.7萬字。鑄造 適用于幾乎所有材料將液態(tài)金屬澆注到鑄型型腔中，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。用液態(tài)成型方法生產(chǎn)的金屬件稱為鑄件鑄件。鑄件主要用于機(jī)器零件的毛坯，精密鑄件可直接用作機(jī)器的零件。鑄造：鑄造：概述概述1 1 鑄造的定義鑄造的

2、定義 鑄造的實質(zhì)是：液態(tài)金屬凝固成形 2 2 鑄造的特點鑄造的特點鑄造是制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬件的最靈活、最經(jīng)濟(jì)的成形方法。鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，是因為其具有如下優(yōu)點：1）可以鑄造出內(nèi)腔和外形很復(fù)雜的金屬件。2）適用性廣，可用于各種合金；生產(chǎn)的鑄件重量可由幾克到數(shù)百噸；壁厚由0.5mm到1m左右；輪廓尺寸從幾毫米到幾十米。3）使用的原材料來源廣泛，價格低廉，鑄件成本較低。缺點：力學(xué)性能較低；工序多，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定；工人勞動強(qiáng)度大，勞動條件差。3 3 鑄造技術(shù)的發(fā)展鑄造技術(shù)的發(fā)展 砂型鑄造砂型鑄造適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備簡單，是目前最主要的鑄造方法。特種鑄造特種鑄造熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離

3、心鑄造、消失模鑄造、陶瓷型鑄造等。我國的悠久鑄造歷史我國的悠久鑄造歷史青銅器：三千多年前鑄鐵工具：二千五百年前泥型、金屬型、失蠟型我國創(chuàng)造的三大鑄造技術(shù)我國鑄造技術(shù)的發(fā)展我國鑄造技術(shù)的發(fā)展型砂鑄造方面：推廣應(yīng)用水玻璃砂、自硬砂、樹脂砂機(jī)器造型技術(shù)不斷發(fā)展，用濕型砂制造出高密度鑄型鑄造合金方面：發(fā)展了高強(qiáng)度、高韌性的球墨鑄鐵鑄造設(shè)備方面：建立了機(jī)械化、自動化砂型造型生產(chǎn)線一、金屬液態(tài)成型的工藝性能一、金屬液態(tài)成型的工藝性能金屬液態(tài)成型的工藝性能在生產(chǎn)中稱為合金的鑄造性能或稱可鑄性，用來衡量合金在鑄造中獲得合格鑄件的難易程度。合金的鑄造性能以合金的流動性、收縮性、吸氣性和偏析等為綜合衡量指標(biāo)，其中

4、流動性和收縮性對鑄件的質(zhì)量影響較大。1 合金的流動性充型 液態(tài)合金填充鑄型的過程。充型能力液體金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成形件的能力。合金流動性： 液態(tài)金屬充滿鑄型的能力。 流動性好的合金流動性好的合金：u容易充滿型腔，能獲得外形完整、輪廓清晰、尺寸精確、容易充滿型腔，能獲得外形完整、輪廓清晰、尺寸精確、薄而復(fù)雜的鑄件；薄而復(fù)雜的鑄件；u有利于合金凝固收縮時得到補(bǔ)縮；有利于合金凝固收縮時得到補(bǔ)縮；u有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和排除，使鑄件不易產(chǎn)有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和排除，使鑄件不易產(chǎn)生氣孔和夾雜；生氣孔和夾雜；u能避免鑄件產(chǎn)生冷隔和澆不足等缺陷。能避免鑄件產(chǎn)生冷隔和澆

5、不足等缺陷。充型能力不足充型能力不足時，會產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等缺陷。出氣口澆口杯合金流動性的測值方法 常用合金的流動性（砂型，試樣截面8mm8mm） 常用鑄造合金中，灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最常用鑄造合金中，灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼的流動性最差。好，鑄鋼的流動性最差。 （1 1）影響流動性的因素）影響流動性的因素合金流動性主要取決于合金化學(xué)成分所決定的結(jié)晶特點結(jié)晶特點合金種類：鑄鐵和有色金屬的流動性比鑄鋼好。 雜質(zhì)：鑄鐵中的硅和磷可提高鐵水的流動性，硫能使鐵水的流動性降低。 a）在恒溫下凝固b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固PbSb20406080204060800流動性（cm）1002

6、00300溫度（）0澆注條件澆注條件澆注溫度：澆注溫度越高，金屬液的粘度越低，保持液澆注溫度：澆注溫度越高，金屬液的粘度越低，保持液態(tài)的時間長，合金流動性越好。但過高，液態(tài)合金收縮態(tài)的時間長，合金流動性越好。但過高，液態(tài)合金收縮越大、吸氣越多、氧化越嚴(yán)重，合金流動性反而降低。越大、吸氣越多、氧化越嚴(yán)重，合金流動性反而降低。澆注速度：澆注速度： 澆注速度越快，充型越快，流動性越好。澆注速度越快，充型越快，流動性越好。充型力：液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力越大，充型充型力：液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力越大，充型能力越強(qiáng)，流動性越好。能力越強(qiáng)，流動性越好。 鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu)鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu) 鑄

7、型的導(dǎo)熱能力：導(dǎo)熱性越好，熱量越容易散失，流動性越差。鑄型的導(dǎo)熱能力：導(dǎo)熱性越好，熱量越容易散失，流動性越差。 鑄型為砂型時，若水分過多、排氣不暢、透氣性不好，產(chǎn)生大量鑄型為砂型時，若水分過多、排氣不暢、透氣性不好，產(chǎn)生大量氣體，增加鑄型阻力，則使合金流動性變差。氣體，增加鑄型阻力，則使合金流動性變差。 澆注系統(tǒng)：系統(tǒng)越復(fù)雜，直澆道越低，內(nèi)澆口截面越小、鑄型內(nèi)澆注系統(tǒng)：系統(tǒng)越復(fù)雜，直澆道越低，內(nèi)澆口截面越小、鑄型內(nèi)腔越粗糙，流動性越差。腔越粗糙，流動性越差。 排氣能力排氣能力 ：鑄型的透氣性越好，充型能力越強(qiáng)，流動性越好。：鑄型的透氣性越好，充型能力越強(qiáng)，流動性越好。 鑄型溫度：鑄型溫度越高、

8、液態(tài)金屬與鑄型的溫差越小，充型能鑄型溫度：鑄型溫度越高、液態(tài)金屬與鑄型的溫差越小，充型能力越高，流動性越好。力越高，流動性越好。 鑄件厚度過小，厚薄變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大水平面結(jié)構(gòu)時，充鑄件厚度過小，厚薄變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大水平面結(jié)構(gòu)時，充型能力較差。型能力較差。2 合金的收縮性金屬或合金在鑄型中凝固時金屬或合金在鑄型中凝固時,可以分為可以分為液相區(qū)液相區(qū)、固相區(qū)固相區(qū)和和液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)三個區(qū)域。三個區(qū)域。金屬或合金凝固分區(qū)示意圖X鑄型固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)液相區(qū)液相區(qū)理想（1） 鑄件的凝固方式固液兩相區(qū)較窄時固液兩相區(qū)較窄時呈現(xiàn)強(qiáng)烈的逐層凝固逐層凝固特點；固液兩相區(qū)較寬時固

9、液兩相區(qū)較寬時逐層凝固特征不明顯，呈現(xiàn)糊狀凝固糊狀凝固特點。固液兩相區(qū)寬度將對凝固時液相補(bǔ)縮的影響固液兩相區(qū)寬度將對凝固時液相補(bǔ)縮的影響固液兩相區(qū)固液兩相區(qū)寬度較窄寬度較窄固液兩相區(qū)寬固液兩相區(qū)寬度較寬度較寬Cu600Al548T(）C1C21X2X工業(yè)純鋁鑄件斷面的凝固動態(tài)曲線a)砂型鑄造b)金屬型鑄造凝固方式一般由合金凝固方式一般由合金固液相線溫度間隔固液相線溫度間隔和凝固件斷面和凝固件斷面溫度溫度梯度梯度兩個因素決定。兩個因素決定。逐層凝固逐層凝固糊狀凝固糊狀凝固（2） 合金的收縮鑄件鑄件在冷卻過程中體積縮小的現(xiàn)象在冷卻過程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。叫收縮。收縮可分成三個階段：收縮可分成三

10、個階段：液態(tài)收縮：液態(tài)收縮：從澆注溫度到凝固開始的溫度的時間間隔內(nèi)發(fā)從澆注溫度到凝固開始的溫度的時間間隔內(nèi)發(fā)生的體積收縮；生的體積收縮；凝固收縮：凝固收縮：合金在凝固階段的體積收縮；合金在凝固階段的體積收縮；固態(tài)收縮：固態(tài)收縮：固態(tài)合金因溫度降低發(fā)生的體積收縮。固態(tài)合金因溫度降低發(fā)生的體積收縮。液態(tài)收縮、凝固收縮是引起縮孔、縮松的主要原因，而固液態(tài)收縮、凝固收縮是引起縮孔、縮松的主要原因，而固態(tài)收縮是產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。態(tài)收縮是產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。合金的收縮量用體收縮率和線收縮率來表示，其定義為：合金的收縮量用體收縮率和線收縮率來表示，其定義為：V0，V1合金在

11、溫度為T0，T1時的體積；l0，l1合金在溫度為T0，T1時的長度；av，al合金在T0-T1溫度范圍的體膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù)。%100)TT(%100VVV10V010V%100)TT(%100lll10l010l液態(tài)收縮和凝固收縮導(dǎo)致了體收縮，固態(tài)收縮是導(dǎo)致線收液態(tài)收縮和凝固收縮導(dǎo)致了體收縮，固態(tài)收縮是導(dǎo)致線收縮的直接原因?？s的直接原因。體收縮率體收縮率線收縮率線收縮率影響合金收縮的因素：l化學(xué)成分不同的鑄造合金有不同的收縮率。在常用合金中，鑄鋼收縮率最大，灰口鑄鐵最小。硅元素促進(jìn)收縮率減小，硫使收縮率增大。l澆注條件澆注溫度高，合金過熱，液態(tài)收縮量增大。澆注速度慢或明冒口不斷補(bǔ)澆高溫合金

12、液，使鑄件液態(tài)和凝固收縮得到補(bǔ)償。l鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件鑄型材料對鑄件冷卻速度影響很大。合金在鑄型中不是自由收縮，而是受阻收縮。因此，鑄件的實際線收縮率比合金的自由收縮率小。 常用合金的收縮率合金的體收縮導(dǎo)致在部件最后凝固部位會出現(xiàn)孔洞合金的體收縮導(dǎo)致在部件最后凝固部位會出現(xiàn)孔洞“縮孔縮孔” （shrinkage cavities）。 體積大而集中的孔洞稱為體積大而集中的孔洞稱為縮孔縮孔； 細(xì)小而分散的空洞稱為細(xì)小而分散的空洞稱為縮松（縮松（porosity）?？s孔的形成過程示意圖縮孔的形成過程示意圖縮孔和縮松通常用畫通常用畫“凝固等溫線凝固等溫線”和畫和畫“內(nèi)切圓內(nèi)切圓”的方法來近似確定的方法

13、來近似確定縮孔位置。縮孔位置。熱流熱流方向方向熱流熱流方向方向x熱流熱流方向方向熱流熱流方向方向采用控制導(dǎo)熱方向和加冒口的方法控制縮孔位置采用控制導(dǎo)熱方向和加冒口的方法控制縮孔位置保溫保溫材料材料冒口冒口對于簡單形狀的部件可通過經(jīng)驗較方便地確定縮孔位置并對于簡單形狀的部件可通過經(jīng)驗較方便地確定縮孔位置并采用相應(yīng)的方法消除。采用相應(yīng)的方法消除。而對于形狀復(fù)雜的部件則可通過計算機(jī)凝固模擬的方法確定部件任意剖面地等溫線并確定縮孔位置內(nèi)切圓法：內(nèi)切圓法：鑄件壁交接處的內(nèi)切圓直徑大于鑄件壁厚，這些地方凝固較晚，縮孔可能在那里生成?？s松：縮松是鑄件以糊狀凝固方式凝固時，最后凝固的區(qū)域沒能得到液態(tài)合金的補(bǔ)充

14、造成的分散、細(xì)小的顯微孔洞。根據(jù)分布形態(tài)，縮松分為宏觀縮松和微觀縮松兩類。宏觀縮松：指用肉眼或放大鏡可以看到的細(xì)小孔洞，通常出現(xiàn)在縮孔的下方微縮縮松：是指分布在枝晶間的微小孔洞，在顯微鏡下才能看到。保溫保溫材料材料宏觀縮松保溫保溫材料材料宏觀縮孔 縮孔、縮松的存在都會使鑄件受力的有效截面積減縮孔、縮松的存在都會使鑄件受力的有效截面積減小，使鑄件強(qiáng)度降低。在生產(chǎn)中應(yīng)盡量防止或減少縮孔、小，使鑄件強(qiáng)度降低。在生產(chǎn)中應(yīng)盡量防止或減少縮孔、縮松。縮松。 可以利用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施，并結(jié)合運可以利用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施，并結(jié)合運用順序凝固或同時凝固的工藝原則來實現(xiàn)。用順序凝固或同時凝固的工

15、藝原則來實現(xiàn)。冒口冒口冷鐵冷鐵順序凝固同時凝固冷鐵鑄造應(yīng)力鑄件冷卻時因各部分冷卻速度不同，造成在同一時刻各部鑄件冷卻時因各部分冷卻速度不同，造成在同一時刻各部分的收縮量不同，彼此相互制約的結(jié)果就產(chǎn)生了應(yīng)力。分的收縮量不同，彼此相互制約的結(jié)果就產(chǎn)生了應(yīng)力。 鑄造應(yīng)力：鑄造應(yīng)力：鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻至室溫產(chǎn)生固態(tài)收縮，鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻至室溫產(chǎn)生固態(tài)收縮，當(dāng)收縮受到阻礙而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。當(dāng)收縮受到阻礙而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。 鑄造應(yīng)力如果是暫時的，當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力的原因被消除以鑄造應(yīng)力如果是暫時的，當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力的原因被消除以后，應(yīng)力就自行消失，這種應(yīng)力叫臨時應(yīng)力；如果原因消后，應(yīng)力就自行消

16、失，這種應(yīng)力叫臨時應(yīng)力；如果原因消除后，應(yīng)力依然存在，這種就稱做殘余應(yīng)力（除后，應(yīng)力依然存在，這種就稱做殘余應(yīng)力（residual stress）。）。鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋等缺陷的主要原因，鑄造鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋等缺陷的主要原因，鑄造應(yīng)力可分為機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。應(yīng)力可分為機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。按應(yīng)力形成原因分類：按應(yīng)力形成原因分類：熱熱 應(yīng)應(yīng) 力力 鑄件在冷卻過程中，由于各部分冷卻速度不一鑄件在冷卻過程中，由于各部分冷卻速度不一致，造成收縮量不一致，彼此制約的結(jié)果，所致，造成收縮量不一致，彼此制約的結(jié)果，所形成的應(yīng)力；形成的應(yīng)力；機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力 鑄件冷卻收縮過程中，線收縮受到機(jī)

17、械阻礙而鑄件冷卻收縮過程中，線收縮受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力） 合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是暫時應(yīng)力。上型下型熱應(yīng)力 由于形狀復(fù)雜，厚薄不均，各部分的冷卻速度不同，以至在同一時刻，鑄件各部位收縮不一致而引起的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力?？蛐舞T件熱應(yīng)框形鑄件熱應(yīng)力形成過程力形成過程第一階段（第一階段（t0t1）：）：在高于彈塑性轉(zhuǎn)變階段，兩桿均處于塑性狀態(tài)，瞬時的應(yīng)力在高于彈塑性轉(zhuǎn)變階段，兩桿均處于塑性狀態(tài)，瞬時的應(yīng)力均可通過塑性變形釋放；均可通過塑性變形釋放；第二階段（第二階段（t1t2）：）：冷卻較快的桿冷卻較快的桿II已進(jìn)入彈性

18、狀態(tài)，而粗桿已進(jìn)入彈性狀態(tài)，而粗桿I仍處于塑性狀態(tài)，仍處于塑性狀態(tài)，所以桿所以桿II收縮大于桿收縮大于桿I，細(xì)桿，細(xì)桿II受拉伸，粗桿受拉伸，粗桿I受壓縮，形成臨時內(nèi)應(yīng)力；受壓縮，形成臨時內(nèi)應(yīng)力；第三階段（第三階段（t2t3）：）：粗桿粗桿I溫度較高，還會有較大的收縮，細(xì)桿溫度較高，還會有較大的收縮，細(xì)桿II溫度較低，收縮溫度較低，收縮較小，所以粗桿較小，所以粗桿I的收縮會受到桿的收縮會受到桿II的強(qiáng)烈阻礙，細(xì)桿的強(qiáng)烈阻礙，細(xì)桿II受壓縮，粗桿受壓縮，粗桿I受拉伸，直受拉伸，直到室溫，形成殘余應(yīng)力。到室溫，形成殘余應(yīng)力。 當(dāng)應(yīng)力超過金屬的屈服點后，鑄件就會發(fā)生當(dāng)應(yīng)力超過金屬的屈服點后，鑄件就會

19、發(fā)生變形變形，以，以釋放應(yīng)力。釋放應(yīng)力。+-防止變形的方法： 1）使鑄件壁厚盡可能均勻；2）采用同時凝固的原則；3）采用反變形法。鑄件變形后，仍存在一定的殘余應(yīng)力，因此在切削加工前應(yīng)對某些重要鑄件變形后，仍存在一定的殘余應(yīng)力，因此在切削加工前應(yīng)對某些重要的易變形鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火或自然時效來消除內(nèi)應(yīng)力。的易變形鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火或自然時效來消除內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過金屬的抗拉強(qiáng)度時，鑄件就會產(chǎn)生當(dāng)應(yīng)力超過金屬的抗拉強(qiáng)度時，鑄件就會產(chǎn)生裂紋裂紋。按裂紋。按裂紋形成的溫度范圍，可分為冷裂和熱裂兩種類型。形成的溫度范圍，可分為冷裂和熱裂兩種類型。熱裂：熱裂：在凝固末期的高溫下形成，裂紋在凝固末期的高溫下

20、形成，裂紋短、縫隙寬，通常沿通常沿晶界擴(kuò)展，走向曲折而不規(guī)則，表面呈氧化色；（機(jī)械應(yīng)力）晶界擴(kuò)展，走向曲折而不規(guī)則，表面呈氧化色；（機(jī)械應(yīng)力）熱裂的防止： 應(yīng)盡量選擇凝固溫度范圍小，熱裂傾向小的合金。 應(yīng)提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機(jī)械應(yīng)力。 對于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴(yán)格控制硫的含量， 防止熱脆性。 冷裂：冷裂：在低溫時形成，裂紋在低溫時形成，裂紋細(xì)小，穿過晶粒擴(kuò)展，較平直，穿過晶粒擴(kuò)展，較平直，表面具有金屬光澤。（熱應(yīng)力）表面具有金屬光澤。（熱應(yīng)力）減少凝固成形時部件溫度分布的不均勻性、減少鑄型對凝固減少凝固成形時部件溫度分布的不均勻性、減少鑄型對凝固收縮時的阻力是減少應(yīng)力導(dǎo)致部件產(chǎn)生裂紋

21、的有效方法。收縮時的阻力是減少應(yīng)力導(dǎo)致部件產(chǎn)生裂紋的有效方法。冷裂的防止：1）使鑄件壁厚盡可能均勻；2）采用同時凝固的原則；3）對于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴(yán)格控制磷的 含量，防止冷脆性。 合金吸氣性合金吸氣性：合金在熔煉和澆注時吸收氣體的能力。合金所吸收的氣體如不能逸出而停留在合金液內(nèi)，則使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。根據(jù)氣體來源不同，氣孔可分為侵入氣孔、析出氣孔和反應(yīng)氣孔。（a）侵入氣孔由于砂型或砂芯受熱而產(chǎn)生的氣體侵入金屬液內(nèi)部而形成。防止侵入氣孔的主要途徑是盡量降低型（芯）砂的發(fā)氣量和增加砂型（芯）的排氣能力，并正確設(shè)計澆冒口系統(tǒng)。（b）析出氣孔 合金在熔煉和澆注過程中因接觸氣體而使氫、氧、氮等氣體

22、而溶解在其中，且其溶解度隨溫度的升高而增大。當(dāng)合金凝固時，氣體溶解度下降并析出。 防止析出氣孔，必須嚴(yán)格控制爐料質(zhì)量，爐料不能含水、氧化物和油污等；熔煉時加覆蓋劑，盡量縮短熔煉時間；合理設(shè)計澆注系統(tǒng)等。（c）反應(yīng)氣孔 合金液與型砂中的水分、冷鐵、芯撐之間或合金內(nèi)部某些元素、化合物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氣體。 防止反應(yīng)氣孔的主要途徑是：控制型砂的水分；盡量降低合金液的含氣量；保證冷鐵、芯撐干燥，無銹、無油污等。合金偏析性maxminRCSC偏析：鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。偏析程度用偏析比來表示：微觀偏析可造成材料本身的組織和性能的變化以及耐腐蝕性降低，通常發(fā)生在樹枝晶或胞狀晶心部與晶間成分

23、的差異。微觀偏析有兩種情況微觀偏析有兩種情況：晶內(nèi)偏析：晶內(nèi)偏析：枝晶和胞晶內(nèi)部由于生長時固液界面溶質(zhì)含量枝晶和胞晶內(nèi)部由于生長時固液界面溶質(zhì)含量 的不同導(dǎo)致從枝晶的枝干內(nèi)部向外側(cè)溶質(zhì)濃度的不同導(dǎo)致從枝晶的枝干內(nèi)部向外側(cè)溶質(zhì)濃度 逐漸增加逐漸增加 （K K0 01 1合金）合金） 枝晶內(nèi)部成分的不均勻?qū)е戮?nèi)偏析隨枝晶生長，溶質(zhì)濃度沿固隨枝晶生長，溶質(zhì)濃度沿固相線變化，如果擴(kuò)散不充分相線變化，如果擴(kuò)散不充分則在枝晶的截面上將產(chǎn)生溶則在枝晶的截面上將產(chǎn)生溶質(zhì)的不均勻分布。質(zhì)的不均勻分布。措施：孕育處理或緩慢冷卻共同生長的共同生長的枝晶間由于枝晶間由于表面張力存表面張力存在，晶界處在，晶界處易出現(xiàn)

24、凹槽，易出現(xiàn)凹槽，溶質(zhì)含量很溶質(zhì)含量很高，造成偏高，造成偏析析晶界偏析：晶界偏析：由于晶界總是處于最后凝固的區(qū)域，因此由于晶界總是處于最后凝固的區(qū)域，因此 晶界處的溶質(zhì)往往高于晶內(nèi)（晶界處的溶質(zhì)往往高于晶內(nèi)（K01金），金）， 從而產(chǎn)從而產(chǎn) 生晶界偏析。生晶界偏析。兩晶粒相對生長時兩晶粒相對生長時將溶質(zhì)排到剩余液將溶質(zhì)排到剩余液相中產(chǎn)生偏析相中產(chǎn)生偏析宏觀偏析宏觀偏析 區(qū)域偏析區(qū)域偏析通常指整個鑄通常指整個鑄錠或鑄件在大于晶粒尺錠或鑄件在大于晶粒尺度的大范圍內(nèi)產(chǎn)生的成度的大范圍內(nèi)產(chǎn)生的成分不均勻的現(xiàn)象分不均勻的現(xiàn)象 0k1 1、正常偏析：、正常偏析：對于 1的合金，先凝固區(qū)域的溶質(zhì)含量低于后凝

25、固區(qū)域，與正常溶質(zhì)再分配規(guī)律一致。fsC熱流熱流方向方向x熱流熱流方向方向凝固方向凝固方向k0C0*SC溶質(zhì)含量穩(wěn)定生長區(qū)最后過渡區(qū)初始過渡區(qū)C02 2、逆偏析：、逆偏析：對于 1的合金，外層的一定范圍內(nèi)溶質(zhì)含量分布由外向內(nèi)逐漸降低，造成與正常偏析相反的溶質(zhì)分布。合金特點：合金特點： 寬凝固范圍的合金；寬凝固范圍的合金； 凝固收縮大的合金；凝固收縮大的合金；凝固參數(shù)：凝固參數(shù)： 凝固速度慢、固液界面溫度梯度凝固速度慢、固液界面溫度梯度小、樹枝晶粗大的凝固組織。小、樹枝晶粗大的凝固組織。0k熱流熱流方向方向x正常正常偏析偏析熱流熱流方向方向x逆偏逆偏析析上述特點造成凝固收縮時擠壓心上述特點造成凝

26、固收縮時擠壓心部高溶質(zhì)含量的液體通過枝晶間部高溶質(zhì)含量的液體通過枝晶間未凝固的液體通道向外側(cè)遷移，未凝固的液體通道向外側(cè)遷移，從而造成外側(cè)溶質(zhì)含量升高。從而造成外側(cè)溶質(zhì)含量升高。措施：快速冷卻或同時凝固比重偏析比重偏析：由于重力作用產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。合金特點：合金特點：初析相的密度與液體相差較大的初析相的密度與液體相差較大的合金；合金；凝固參數(shù)：凝固參數(shù)： 凝固速度慢、固液界面溫度梯凝固速度慢、固液界面溫度梯度小。度小。上述特點造成凝固時先析出的晶上述特點造成凝固時先析出的晶體與液體有較大的比重差別，重體與液體有較大的比重差別，重的晶體下沉，輕的晶體上浮，從的晶體下沉，輕的晶體上浮，

27、從而造成上下溶質(zhì)含量的差別。而造成上下溶質(zhì)含量的差別。熱流熱流方向方向x密度偏析密度偏析措施：加快冷卻或充分?jǐn)嚢瓒?、常用鑄造合金二、常用鑄造合金1 鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%（通常為2.5%-4.0%）的鐵碳合金。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為：根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為：p 白口鑄鐵：碳全部以Fe3C的形式存在，斷口呈銀色。簡稱為白口鐵，完全按照Fe-Fe3C 相圖進(jìn)行結(jié)晶而得到的鑄鐵。其中碳全部以滲碳體(Fe3C)形式存在，斷口呈銀白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C，硬度高，脆性大，很難切削加工。很少用來直接制造機(jī)器，主要用于煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵的毛坯。由于

28、白口鑄鐵具有良好的耐磨性，所以有時也用來制造一些耐磨件，如軋輥、粉碎機(jī)錘頭、襯板、球磨機(jī)磨球和犁鏵等。p 灰鑄鐵 碳主要結(jié)晶成游離狀態(tài)的石墨。其中碳主要以片狀石墨形狀存在，斷口為暗灰色，常見的鑄鐵件多數(shù)是灰鑄鐵。4蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 ： 其石墨呈蠕蟲狀。如圖d所示。abcd1普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵 ： 簡稱灰鑄鐵，其石墨呈片狀。如圖a所示。2可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵： 其石墨呈團(tuán)絮狀。如圖b所示。3球墨鑄鐵：球墨鑄鐵： 其石墨呈球狀。如圖c所示。5 孕育鑄鐵：其石墨呈細(xì)片狀。如圖e所示。 （1）影響鑄鐵組織和性能的因素）影響鑄鐵組織和性能的因素 （a）化學(xué)成分）化學(xué)成分 碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨

29、化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，隨著含硅量的增加，石墨顯著增多。 所以：當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量均高 時，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金屬基體中鐵素體增多，珠光體減少。 鑄鐵中的碳可以以化合態(tài)滲碳體滲碳體和游離態(tài)石墨石墨兩種形式存在。碳以石墨形式析出的現(xiàn)象稱為石墨化石墨化。1）碳和硅）碳和硅3）錳）錳所以：硫含量限制在硫含量限制在0.1-0.15%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則應(yīng)更低。以下，高強(qiáng)度鑄鐵則應(yīng)更低。 使鑄鐵鑄造性能惡化（如降低流動性，增大收率）。錳是弱阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定珠光體，提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度的作用。MnS一般控制在一般控制在0.61.2%之間之間

30、4）磷）磷 磷對鑄鐵的石墨化影響不顯著。含磷過高將增加鑄鐵的冷脆性。限制在限制在0.5%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則限制在以下，高強(qiáng)度鑄鐵則限制在0.20.3%以下。以下。2）硫）硫硫是強(qiáng)烈阻礙石墨化元素。硫量高易促使碳以Fe3C 白口組織白口組織；硫量高 熱脆性； （b）冷卻速度）冷卻速度在實際生產(chǎn)中，一般是根據(jù)鑄件的壁厚（主要部位的壁厚），選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分（主要指碳、硅），以獲得所需要的組織。由此可知：隨著壁厚的增加，石墨片的數(shù)量和尺寸都增大，鑄鐵強(qiáng)度、硬度反而下降。這一現(xiàn)象稱為壁厚（對力學(xué)性能的）敏感性。1）鑄型材料）鑄型材料2）鑄件壁厚）鑄件壁厚 鑄件壁愈厚，冷卻速度愈慢，則石墨化傾向愈大，愈

31、易得到粗大的石墨片和鐵素體基體。工工業(yè)業(yè)鑄鑄鐵鐵的的成成分分范范圍圍與與組組織織工業(yè)鑄鐵的成分范圍工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵Si/Mg/Ce鑄鐵壁厚（鑄鐵壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白白口口鑄鑄鐵鐵麻麻口口鑄鑄鐵鐵灰口鑄鐵灰口鑄鐵白口鑄鐵：灰口鑄鐵：麻口鑄鐵：珠光體灰口鑄鐵珠光體灰口鑄鐵珠光體珠光體+鐵素體灰口鑄鐵素體灰口鑄鐵鐵鐵素體灰口鑄鐵鐵素體灰口鑄鐵P+Fe3C+

32、LeP+Fe3C+G+Le珠光體灰口鑄鐵珠光體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：珠光體珠光體+鐵素體灰口鑄鐵：鐵素體灰口鑄鐵：P+G片片P+F+G片片F(xiàn)+G片片鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態(tài)形態(tài) 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 片片狀狀FHT + 一組數(shù)字一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，單位M Pa?！癏T”表示灰鑄鐵代號。表示灰鑄鐵代號。 HT100F+PHT150PHT200 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 團(tuán)團(tuán)絮絮狀狀FKTH + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTB + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTZ + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字KTH300

33、-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別分別為黑心、白心、珠光體為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組可鍛鑄鐵代號；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，值，M Pa；第二組數(shù)字；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，表示最低伸長率值，% （2）鑄鐵的分類與牌號表示方法）鑄鐵的分類與牌號表示方法 鑄鐵的分類與牌號表示方法（續(xù)）鑄鐵的分類與牌號表示方法（續(xù)）鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態(tài)形態(tài) 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 球球 墨墨 鑄鑄 鐵鐵 球球狀狀FQT + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字 第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)第一組數(shù)字表示

34、最低抗拉強(qiáng)度值，度值，MPa； 第二組數(shù)字表示最低伸長率第二組數(shù)字表示最低伸長率值，值，%。 “QT”表示表示 球墨鑄鐵代號球墨鑄鐵代號QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨鑄鑄 鐵鐵 蠕蠕蟲蟲狀狀FRuT + 一組數(shù)字一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值, MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號表示蠕墨鑄鐵代號 RuT260F+PRuT300PRuT420（3）鑄鐵的性能）鑄鐵的性能 工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。 a、鑄鐵的組織特點、鑄鐵的組織特點 鋼的基體鋼的基體+G（石墨）（石墨） 基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加

35、珠光體三種?；w組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。F+GF+P+GP+G 減摩性能好。由于石墨本身有潤滑作用。減摩性能好。由于石墨本身有潤滑作用。 消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。 鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高, 成分接近于共晶成分接近于共晶. 切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。lb、鑄鐵的性能特點、鑄鐵的性能特點l 力學(xué)性能低。由于石力學(xué)性能低。由于石墨強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎墨強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零，相當(dāng)于鋼基體中的為零，相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體

36、裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。集中。鑄鐵與鑄鋼的強(qiáng)度比較鑄鐵與鑄鋼的強(qiáng)度比較鑄鐵的分類鑄鐵的分類a、Fe-Fe3C 和和 Fe-G (石墨石墨)雙重相雙重相圖圖 在鐵碳合金中，碳可以以三種形在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在，鐵碳合金究竟按哪種相式存在，鐵碳合金究竟按哪種相圖變化，決定于加熱、冷卻條件圖變化，決定于加熱、冷卻條件或獲得的平衡性質(zhì)（亞穩(wěn)平衡還或獲得的平衡性質(zhì)（亞穩(wěn)平衡還是穩(wěn)定平衡）。是穩(wěn)定平衡）。 Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：發(fā)生分解： Fe3C3Fe+G（石墨）（石墨）共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵F基體

37、球墨鑄鐵基體球墨鑄鐵（4）鑄鐵的石墨化）鑄鐵的石墨化L+GL+Fe3CFe-G相圖相圖 b、鑄鐵的石墨化過程、鑄鐵的石墨化過程 鑄鐵中的碳原子析出形鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨成石墨的過程稱為石墨化。化。 鑄鐵中的石墨可以在結(jié)鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出晶過程中直接析出,也可也可以由滲碳體加熱時分解以由滲碳體加熱時分解得到。得到。 石墨化分三個階段： 在ECF線及 以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化，包括結(jié)晶時一次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、及共晶滲碳體的分解。 在PSK線和ECF 之間發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化，包括冷卻時二次石墨的析出和加熱時二次滲碳體的

38、分解。 在PSK線以下發(fā)生的石墨化稱為第三階段石墨化。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。 石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。名稱 石墨化程度 顯微組織 第一階段 第二階段 第三階段 灰鑄鐵 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 充分進(jìn)行 部分進(jìn)行 不進(jìn)行 FG FPG PG 麻鑄鐵 部分進(jìn)行 部分進(jìn)行 不進(jìn)行 Le+P+G 白口鑄鐵 不進(jìn)行 不進(jìn)行 不進(jìn)行 Le+P+Fe3C （5）常用鑄鐵）常用鑄鐵 (一一) 灰鑄鐵灰鑄鐵 灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵?；诣T鐵中的碳、灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。灰鑄鐵中的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在

39、以下范圍：硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在以下范圍：2.5%4.0%C; 1.0%2.0%Si。 1）組織）組織 灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組時通過石墨化過程形成的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。體三種。灰鑄鐵的化學(xué)成分一般為：2.63.6%C，1.23.0%Si， 0.41.2Mn，S0.15%，P0.3%。 a) 鐵素體灰鑄鐵（F+G片）：這種鑄鐵抗拉強(qiáng)度和硬度低，易加工，鑄造性能好。常用來制造性能要求不高的鑄件和一些薄壁件。b) 鐵素體-珠光體灰鑄鐵（F+P+G片）：此種鑄鐵強(qiáng)度亦較

40、低，但可滿足一般機(jī)件要求，且其鑄造性能、切削加工性能和減振性較好，因此應(yīng)用較廣。c) 珠光體灰鑄鐵（珠光體灰鑄鐵（ P+G片）：片）：這種鑄鐵強(qiáng)度和硬度較高，主要用來制造較為重要的機(jī)件。鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌 常對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石常對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨。墨。 常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。 經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。 孕育處理前孕育處理前孕育處理后孕育處理后硅鐵硅鐵硅鈣硅鈣0501505010010

41、0150150表面表面中心160140170180硬度HB孕育處理 熔煉出相當(dāng)于白口或麻口組織的低碳、低硅的高溫鐵水，向鐵水中沖入細(xì)顆粒的孕育劑孕育劑，孕育劑在鐵水中形成大量彌散的石墨結(jié)晶核心，使石墨化作用驟然提高，從而得到在細(xì)晶粒珠光體上均勻的分布著細(xì)片狀石墨的組織。 孕育鑄鐵：孕育鑄鐵：P細(xì)細(xì)+G細(xì)片細(xì)片b=250-400Mpa，HB=170-270， 0冷卻速度對其組織和性能的影響很小。冷卻速度對其組織和性能的影響很小。常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.25-0.6%。 2）熱處理）熱處理 熱處理只改變基體組織，不改變石墨形熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)。態(tài)。

42、灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的灰鑄鐵強(qiáng)度只有碳鋼的3050%，熱處，熱處理強(qiáng)化效果不大。理強(qiáng)化效果不大。 灰鑄鐵常用的熱處理有：灰鑄鐵常用的熱處理有： 消除內(nèi)應(yīng)力退火消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時效又稱人工時效):500550，防止機(jī)加工、使用時變形，防止機(jī)加工、使用時變形或開裂?；蜷_裂?；诣T鐵件灰鑄鐵件汽缸套汽缸套活塞環(huán)活塞環(huán)850950, 表面、薄壁等白口處表面、薄壁等白口處 Fe3CG, 硬度硬度, 切削性切削性 消除白口組織退火消除白口組織退火 表面淬火表面淬火 有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，因需要提高硬度和耐磨性，可進(jìn)行表面淬火處理，如高頻表面淬

43、火，火焰表面磨性，可進(jìn)行表面淬火處理，如高頻表面淬火，火焰表面淬火和激光加熱表面淬火等。淬火后表面硬度可達(dá)淬火和激光加熱表面淬火等。淬火后表面硬度可達(dá)50 HRC55 HRC。 3）灰鑄鐵的性能）灰鑄鐵的性能 2）良好的減振性良好的減振性 3）良好的耐磨性）良好的耐磨性 4）低的缺口敏感性）低的缺口敏感性 5）鑄造性能好）鑄造性能好6）切削性能好）切削性能好1）力學(xué)性能：）力學(xué)性能：b=120-250Mpa，僅為鋼件的20-30%， 0 4）用途）用途 制造承受壓力和震動的零件制造承受壓力和震動的零件,如機(jī)如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。缸體。大型船用柴油

44、機(jī)汽缸體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體變速箱體 5）生產(chǎn)特點）生產(chǎn)特點 主要在沖天爐內(nèi)熔化，高質(zhì)量的可用電爐熔煉。主要在沖天爐內(nèi)熔化，高質(zhì)量的可用電爐熔煉。 鑄造性能優(yōu)良，工藝簡單，便于制造出薄而復(fù)雜的鑄件，多鑄造性能優(yōu)良，工藝簡單，便于制造出薄而復(fù)雜的鑄件，多采用同時凝固原則，不需要加補(bǔ)縮冒口和冷鐵；采用同時凝固原則，不需要加補(bǔ)縮冒口和冷鐵； 只有高牌號鑄鐵采用定向凝固原則。只有高牌號鑄鐵采用定向凝固原則。 主要用砂型鑄造，澆注溫度較低，對型砂的要求較低，中小主要用砂型鑄造，澆注溫度較低，對型砂的要求較低，中小件大多采用經(jīng)濟(jì)簡便的濕型鑄造

45、。件大多采用經(jīng)濟(jì)簡便的濕型鑄造。 一般不需要進(jìn)行熱處理，或僅需時效處理即可。一般不需要進(jìn)行熱處理，或僅需時效處理即可?？慑戣T鐵石墨化退火工藝曲線可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線 石墨呈團(tuán)絮狀的灰口石墨呈團(tuán)絮狀的灰口 鑄鐵，是由白口鑄鐵鑄鐵，是由白口鑄鐵 經(jīng)石墨化退火獲得的。經(jīng)石墨化退火獲得的。 1）組織：）組織： 基體基體(F、P)團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀G 鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑 心可鍛鑄鐵。心可鍛鑄鐵。 2）性能：強(qiáng)度為碳鋼的）性能：強(qiáng)度為碳鋼的00%，接近于鑄鋼。，接近于鑄鋼。 名為可鍛，實不可鍛名為可鍛，實不可鍛 可鍛鑄鐵的顯微組織可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵

46、珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵的石墨化退火 3）用途）用途 用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。門等?？慑戣T鐵管件可鍛鑄鐵管件 (三三) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到.球墨鑄鐵球墨鑄鐵的成分要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：的成分要求比較嚴(yán)格，一般范圍是：3.6%3.9%C, 2.2%2.8%Si, 0.6%0.8%Mn, 0.07%S, 0.1%P。1）組織：

47、基體（）組織：基體（F、F+P、P）+ 球狀球狀G 球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。 球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鐵硅硅鈣鈣稀土鎂稀土鎂l為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時還進(jìn)行孕育處理。在球化處理同時還進(jìn)行孕育處理。 l常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。鐵素體加珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球 2）性能與熱處理）性能與熱處理 強(qiáng)度是碳鋼的強(qiáng)度是碳鋼的7090%。球墨鑄鐵的突出特點是屈強(qiáng)比。球墨鑄鐵的突出特點是屈強(qiáng)比( 0.2 /

48、 b)高高, 約為約為0.70.8, 而鋼一般只有而鋼一般只有0.30.5。 l球墨鑄鐵可球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱進(jìn)行各種熱處理處理,如退火、如退火、正火、淬火正火、淬火加回火、等加回火、等溫淬火等。溫淬火等。 退火退火 塑韌性、切削性塑韌性、切削性低溫退火，低溫退火，720760， PG + F高溫退火，高溫退火，900950， P + Fe3C G + F 正火正火 P ，細(xì)化組織，強(qiáng)度、耐磨性，細(xì)化組織，強(qiáng)度、耐磨性低溫正火，低溫正火，840860， P + F + G ，塑韌性塑韌性 較好。較好。高溫正火高溫正火，880920， P + G + 少量少量F ，強(qiáng)度較強(qiáng)度較高。高。調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)

49、850900油淬油淬 + 高溫回火高溫回火回火回火S + G 等溫淬火等溫淬火 840900 + 300等溫等溫下下B+G 調(diào)質(zhì)、等溫淬火后綜合力學(xué)性能好。調(diào)質(zhì)、等溫淬火后綜合力學(xué)性能好。制品制品(軋輥與輥環(huán)軋輥與輥環(huán))貝氏體基球墨鑄鐵貝氏體基球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的熱處理特點是：球墨鑄鐵的熱處理特點是： 奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高; 淬透性比碳鋼高淬透性比碳鋼高; 3) 用途用途 承受震動、載荷承受震動、載荷大的零件，如曲大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運輸核燃料貯存運輸容器容器(QT350-22)鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸4）生產(chǎn)特點）生

50、產(chǎn)特點a a）鐵液）鐵液 要有足夠高的含碳量，低的硫、磷含量，有時還要求低的含錳要有足夠高的含碳量，低的硫、磷含量，有時還要求低的含錳量。量。 球化和孕育處理使鐵水溫度要降低球化和孕育處理使鐵水溫度要降低5010050100，為防止?jié)沧囟?，為防止?jié)沧囟冗^低，出爐的鐵水溫度必須高達(dá)過低，出爐的鐵水溫度必須高達(dá)14001400以上。以上。b b）球化處理和孕育處理是制造球墨鑄鐵的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格控）球化處理和孕育處理是制造球墨鑄鐵的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格控制。制。o球化處理：球化處理：以沖入法最為普遍，球化處理后的以沖入法最為普遍，球化處理后的鐵液應(yīng)及時澆注，以防孕育和球化鐵液應(yīng)及時澆注，以防孕育和球化

51、作用的衰退。作用的衰退。 c c）鑄型工藝）鑄型工藝 凝固特性：球墨鑄鐵含碳量較高，近共晶成分，凝固收縮率低，凝固特性：球墨鑄鐵含碳量較高，近共晶成分，凝固收縮率低，但縮孔、縮松傾向較大。但縮孔、縮松傾向較大。球狀石墨析出時的膨脹力卻很大，若鑄型的剛度不夠，鑄件的球狀石墨析出時的膨脹力卻很大，若鑄型的剛度不夠，鑄件的外殼將向外脹大，造成鑄件內(nèi)部金屬液的不足，在鑄件最后凝外殼將向外脹大，造成鑄件內(nèi)部金屬液的不足，在鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔和縮松。固的部位產(chǎn)生縮孔和縮松。防止措施：防止措施： 在熱節(jié)處設(shè)置冒口、冷鐵，對鑄件收縮進(jìn)行補(bǔ)償；在熱節(jié)處設(shè)置冒口、冷鐵，對鑄件收縮進(jìn)行補(bǔ)償；增加鑄型剛度，防

52、止鑄件外形擴(kuò)大：增加鑄型剛度，防止鑄件外形擴(kuò)大：如增加型砂緊實度、采用干砂型或水玻璃快干砂型，保證砂型如增加型砂緊實度、采用干砂型或水玻璃快干砂型，保證砂型有足夠的剛度，并使上下型牢固夾緊。有足夠的剛度，并使上下型牢固夾緊。 (四四) 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)世紀(jì)60年代發(fā)展年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵起來的一種新型鑄鐵. 蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的理和孕育處理得到的. 蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、 稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金 等。等。l蠕墨鑄鐵的組織：蠕墨鑄鐵的組織： 基體（基體

53、（F、F+P、P）+ 蠕蟲狀蠕蟲狀G 蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體 蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學(xué)性蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間?；诣T鐵灰鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨蠕墨蠕墨蠕墨球墨球墨球墨球墨灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、汽缸度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、汽缸蓋、

54、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。 玻璃模具玻璃模具制動鼓制動鼓(五五) 特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。的合金鑄鐵。1) 耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，因此在生產(chǎn)中常采用激冷的辦法來獲得激冷鑄鐵。擊載荷，因此在生產(chǎn)中常采用激冷的辦法來獲得激冷鑄

55、鐵。即用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。同時即用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面，其它部位采用砂型。同時調(diào)整鐵水的化學(xué)成分，利用高碳低硅，保證白口層的深度，調(diào)整鐵水的化學(xué)成分，利用高碳低硅，保證白口層的深度，而心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強(qiáng)度。用激冷方法制造的而心部為灰口鑄鐵組織，有一定的強(qiáng)度。用激冷方法制造的耐磨鑄鐵，已廣泛應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。耐磨鑄鐵，已廣泛應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)。 為了進(jìn)一步改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，常將鑄鐵的磷的為了進(jìn)一步改善珠光體灰口鑄鐵的耐磨性，常將鑄鐵的磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.4%0.6%(高磷鑄鐵），生成磷共晶高磷鑄鐵），生成磷

56、共晶（F+Fe3P, P+Fe3P或或F+P+Fe3P），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分布在），呈斷續(xù)網(wǎng)狀的形態(tài)分布在珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基礎(chǔ)上，珠光體基體上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。在此基礎(chǔ)上，還可加入還可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，改善組織，提高基等合金元素，改善組織，提高基體強(qiáng)度和韌性，從而使鑄鐵的耐磨性能等得到更大的提高，體強(qiáng)度和韌性，從而使鑄鐵的耐磨性能等得到更大的提高，如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等都是近十幾年來發(fā)展起如高鉻耐磨鑄鐵、奧貝球墨鑄鐵等都是近十幾年來發(fā)展起來的新型合金鑄鐵。來的新型合金鑄鐵。2) 耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵 在高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱

57、器、坩堝、熱處在高溫下工作的鑄鐵，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。加入理爐內(nèi)的運輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。加入Al、Si、Cr等元素，一方面在鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧等元素，一方面在鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化；另一方面提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，化；另一方面提高鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱蜗噼F素體，不發(fā)生石墨化過程，從而改善鑄鐵的耐熱性。球墨鑄鐵中，不發(fā)生石墨化過程，從而改善鑄鐵的耐熱性。球墨鑄鐵中，石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐石墨為孤立分布，互不相連，不形成氣體滲入通道，故其耐熱性更好熱性更好。

58、 3)耐蝕鑄鐵耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。普通鑄鐵的耐蝕性差，因為組織中的石墨和滲碳體促進(jìn)等。普通鑄鐵的耐蝕性差，因為組織中的石墨和滲碳體促進(jìn)鐵素體腐蝕。加入鐵素體腐蝕。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形等合金元素形成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。能。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁、高鉻等耐蝕鑄鐵。 2 鑄鋼 鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜或大型，需要一定強(qiáng)度、鑄鋼主要用于制造

59、形狀復(fù)雜或大型，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零部件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械塑性和韌性的零部件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械齒輪、軸、軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。齒輪、軸、軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。外殼外殼軋輥軋輥重型機(jī)械齒輪重型機(jī)械齒輪 其產(chǎn)量占鑄件總量的15，僅次于灰鐵 應(yīng)用廣泛 機(jī)械性能高于各類鑄鐵，HB， k 某些合金鑄鐵具有特殊的性能，如耐磨性，耐熱性等 焊接性好，便于采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)鑄造復(fù)雜、巨大件 分類：鑄造碳鋼和合金鑄鋼 其中鑄造碳鋼應(yīng)用較廣，占鑄鋼件總產(chǎn)量的80以上。 鑄造碳鋼 含碳量小于或等于0.6%并含有少量其它元素的鐵碳二元合金。鑄造碳鋼的牌號用ZG后加兩組

60、數(shù)字表示。 ZG ZG：鑄造碳鋼 前一數(shù)字：屈服強(qiáng)度 后一數(shù)字：抗拉強(qiáng)度 其中，中碳鑄鋼ZG230-450ZG310-570具有良好的性能，應(yīng)用最多。 鑄造合金鋼 為改善性能在鑄造碳鋼中添加合金元素的鑄鋼為鑄造合金鋼。 其牌號是在優(yōu)質(zhì)合金鋼牌號前加ZG兩字母表示鑄鋼。a）低合金鋼 含合金元素總量小于或等于5的鑄鋼。加入少量合金元素，如Mn，Si, Mo, V等，使鑄造碳鋼的強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性明顯提高，因而減輕鑄件質(zhì)量，節(jié)約鋼材，提高鑄件的使用壽命。b）高合金鋼 含合金元素總量大于10的鑄造合金鋼。大量合金元素的加入使鋼的組織發(fā)生根本的變化，因而使其具有特殊性能。其中高錳鋼是一種耐磨鑄鋼，用于