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新教材新教材铸造造2 2、铸造的特点；、铸造的特点；1）可以生产各种形状，特别是具有复杂内腔的铸件；2）可以用各种金属，如铸铁、钢、非铁金属、难熔合金铸造铸件。3）可以生产重量从几克到几百吨，壁厚从不到一毫米到几百毫米的铸件，如气缸体、气缸、曲轴、减速箱体、活塞等。铸铸件件通通常常作作为为毛毛坯坯，经经切切削削加加工工后后成成为为零零件件才才能使用，但有时也可作为零件而直接使用。能使用，但有时也可作为零件而直接使用。2020/12/2723 3、砂型铸造工艺流程、砂型铸造工艺流程2020/12/273第一节第一节 铸造工艺基础铸造工艺基础1-1 1-1 液态合金的充型液态合金的充型将液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰，薄而复杂的铸件的能力，称为液态合金的充型能力充型能力。合金浇注时，必须要有比较好的充型能力。若合金的充型能力不好，则会产生浇不到或冷隔等铸造缺陷，如图所示。2020/12/274影响充型能力的主要因素如下：影响充型能力的主要因素如下：1、合金的流动性、合金的流动性合金的流动性，是合金的铸造性能之一。合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇注轮廓清晰、形状完整、薄而复杂的铸件。合金的流动性取决于合金的化学成分，它与合金相图中的结晶温度区间有关。结晶温度区间小，合金的流动性好。共晶成分具有最好的流动性。合金的熔点越高流动性越差。2020/12/275用浇注螺旋形试样的长度来衡量，如图所示：合金的流动性2020/12/2762020/12/277 2、浇注条件、浇注条件浇注温度浇注温度：浇注时，液态合金所处的温度为浇注温度。合金的充型能力随着浇注温度的升高而明显增强。但浇注温度如果过高，由于液态合金吸气增多（气孔）、氧化严重（氧化夹杂）。选择选择浇注温度浇注温度原则：在保证合金能充满原则：在保证合金能充满铸型的前提下，浇注温度越低越好。铸型的前提下，浇注温度越低越好。2020/12/2783、铸型性质（、铸型性质（包括有关铸型的多方面因素）铸型导热能力差，散热慢，则合金保持在液态的时间长，充型能力好。直浇口高度大，则可提高液态合金的充型能力。此外，零件壁厚小、复杂程度高充型能力降低。2020/12/2791-2 铸件的凝固铸件的凝固铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称一次结晶。铸件的凝固铸件的凝固在铸件凝固过程中，一般存在着固相区、凝固区和液相区三个区域，其中凝固区是液相与固相共存的区域，凝固区的大小对铸件质量影响较大，按照凝固区宽窄，分为逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种凝固方式，如图2-4所示。2020/12/27102020/12/27111逐逐层层凝凝固固纯金属和共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域的宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心，如图2-4(a)所示。2中中间间凝凝固固 金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，如图2-4(b)所示。2020/12/27123体体积积凝凝固固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固时，其液固共存凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件截面，如图2-4(c)所示。影响铸件凝固方式主要因素是合金的结晶温度范围（取决于合金化学成分）和铸件的温度梯度。合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。当合金成分一定时，凝固方式取决于铸件截面上的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。2020/12/2713 1-3 1-3 铸件的收缩铸件的收缩收缩是体积和尺寸减小的现象，是合金的铸造性能之一1、合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段液态收缩液态收缩 从浇注温度冷却到液相线温度产生的收缩；凝固收缩凝固收缩 从液相线温度冷却到固相线温度产生的收缩；固态收缩固态收缩 从固相线温度冷却到室温的收缩。2020/12/2714合金的液态收缩和凝固收缩表现为型腔内液面的降低（体积缩小），通常用体收缩率来表示，它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩表现为铸件尺寸的缩小，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。不同合金的收缩率不同。2020/12/2715影响收缩的因素影响收缩的因素1 1）化学成分影响）化学成分影响 碳素铸钢随含碳量增加，凝固收缩增加，固态收缩略减。灰铸铁中，碳硅含量增多，收缩减少。铸钢的铸钢的收缩率大于铸铁。收缩率大于铸铁。2 2）浇注温度影响）浇注温度影响 浇注温度越高过热度越大，液态收缩增加。因此在满足流动性前提下，尽量采取低温浇注措施减少液态收缩。3 3）铸件结构和铸型影响）铸件结构和铸型影响 自由收缩和限制收缩（铸件收缩率要小于合金的自由收缩率)2020/12/27162 2、铸件中的缩孔与缩松、铸件中的缩孔与缩松由液态收缩和凝固收缩造成1)缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成（1 1）缩孔）缩孔缩孔是在铸件最后凝固部位容积大而集中的孔洞，呈倒圆锥形，内表面粗糙。（2 2）缩松）缩松细小而分散的缩孔称为缩松。缩松常分布在铸件厚大部位、冒口根部和内浇口附近。缩松的分布面积比缩孔大得多。2020/12/2717合金的收缩率是一定的。结晶温度范围小的合金，形成缩孔倾向大，而形成缩松倾向小；反之，结晶温度范围大的合金缩孔倾向小，但缩松倾向大。缩孔形成在铸件最后凝固的部位。2020/12/27182)2)缩孔与缩松的防止缩孔与缩松的防止顺序凝固：顺序凝固：通过采用冒口和冷铁，使铸件远离冒口的部位最先凝固，然后是靠近冒口的部分凝固，最后冒口本身凝固，将收缩的体积转移到冒口中去。冒口的作用：补缩补缩。冒口为铸件的多余部份，在铸件清理时予以切除。冷铁作用：加快铸件局部的冷却速度，以控制铸件控制铸件的凝固顺序的凝固顺序。但冷铁本身但冷铁本身不起补缩作用不起补缩作用。冷铁通常用钢或铸铁制造。2020/12/2719顺序凝固的特点顺序凝固的特点顺序凝固的优点：可有效地防止缩孔和缩松。缺点：1、耗费许多合金。2、增加造型工时，加大了铸件成本。3、顺序凝固扩大了铸件各部分的温度差，促进了铸件产生应力、变形和裂纹倾向。2020/12/27202020/12/27213、铸造应力、变形和裂纹、铸造应力、变形和裂纹1)1)、铸造应力、铸造应力（1 1）热应力）热应力：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，致使在同一时期内铸件各部分收缩不一致所引起。热应力的形成过程：了解金属在不同温度的两种状态塑性状态：应力使金属产生塑性变形而应力消失弹性状态：应力不能使金属产生塑性变形而保持应力临界温度临界温度T临金属两种状态的转变温度2020/12/2722温度T时间tt1t2t3T临塑性状态弹性状态弹性拉伸部分弹性压缩部分2020/12/2723结论：热应力使铸件厚壁或心部受拉，薄壁或表层受结论：热应力使铸件厚壁或心部受拉，薄壁或表层受压压。防止热应力的方法，a)铸造工艺：采用同时凝固。同时凝固：通过采用冷铁，使铸件各部分均匀的冷却。同时凝固的优点：防止铸件产生热应力。缺点：增大了铸件产生缩孔的倾向性。理想温度分布曲线2020/12/2724b)铸件设计：力求壁厚均匀。（2）机械（收缩）应力）机械（收缩）应力它是铸件固态收缩时受到铸型和型芯的阻碍所产生的应力。在砂型铸造中，通过提高砂型和砂芯的退让性，可以减小机械应力。机机械械（收收缩缩）应应力力是是暂暂时时的的，铸铸件件经经落落砂砂后后可可自自行行消消除除。但它可与热应力共同起作用，增大某些部位的应力，促进铸件的裂纹倾向。2020/12/27252)铸件的变形和防止铸件的变形和防止铸件变形的一般规律：厚的部位呈内凹，簿的部分呈外凸。为防止铸件变形，除合理设计零件结构外，在工艺上可采用反变形法。沿高度方向如何变形2020/12/27263)3)铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止 当铸件的内部应力超过金属抗拉强度时，铸件便产生裂纹。热裂纹是在固相线附近形成的裂纹。其其形形状状特特征征是是，裂裂纹纹短短、缝缝隙隙宽宽形形状状曲曲折折，缝内表面呈氧化颜色，缝内表面呈氧化颜色，防止热裂纹的方法：正确设计零件结构外应合理地选用型砂和芯砂的粘结剂，以改善其退让性。严格限制钢和铸铁中硫的含量。2020/12/2727冷裂纹是低温下形成的裂纹。裂纹的形状特征是：裂裂纹纹细细小小、呈呈连连续续直直线线，有有时时缝缝内内呈呈轻轻微微氧氧化化色色。冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位。钢中磷含量越高，越容易产生冷裂纹。2020/12/27284 4、铸件中的气孔铸件中的气孔 根据气体的来源，可分为析出气孔、侵入气孔和反应气孔。1）、析出气孔）、析出气孔液态合金在冷却、凝固过程中，因气体溶解度下降，析析出出的的气气体体来来不不及及排排除除，而在铸件中形成的气孔而在铸件中形成的气孔，称为析出气孔。析出气孔的特征多为分散小圆孔，表面光亮，直径为0.52.0mm，或者更大，分分布布较较广广，有有时时遍遍及及整整个个铸铸件件截截面面，均均匀分布。匀分布。防止方法：降低浇注温度。防止方法：降低浇注温度。2020/12/27292）侵入气孔）侵入气孔是由于铸型表面层聚集的气气体体侵侵入入液液态态合金而形成的气孔合金而形成的气孔。侵入气孔的特征是多位于铸件局部表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形尺寸较大，呈椭圆形或梨形。防防止止方方法法：降低型砂、芯砂的发气量和提高铸型的排气能力。2020/12/27303）反应气孔）反应气孔液态合金与铸型、冷铁、芯撑或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔化学反应产生气体而形成的气孔，称为反应气孔。反应气孔多分布在铸件表层下反应气孔多分布在铸件表层下1-2毫米处，毫米处，呈皮下气孔。呈皮下气孔。2020/12/2731第二节第二节 铸造方法铸造方法砂型铸造工艺流程砂型铸造工艺流程2020/12/27322-1 手工造型手工造型用模样和型砂制造砂型的过程，称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，它可分为手工造型和机器造型两大类。2020/12/27331手工造型手工造型 用于单件、小批量生产用于单件、小批量生产手工造型方法，根据铸件的形状特点选择1)整模造型2)分模造型3)活块造型4)三箱造型5)挖砂造型6)假箱造型、地坑造型、刮板造型、脱箱造型2020/12/27342020/12/27352020/12/27362020/12/27372020/12/27382020/12/27392-1机器造型机器造型机机器器造造型型是是指指紧紧砂砂和和起起模模靠靠造造型型机机来来完完成的造型方法。成的造型方法。机器造型使用模板。模板是铸件模样、浇注系统模样和模底板的组合体，模样形成型腔，模底板形成分型面。模板通常是单面的，上模板固定在一台造型机的工作台上，造上型，下模板固定在另一台造型机的工作台上，造下型。2020/12/2740机器造型的优点：1、铸件尺寸精度高、表面粗糙度低。2、生产率高。3、劳动条件好。工艺特点：1、机器造型只适于两箱造型。2、用外砂芯解决铸件在垂直于分型面方向上有凸台、耳子、筋条或凹槽妨碍起模的问题。3、机器造型适用于成批和大量生产，它是现代化铸造生产的基本方式。2020/12/2741第第3节节 铸造工艺图的制定铸造工艺图的制定铸造工艺图是指导模样、芯盒和铸型制造生产准备以及铸件验收的基本工艺文件。3-1、浇注位置与分型面的选择、浇注位置与分型面的选择1浇注位置的选择浇注位置的选择浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。选择浇注位置的目的是为了保证铸件质量。2020/12/2742浇注位置的选择原则如下：（1）重要加工面或主要工作面应处于铸型的底面或侧面。避免出现气孔、砂眼、夹杂等缺陷；（2）铸件的大平面应处于铸型的底面。大平面朝上通常容易出现夹砂缺陷；（3）铸件薄壁朝下或倾斜，以免产生浇不足或冷隔；（4）易产生缩孔的铸件，厚的部分放在铸型的上面或侧面，实现自下而上的顺序凝固。2020/12/27432020/12/27442分型面的选择分型面的选择选择分型面的目的是为了简化造型工艺选择分型面的目的是为了简化造型工艺分型面是上型和下型的接触面。分型面的选择原则如下：（1）尽量将铸件全部或大部放在同一半铸型内，或加工面和加工基准面放在同一半铸型内，因为分型面损害了铸件精度。（2）尽量使分型面呈平面。（3）尽量减少分型面的数目。2020/12/2745上述选择浇注位置和分型面的诸原则，对于某个具体铸件来说，往往难以全面顾及，有时甚至相互矛盾。因此，需要提出几种方案，抓住主要矛盾，进行分析比较。一般说来，对质量要求高的铸对质量要求高的铸件应优先满足浇注位置的要求，对质量件应优先满足浇注位置的要求，对质量要求不高或外形复杂，生产批量又不大要求不高或外形复杂，生产批量又不大的铸件，应优先考虑分型面。的铸件，应优先考虑分型面。2020/12/27462020/12/27473-2、工艺参数的选择、工艺参数的选择1加工余量加工余量加工余量是指铸件上供机械加工时切除的金属层厚度。2起模斜度起模斜度起模斜度是指在零件图上垂直于分型面的加工表面壁上的附加斜度。起模斜度是为易于起模而设置的，绝非零件结构所需要。起模斜度的大小取决于造型方法、模样材料、垂直壁的高度等因素，通常为153，机器造型比手工造型斜度小，金属模比木模斜度小，垂直壁越高斜度越小。2020/12/27483铸孔铸孔 1）最小铸孔）最小铸孔最小铸孔孔径指的是毛坯孔径。当孔径小于最小铸孔孔径时，这个孔就不铸出来，而机械加工出来。灰铸铁件的最小铸孔推荐如下：单件、小批生产3050mm，成批生产1530mm，大量生产1215mm。零件图上不要求加工的孔，无论大小，均要铸出。2）芯头）芯头砂芯是由形成铸件轮廓的主体芯和芯头组成的。芯头是为砂芯在铸型中定位、安放、排气和从铸件中清除砂芯而采取的工艺措施。2020/12/2749芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。垂直芯头一般有上芯头、下芯头，芯头必须有一定的斜度。以便于合箱。水平芯头，为了便于合箱，铸型上芯座的端部也应留出一定的斜度。2020/12/27504收缩率收缩率铸件在凝固和冷却过程中，它的各部分尺寸一般都要缩小，铸件尺寸缩小的百分率就是收缩率，制造模样或芯盒时要按确定的收缩率，将模样或芯盒放大一些，以保证冷却后的铸件尺寸符合要求。收缩率的大小，随合金种类、铸件结构而不同，通常，灰铸铁为0.71.0，铸钢为1.52.0，有色合金为1.01.5。2020/12/27513-3、零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例、零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，1 加工余量 2 起模斜度 3 砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。2020/12/2752零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例:2020/12/275350全部11015010070M154均布下下上上收缩率1%2020/12/2754120154均布2005080258其余下下上上收缩率1%2020/12/2755第四节第四节 特种铸造特种铸造（砂型铸造以外的铸造方法）4-14-1 熔模铸造熔模铸造 2020/12/2756 图图 熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程1)1)制造金属母模制造金属母模 2)2)制造蜡模制成蜡模组制造蜡模制成蜡模组 3)3)制造铸型制造铸型 4)脱模脱模5)5)焙烧、造型焙烧、造型 6)6)浇注浇注 7)7)落砂和清理落砂和清理 2020/12/27571、熔模铸造的工艺过程、熔模铸造的工艺过程制造金属母模制造金属母模用于制造蜡模的模型。制制造造蜡蜡模模向母模中射蜡制造蜡模。蜡模的材料，通常由50的石蜡和50的硬脂酸配制而成，熔点为5457。制制成成蜡蜡模模组组 将单个蜡模焊在一个直浇口模棒上，制成蜡模组。制制造造铸铸型型按浸挂涂料-喷石英砂-硬化这个顺序重复46次，直到结成510mm厚的硬壳为止。脱脱模模将附有硬壳的蜡模组浸泡在热水槽中，如图2-49g，水温为8590，蜡模组熔化而脱出，于是得到了型壳，即没有分型面的铸型。蜡模组是用熔化法脱出的，所以这种铸造方法得名为熔模铸造。2020/12/2758造型造型 将型壳置于铁箱中，周围填上干砂。焙烧焙烧 送进焙烧炉中，焙烧温度为850950。通过焙烧，去除了型壳中的水分、残余蜡料和杂质，从而提高了型壳强度、净化了型腔。浇注浇注为了提高液态金属的充型能力，常在焙烧后趁热（600700）进行浇注，如图2-49h。通常，液态金属在重力作用下充填铸型。落砂和清理落砂和清理 落砂和清理凝固冷却后，破碎型壳，取出铸件，然后去掉浇口，清理铸件上残留的耐火材料。对于铸钢件，还需进行退火或正火处理，以细化晶粒获得所需的力学性能。2020/12/27592、熔模铸造的特点和应用范围、熔模铸造的特点和应用范围1、铸型没有分型面，不需要砂芯，型腔表面极为光洁。2、熔模铸件的表面质量好于砂型铸件，尺寸精度达IT1114，表面粗糙度达Ra25Ra3.2，加工余量仅为0.20.7mm。3、为保证尺寸精度，熔模铸件一般不超过25kg。4、熔模铸造适于铸造各种合金，尤其在铸造高熔点合金和难切削加工合金时，可充分发挥其优越性。2020/12/27605、熔模铸造时，液态金属充填热的铸型，因此，熔模铸造可以铸造薄壁、形状复杂的铸件，最小壁厚为0.7mm。6、熔模铸造适于成批、大量生产，也可用于单件生产。但以前者为主。它主要用于制造汽轮机、燃气轮机、涡轮发动机叶片和叶轮，切削刀具成型铣刀和大直径钻头以及汽车、拖拉机上的一些小零件等。目前，熔模铸造的用途正在日益扩大。2020/12/2761 4-2 4-2 金属型铸造金属型铸造1、金属铸型、金属铸型金属型和金属芯用铸铁或钢制成。金属型可反复多次使用（几百次到几千次），所以金属型铸造又叫永久型铸造。根据分型面在空间位置的不同，金属型可分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式等几种结构。2020/12/27622020/12/27632、金属型铸造的工艺过程、金属型铸造的工艺过程1）预预热热目的：延长金属型和金属芯的使用寿命。2）喷喷刷刷涂涂料料喷刷涂料的作用，是减弱液态金属对金属型和金属芯表面的热冲击和调节铸件的冷却速度。目的：延长金属型和金属芯的使用寿命。3）合型、浇注、开型）合型、浇注、开型4）清理）清理2020/12/27643、金属型铸造的特点和应用范围、金属型铸造的特点和应用范围金属型与砂型相比，尺寸精度高、表面粗糙度低、金属型铸件的表面质量和机械性能好于砂型铸件。金属型铸造实现了“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，从而大大提高了生产率。金属铸造的应用，因金属型制造费用高、使用寿命有限而受到限制。这种铸造方法主要用于有色合金。适用于中、小型铸件的成批、大量生产。薄壁铸件生产有困难。2020/12/2765 4-3 4-3 压力铸造压力铸造液态金属在压力作用下（5150MPa）充填金属铸型，并在压力作用下凝固形成铸件的方法，称为压力铸造。1、压力铸造的工艺过程、压力铸造的工艺过程预热与喷涂料、闭合压铸型（金属铸型）和注入金属（定量浇注）压铸、取出铸件、清理检验2020/12/27662020/12/27672、压力铸造的特点与应用范围、压力铸造的特点与应用范围1）压铸件的表面质量高于其他各种铸造方法生产的铸件。2）可以铸造形状复杂的薄壁件或镶嵌件，可直接铸出小孔、螺纹等。3）提高了压铸件的强度，如抗拉强度比砂型铸件高2530。4）压力铸造的生产率比其它铸造方法都高，最高可达500次小时。2020/12/27685）液态金属充型速度极高，约为0.550ms，型腔内的气体来不及排出，致使铸件内常有气孔，因此，压铸件不能进行热处不能进行热处理理。6）压铸型制造费用很高，使用寿命有限而受到限制。适于在成批、大量生产中制造低熔点有色合金的小型铸件。2020/12/2769 4-4 4-4 离心铸造离心铸造 液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力的作用下充填铸型和凝固，这种形成铸件的方法称为离心铸造。1、离心铸造的种类、离心铸造的种类离心铸造使用的铸型有砂型和金属型，其中以金属型应用最为广泛。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，通常有绕垂直轴旋转的离心铸造和绕水平轴旋转的离心铸造。2020/12/27702020/12/27712、离心铸造的特点和应用范围、离心铸造的特点和应用范围这种方法适于生产管类铸件。铸件外形靠铸型形成，内腔不用型芯。在离心力的作用下，液态金属的凝固从外向内进行，顺序凝固，因而铸件致密，没有缩孔、缩松、气孔、夹杂等缺陷，力学性能好。铸件的外表面质量高于内表面。液态金属中的气体、熔渣因比重轻均聚集在内表面。铸件内表面若需机械加工，必须增大加工余量。定量浇注，决定铸件壁厚。适合于成批大量生产各类铸造合金。2020/12/2772铸造项目方法砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造适用金属任意不限制，以铸钢为主不限制，以非铁合金为主铝、锌、镁等低熔点合金以非铁合金为主，也可用于铸钢和铸铁以铸铁、铸钢为主铸件质量范围不限制一般小于25kg以中、小型铸件为主一般小于10kg，也可用于中型铸件以中、小型铸件为主不限制生产批量不限制成批、大量生产，也可单件、小批量生产成批、大量生产成批、大量生产成批、大量生产成批、大量生产铸件尺寸公差（mm）1001.01000.31000.41000.31000.4铸件表面粗糙度粗糙Ra25Ra3.2Ra25Ra12.5Ra6.3Ra1.6Ra25Ra6.3内表面粗糙铸件铸态晶粒组织粗晶粒粗晶粒细晶粒细晶粒，内部多有气孔细晶粒加工余量大小或不加工小小或不加工较小内表面加工余量大生产率（一般机械化程度）低、中低、中中、高最高中中、高铸件最小壁厚（mm）3.0通常0.7铝合金230.51.0一般2.02020/12/2773第五节第五节 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产5-1 5-1 铸铁件的生产铸铁件的生产铸铁是碳的含量大于2.11、并含有较多Si.Mn.P.S杂质元素的铁碳合金。根据碳的存在形式，铸铁可分为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。白口铸铁中的碳基本以Fe3C形式存在，断口呈银白色，这种铸铁硬而脆，难以进行切削加工，只能用来制造非强烈冲击情况下的抗磨铸件。2020/12/2774麻口铸铁中的碳基本以Fe3C+G（石墨）形式存在，断口呈银白色中有暗灰点，这种铸铁性能与白口铸铁基本相同。灰口铸铁中的碳主要以石墨形式存在，这种铸铁的断口呈暗灰色，用来生产结构件。根据石墨形态灰口铸铁可分为普通灰口铸铁、球墨铸铁，可锻铸铁和蠕墨铸铁等。2020/12/27751、灰口铸铁、灰口铸铁1)1)灰口铸铁的组织与性能灰口铸铁的组织与性能灰灰口口铸铸铁铁的的组组织织 由金属基体和片状石墨组成。灰口铸铁分类：1、铁铁素素体体灰灰口口铸铸铁铁（强度低）、2、珠珠光光体体-铁铁素素体体灰灰口口铸铸铁铁（强度中低）、3、和珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁（强度高）。灰口铸铁的特点：灰口铸铁的特点：灰口铸铁的抗拉强度低，塑性差。灰口铸铁抗拉强度200 MPa，铸造碳钢 400 MPa。原原因因：1 1、片状石墨的强度极低，严重割裂了金属基体，减少了基体有效截面积。2、片状石墨的尖角造成应力集中，极大地降低了铸铁的强度。2020/12/2776灰口铸铁若干优良性能灰口铸铁若干优良性能但正是石墨的存在，赋于了灰口铸铁若干优良性能的一面。1、灰口铸铁的减振性大大优于钢；片状石墨对机械振动起缓冲作用，有效地阻止了动能量传播所致。2、灰口铸铁耐磨性比钢好，摩擦面上的石墨脱落后构成了大量的显微凹坑，能起储存润滑油作用，同时石墨本身也是一种良好的润滑剂。3、良好的缺口的敏感性，石墨在基体中形成了大量小缺口，因而减少了对外来缺口的敏感性。4、灰口铸铁具有优良的工艺性能，铸造性能好。流动性好，收缩率小。5、灰口铸铁切削加工性能好，但不能锻造和冲压。2020/12/27772)2)影响灰口铸铁组织和性能的因素影响灰口铸铁组织和性能的因素灰口铸铁的性能取决于组织。要控制灰口铸铁的组织和性能，就必须控制石墨化程度。石墨化是指铸铁形成石墨的过程。（1）化学成份）化学成份C.Si-为石墨化元素。碳是形成石墨的元素，硅是强烈促进石墨化的元素，碳硅含量越高，析出石墨越多，越粗大，并且使基体中铁素体增多，珠光体减少。反之，石墨减少，而细化。2020/12/2778S.Mn是反石墨化元素。硫不仅阻碍石墨化，并使铸铁具有热脆性。锰也是阻碍石墨化的元素，但它可与硫形成MnS，削弱硫的有害作用。此外锰还可提高渗碳体的稳定性，有助于形成珠光体。磷是对石墨化影响不显著的元素。磷可提高灰口铸铁的流动性和耐磨性。2020/12/2779（2 2）冷却速度）冷却速度影响铸铁冷却速度的主要因素是铸型材料和铸件壁厚。在同样的铸型条件下，铸件壁厚不同，铸铁组织不同。但在生产中，铸件结构已定，因此不能通过改变铸件壁厚来调整铸铁组织，而是根据铸件的壁厚选择适当的铁水化学成分。图2-15所示为砂型铸造时，铸件壁厚、化学成分对形铸铁组织的影响。1、白口铁（P+FeC）；2、麻口铁（P+Fe3C+G）；3、珠光体灰口铁（P+G）；4、珠光体+铁素体灰口铁（P+F+G）；5、铁素体灰口铁（F+G）2020/12/2780图2-15所示为砂型铸造时，铸件壁厚、化学成分对形铸铁组织的影响。1、白口铁（P+FeC）；2、麻口铁（P+Fe3C+G）；3、珠光体灰口铁（P+G）；4、珠光体+铁素体灰口铁（P+F+G）；5、铁素体灰口铁（F+G）2020/12/2781要求掌握的基本规律在获得灰口铸铁的前提下，降低C.Si含量，有利于获得珠光体铸铁，从而提高铸铁强度。在获得灰口铸铁的前提下，提高冷却速度，有利于获得珠光体铸铁，从而提高铸铁强度。分析问题：1231232020/12/27823)孕育铸铁孕育铸铁孕育处理：向铁水中加入将孕育剂（通常为含硅量75的硅铁合金）。生产孕育铸铁件的条件：原铁水成分C、Si含量较低。这种成分铁水若不经孕育处理直接浇注，铸件就会出现出白口组织。2020/12/2783孕育处理的作用：细化片状石墨，且均匀分布在基体上。促进获得珠光体基体，获得珠光体铸铁。防止产生白口。孕育铸铁的优点：1、冷却速度对其组织和性能的影响甚小，因此，铸件厚大截面的力学性能较为均匀。2、孕育铸铁强度高,适用于静载荷要求较高,高强度、高耐磨性或高气密性铸件。3、适用于重要的厚大铸件。2020/12/27842020/12/27854)灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号灰口铸铁的牌号以力学性能来表示。HTl00、铁素体灰铁、铁素体灰铁HT150、铁素体、铁素体-珠光体灰铁珠光体灰铁HT200、珠光体灰铁、孕育铸铁、珠光体灰铁、孕育铸铁HT250、珠光体灰铁、孕育铸铁、珠光体灰铁、孕育铸铁HT300、珠光体灰铁、孕育铸铁、珠光体灰铁、孕育铸铁HT350、珠光体灰铁、孕育铸铁、珠光体灰铁、孕育铸铁其中，“HT”代表灰口铸铁，后面的数字表示最低抗拉强度值。如 HT250，表 示 以30mm30mm试 棒 测 出 的 抗 拉 强 度 值b250MPa。分析问题：用不同成分铁水分别浇注220mm0mm、30mm30mm、40mm40mm试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa，分析各试棒的牌号和C.Si的定性含量。问题：灰铁能否通过热处理提高性能。问题：灰铁能否通过热处理提高性能。2020/12/2786表表 不同壁厚灰口铸铁件力学性能参考值及用法举例不同壁厚灰口铸铁件力学性能参考值及用法举例牌号铸件壁厚(mm)抗拉强度(MPa)硬度(HBS)用途举例HT1002.5101020203030501301009080110167931408713182122低负荷不重要件或薄件，如盖、罩、手轮、重锤等。HT1502.510102020303050175145130120136205119179110167105157承受中等负荷件，如机床支架、箱体、带轮、轴承座、法兰、泵体、阀体、飞轮、缝纫机件。HT2002.510102020303050220195170160157236148222134200129190承受中等负荷重要件，如气缸、齿轮、底架、飞轮、齿条、刀架、一般机床床身等。HT2504.010102020303050270240220200174262164247157236150225气缸、机体、床身齿轮、凸轮、油缸、轴承座、衬套、联轴器、飞轮。HT300102020303050290250230182272168251161241承受高负荷、耐磨和高气密性的重要件，如重型机床床身、压力机床身、活塞环、液压件、凸轮等。HT3501020203030503402902601992981822721712572020/12/27872、球墨铸铁、球墨铸铁1)1)、球墨铸铁的组织、性能、球墨铸铁的组织、性能组织：金属基体上分布着组织：金属基体上分布着球状石墨球状石墨。球墨铸铁种类分为珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。珠光体球墨铸铁强度、硬度高，耐磨性好；铁素体球墨铸铁塑性好，韧性好。2020/12/27882)2)球墨铸铁的生产球墨铸铁的生产(1)、球球化化处处理理：向含碳3.6-4.0%的铁水中加入稀土镁合金（球化剂）。（其中镁是具有很强球化能力的元素）球化剂的作用是使石墨呈球状析出。我国应用最广的球化剂是稀土镁合金。(2)、孕孕育育处处理理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨，常用的孕育剂为硅的质量分数75硅铁2020/12/27893)3)、球墨铸铁的牌号、球墨铸铁的牌号QT400-17 QT400-17 “QT”表示“球铁”，第一组数字400为最低抗拉强度400MPa，第二组数字17为最低延长率17%。为铁素体球墨铸铁。QT1200-01 QT1200-01 为珠光体球墨铸铁球墨铸铁的铸造性能比钢好，但低于灰铁，并可通过热处理进行强化。多数球墨铸铁件要进行热处理。球墨铸铁常用的热处理有退火和正火。退火的目的是获得铁素体基体，以提高其塑性和韧性，QT400-17，QT420-10等牌号球铁一般都需退火。正火的目的是获得珠光体基体，以提高其强度和硬度。QT600-02等牌号球铁一般都需正火。2020/12/27903、可锻铸铁、可锻铸铁1)、组织性能、组织性能组织：金属基体上组织：金属基体上分布着团絮状石墨分布着团絮状石墨性能性能 与灰口铸铁相比，可锻铸铁强度高，塑性好，性能略低于球铁。但它并不能锻造。并不能锻造。2020/12/27912)、可锻铸铁的生产、可锻铸铁的生产(1)、首首先先生生产产出出白白口口铸铸铁铁件件，（条条件件低低C.Si含含量，冷却速度要快）量，冷却速度要快）(2)、进进行行高高温温石石墨墨化化退退火火处处理理，使使组组织织中中的的渗渗碳体转变为石墨，呈团絮状石墨析出。碳体转变为石墨，呈团絮状石墨析出。可锻铸铁的铸造性能低于球铁，由于石墨化退火周期长，耗费能源，目前已基本被球铁取代。可锻铸铁的牌号：KTH300-06，牌号中的符号“KTH”表示黑心可锻铸铁；KTZ700-02，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁。字母后面两组数字的含意与球墨铸铁相同。2020/12/27925-2 5-2 铸钢件的生产铸钢件的生产1 1、铸钢的类别和性能、铸钢的类别和性能按照化学成分，铸钢分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中，碳素铸钢应用最广，约占铸钢总产量的80以上。铸钢的性能：铸钢的性能：强度高，塑性好。因此铸钢件常在重载荷或冲击载荷工况下服役。铸钢的牌号：ZG 200-400ZG 200-400，牌号中的“ZG”表示“铸钢”，第一组数字200表示最低的屈服强度为200MPa，第二组数字400表示最低的抗拉强度为400MPa。2020/12/27932、铸钢的生产工艺特点铸钢的生产工艺特点1)、钢的浇注温度高（1500）、采用电炉熔炼。2)、铸造性能差。3)、铸钢件用的型砂 透气性、耐火性、强度和退让性都要好。为此，原砂要采用颗粒大而均匀的人造石英砂。4)、为防止粘砂，铸型表面还要涂以石英粉或锆砂粉涂料。5)、铸钢件都要安置相当数量的冒口，采用顺序凝固，防止产生缩孔，一般出品率为50-60%。6)、热处理是生产铸钢件的必需工序。通过热处理改善铸钢的组织和机械性能。2020/12/2794第六节第六节 零件的铸造结构工艺性零件的铸造结构工艺性零件的铸造结构工艺性，是指所设计的零件在零件的铸造结构工艺性，是指所设计的零件在保证使用性能的前提下，获得合格铸件的难易保证使用性能的前提下，获得合格铸件的难易程度。程度。66-1 零件壁的设计零件壁的设计1、零件的壁厚、零件的壁厚最最小小壁壁厚厚零件非加工表面的最小壁厚，是指液态合金在一定条件下能够充满铸型型腔的最小厚度。最小壁厚值与铸造方法、合金种类、零件尺寸等因素有关。2020/12/2795壁壁厚厚均均匀匀目的是防止铸件形成热应力，或产生裂纹。所设计零件的内壁应该比外壁薄一些。壁厚是否均匀，可用内切圆直径来确定。相邻壁截面上内切圆直径之比小于1.5，壁厚是均匀的。2020/12/27962020/12/27972、零件壁的联接、零件壁的联接结构圆角结构圆角零件上的转角处，都应以结构圆角相联。零件若没有外圆角，铸造时柱状晶在转角的对角线上形成一个整齐的界面。零件有了外圆角，就消除了这个薄弱界面，提高了零件的机械性能。同时，外圆角还可美化零件的外形，避免划伤人体。2020/12/2798零件如果没有内圆角，铸造过程中由于此处散热慢而产生缩孔或裂纹。2020/12/2799避免锐角联接避免锐角联接为减小热节和热应力，应避免零件壁间的锐角联接。平滑过渡平滑过渡零件壁厚不同部分的联接，力求平滑过渡，避免截面突变，以减少应力集中，防止铸造过程中产生裂纹。2020/12/27100筋筋筋的用途较多，可提高零件的强度和刚度，可使壁厚均匀，防止缩孔的产生，筋厚为壁厚的08倍。2020/12/27101轮辐设计轮辐设计其轮辐为直线形、偶数，如轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收缩不一致，热应力过大，而使铸件产生裂纹。为防止上述裂纹，应设计为弯曲形轮辐，或直线形奇数轮辐。它可借轮缘或轮辐本身的微量变形来减小热应力，设计时，用有孔的辐板代替轮辐，同样是正确的。2020/12/2710266-2 零件外形与内腔的设计零件外形与内腔的设计零件外形和内腔设计力求简化造型、造芯、合箱与清理过程，以保证铸件质量、降低成本和为铸造生产机械化创造条件。2020/12/271031、零件的外形、零件的外形凸台与筋凸台与筋 便于起模，简化造型过程。2020/12/271042020/12/27105结构斜度结构斜度结构斜度与起模斜度是完全不同的两个概念。结构斜度是指设计人员在设计零件时在垂直于分型面的非加工表面而上给出的斜度。内壁大于外壁的结构斜度。分型面分型面从造型和清理角度看，平面分型好于曲面分型面或阶梯分型面。2020/12/271062、零件的内腔、零件的内腔铸件内腔通常是靠砂芯来形成的。内腔设计力求不用或节省砂芯。内腔设计力求不用或节省砂芯。2020/12/27107零件内腔在一定条件下也可用砂型来形成。零件内腔在一定条件下也可用砂型来形成。内腔靠自带砂芯来形成。要使用自带砂芯，内腔必须具备二个条件，一是开口式的（没有内凹），二是开口直径D大于高度H。2020/12/27108砂芯的安放、排气和铸件清理砂芯的安放、排气和铸件清理砂芯在铸型中的安放要牢固，以防砂芯在液态金属浮力作用下发生位移（飘芯或偏芯）。同时，芯头应提供足够的通气使浇注时所生的气体能够通过芯头迅速排出型外，以免出现气孔。此外，还必须便于在铸件清理时取出芯砂。2020/12/271092020/12/27110铸造结构工艺性举例铸造结构工艺性举例空心球铸件2020/12/27111