機(jī)械制造基礎(chǔ)教案第2章鑄造

優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔PAGEPAGE26優(yōu)選文檔PAGE機(jī)械制造基礎(chǔ)課程授課設(shè)計(jì)授課時(shí)間第周星期第節(jié)課次授課方式理論課□√討論課□實(shí)驗(yàn)課□習(xí)題課□其他□課時(shí)（請(qǐng)打√）8安排授課題目（授課章、節(jié)或主題）：

第2章鑄造成形

授課目的、要求（分掌握、熟悉、認(rèn)識(shí)三個(gè)層次）：

1．熟悉合金的鑄造性能及其對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。

2．掌握砂型鑄造和常用特種鑄造方法的特點(diǎn)，對(duì)典型鑄件擁有較合理地采用鑄造方法的能力。

3．熟悉砂型鑄造澆注地址、分型面及鑄造工藝參數(shù)的選擇，能繪制典型鑄件的鑄造工藝簡(jiǎn)圖。

4．*認(rèn)識(shí)鑄鐵的石墨化及其對(duì)鑄件組織和性能的影響，認(rèn)識(shí)常用鑄造合金的獲得方法及鑄造特

點(diǎn)。

5．擁有分析零件鑄造構(gòu)造工藝性的初步能力。

認(rèn)識(shí)鑄造新工藝、新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。授課重點(diǎn)及難點(diǎn)：

重點(diǎn)：澆注地址和分型面的選擇，鑄造工藝圖。合金的鑄件性能和影響因素。鑄鐵件生產(chǎn)的基根源理和工藝要求。鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)要求，常用合金鑄件的構(gòu)造特點(diǎn)

難點(diǎn)：澆注地址和分型面的選擇；鑄造工藝圖

授課基本內(nèi)容方法及手段

一、什么是液態(tài)成型（鑄造生產(chǎn)）

將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝結(jié)，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。

二、砂型鑄造的工藝過(guò)程

型砂鑄鑄模型型落檢鑄造合零砂工消融澆冷卻件、驗(yàn)藝箱件圖清圖凝結(jié)型理芯盒芯砂芯

課程授課設(shè)計(jì)（續(xù)）

授課基本內(nèi)容方法及手段

三、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)

1．可生產(chǎn)形狀隨意復(fù)雜的制件，特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的制件。如汽缸體、汽缸蓋、蝸輪葉片、床身件等。

2．適應(yīng)性強(qiáng)：（1）合金種類(lèi)不受限制；（2）鑄件大小幾乎不受限制。

3．成本低：（1）資料根源廣；（2）廢品可重熔；（3）設(shè)施投資低。

4．廢品率高、表面質(zhì)量較低、勞動(dòng)條件差。

金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)

1-1液態(tài)金屬的充型能力與流動(dòng)性

充型能力——液體金屬充滿(mǎn)鑄型型腔，獲得尺寸精準(zhǔn)、輪廓清楚的成形件的能力。

充型能力不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾渣、氣孔等弊端。

一、液態(tài)合金的流動(dòng)性

合金的流動(dòng)性是：液態(tài)合金自己的流動(dòng)能力。

0.45%C鑄鋼：200、4.3%C鑄鐵：1800

澆口杯

出氣口

合金流動(dòng)性主要取決于合金化學(xué)成分所決定的結(jié)晶特點(diǎn)

300

度200

℃

1000a）在恒溫下凝結(jié)

80

動(dòng)性60

（cm40）20b）在必然溫度范圍內(nèi)凝結(jié)

0Pb20406080Sb

二、澆注條件

（1）澆注溫度一般T澆越高，液態(tài)金屬的充型能力越強(qiáng)。

（2）充型壓力液態(tài)金屬在流動(dòng)方向上所受的壓力越大，充型能力越強(qiáng)。

（3）澆注系統(tǒng)的的構(gòu)造澆注系統(tǒng)的構(gòu)造越復(fù)雜，流動(dòng)阻力越大，充型能力越差。

三、鑄型充填條件

（1）鑄型的蓄熱系數(shù)鑄型的蓄熱系數(shù)表示鑄型此后中的金屬吸取熱量并積蓄在

自己的能力。

（2）鑄型溫度鑄型溫度越高，液態(tài)金屬與鑄型的溫差越小，充型能力越強(qiáng)。

（3）鑄型中的氣體

四、鑄件構(gòu)造

（1）折算厚度折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù)，為鑄件體積與表面積之比。折算厚度大，熱量消失慢，充型能力就好。鑄件壁厚相同時(shí)，垂直壁比水平壁更簡(jiǎn)單充填。

（2）鑄件復(fù)雜程度鑄件構(gòu)造復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，鑄型的充填就困難。

§1-2液態(tài)金屬的凝結(jié)與縮短

一、鑄件的凝結(jié)方式

逐層凝結(jié)

糊狀凝結(jié)

中間凝結(jié)

溫溫abc度度液相線(xiàn)t鑄件t鑄件液相線(xiàn)t鑄件固相線(xiàn)S

液成分固固液表層中心表層中心表層中心凝結(jié)區(qū)

影響鑄件凝結(jié)方式的主要因素：

（1）合金的結(jié)晶溫度范圍

合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝結(jié)地區(qū)愈窄，愈傾向于逐層凝結(jié)。

（2）鑄件的溫度梯度

在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝結(jié)地區(qū)的寬窄取決與鑄件內(nèi)外層之間的溫

度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝結(jié)區(qū)由寬變窄。

二、合金的縮短

縮短的見(jiàn)解

合金的縮短經(jīng)歷以下三個(gè)階段：

（1）液態(tài)縮短從澆注溫度到凝結(jié)開(kāi)始溫度之間的縮短。

T澆—T液（2）凝結(jié)縮短

（3）固態(tài)縮短

體縮短率：V

從凝結(jié)開(kāi)始到凝結(jié)停止溫度間的縮短。

T液—T固

從凝結(jié)停止溫度到室溫間的縮短。

T固—T室V鑄型V鑄件100%

溫T澆

度

T液

T固

線(xiàn)縮短率：L

V鑄件

L鑄型L鑄件

L鑄件

100%

T室

成分體縮短率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根根源因。

線(xiàn)縮短率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的根根源因。

縮孔與縮松

液態(tài)合金在冷凝過(guò)程中，若其液態(tài)縮短和凝結(jié)縮短所減少的容積得不到補(bǔ)充，則在鑄件最后凝結(jié)的部位形成一些孔洞。大而會(huì)集的稱(chēng)為縮孔，微小而分其他稱(chēng)為縮松。

1)縮孔和縮松的形成

2)縮孔和縮松的防備

防備縮孔和縮松常用的工藝舉措就是控制鑄件的凝結(jié)序次，使鑄件實(shí)現(xiàn)“序次凝結(jié)”

暗冒口

冒口—積蓄補(bǔ)縮用金屬液的空腔。

序次凝結(jié)—鑄件依照必然的序次漸漸凝結(jié)。

搜尋熱節(jié)的方法：等溫線(xiàn)法；內(nèi)切圓法。

熱節(jié)

冷鐵

同時(shí)凝結(jié)—整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝結(jié)。

冷鐵

§1-3液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力、變形與裂紋

一、液態(tài)成形內(nèi)應(yīng)力

鑄件在凝結(jié)今后的連續(xù)冷卻過(guò)程中，其固態(tài)縮短碰到阻截，鑄件內(nèi)部立刻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。1．.機(jī)械應(yīng)力（縮短應(yīng)力）

合金的線(xiàn)縮短碰到鑄型、型芯、

澆冒系統(tǒng)的機(jī)械阻截而形成的

內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)應(yīng)力。

2．熱應(yīng)力

熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不平均，

上

下型

各部分冷卻速度不相同，致使在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分縮短不一致而惹起的應(yīng)力。

+121-2t0~t1：:

t1~t2：

t2~t3：

T

TH

1塑性狀態(tài)

T臨彈性狀態(tài)

T室2tt0t1t2t3熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。

熱應(yīng)力是永遠(yuǎn)應(yīng)力。

二、鑄件的變形與防備

+

-

防備變形的方法：1）使鑄件壁厚盡可能平均；

2）采用同時(shí)凝結(jié)的原則；

3）采用反變形法。

三、鑄件的裂紋與防備

．熱裂

熱裂的形狀特點(diǎn)是：裂紋短、空隙寬、形狀波折、縫內(nèi)呈氧化色。

熱裂的防備：①應(yīng)盡量選擇凝結(jié)溫度范圍小，熱裂傾向小的合金。

②應(yīng)提高鑄型和型芯的退步性，以減小機(jī)械應(yīng)力。

③關(guān)于鑄鋼件和鑄鐵件，必定嚴(yán)格控制硫的含量，防備熱脆性。

．冷裂

冷裂的特點(diǎn)是：裂紋微小，呈連續(xù)直線(xiàn)狀，縫內(nèi)有金屬光彩或略微氧化色。

冷裂的防備：1）使鑄件壁厚盡可能平均；

2）采用同時(shí)凝結(jié)的原則；

3）關(guān)于鑄鋼件和鑄鐵件，必定嚴(yán)格控制磷的含量，防備冷脆性。

§1-4液態(tài)成形件的質(zhì)量與控制

常有鑄件弊端及特點(diǎn)

名稱(chēng)特征名稱(chēng)特征主要為梨形、圓形、橢圓形的孔洞，表縮孔1．縮孔：形狀為不規(guī)則的關(guān)閉或敞露的空洞，孔壁粗拙并帶有枝狀晶，常出現(xiàn)在鑄件最后凝結(jié)部氣孔面較圓滑，一般不在鑄件表面露出，大位。孔獨(dú)立存在，小孔則成群出現(xiàn)。縮松2．所松：鑄件斷面上出現(xiàn)的分別而微小的縮孔。

1．熱裂：斷面嚴(yán)重氧化，無(wú)金屬光彩，斷口沿晶鑄件的部分或整個(gè)表面粘附著一層金界產(chǎn)生和發(fā)展，外形波折而不規(guī)則的裂紋。粘砂屬和砂粒的機(jī)械混和物，多發(fā)生在鑄件裂紋2．冷裂：穿過(guò)晶體而不沿晶界斷裂，斷口有金屬厚壁和熱節(jié)處。光彩或有略微氧化色。鑄件表面上有突出的金屬片狀物，表夾砂面粗拙，邊角尖利，有小部分與鑄件本

體相連。

灰鑄鐵件斷面全部或表面出現(xiàn)亮白色白口組織，常在鑄件薄的斷面，棱角及邊緣

部分。

化學(xué)

成分

及力鑄件的化學(xué)成分和硬度、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌學(xué)性度、耐熱、耐蝕及耐磨等性能不符合技術(shù)條件要求。

能不

合格

鑄件弊端的產(chǎn)生與鑄造工藝、造型資料、模具、合金的熔煉與澆注、鑄造合金的選擇、鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)、技術(shù)要求的設(shè)計(jì)可否合理等各個(gè)環(huán)節(jié)親密有關(guān)。因此，應(yīng)從以下幾個(gè)方面控制鑄件質(zhì)量：

1．合理選定鑄造合金和鑄件構(gòu)造

2．合理制定鑄件的技術(shù)要求擁出弊端的鑄件其實(shí)不都是廢品，在合格鑄件中，贊同存在那些弊端及其存在的程度，應(yīng)在零件圖或有關(guān)的技術(shù)文件中做出詳細(xì)規(guī)定，作為鑄件質(zhì)量要求的依照。

3．鑄件質(zhì)量查驗(yàn)鑄件質(zhì)量查驗(yàn)是控制鑄件質(zhì)量的重要舉措。

鑄件查驗(yàn)的項(xiàng)目有：鑄件外觀質(zhì)量，包括鑄件表面弊端、表面粗拙度、重量公差和尺寸公差等；鑄件內(nèi)在質(zhì)量，包括鑄件內(nèi)部弊端、化學(xué)成分、金相組織和材質(zhì)性能等；鑄件使用性能，包括鑄件在強(qiáng)力、高速、耐蝕、耐熱、耐低溫等不相同條件下的工作能力。

鑄件質(zhì)量查驗(yàn)最常用的是宏觀法。它是經(jīng)過(guò)肉眼察看（或借助尖咀錘）找出鑄件的表面弊端和皮下弊端，如氣孔、砂眼、夾渣、粘砂、縮孔、澆不到、冷隔、尺寸誤差等。關(guān)于內(nèi)部弊端則要用儀器查驗(yàn)，如著色浸透查驗(yàn)、超聲波探傷、射線(xiàn)探傷、磁粉探傷、熒光探傷、耐壓試驗(yàn)等。其他，若有必要還應(yīng)付鑄件進(jìn)行解剖查驗(yàn)、金相查驗(yàn)、力學(xué)性能查驗(yàn)和化學(xué)成分分析等。

常用液態(tài)成形合金及其熔煉

§2-1鑄鐵件生產(chǎn)

鑄鐵是含碳量大于2.11%（平常為2.5%-4.0%）的鐵碳合金。

依照碳在鑄鐵中存在形式的不相同，鑄鐵可分為：

1.白口鑄鐵：碳全部以Fe3C的形式存在，斷口呈銀色。由于白口鑄鐵擁有優(yōu)秀的耐磨性，因此有時(shí)也用來(lái)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。

2．灰口鑄鐵：碳大部或全部以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。

3．麻口鑄鐵：組織中既存在石墨、又有萊氏體，是白口和灰口之間的過(guò)渡組織，因斷口處有黑白相間的麻點(diǎn)，故而得名。

依照鑄鐵中石墨形態(tài)的不相同，灰口鑄鐵又可分為：

1．一般灰口鑄鐵：簡(jiǎn)稱(chēng)灰口鑄鐵，其石墨呈片狀。如圖a所示

2．可鍛鑄鐵：其石墨呈團(tuán)絮狀。如圖b所示。

3．球墨鑄鐵：其石墨呈球狀。如圖c所示。

4．蠕墨鑄鐵：其石墨呈蠕蟲(chóng)狀。如圖d所示。a

a

一、影響鑄鐵組織和性能的因素

鑄鐵中的碳能夠以化合態(tài)滲碳體和游離態(tài)石墨兩種形式存在。

碳以石墨形式析出的現(xiàn)象稱(chēng)為石墨化。

1、化學(xué)成分

1）碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促進(jìn)石墨化的素。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，石墨顯然增加。

因此：當(dāng)鑄鐵中碳、硅含量均高時(shí)，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金屬基體中鐵素體增加，珠光體減少。

2）硫：硫是強(qiáng)烈阻截石墨化元素。

硫量高易促進(jìn)碳以Fe3C白口組織；

硫量高熱脆性；

使鑄鐵鑄造性能惡化（如降低流動(dòng)性，增大收率）。

因此：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則應(yīng)更低。

3）錳：錳是弱阻截石墨化元素，擁有牢固珠光體，提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度的作用。

一般控制在0.6~0.12%之間

4）磷：磷對(duì)鑄鐵的石墨化影響不顯然。含磷過(guò)高將增加鑄鐵的冷脆性。

限制在0.5%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則限制在0.2~0.3%以下。

2．冷卻速度

1）鑄型資料

2）鑄件壁厚鑄件壁愈厚，冷卻速度愈慢，則石墨化傾向愈大，愈

易獲得粗大的石墨片和鐵素體基體。由此可知：隨著壁厚的增加，石墨片的數(shù)量和尺寸都大，鑄鐵強(qiáng)度、硬度反而下降。這一現(xiàn)象稱(chēng)為壁厚（對(duì)力

增

學(xué)性能的）敏感性。在實(shí)質(zhì)生產(chǎn)中，一般是依照鑄件的壁厚（主要部位的厚），選擇適合的化學(xué)成分（主要指碳、硅），以獲得所需

壁

要

wC+wSi）

%

a

10203040506070

鑄鐵壁厚

（mm）

二、灰口鑄鐵

（一）灰口鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能

．灰口鑄鐵的化學(xué)成分與組織

灰口鑄鐵的化學(xué)成分一般為：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，，S≤0.15%，P≤0.3%。

鐵素體灰口鑄鐵（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(lái)制造性能要求不

高的鑄件和一些薄壁件。

鐵素體-珠光體灰口鑄鐵（F+P+G片）：

此種鑄鐵強(qiáng)度亦較低，但可知足一般機(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。

珠光體灰口鑄鐵（P+G片）：

這種鑄鐵強(qiáng)度和硬度較高，主要用來(lái)制造較為重要的機(jī)件。

．灰口鑄鐵的性能

1）力學(xué)性能：σb=120-250Mpa，僅為鋼件的20-30%，δ≈0

2）優(yōu)秀的減振性3）優(yōu)秀的耐磨性4）低的缺口敏感性（二）灰口鑄鐵的孕育辦理灰口鑄鐵的組織和性能，很大程度上取決于石墨的數(shù)量、大小和形態(tài)。孕育辦理—熔煉出相當(dāng)于白口或麻口組織180的硬的低碳、低硅的高溫鐵水，向鐵水中沖進(jìn)細(xì)顆粒孕育劑，孕育劑在鐵水中形成大批彌散的石墨170結(jié)度細(xì)晶中心，使石墨化作用忽然提高，進(jìn)而獲得在晶粒珠光體上平均的散布著細(xì)片狀石墨的組HB織。孕育鑄鐵：P細(xì)+G細(xì)片160σb=250-400Mpa，HB=170-270，δ≈0150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%。140冷卻速度對(duì)其組織和性能的影響很小。15010050050100150孕育鑄鐵適用于靜載荷下，要求較高表面中心表面

強(qiáng)度、硬度、耐磨性或氣密性的鑄件，

特別是厚大截面鑄件。如重型機(jī)床床

身，汽缸體、缸套及液壓件等。

必定指出：

①孕育鑄鐵原鐵水的碳、硅含量不能夠太高；

②原鐵水出爐溫度不應(yīng)低于1400℃；

③經(jīng)孕育辦理后的鐵水必定趕快澆注，以防備孕育作用衰落。

（三）灰口鑄鐵的工藝性能

．優(yōu)秀的鑄造性能。優(yōu)秀的流動(dòng)性、小的縮短率。

．優(yōu)秀的切削加工性能。

．鑄造性和焊接性差。

（四）灰口鑄鐵生產(chǎn)特點(diǎn)及牌號(hào)采用

．灰口鑄鐵件的生產(chǎn)特點(diǎn)

1）灰口鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，成本廉價(jià)；

2）擁有優(yōu)秀的鑄造性能。

3）灰口鑄鐵一般不經(jīng)過(guò)熱辦理來(lái)提高其性能。

．灰口鑄鐵的牌號(hào)采用

灰口鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音“HT”和一組數(shù)字表示，數(shù)字表示其最低抗拉強(qiáng)

度σb（Mpa）。灰鐵牌號(hào)組織用途舉例HT100F+G片蓋、外罩、油盤(pán)、手輪、支架、底板、鑲導(dǎo)軌的機(jī)床底座等對(duì)強(qiáng)度無(wú)要求的零件HT150F+P+G片底座、床身、與HT200相當(dāng)?shù)牧锇?、工作臺(tái)；泵殼、容器、法蘭盤(pán);工作壓力不太大的管件HT200F+P+G片要求高的強(qiáng)度和必然耐蝕能力的泵殼、容器、塔器、法蘭、硝化塔機(jī)床床身、立柱、平尺、劃線(xiàn)平板、汽缸、齒輪、活塞、剎車(chē)輪、聯(lián)軸器盤(pán)、水平儀框架HT250P+G片壓力為80Mpa以下的油缸、泵體、閥門(mén)HT300P細(xì)+G細(xì)片床身導(dǎo)軌、車(chē)床、沖床等受力較大的床身、機(jī)座、主軸箱、卡盤(pán)、齒輪、高壓油缸、水缸、泵體、閥門(mén)、襯套、凸輪、大型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、氣缸體、HT350P細(xì)+G細(xì)片氣缸蓋；冷鐓模、冷沖模

三、可鍛鑄鐵

（一）可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號(hào)及采用

．可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號(hào)及采用

1）鐵素體（黑心）可鍛鑄鐵（F+G團(tuán)）：

擁有優(yōu)秀的塑性和韌性，耐蝕性較高，適于制造承受振動(dòng)和沖擊、形狀復(fù)雜的薄壁小件，如汽車(chē)拖拉機(jī)的底盤(pán)類(lèi)零件、各樣水管接頭、農(nóng)機(jī)件等。

2）珠光體（P+G團(tuán)）：

其強(qiáng)度、硬度、耐磨性?xún)?yōu)秀，并可經(jīng)過(guò)淬火、調(diào)質(zhì)等熱辦理加強(qiáng)?？纱驽戜撝圃煨⌒瓦B桿、曲軸等重要件。

．可鍛鑄鐵的牌號(hào)

可鍛鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音和兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示其最低抗拉強(qiáng)

度σb（Mpa），第二組數(shù)字表示其最低伸長(zhǎng)率δ。

可鐵黑

KTH300—06

σδb

牌號(hào)組織

KTH300—06F+G團(tuán)KTH330—08F+G團(tuán)KTH350—10F+G團(tuán)KTH370—12F+G團(tuán)KTZ450—06P+G團(tuán)KTZ550—04P+G團(tuán)KTZ650—02P+G團(tuán)

可鐵珠

KTZ450—06

σbδ

用途舉例

三通、管件、中壓閥門(mén)

輸電線(xiàn)路件、汽車(chē)、拖拉機(jī)的前后輪殼、差速

器殼、轉(zhuǎn)向節(jié)殼、制動(dòng)器；農(nóng)機(jī)件及冷暖器接

優(yōu)等。

曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環(huán)、

軸套、犁片、耙片、閘、萬(wàn)向接頭、棘輪、扳

手、傳動(dòng)鏈條、礦車(chē)輪KTZ700—02P+G團(tuán)

（二）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)

1.鑄出白口坯料

1）碳、硅含量要低。平常為2.4~2.8%C，0.4~1.4%Si。

2）冷卻速度要快。

2.石墨化退火

石墨化退火的總周期一般為40~70小時(shí)

高溫階段的石墨化退火時(shí)間需10-20小時(shí)

四、球墨鑄鐵

1．球墨鑄鐵的組織、性能、牌號(hào)及用途

1）珠光體球墨鑄鐵（P+F少+G球）℃920℃-980℃Fe3CA+G團(tuán)720℃650℃

PF+G團(tuán)P+G團(tuán)F+G團(tuán)t

其性能特點(diǎn)是：σb=600~800MPa;δ=2%

a）強(qiáng)度高。特別是服氣強(qiáng)度高，屈、強(qiáng)比（σσb≈～）高于45號(hào)鋼（σσb≈0.6)；

b）疲倦強(qiáng)度較高；

c）硬度和耐磨性遠(yuǎn)比高強(qiáng)度灰鑄鐵高。

因此，珠光體球墨鑄鐵可代替碳鋼制造某些受較大交變負(fù)荷的重要件，如曲軸、連桿、凸輪、蝸桿等。

2）鐵素體球墨鑄鐵（F+P少+G球）

其性能特點(diǎn)：σb=450~500MPa;δ=17%

我國(guó)主要用于代替可鍛鑄鐵制造汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件，如后橋殼等。外國(guó)則大批用于鑄管，如上、下水管道及輸氣管道等。

球墨鑄鐵的牌號(hào)用漢語(yǔ)拼音“QT”和兩組數(shù)字表示，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。球鐵

牌號(hào)組織用途舉例QT400—17F+G球汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件，輪轂、驅(qū)動(dòng)橋殼、QT420—10F+G球差速器殼、撥叉、中低壓閥門(mén)、管道。QT500—05F+P+G球機(jī)座、傳動(dòng)軸、機(jī)車(chē)護(hù)瓦等。QT600—02P+G球曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環(huán)、QT700—02P+G球軸套、汽缸套、機(jī)床蝸輪、蝸桿等QT800—02P+G球QT1200—01B下+G球汽車(chē)后橋螺旋錐齒輪、大減速器齒輪、曲軸、凸輪等

2．球墨鑄鐵的生產(chǎn)

1）控制原鐵水化學(xué)成分

a）應(yīng)嚴(yán)格控制S≤0.07%、P≤0.1%。

b）適合提高含碳量（～4.0%C），以改良鑄造性能。

2）較高的鐵水溫度：出爐溫度應(yīng)高于1400℃。

3）球化辦理和孕育辦理

a）球化辦理

球化劑的作用：促進(jìn)石墨在結(jié)晶時(shí)呈球狀析出。稀土鎂合金球化劑加入量一般為鐵水重量的1.0-1.6%。

b）孕育辦理

孕育劑的作用：促進(jìn)鑄鐵石墨化，防備球化元素所造成的白口傾向。

常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水重量的0.4-1.0%。

球化辦理工藝有沖進(jìn)法和型內(nèi)球化法。

鐵水

冒口

積渣包出鐵槽

鐵水

草木灰

硅鐵粉

合金球化劑鑄件反響室

4）球墨鑄鐵的熱辦理

退火、正火及其他熱辦理（淬火、回火等）。

五、蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的性能特點(diǎn)：

（1）力學(xué)性能（強(qiáng)度和韌性）比灰鑄鐵高，與鐵素體球墨鑄鐵周邊。

（2）壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多。

（3）導(dǎo)熱性和耐疲倦性比球墨鑄鐵高得多，與灰口鑄鐵周邊。

（4）耐磨性比灰口鑄鐵好，為HT300的倍以上。

（5）減振性比球墨鑄鐵高，但比灰口鑄鐵低。

（6）工藝性能優(yōu)秀，鑄造性能近于灰口鑄鐵，切削加工性能近于球墨鑄鐵。

蠕墨鑄鐵主要用來(lái)代替高強(qiáng)度灰鑄鐵、合金鑄鐵、鐵素體球墨鑄鐵和鐵素體可鍛鑄鐵生產(chǎn)復(fù)雜的大型鑄件。如大型柴油機(jī)機(jī)體、大型機(jī)床立柱等，更適合制造在熱循環(huán)作用下工作的零件，如大型柴油機(jī)汽缸蓋、排汽管、制動(dòng)盤(pán)、鋼錠模及金屬型等

牌號(hào)組織用途舉例RT260F+G蠕汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)類(lèi)零件、驅(qū)動(dòng)橋殼、閥體等RT300F+P+G蠕排氣管、變速箱體、汽缸蓋、紡織零件、液壓件等RT340F+P+G蠕重型機(jī)床件、大型齒輪箱體、蓋、剎車(chē)鼓、玻璃模具、飛輪等RT380P+G蠕活塞環(huán)、氣缸套、制動(dòng)盤(pán)、玻璃模具、剎車(chē)鼓、鋼珠研磨盤(pán)吸泥泵RT420P+G蠕體等

§2-2鑄鋼件生產(chǎn)

一、鑄鋼的分類(lèi)、性能、牌號(hào)及應(yīng)用1

．碳素鋼1）低碳鋼：

2）中碳鋼：

3）高碳鋼：

鑄造性能差、應(yīng)用較少。

鑄造性能較好、應(yīng)用寬泛。

鑄造性能差、應(yīng)用較少。2．合金鋼1）低合金鋼：

Me<5%2）高合金鋼：

Me>5%

Mn13

化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）鋼號(hào)舊鋼號(hào)CSiMnP、S用途舉例≤ZG200~400ZG15用于受力不大、要求韌性高的各樣機(jī)械零件，如機(jī)座、箱體等ZG230~450ZG25用于受力不大、要求韌性較高的各樣機(jī)械零件，如外殼、軸承蓋、閥體、砧座等ZG270~500ZG35用于軋鋼機(jī)機(jī)架、軸承座、連桿、曲軸、缸體、箱體等ZG310~570ZG45用于負(fù)荷較高的零件，如大齒輪、缸體、制動(dòng)輪、棍子等ZG340~640ZG55用于齒輪、棘輪、聯(lián)接器、叉優(yōu)等

二、鑄鋼的熔鑄工藝特點(diǎn)鑄鋼的鑄造性能差：流動(dòng)性差、縮短大。

1）鑄件要布置冒口和冷鐵；2）必定嚴(yán)格控制澆注溫度；

3）鑄件的壁不能夠太薄。2.鑄鋼的熱辦理：退火：C

0.35%；正火：

C

0.35%3.鑄鋼的熔煉：電爐

§2-3鑄造有色合金

一、鑄造銅合金

1．鑄造黃銅(Cu-Zn)

鑄造黃銅有相當(dāng)高的力學(xué)性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含銅量低，價(jià)錢(qián)低于鑄造青銅，而且它的凝結(jié)溫度范圍小，有

優(yōu)秀的鑄造性能。因此鑄造黃銅常用于生產(chǎn)重載低速下或一般用途下的軸承、襯套、齒輪等耐磨件和閥門(mén)及大型螺旋槳等耐蝕件等。

2．鑄造青銅

青銅是指除了銅鋅合金以外的其他銅合金。

鑄造錫青銅的力學(xué)性能雖低于黃銅，但其耐磨、耐蝕性?xún)?yōu)于黃銅，錫青銅特別適合制造高速滑動(dòng)軸承和襯套。除錫青銅外，還有鋁青銅、鉛青銅、鈹青銅等，

其中鋁青銅有優(yōu)秀的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕性，但鑄造性能較差，僅用于重要用

途的耐磨、耐蝕件。

二、鑄造鋁合金

．鋁硅合金（Al-Si）

鋁硅合金流動(dòng)性好、線(xiàn)縮短率低、熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠的強(qiáng)度，

因此應(yīng)用最廣。常用于制造形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)缸體、化油器、儀表外殼等。

．鋁銅合金（Al-Cu）

鋁銅合金的鑄造性能差，熱裂傾向大、氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，

主要用于制造活塞、汽缸優(yōu)等。

．鋁鎂合金（Al-Mg）

鋁鎂合金是全部鋁合金中比強(qiáng)度最高的，主要用于航天、航空或長(zhǎng)遠(yuǎn)在大氣、

海水中工作的零件等。

．鋁鋅合金（Al-Zn）

液態(tài)金屬的成形工藝方法

3-1砂型鑄造成形工藝

一、手工造型

適用于單件、小批量生產(chǎn)

二、機(jī)器造型

1)生產(chǎn)效率高;

2)鑄型質(zhì)量好（緊實(shí)度高而平均、型腔輪廓清楚）;

3)設(shè)施和工藝裝備花銷(xiāo)高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。

適用于中、小型鑄件的成批、大批量生產(chǎn)。

．機(jī)器造型的造型方法：1）振擊壓實(shí)

2）汽動(dòng)微振壓實(shí)

3）高壓造型

4）拋砂緊實(shí)

．機(jī)器造型的造芯方法：1）射芯機(jī)

2）殼芯機(jī)

§3-2金屬型鑄造成形工藝

將液態(tài)金屬澆入金屬型獲得鑄件的生產(chǎn)方法。一、金屬型的資料及構(gòu)造

資料一般采用鑄鐵，要求較高時(shí)，可采用碳鋼或低合金鋼。金屬型的構(gòu)造有水均分型式、垂直分型式和復(fù)合分型式等。

二、金屬型的鑄造工藝

．加強(qiáng)金屬型的排氣；

．在金屬型的工作表面上噴刷涂料；

．預(yù)熱金屬型并控制其溫度；

．實(shí)時(shí)開(kāi)型。

三、金屬型鑄造的特點(diǎn)及適用范圍

1．金屬型鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能高。

2．鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。尺寸精度達(dá)IT12~IT14，Ra值

平均可達(dá)μm。

．生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件獲得改良。

．金屬型不透氣、無(wú)退步性、鑄件冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆不到、冷隔、白口等鑄造弊端。

應(yīng)用：主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。

§3-3熔模鑄造成形工藝

在易熔模樣表面包覆若干層耐火資料，待其硬化干燥后，將模樣熔去制成中空型殼，經(jīng)澆注而獲得鑄件的一種成形工藝方法。

一、熔模鑄造的工藝過(guò)程

二、熔模鑄造的特點(diǎn)和適用范圍

1．鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，公差等級(jí)可達(dá)IT11~IT13，表面粗拙度Ra值達(dá)

μm。

2．合金種類(lèi)不受限制，特別適用于高熔點(diǎn)及難加工的高合金鋼，如耐熱合金、不

銹鋼、磁鋼等。

3．可鑄出形狀較復(fù)雜的鑄件，如鑄件上寬度大于3mm的凹槽、直徑大于2mm的

小孔均可直接鑄出。

4．生產(chǎn)批量不受限制，單件、成批、大批生產(chǎn)均可適用。

5．工藝過(guò)程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；原資料價(jià)錢(qián)貴，鑄件成本高；鑄件不能夠太大、

太長(zhǎng)，否則熔模易變形，喪失原有精度。

應(yīng)用：它最適合25kg以下的高熔點(diǎn)、難以切削加工合金鑄件的成批大批生產(chǎn)。

§3-4壓力鑄造成形工藝

液態(tài)金屬在高壓作用下迅速壓入金屬鑄型中，并在壓力下結(jié)晶，以獲得鑄件的成形工藝方法。

一、壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程

二、壓力鑄造的特點(diǎn)和適用范圍

1．鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量最高。公差等級(jí)一般為

IT11~IT13級(jí)，Ra為μm。

2．鑄件的強(qiáng)度和表面硬度高。抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄造

提高25~30%，但伸長(zhǎng)率有所下降。

3．可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件。

4．生產(chǎn)率高。國(guó)產(chǎn)壓鑄機(jī)每小時(shí)可鑄50~150

次，最高可達(dá)500次。

5．便于采用鑲嵌法。

6．壓鑄設(shè)施投資大，壓鑄型制造成本高，工藝準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，不適合單件、小批生

產(chǎn)。

7．由于壓鑄型壽命的原因，當(dāng)前壓鑄尚不適合鑄鐵、鋼等高熔點(diǎn)合金的鑄造。

8．壓鑄件內(nèi)部存在縮孔和縮松，表皮下形成

很多氣孔。

三、在壓鑄件的設(shè)計(jì)和使用中，應(yīng)注意的問(wèn)題

1．應(yīng)使鑄件壁厚平均，并以3~4mm壁厚為宜，最大壁厚應(yīng)小于6~8mm，以防

止縮孔、縮松等弊端。

2.壓鑄件不能夠進(jìn)行熱辦理或在高溫下工作，免得壓鑄件內(nèi)氣孔中的氣體膨脹，導(dǎo)

致鑄件表面鼓泡或變形。

3．壓鑄件應(yīng)盡量防備切削加工，以防備內(nèi)部孔洞外露。

4.由于壓鑄件內(nèi)部松懈，塑性、韌性相對(duì)較差，因此不適合制造承受沖擊的制件。

應(yīng)用：有色薄壁小件的大批量生產(chǎn)。

§3-5低壓鑄造成形工藝

低壓鑄造是在大氣壓的低壓下將金屬液注入型腔，并在壓力下凝結(jié)成形，以獲得鑄件的方法。

一、低壓鑄造的工藝過(guò)程

二、低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1．澆注壓力和速度便于調(diào)治，可適應(yīng)不相同資料

的鑄型。

2．鑄件的氣孔、夾渣等弊端較少。

3．便于實(shí)現(xiàn)序次凝結(jié)，使鑄件組織致密、力學(xué)

性能高。

4．由于省去了補(bǔ)縮冒口，使金屬的利用率提高

90~98%。

應(yīng)用：當(dāng)前寬泛應(yīng)用于鑄造鋁合金鑄件，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、葉輪等，也可用于球墨鑄鐵、銅合金等澆注較大的鑄件，如球鐵曲軸、銅合金螺旋槳等。

§3-6其他鑄造成形工藝方法簡(jiǎn)介

一、擠壓鑄造

二、陶瓷型鑄造

三、實(shí)型鑄造

液態(tài)成形金屬件的工藝設(shè)計(jì)

4-1鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)

一、鑄件壁厚的設(shè)計(jì)

．合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚1）鑄件的最小壁厚

在必然鑄造工藝條件下，所能澆注出的鑄件最小壁厚。

鑄合金種類(lèi)造鑄件尺寸方（mm）鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金法砂<200×20085～66533～5200×20~鑄10～126～1012846～8500×500造>500×50015～2015～201