金属材料及液态成型工艺基础金属材料基础知识.pptx

2.2.工艺性能工艺性能 一、材料的主要性能一、材料的主要性能材料的主要性能是指:1.1.使用性能使用性能（1）力学性能（2）物理性能（3）化学性能加工成形的性能第1页/共182页材料的主要性能材料的主要性能(一一)、材料的力学性能、材料的力学性能 材料在外力作用下所表现出的特性。1 1强度强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。2.2.塑性塑性材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。3 3刚度（刚度（E E）材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。第2页/共182页4 4硬度硬度是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。(2)(2)洛氏硬度（洛氏硬度（HRCHRC）(1)布氏硬度（HB）5 5冲击韧性冲击韧性 材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。6 6疲劳强度疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。材料的主要性能材料的主要性能第3页/共182页力学性能力学性能bs强度塑性刚度硬度韧性疲劳强度 力学性能与失效形式的关系力学性能与失效形式的关系失效形式失效形式断裂塑性变形过量弹变磨损材料的主要性能材料的主要性能第4页/共182页(四四)、材料的工艺性能：加工性能、材料的工艺性能：加工性能(二二)、材料的物理性能：、材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。(三三)、材料的化学性能：、材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、抗氧化性。材料的主要性能材料的主要性能第5页/共182页二、二、金属的晶体结构金属的晶体结构 原子作无序排列原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体晶格原子排列形成的空间格子晶胞组成晶体最基本的单元晶体：晶体：非晶体：非晶体：原子作有序排列原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。第6页/共182页Cr、Mo、W、V、-Fe、-FeCu、Ni、Ag、AuMg、Be、Zn、-Ti、-Cr金属的典型晶体结构金属的典型晶体结构体心立方晶格：面心立方晶格：密排六方晶格：第7页/共182页1 1金属结晶的过冷现象金属结晶的过冷现象温度时间T T0 0T Tn n T T三、三、金属的结晶过程金属的结晶过程冷却曲线过冷度2 2金属的结晶过程金属的结晶过程结晶形核长大第8页/共182页自发形核非自发形核晶粒晶界金属是由许多大小、形状、晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的多晶体。一般金属的晶粒越细小，其力学性能越好。第9页/共182页3 3细化晶粒的方法细化晶粒的方法1）变质处理2）增大过冷度3）机械的振动和搅拌4）热处理5）压力加工再结晶第10页/共182页四、四、合合 金金 合金合金 以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有金属特性的物质。金属特性的物质。合金是由两种以上的元素组成的。固态合金的结构是由组元在结晶时彼此之间所起的作用所决定的。合金的结构机械混合物固溶体金属化合物第11页/共182页1、固溶体、固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同固溶体固溶体的性能特点：固溶体的性能特点：具有良好的塑性和韧性，强度、具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。硬度较低。F：b=250MPa =4550%HB=80置换固溶体间隙固溶体溶质原子溶剂原子溶质原子溶剂原子第12页/共182页2、金属化合物、金属化合物合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。金属化合物各元素之间呈整数比关系。如：如：FeFe3 3C C、WCWC、TiC TiC 等等金属化合物的性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。FeFe3 3C C：HB=800HB=800；b b=30MPa =30MPa；0%0%第13页/共182页3、机械混合物、机械混合物合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合而成的新物质。机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。性能特点：性能介于各组成物的性能之间。一般具有良好的综合力学性能。P P：b b=750MPa =25%HB=180-200=750MPa =25%HB=180-200F F：b b=250MPa =4550%HB=80=250MPa =4550%HB=80FeFe3 3C C：HB=800HB=800；b b=30MPa =30MPa；0%0%第14页/共182页铁素体 碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体。727 0.0218%C 1 1、铁素体（、铁素体（F F）力学性能：b=250MPa =4550%HB=802 2、奥氏体（、奥氏体（A A）奥氏体 碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体。1148 2.11%C、727 0.77%力学性能：b=250 350MPa=4045%HB=160200铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织第15页/共182页4 4、珠光体（、珠光体（P P）力学性能：b=750MPa =25%HB=180-2005 5、莱氏体（、莱氏体（LeLe）力学性能：b=30MPa =0 HB=700 珠光体珠光体 是是铁素体铁素体和和渗碳体渗碳体组成的组成的机械混合物。机械混合物。727 0.77%727 0.77%莱氏体莱氏体 是是奥氏体奥氏体和和渗碳体渗碳体组成的组成的机械混合物机械混合物。114 1148 4.3%C8 4.3%C 3 3、渗碳体（、渗碳体（FeFe3 3C C）渗碳体渗碳体 是是金属化合物。金属化合物。6.69%C6.69%C 力学性能：b=30MPa =0 HB=800第16页/共182页状态图状态图 表示合金系的表示合金系的成分、温度、组织、状态之成分、温度、组织、状态之间关系的图表。间关系的图表。五、铁碳合金状态图五、铁碳合金状态图 1 1、什么是状态图、什么是状态图温度时间1538 1394 912 体心面心体心1538 1394 912 温度成分 2 2、状态图的作用、状态图的作用是研究合金的是研究合金的成分、温度、成分、温度、组织、状态组织、状态之间之间变化规律的变化规律的工具工具。第17页/共182页AESPQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.021818C%C%114114881538 1538 727727P PL LAF F3、铁碳合金状态图、铁碳合金状态图温度912912CFe3C6.696.69FA纯铁的熔点。DFe3C的熔点。EC在-Fe中的最大溶解度点。1148 2.11%C 钢和铁的分界点。LeLe第18页/共182页C共晶点，1148 4.3%C 共晶点发生共晶反应的点。共晶反应 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。共晶反应的产物共晶体机械混合物L L（4.3%C4.3%C）A A（2.11%C 2.11%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C）1148LeLe G 纯铁的同素异晶转变点。912P C在-Fe中的最大溶解度点。727 0.0218%C 第19页/共182页S 共析点。727 0.77%共析点 发生共析反应的点。共析反应在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另外两个固相另外两个固相的反应。共析反应的产物 共析体 机械混合物 A A（0.77%C0.77%C）F F（0.0218%C 0.0218%C）+Fe+Fe3 3C C（6.67%C 6.67%C）727727P P第20页/共182页 状态图上线的意义状态图上线的意义AESPQGKD4.34.32.062.060.770.770.020.02C%C%114711471538 1538 LeLe727727P PL LAF F温度912912CFe3C6.676.67FAECFAECF线固相线 ACDACD线液相线AEAEA A析出终了线ECFECF共晶线 1147ACAC析出A ACDCD析出 FeFe3 3C CAL+Fe3CL+Fe3CF+AA+A+LeLe+Fe3C第21页/共182页ESES线线 C C在在-Fe-Fe中的溶解度曲线。析出二次中的溶解度曲线。析出二次FeFe3 3C C（1）单相区：L、F、A、Fe3C（2）两相区：L+A、L+Fe3C、A+F、F+Fe3C（3）三相区：L+A+Fe3C、A+F+Fe3CGS线 A析出F的开始线 AFGP线 F析出终了线。PSK线 共析线 727PQ线 碳在-Fe中的溶解度曲线。第22页/共182页1 1按化学成分分类按化学成分分类六、钢的分类六、钢的分类（1）低合金钢 Me 10%1 1）碳素钢）碳素钢 2 2）合金钢合金钢（1）低碳钢 C 0.6%第23页/共182页2.2.按质量分类按质量分类 P、S 0.030%1 1）普通钢）普通钢2 2）优质钢优质钢3 3）高级优质钢：高级优质钢：S：使合金产生热裂、热脆缺陷P：使合金产生冷裂、冷脆缺陷P 0.045%S 0.055%P 0.040%S 1%）+元素符号+数字。如：9 9SiCrSiCr、W18Cr4VW18Cr4V、5CrNiMo5CrNiMo等。合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。2 2工具钢工具钢1 1）碳素工具）碳素工具碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。T+数字(含碳量的千分数)加A为高优常用牌号有T7T7、T8T8、T9T9、T10AT10A、T11T11、T12AT12A、T13T13等。2 2）合金工具钢）合金工具钢第30页/共182页 合金刃具钢 指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-1.50%，典型牌号为9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。合金量具钢 在生产中常用的量具有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、块规等。T10A、T12A、CrWMn、GCr15 合金模具钢 模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷做模具钢如：冲压模、拉拔模等。典型牌号为Cr12、Cr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。典型牌号为5CrMnMo、5CrNiMo。第31页/共182页是指在一定范围内具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能的钢。包括软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。3 3特殊性能钢特殊性能钢1 1）不锈、耐蚀和耐热钢）不锈、耐蚀和耐热钢 不锈、耐蚀钢 不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，具有较强抵抗腐蚀能力的钢。其含碳量低，主加合金元素为Cr、Ni。常用牌号有：1Cr13、7Cr17、1Cr17、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr17Mo等。耐热钢 在高温下具有良好的抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等几种，分别适合于在600以下、700-700、接近1000的高温状态下工作。典型牌号有：1Cr13、4Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo、。2 2）特殊物理性能钢特殊物理性能钢第32页/共182页第33页/共182页(一一).).什么是液态成型（铸造生产）什么是液态成型（铸造生产）将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。一、概述根据铸型的特点，或液态合金注入铸型方式及在铸型中凝固成型过程的特点，可分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、连续铸造、实型铸造、真空铸造等。第34页/共182页零零件件图图铸铸造造工工艺艺图图铸铸型型型型芯芯芯盒芯盒 芯砂芯砂型砂型砂模型模型熔化熔化合合 箱箱落落砂砂、清清理理检检 验验铸铸 件件(二二)、砂型铸造的工艺过程、砂型铸造的工艺过程浇注浇注冷却冷却凝固凝固第35页/共182页（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。(三三)、铸造生产的特点、铸造生产的特点1可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。2适应性强：3成本低：4废品率高、表面质量较低、劳动条件差。第36页/共182页铸造方法受零件的尺寸、重量和复杂程度的限制较少；可铸壁厚：0.31m长度范围：几个毫米到几十米质量范围：几克到几百吨用铸造方法可以生产铸钢、铸铁、各种铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金等铸件。在一般机器生产中，铸件占机器总质量的40%80%，而成本只占机器总成本的25%30%。在铸造生产中，铸铁件应用最广，约占铸件总产量的70%；各种铸造方法中砂型铸造应用最为广泛，约占铸造总产量的60%。第37页/共182页充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。2.2.液态合金的流动性液态合金的流动性合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。充型 液态合金填充铸型的过程。充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。二、二、液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性1.充型能力充型能力第38页/共182页0.45%C 铸钢：200出气口浇口杯4.3%C 铸铁：1800第39页/共182页合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点结晶特点 a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（）0第40页/共182页（3）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。3.3.浇注条件浇注条件（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。第41页/共182页4.4.铸型充填条件铸型充填条件（1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力。（2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小，充型能力越强。（3）铸型中的气体第42页/共182页（2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的 充填就困难。5、铸件结构、铸件结构（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积 与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就 好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。第43页/共182页 三、三、液态金属的凝固与收缩液态金属的凝固与收缩1 1、铸件的凝固方式、铸件的凝固方式 1.1.逐层凝固逐层凝固 2.2.糊状凝固糊状凝固 3.3.中间凝固中间凝固 影响铸件凝固方式的主要因素：（1）合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区第44页/共182页（2）铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。表层中心St铸件温度成分温度S1T1T2T浇T液T固T室第45页/共182页2、合金的收缩、合金的收缩1.1.收缩的概念收缩的概念合金的收缩经历如下三个阶段：（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度 之间的收缩。T浇 T液（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。T液 T固（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。T固 T室第46页/共182页体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。合金的总体积收缩为上述三个阶段之和。它和金属本身的成分、温度和相变有关。合金的收缩率第47页/共182页2.2.缩孔与缩松缩孔与缩松 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1)1)缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成第48页/共182页(1)使缩松转化为缩孔的方法：尽量选择凝固区域较窄的合金，使合金倾向于逐层凝固；对凝固区域较宽的合金，可采用增大凝固的温度梯度办法。(2)防止缩孔的方法要使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，可采用“定向凝固原则”。定向凝固的优点：冒口补缩作用好，可防止缩孔和缩松，铸件致密。对于凝固收缩大，结晶温度范围较小的合金，常采用定向凝固原则以保证铸件质量。定向凝固的缺点：由于铸件各部分有温差，凝固期间容易产生热裂，凝固后也容易使铸件产生应力和变形。定向凝固使清理工作量大。缩孔、缩松的防止方法第49页/共182页2)2)缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。第50页/共182页暗冒口冒口 储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。冷铁热节第51页/共182页寻找热节的方法等温线法内切圆法冷铁同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。第52页/共182页三、三、液态成形内应力、变形与裂纹液态成形内应力、变形与裂纹（一）、液态成形内应力（一）、液态成形内应力 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。1.1.机械应力（收缩应力）机械应力（收缩应力）合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。上型下型第53页/共182页 由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不 同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而引起的内应力称为热应力。热应力的形成过程如下图。2 2热应力热应力热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。热应力是永久应力。热应力是永久应力。第54页/共182页（二）、铸件的变形与防止（二）、铸件的变形与防止+-防止变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。第55页/共182页（三）、铸件的裂纹与防止（三）、铸件的裂纹与防止 1 1 热裂热裂 热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止：应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。第56页/共182页2 2 冷裂冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。第57页/共182页四、常见铸件缺陷及特征名称 特 征名称 特 征气 孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现。缩孔缩松 1缩孔：形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。2所松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。粘 砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。裂纹 1热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。2冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。夹 砂 铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。化学成分及力学性能不合格 铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。白 口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。第58页/共182页五、常用液态成形合金（一）（一）铸铁件铸铁件铸铁是含碳量大于2.11%2.11%（通常为2.5%-4.0%2.5%-4.0%）的铁碳合金。3 3麻口铸铁：麻口铸铁：组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰 口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻 点，故而得名。根据碳在铸铁中根据碳在铸铁中存在形式存在形式的不同，铸铁可分为：的不同，铸铁可分为：1.1.白口铸铁白口铸铁：碳全部以FeFe3 3C C的形式存在，断口呈银色。由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。2 2灰口铸铁：灰口铸铁：碳大部或全部以石墨石墨形式存在，断口呈暗灰色。第59页/共182页(4)(4)蠕墨铸铁蠕墨铸铁 ：其石墨呈蠕虫状。如图d所示。abcd根据铸铁中根据铸铁中石墨形态石墨形态的不同，的不同，灰口铸铁灰口铸铁又可分为：又可分为：(1)(1)普通灰铸铁普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。如图a所示。(2)(2)可锻铸铁：可锻铸铁：其石墨呈团絮状。如图b所示。(3)(3)球墨铸铁：球墨铸铁：其石墨呈球状。如图c所示。1.灰口铸铁第60页/共182页铸铁壁厚（mm）102030405060704.05.06.07.0（wC+wSi）%白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁白口铸铁：灰口铸铁：麻口铸铁：珠光体灰口铸铁珠光体+铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁P+Fe3C+LeP+Fe3C+G+Le珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：珠光体珠光体+铁素体灰口铸铁：铁素体灰口铸铁：P+G片P+F+G片F+G片第61页/共182页2 2 灰铸铁的机械性能灰铸铁的机械性能 2 2）良好的减振性良好的减振性 3 3）良好的耐磨性）良好的耐磨性 4 4）低的缺口敏感性）低的缺口敏感性 1 1）力学性能：）力学性能：b=120-250Mpa，仅为钢件的20-30%，0差灰铸铁的工艺性能灰铸铁的工艺性能1 1 良好的铸造性能。良好的铸造性能。良好的流动性、小的收缩率。2 2 良好的切削加工性能。良好的切削加工性能。3 3 锻造性和焊接性差。锻造性和焊接性差。第62页/共182页(2)(2)灰铸铁的牌号选用灰铸铁的牌号选用灰铸铁的牌号用汉语拼音“HT”和一组数字表示，数字表示其最低抗拉强度b（Mpa）。(1)(1)灰铸铁件的生产特点灰铸铁件的生产特点1 1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；2 2）具有良好的铸造性能。）具有良好的铸造性能。3 3）灰铸铁一般不通过热处理来提高其性能。）灰铸铁一般不通过热处理来提高其性能。3.灰铸铁生产特点及牌号选用灰铸铁生产特点及牌号选用灰铁第63页/共182页 牌牌 号号 组织组织 用途举例用途举例 HT100HT100F+GF+G片片 盖盖、外外罩罩、油油盘盘、手手轮轮、支支架架、底底板板、镶镶导导轨轨的的机机床床底座等对强度无要求的零件底座等对强度无要求的零件 HT150HT150F+P+GF+P+G片片底座、床身、与底座、床身、与HT200HT200相配的溜板、工作台；泵壳、相配的溜板、工作台；泵壳、容器、法兰盘容器、法兰盘;工作压力不太大的管件工作压力不太大的管件 HT200HT200F+P+GF+P+G片片要要求求高高的的强强度度和和一一定定耐耐蚀蚀能能力力的的泵泵壳壳、容容器器、塔塔器器、法兰、硝化塔法兰、硝化塔 机机床床床床身身、立立柱柱、平平尺尺、划划线线平平板板、汽汽缸缸、齿齿轮轮、活活塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架塞、刹车轮、联轴器盘、水平仪框架 压力为压力为8080MpaMpa以下的油缸、泵体、阀门以下的油缸、泵体、阀门 HT250HT250P+GP+G片片HT300HT300P P细细+G G细片细片床床身身导导轨轨、车车床床、冲冲床床等等受受力力较较大大的的床床身身、机机座座、主主轴轴箱箱、卡卡盘盘、齿齿轮轮、高高压压油油缸缸、水水缸缸、泵泵体体、阀阀门门、衬衬套套、凸凸轮轮、大大型型发发动动机机曲曲轴轴、气气缸缸体体、气气缸缸盖盖；冷冷镦模、冷冲模镦模、冷冲模 HT350HT350P P细细+G G细片细片第64页/共182页4.4.可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用(1)(1)可锻铸铁的组织、性能可锻铸铁的组织、性能具有良好的塑性和韧性，耐蚀性较高，适于制造承受振动和冲击、形状复杂的薄壁小件，如汽车拖拉机的底盘类零件、各种水管接头、农机件等。其强度、硬度、耐磨性优良，并可通过淬火、调质等热处理强化。可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。1 1）铁素体（黑心）可锻铸铁（）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+GF+G团团）：）：2 2）珠光体（）珠光体（P+GP+G团团）：）：第65页/共182页(2)(2)可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号 可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度b（Mpa），第二组数字表示其最低伸长率。KTH30006KTZ45006 可铁黑可铁黑可铁珠可铁珠 b b b b第66页/共182页 牌牌 号号 组织组织 用用 途途 举举 例例 KTH30006 KTH30006 F+GF+G团团三通、管件、中压阀门三通、管件、中压阀门 KTH33008KTH33008F+GF+G团团 输输电电线线路路件件、汽汽车车、拖拖拉拉机机的的前前后后轮轮壳壳、差差速速器器壳壳、转转向向节节壳壳、制制动动器器；农农机机件件及及冷冷暖暖器接头等。器接头等。KTH35010KTH35010F+GF+G团团KTH37012 KTH37012 F+GF+G团团KTZ45006 KTZ45006 P+GP+G团团 曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、犁片、摇臂、活塞环、轴套、犁片、耙片、闸、万向接头、棘轮、耙片、闸、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、矿车轮扳手、传动链条、矿车轮 KTZ55004 KTZ55004 P+GP+G团团KTZ65002KTZ65002P+GP+G团团KTZ70002 KTZ70002 P+GP+G团团第67页/共182页5 5球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途 1 1）珠光体球墨铸铁（）珠光体球墨铸铁（P +FP +F少少+G G球球）正火其性能特点是：a）强度高。特别是屈服强度高，屈、强比（屈、强比（0.20.2/b b0.70.70.80.8）高于45号钢（0.20.2/b b0.6)0.6)。b）疲劳强度较高c）硬度和耐磨性远比高强度灰铸铁高因此，珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如曲轴、连杆、凸轮、蜗杆曲轴、连杆、凸轮、蜗杆等。b=600800 MPa;=2%第68页/共182页我国主要用于代替可锻铸铁制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。国外则大量用于铸管，如上、下水管道及输气管道等。2 2）铁素体球墨铸铁）铁素体球墨铸铁 （F +PF +P少少+G G球球）退火其性能特点：b=450500 MPa;=17%球墨铸铁的牌号用汉语拼音“QTQT”和两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。球铁球铁第69页/共182页 牌牌 号号 组织组织 用用 途途 举举 例例 QT40017 QT40017 F+G F+G球球汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、驱动桥汽车、拖拉机底盘类零件，轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、管道。壳、差速器壳、拨叉、中低压阀门、管道。QT42010QT42010 F+G F+G球球QT50005QT50005 F+P+G F+P+G球球机座、传动轴、机车护瓦等。机座、传动轴、机车护瓦等。QT60002 QT60002 P+G P+G球球曲轴、凸轮轴、连杆、齿曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、机床轮、摇臂、活塞环、轴套、汽缸套、机床蜗轮、蜗杆等蜗轮、蜗杆等 QT70002 QT70002 P+G P+G球球QT80002 QT80002 P+G P+G球球QT120001QT120001 B B下下+G+G球球汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、曲汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、曲轴、凸轮等轴、凸轮等第70页/共182页6、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨 铸铁相近。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。第71页/共182页蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削 加工性能近于球墨铸铁。（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。第72页/共182页牌号牌号组织组织用用 途途 举举 例例 RT260RT260 F+G F+G蠕蠕汽车、拖拉机底盘类零件、驱动汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等桥壳、阀体等RT300RT300 F+P+G F+P+G蠕蠕 排气管、变速箱体、汽缸盖、排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件等纺织零件、液压件等 RT340RT340 F+P+G F+P+G蠕蠕重型机床件、大型齿轮箱体、盖、重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等刹车鼓、玻璃模具、飞轮等RT380RT380 P+G P+G蠕蠕 活塞环、气缸套、制动盘、玻活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等泥泵体等 RT420RT420 P+G P+G蠕蠕第73页/共182页（二）、（二）、铸钢件铸钢件 1 1、铸钢的分类、性能、牌号及应用、铸钢的分类、性能、牌号及应用 （1 1）碳素钢）碳素钢（2 2）合金钢合金钢1 1）低碳钢）低碳钢2 2）中碳钢）中碳钢3 3）高碳钢）高碳钢C0.25%C=0.250.45%C=0.500.60%1 1）低合金钢）低合金钢2 2）高合金钢）高合金钢Me5%Mn13铸造性能差、应用较少。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能差、应用较少。第74页/共182页钢号钢号旧旧钢号钢号化学成分的质量分数化学成分的质量分数（%）用途举例用途举例CSiMnP、SZG200400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韧性高的各种用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等机械零件，如机座、箱体等ZG230450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韧性较高的各用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀种机械零件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等体、砧座等ZG270500ZG350.400.500.900.04用于轧钢机机架、轴承座、连杆、用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等曲轴、缸体、箱体等ZG310570ZG450.500.600.900.04用于负荷较高的零件，如大齿轮、用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等缸体、制动轮、棍子等ZG340640ZG550.600.600.900.04用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等第75页/共182页2、铸钢的熔铸工艺特点、铸钢的熔铸工艺特点（1 1）.铸钢的铸造性能铸钢的铸造性能差差流动性差、收缩大。流动性差、收缩大。1）铸件要安放冒口和冷铁；2）必须严格控制浇注温度；3）铸件的壁不能太薄；（2 2）.铸钢的热处理铸钢的热处理退火：退火：C C 0.35%0.35%正火：正火：C C 0.35%0.35%（3 3）.铸钢的熔炼铸钢的熔炼电炉电炉第76页/共182页（三）（三）铸造有色合金铸造有色合金1、铸造铜合金、铸造铜合金（1 1）铸造黄铜）铸造黄铜（2 2）铸造青铜）铸造青铜(Cu-Zn)铸造黄铜有相当高的力学性能，如 b b=250450Mpa=250450Mpa，=730%=730%，HBS=60120HBS=60120。因其含铜量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金。第77页/共182页铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。2、铸造铝合金、铸造铝合金（1 1）铝硅合金（）铝硅合金（Al-SiAl-Si）铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的 薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。第78页/共182页（2 2）铝铜合金（铝铜合金（Al-Al-CuCu）（3 3）铝镁合金（）铝镁合金（Al-MgAl-Mg）（4 4）铝锌合金（铝锌合金（Al-ZnAl-Zn）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。第79页/共182页六、六、砂型铸造成形工艺砂型铸造成形工艺（一）、手工造型（一）、手工造型（二）、机器造型（二）、机器造型适用于单件、小批量生产适用于单件、小批量生产1)1)生产效率高生产效率高;2)2)铸型质量好铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）;3)3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。适用于适用于中、小型中、小型铸件的铸件的成批、大批量生产成批、大批量生产。第80页/共182页第81页/共182页第82页/共182页第83页/共182页第84页/共182页叠箱造型除最上和最下砂箱外，其余砂箱的上下两面都有型腔，多个砂箱叠起来由一个直叫道浇注，可节省造型场地，适用于薄而小零件的批量生产。叠箱造型第85页/共182页第86页/共182页第87页/共182页第88页/共182页第89页/共182页第90页/共182页第91页/共182页第92页/共182页第93页/共182页 机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。（二）机器造型机器造型方法分类常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。第94页/共182页第95页/共182页第96页/共182页高压造型示意图成型压头多触头压头第97页/共182页第98页/共182页震压造型机紧砂过程示意图进气排气震击压实第99页/共182页第100页/共182页第101页/共182页第102页/共182页第103页/共182页 与手工造型一样，在单件、小批量生产中，多用手工制芯，但在成批、大量生产中，需用机器制芯才能满足高速造型对砂芯量的需求。目前使用较多的是射芯机和壳芯机。射芯机制芯工作原理图第104页/共182页吹砂法壳芯机制芯工作原理(a)顶吹法(b)底吹法第105页/共182页第106页/共182页熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。（一）、熔模铸造（一）、熔模铸造第107页/共182页 图7-1 熔模铸造流程图 1.熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等。第108页/共182页第109页/共182页第110页/共182页消失模铸造消失模铸造（ExpendalePatternCasting，简称EPC），又称实型铸造、气化铸造。EPC法采用遇液态金属即气化的泡沫塑