2-2常用合金铸件的生产nke.pptx
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1、第二章 常用合金铸件的生产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 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4590。1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)。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(Vermicula
2、r or Compacted)。2下一页一、分类 根据碳的存在形式和石墨的形态不同 v 白口铸铁(White cast iron):C主要以Fe3C形式出现的铸铁,断口呈银白色。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。v 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。v 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。v 可锻铸铁(Malleable
3、 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。3白口铸铁球墨铸铁灰铸铁可锻铸铁后 退4v 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。v 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。5二、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。C2
4、.8%3.8;Si1.22.7;Mn0.51.3;P0.3;S0.15 1.灰铸铁的成分、组织和性能化学成分:6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。显微组织(Structure)7v力学性能较差:b20MPa,=0,布氏硬度约3
5、HBS,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。性能特点8v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
6、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。9v 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。性能特点v 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
7、。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从铁水或铸铁组织中结晶出或析出石墨的过程。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)铸铁石墨化(Graphitization)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。影响石墨化的因素主要是铁水的化学成分和冷却速度。11化学成分对石墨化的影响(Composition)v C和Si:是促进石墨
8、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。12化学成分对石墨化的影响(Composition)v 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。v Mn
9、: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。v 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。13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。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。14
10、 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。3.灰铸铁的孕育处理v 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。v 孕育处理的实质:石墨化;细化石墨片和珠光体。v 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孕育铸铁性能特点 v 强度提高很多。普通铸铁 b150MPa,孕育铸铁 b250350MPa。又称高强度灰铸铁。v 冷却速度对其组织性能影
11、响较小,壁厚敏感性小。v 性能均匀性好,即同一截面上性能一致性好。16HT1004.灰铸铁的牌号及其生产特点灰铸铁的牌号(Grades of gray cast iron)HT150HT200、HT250 HT300、HT350铁素体灰铸铁铁素体珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 孕育铸铁HT抗拉强度生产特点 v 冲天炉或感应电炉,不需进行炉前处理。v 铸型不需补缩冒口和冷铁。v 浇注温度较低。v 铸铁件不需热处理。17冲 天 炉v 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。v 冲天炉熔炼工作原理 v 冲
12、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。18三、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。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。1.可锻铸铁的组织、性能和用途 组织(Structure)KTH300-06KTH抗拉强度伸长率牌号(Grades)19下一页可锻铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之
13、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。性能(Properties)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。用途(Application)20后 退汽车后桥壳刹车瓦21v 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2.42.8 Si为 0.81.4。凝固时C全
14、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。2.生产特点-生产过程分两步 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。22v 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。23四、球墨铸铁(Nodular or ductile cast iron)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。碳钢基体组织球状石墨
15、1.球墨铸铁的组织、性能和用途 组织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,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下一页v 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。v 仍保持灰铸铁的优良性能:良好的
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