常用的铸造合金PPT讲稿.ppt

常用的铸造合金第1页，共47页，编辑于2022年，星期六 1合金的流动性 铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流动性。流动性好的合金：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合。合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。第2页，共47页，编辑于2022年，星期六 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。第3页，共47页，编辑于2022年，星期六 影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑）亚、过共晶合金流动性差。（在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）第4页，共47页，编辑于2022年，星期六第5页，共47页，编辑于2022年，星期六 b、铸造工艺条件 凡是减小合金流动阻力、延长凝固时间的因素，都可以提高流动性。适当提高浇注温度，延长凝固时间，金属液传导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢，都能提高流动性。但是，浇注温度太高使铸件容易产生气孔、缩孔，并易产生粘砂、夹砂等缺陷。因此，在保证流动性的前提下，浇注温度不宜过高。提高直浇道高度、增加充型静压力、降低铸型导热系数(如用干型代替湿型)、提高铸型温度、提高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力、简化浇注系统和增大内浇道截面、减少金属液流动阻力等，都可以提高合金的流动性。第6页，共47页，编辑于2022年，星期六 C、铸件结构 铸件壁厚最小允许壁厚第7页，共47页，编辑于2022年，星期六 2合金的收缩 收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。收缩的三个阶段：液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率）凝固收缩 固态收缩 产生变形和裂纹（线收缩率）第8页，共47页，编辑于2022年，星期六几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量(%)浇注温度()液态收缩(%)凝固收缩(%)固态收缩(%)总体积收缩(%)线收缩率(%)碳素铸钢白口铸铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4-6.33.3-4.212.4612-12.96.9-7.81.38-2.01.35-2.00.8-1.0第9页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成：纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。缩松的形成：结晶温度范围大的合金易形成缩松。第10页，共47页，编辑于2022年，星期六第11页，共47页，编辑于2022年，星期六第12页，共47页，编辑于2022年，星期六 缩孔和缩松的防止：定向凝固在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果铸件各部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。第13页，共47页，编辑于2022年，星期六第14页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂的基本原因。热应力的形成热胀冷缩不均衡 机械应力的形成收缩受阻 减少和消除应力的措施：结构上壁厚均匀，圆角连接，结构对称。工艺上同时凝固，去应力退火。第15页，共47页，编辑于2022年，星期六 同时凝固和定向凝固比较 定向凝固用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。同时凝固用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不致密。第16页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸件的变形 对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。第17页，共47页，编辑于2022年，星期六第18页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸件的裂纹 铸钢件热裂纹（防止办法：改善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳）轮形铸件的冷裂（防止办法：减少铸件应力的各项措施，降低合金的脆性）第19页，共47页，编辑于2022年，星期六常见的铸件缺陷及产生原因 第20页，共47页，编辑于2022年，星期六 型砂含水过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。第21页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造成局部金属积聚；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分不合格，收缩过大。第22页，共47页，编辑于2022年，星期六 型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合箱时铸型局部损坏浇注系统不合理，冲坏了铸型。第23页，共47页，编辑于2022年，星期六 型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄。第24页，共47页，编辑于2022年，星期六 模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上、下砂箱未对准。第25页，共47页，编辑于2022年，星期六 铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退让性差；落砂过早。第26页，共47页，编辑于2022年，星期六 浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道太小。第27页，共47页，编辑于2022年，星期六 浇注时金属量不够；浇注时液体金属从分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇注速度太慢。第28页，共47页，编辑于2022年，星期六 二、铸铁及工艺性能二、铸铁及工艺性能 铸铁是含碳量超过2.11%的铁碳合金。工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元合金。铸铁中碳的存在形式：渗碳体化合状态 石墨游离状态铸铁分类：白口铸铁 灰铸铁 （片状石墨）灰口铸铁灰口铸铁 可锻铸铁（团絮状石墨）可锻铸铁（团絮状石墨）麻口铸铁麻口铸铁 球墨铸铁（球状石墨）球墨铸铁（球状石墨）第29页，共47页，编辑于2022年，星期六 （一）铸铁的石墨化 1、石墨化过程 石墨化铸铁中析出石墨的过程。石墨化形式：缓慢冷却时，L(A)石墨 加热时，Fe3C 石墨 因此石墨是稳定相，是亚稳定相。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。第30页，共47页，编辑于2022年，星期六 石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。第31页，共47页，编辑于2022年，星期六 2、影响石墨化的因素 （1）化学成分碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，硅促进石墨析出(C:2.73.6%,Si:1.12.5%)。碳和硅含量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬度低。锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，提高铸铁强度和硬度(Mn:0.41.2%)。硫和磷是有害元素（S0.10.15%,P0.2）。碳当量：CE=C+(Si+P)/3%CE=4.28%，共晶成分；CE4.28%，亚共晶成分；CE4.28%，过共晶成分。第32页，共47页，编辑于2022年，星期六 （2）冷却速度 同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形成白口组织第33页，共47页，编辑于2022年，星期六冷却速度对铸铁组织的影响第34页，共47页，编辑于2022年，星期六 （二）灰铸铁 1、灰铸铁的组织和性能特点 灰铸铁的组织：铁素体灰铸铁 铁素体+珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁 第35页，共47页，编辑于2022年，星期六以片状石墨分布在基体第36页，共47页，编辑于2022年，星期六 灰铸铁的性能：机械性能强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近。其它性能耐磨性好、减震性好、缺口敏感性小、铸造性能和切削加工性能良好。第37页，共47页，编辑于2022年，星期六 2、灰铸铁的牌号与用途 HT200表示灰铸铁，b200N/mm2牌号基体组织用途HT100铁素体低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。HT150铁素体+珠光体受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。HT200珠光体受较大负荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。第38页，共47页，编辑于2022年，星期六 3、孕育铸铁 HT250、HT300、H350 灰铸铁的孕育处理孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度；浇注前向铁水 中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化组织，促进石墨化。孕育铸铁的特点：强度较高，冷却速度对其组织和性能的影响甚小。特别适合生产厚大铸件如重型机床、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。第39页，共47页，编辑于2022年，星期六 （三）球墨铸铁 球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂，获得具有球状石墨的铸铁。1、球墨铸铁的组织和性能 球墨铸铁的组织：铁素体球铁 铁素体+珠光体球铁 珠光体球铁第40页，共47页，编辑于2022年，星期六以球状石墨分布在基体第41页，共47页，编辑于2022年，星期六 2、球墨铸铁的牌号与用途 QT500-7表示球墨铸铁，b500N/mm2,7%牌号基体组织用途QT450-10铁素体农机具零件、中低压阀门、输气管道。QT600-3铁素体+珠光体负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮。QT700-2珠光体QT800-2珠光体高强度齿轮。第42页，共47页，编辑于2022年，星期六 3、球墨铸铁铸造工艺特点 （1）流动性比灰铸铁差 （2）收缩较灰铸铁大 球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则不用冒口或用小冒口。第43页，共47页，编辑于2022年，星期六 三、铸钢及工艺性能三、铸钢及工艺性能铸钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。第44页，共47页，编辑于2022年，星期六铸钢的熔炼温度高、浇注湿度也高，容易吸气和氧化，收缩大、流动性差，极易产生各种铸造缺陷。为了获得合格的铸件，必须采取有效的工艺措施：首先，造型材科必须有足够的耐火度，原砂常采用大颗粒人造硅砂，铸型表面常使用硅石粉或锗石粉涂料，以防粘砂。型砂要有足够的透气性和容让性，必要时采用干砂型或水玻璃自硬砂，减少发气量，防止产生气孔；在型砂中加入木屑，避免产生裂纹。其次，浇注系统要尽可能简单、尺寸大而且安置合理，减少浇注阻力，特别是要采用定向凝固，设置冒口进行足够的补缩。第45页，共47页，编辑于2022年，星期六1、铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂：（1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。（2）工艺上大都采用定向凝固原则（3）必须严格掌握浇注温度、铸钢的热处理为了细化晶粒，改善组织，消除铸造内应力，提高性能，铸钢件必须进行退火和正火处理。第46页，共47页，编辑于2022年，星期六第47页，共47页，编辑于2022年，星期六