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　　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 小结： 1）铸钢的铸造性能 铸钢的铸造性能差。原因：与铸铁相比， 熔点高，钢液易氧化和吸气，流动性差； 收缩率较大； 易产生浇不足、气孔、缩孔、热裂纹、粘砂等缺陷。 生产铸钢件的工艺措施 （1）提高对型砂性能的要求。 （2）合理使用耐火涂料。铸型表面涂以耐火度高的涂料，防止粘砂。 （3）采取合理的铸造工艺。 主要是合理安放冒口和冷铁，实现顺序凝固并达到补缩效果，防止缩孔和缩松产生。例：铸钢齿轮的铸型工艺。 横浇道 直浇道 特点：冒口多，并且间隔安放冷铁，中间设计了一个大大的顶冒口，实现顺序凝固和补缩。 2）铸钢件的热处理 铸钢件必须经过退火或正火处理才能使用；但不易淬火，易开裂。 原因：晶粒粗大，铸造应力大，且存在铸造缺陷，使铸钢件力学性能较差。 退火或正火目的：细化晶粒，消除铸造应力，改善力学性能。 电弧炉炼钢示意图 2）铸钢的熔炼 主要有两种：电弧炉炼钢和感应电炉炼钢 一般，大规模生产或浇注大型铸件采用电弧炉炼钢（图示），与常规钢材生产的冶金炼钢不同，所用已是钢料，这里“炼”只是对钢的化学成分进行微调。 电弧炉是以三个石墨电极与金属炉料之间引燃电弧产生的热量来熔炼金属，常用容量（每炉所炼钢液量）为5～10吨。电弧炉可倾斜将钢液倒入钢包。 感应电炉练钢 利用感应线圈产生感应电流通过钢料本身电阻，产生的电阻热来熔炼金属。 感应电炉的容积偏小，多用于浇注中小铸钢件。 2.3.4 非铁铸造合金 常用有铜合金铸件和铝合金铸件，具有良好的物理和化学性能。 铜合金、铝合金铸造特点： 熔化设备：坩埚炉。熔化时，金属料与燃料不直接接触，以减少金属的损耗，并保证金属的洁净。 液态下易氧化； 凝固收缩率比灰铸铁高，需安放冒口使其顺序凝固，以便补缩； 砂型铸造时，应选用细砂造型，以保证铸件表面光洁。 电阻坩埚炉 铸造黄铜：除含锌外，还常含有硅、锰、铝、铅等。 力学性能多比青铜高，而价格较青铜低。 常用于一般用途的轴瓦、衬套、齿轮等耐磨件及阀门等耐蚀件。 常用牌号：ZCuZn38（38黄铜）、ZCuZn31Al2（31-2铝黄铜） 1）铸造铜合金种类 铸造青铜 锡青铜：线收缩率低，不易产生缩孔，耐磨性和耐蚀性优于黄铜，但流动性差易产生缩松，适用于致密性要求不高的耐磨、耐蚀件。 铝青铜：具有优良的力学性能和耐磨性、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要的耐磨、耐蚀件。 常用牌号：ZCuSn10Pb1（10-1锡青铜）、ZCuAl9Mn2（9-2铝青铜） 1. 铸造铜合金 * * 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 常用铸铁的特点及应用 1. 铸铁的分类 白口铸铁：以Fe3C形式存在，无石墨，断口呈银白色； 硬而脆，少用；但可制作耐磨件或作为冶炼钢铁的原料 灰口铸铁：主要以游离石墨的形式存在，断口暗灰色； 应用广泛，在我国铸铁与钢应用比例为0.46：1 麻口铸铁：以Fe3C＋石墨形式存在，断口呈灰白色； 脆性大，少用 按碳的存在形式 普通铸铁 合金铸铁（特殊性能铸铁） 按化学成分 按石墨的形态(灰口铸铁分类) 灰 铸 铁：石墨呈粗片状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 球墨铸铁：石墨呈球状 蠕墨铸铁：石墨蠕虫状 白口 灰口 2. 铸铁的石墨化 铸铁中碳的存在形式 少量固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G） 石墨：碳的单质之一，强度、硬度很低， 塑性几乎为零。 Fe3C：亚稳态，在高温下可分解： Fe3C→3Fe+C（石墨G） 石墨化：指铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。可以在结晶过程中直接析出，也可以由渗碳体加热时分解得到。 铁素体基体球墨铸铁 F G 共晶白口铸铁 Ld′ 影响铸铁的石墨化因素 促进石墨化元素：C、Si、Al、Cu、Ni、Co等 阻碍石墨化元素：Mn、 Cr、W、Mo、V、S等 原因：WC↑、 WSi ↑，有利于石墨的形核和析出。 化学成分 冷却速度 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散和聚集，有利于石墨化。 冷却速度越慢，越有利于石墨化过程。 高温慢冷 C → G； 冷速较快时铁液 L → Fe3C 影响铸件冷却速度的因素 （1）铸型材料 金属铸型导热快，铸件的冷却速度快，不利于石墨化，易产生白口组织（Fe3C ）。 砂型导热BB电子 BB平台慢，铸件易获得灰口组织（G）。这也是砂型铸造仍然被广泛应用的重要原因。 主要有两个 铸型材料 铸件壁厚 （2）铸件壁厚（图示） 同一铸件，厚壁处冷却慢，有利于石墨化，易获得灰口组织； 薄壁处冷却快，不利于石墨化，易得到白口组织。 铸件中白口组织的产生，使此处硬度较高，难以切削加工，应避免。 灰口铸铁的组织特点 组织：钢的基体＋石墨（ G） 基体组织有三种：F、P和（ P＋F） 性能：P基体强度、硬度最高，F基体强度、硬度最低。 铁素体基体 （ P＋F）基体 珠光体基体 3. 铸铁的熔炼 冲天炉的构造 设备： 冲天炉（图示） 或感应电炉 原料： 焦炭、生铁、废钢、 硅铁、 锰铁等 过程： 经底焦的燃烧，金属料预热、熔化和过热、冶金反应等过程获得所需铁液。 铸铁的组织和性能通过调整硅量实现。 炼铁 2.3.2 常用铸铁的特点及应用 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 常用铸铁的种类： 灰口铸铁 合金铸铁 灰口铸铁的分类和牌号表示方法 KTZ450-06 P KTH300-06 KTH ××× — ×× KTZ ××× — ×× F 团 絮 状 可锻铸铁 HT200 P HT150 F+P HT100 F 片 状 灰 铸 铁 牌号举例 编 号 方 法 基体 组织 石墨 形态 种 类 RuT420 P RuT300 F+P RuT260 F 蠕 虫 状 蠕 墨 铸 铁 QT700-02 P QT600-03 F+P QT400-15 F 球 状 球 墨 铸 铁 球墨铸铁代号 QT ××× — ×× 最低抗拉强度值（MPa） 最低断后伸长率（%） RuT ××× 最低抗拉强度值（MPa） 蠕墨铸铁代号 HT ××× 最低抗拉强度值（MPa） 灰铸铁代号 （数字含义同球铁） 1. 灰铸铁 成分： 2.5～4.0%C； 1.0～3.0% Si；少量Mn 、S、P 等。 组织： F +片状G ；F + P+片状G； P +片状G ； 性能：抗压不抗拉，塑性差，铸造性能和切削加工性能好； 耐磨减摩、减震性好，压力加工和焊接性能差。 用途：常利用灰铸铁的减震和抗压性能，制作机床底座、床身、 工作台、导轨、箱体等。 F基体 +片状G (F + P)基体+片状G P 基体+片状G 指石墨呈片状分布的灰口铸铁。 灰铸铁的孕育处理 孕育处理： 浇注前，在铁水中加入孕育剂（硅铁或硅钙合金），增加晶核数量，提高形核率，从而获得细小且均匀分布的石墨片和珠光体组织，并降低产生白口倾向，这个过程称为孕育处理。 目的：改善灰铸铁的组织，提高其力学性能。 孕育处理后 孕育处理前 硅铁 硅钙 孕育铸铁： 经过孕育处理的灰铸铁，称为“孕育铸铁” 性能：强度、硬度比普通灰铸铁明显提高。（见表） 用途：制造力学性能要求较高的铸件。 如受力较大的机座、卡盘、阀体、大型发动机 的曲轴，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。 变速箱体 重型机床床身(HT-250) 大型船用柴油机汽缸体(HT-300) 灰铸铁中，石墨为片状，对基体的割裂作用最强，抗拉强度只有碳钢的30～50%，热处理强化效果不大。 灰铸铁的热处理 热处理只改变铸铁的基体组织，不改变石墨形态。 常用热处理工艺： ① 去应力退火：500~550℃ 目的：防止机加工、使用时变形或开裂。 ②高温退火：850~890℃ 目的：使铸件表面、薄壁等白口处的Fe3C →G， 消除白口组织，硬度↓切削加工性↑ ③ 表面淬火：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。 2. 可锻铸铁—玛钢 牌号：如 KTH300-06 ，表示抗拉强度≥300MPa ， 断后伸长率≥6％ 。 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。 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。 铁素体基体黑心可锻铸铁 珠光体基体可锻铸铁 断口心部呈黑色 应用 ： 形状复杂、承受冲击和振动载荷的小型薄壁零件，如汽车的BB电子 BB平台后桥外壳、管接头、低压阀门、扳手等。 2. 可锻铸铁—玛钢 2应用 1生产 3. 球墨铸铁 是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。 组织 ：钢基体+ 球状G 基体组织有F、P、（P+F）3种类型 F基体＋球状G P基体＋球状G (P ＋F )基体＋球状G 牌号：QT × × ×- × × （如QT600-03） 性能特点： 与其它灰口铸铁比较，石墨球对基体的割裂作用减小到最低程度，可充分发挥基体的性能。球墨铸铁中基体强度利用率可达70～90%，灰铸铁只有30～50% 。 抗拉强度、弯曲疲劳强度、塑性、韧性都比灰铸铁有很大提高。 其突出特点是屈强比高，可达0.7～0.8， 而钢一般只有0.3~0.5。 可“以铁代钢” 热处理工艺性好。可热处理或合金化 ，提高其性能。 3. 球墨铸铁 （2）生产工艺：球化处理＋孕育处理 ②同时，加入硅铁或硅钙铁等孕育剂，增加石墨球数量，减少石墨球尺寸，防止白口出现。 ①浇注前，在铁水中加入球化剂（稀土镁合）， 使石墨呈球状析出。 （1）铁液成分 3

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