常见铸造合金与铸件结构工艺性PPT讲稿.ppt
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1、常见铸造合金与铸件结构工艺性第1页,共99页,编辑于2022年,星期日第3讲 铸造合金与铸件结构工艺性n铸造合金铸造合金掌握铸铁组织与性能的特点掌握铸铁组织与性能的特点了解常见铸造合金的组织与性能的特点了解常见铸造合金的组织与性能的特点n结构工艺性结构工艺性评价铸件结构工艺性的标准:评价铸件结构工艺性的标准:n保证铸件满足相关的力学性能、使用性能的要求保证铸件满足相关的力学性能、使用性能的要求n制造成本最低制造成本最低对结构工艺性产生影响的因素对结构工艺性产生影响的因素n铸造工艺的特殊要求铸造工艺的特殊要求n合金铸造性能的要求合金铸造性能的要求n生产批量(大:自动化,小:手工)生产批量(大:自
2、动化,小:手工)铸件的结构工艺性不是一成不变的铸件的结构工艺性不是一成不变的第2页,共99页,编辑于2022年,星期日一、常见铸造合金n黑色金属黑色金属铸铁铸铁根据碳的存在形式分为:根据碳的存在形式分为:n白口铸铁白口铸铁碳以化合物(碳以化合物(Fe3C)的形式存在)的形式存在硬、脆、难以加工,较少使用硬、脆、难以加工,较少使用n灰口铸铁灰口铸铁碳多以石墨(纯碳相)形态存在碳多以石墨(纯碳相)形态存在是工业生产中最常用的铸造合金是工业生产中最常用的铸造合金n麻口铸铁麻口铸铁大部分以化合物(大部分以化合物(Fe3C)的形式存在,少量以石墨(纯碳相)形态存在)的形式存在,少量以石墨(纯碳相)形态存
3、在硬、脆、难加工,不使用硬、脆、难加工,不使用铸钢铸钢n碳的存在形式是什么?碳的存在形式是什么?n有色金属有色金属铸造铜合金铸造铜合金铸造铝合金铸造铝合金第3页,共99页,编辑于2022年,星期日铁-石墨相图第4页,共99页,编辑于2022年,星期日1.灰口铸铁(根据石墨的形态)根据石墨的形态)普通灰铸铁普通灰铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁第5页,共99页,编辑于2022年,星期日(1)普通灰铸铁组织特点:相当于钢的基体上分布有大量片状石墨,石墨对基体的割裂程度很高。由于石墨的存在,一方面使得基体承载的有效面积减少,另一方面在基体中容易造成应力集中现象,最终导致灰铸铁的抗
4、拉强度和弹性模量均比钢低得多。第6页,共99页,编辑于2022年,星期日普通灰铸铁的组织和性能n机械性能b 120250MPa,抗拉强度很差塑性、韧性差抗压强度与钢接近(应合理应用)特点:抗压不抗拉n工艺性能铸造性能极好切削加工性能极好锻造性能极差焊接性能极差(焊缝区域易形成白口组织)热处理性能差第7页,共99页,编辑于2022年,星期日灰铸铁的其他优良性能n优良的减振性石墨松软,能吸振,并阻隔振动传播n耐磨、减摩性好石墨本身是很好的润滑剂,剥落后形成的空洞可以储存润滑油n缺口敏感性小石墨本身就相当于缺口(孔洞、微裂纹),外来缺口(如油孔、键槽、刀痕等)的作用则相对减弱第8页,共99页,编辑于
5、2022年,星期日讨论-铸铁性能和组织的关系n白口、麻口铸铁和灰口铸铁是怎样形成的?第9页,共99页,编辑于2022年,星期日灰铸铁的组织石墨化n一次结晶和共晶石墨化一次结晶和共晶石墨化A A石墨石墨n二次结晶和共析石墨化二次结晶和共析石墨化P+P+石墨石墨珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁n石墨细小、分布均匀石墨细小、分布均匀n强度硬度高、用于重要机件强度硬度高、用于重要机件(P+FP+F)+石墨石墨珠光体铁素体灰铸铁珠光体铁素体灰铸铁n石墨呈粗大片状石墨呈粗大片状n强度略低、铸造性能极好、减振性好强度略低、铸造性能极好、减振性好F+F+石墨石墨铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁n石石墨过多、过于粗大,应用极少
6、墨过多、过于粗大,应用极少第10页,共99页,编辑于2022年,星期日化学成分影响石墨化n(C%Si%)&壁厚I白口IIa麻口IIP基IIbPF基IIIF基n最佳:共晶C%=3%-3.5%Si1.4%-2.4%nS、P有害,Mn有益第11页,共99页,编辑于2022年,星期日冷却速度影响石墨化快快慢慢第12页,共99页,编辑于2022年,星期日不同厚度不同组织不同性能n一包铁水C%=3.2%Si%=1.8%wc+wsi%=5.0%n凝固后不同厚度截面上的组织 5mm:白口或麻口10mm:P基灰铸铁20mm:P基灰铸铁30mm:PF基灰铸铁40mm:F基灰铸铁n薄了不行,厚了更不行5102030
7、40第13页,共99页,编辑于2022年,星期日强化普通灰口铸铁的手段n孕育处理孕育剂:含75Si的硅铁(实为异质形核,获P基灰口铸铁)适用于对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件,尤其是厚大铸件,如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体和气缸套等n牌号(GB5675-85)HT100(F基)、HT150(PF基)n中、低载荷和不重要的零件,如盖、外壳、手轮、刀架、工作台等HT200、HT250(P基)n较大应力和较重要零件,如气缸体、机座、床身、缸套、活塞等HT300、HT350(孕育)n高应力及抗拉应力的重要零件,如齿轮、凸轮、车床卡盘、高压液压缸等n普通灰口铸铁的生产特点共晶成分,工艺简单、1200
8、1350C浇铸、时效处理第14页,共99页,编辑于2022年,星期日(2)可锻铸铁黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁第15页,共99页,编辑于2022年,星期日可锻铸铁常识n生产特点:(1)先获取白口铸件(2)白口铸件经高温石墨化退火高温石墨化退火形成n加热温度900980C,变成AFe3C;n第一阶段石墨化Fe3C高温下分解为A+石墨n第二阶段石墨化A随炉冷却过程中不断析出多余的C,并依附在第一阶段形成的石墨上继续生长n第三阶段石墨化略低于共析温度附近长时间的保温,使P分解为F+石墨第16页,共99页,编辑于2022年,星期日可锻铸铁常识n常用种类、牌号、性能及用途黑心可锻
9、铸铁-F可锻铸铁n强度、硬度低,塑性、韧性好;n切削加工性能、抗氧化生长性能和耐蚀性能良好;nKTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12n用于载荷不大,承受较高冲击、振动的零件,如汽车后桥、弹簧支架、低压阀门、管接头、工具扳手等。珠光体可锻铸铁-P可锻铸铁n具有高的强度、硬度;nKTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02n用于载荷较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件,如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等。第17页,共99页,编辑于2022年,星期日(3)球墨铸铁生产特点:(1)成分:高碳、高硅、低P、S;(2)浇注温度
10、高;(3)球化处理:稀土镁合金;(4)孕育处理:含75Si的硅铁。第18页,共99页,编辑于2022年,星期日球墨铸铁常识n化学成分含碳量3.04.0%,含硅量1.83.2%,含锰、磷、硫总量不超过3.0%;适量的稀土、镁等球化元素。n力学性能接近于钢(7090);抗拉强度可达900MPa;延伸率18,具有良好的塑性和韧性。n工艺性能铸造性能良好,但过冷倾向大,易产生白口;切削加工性能和减摩性能良好;压力加工性能和焊接性能差。第19页,共99页,编辑于2022年,星期日球墨铸铁常识n热处理性能热处理性能退火:获得F基球墨铸铁n去应力退火:500600Cn低温石墨化退火(无自由渗碳体存在):72
11、0760Cn高温石墨化退火(有自由渗碳体存在,即白口组织):900950C正火:n高温正火:900950C,获得细P基球墨铸铁n低温正火:820860C,获得P基分散F的球墨铸铁调质:S回球状石墨等温淬火:B下A(少)M(少)球状石墨第20页,共99页,编辑于2022年,星期日球墨铸铁常识n常用牌号及用途铁素体球铁(QT400-18、QT450-10)n承受冲击、振动的零件,如汽车轮毂、差速器壳、拨叉等;铁素体+珠光体基球铁(QT500-7、QT600-3)n机架、传动轴、飞轮、电动机架、铁路机车轴瓦等;珠光体球铁(QT700-2、QT800-2)n载荷大、受力复杂的零件。汽车的连杆、曲轴、凸
12、轮轴和气缸套等,部分机床主轴、蜗杆等;贝氏体或回火马氏体球铁(QT900-2)n高强度齿轮,如汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮、内燃机曲轴、凸轮轴等。第21页,共99页,编辑于2022年,星期日第22页,共99页,编辑于2022年,星期日(4)蠕墨铸铁生产特点:(1)成分:高碳、高硅、低P、S;(2)浇注温度高;(3)球化处理:稀土镁合金;(4)孕育处理:含75Si的硅铁。第23页,共99页,编辑于2022年,星期日蠕墨铸铁常识n化学成分C:3.4%3.6%;Si:2.4%3.0%;Mn:0.4%0.6%;S0.06%;P0.07%n性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,有良好的综合性能n力学性能优于
13、灰口铸铁(抗拉强度、屈服点、延伸率、疲劳强度等);n导热性好、抗氧化、减振性、耐磨性优于球铁;n铸造性能、切削加工性能优于球铁;n独特的用途钢锭模,汽车发动机的缸盖、缸套,排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等耐热件。第24页,共99页,编辑于2022年,星期日蠕墨铸铁常识牌号b/MPa(kgf/mm2)0.2/MPa(kgf/mm2)(%)硬度值范围HB蠕化率(%)主要基体组织不小于不小于RuT420420(42.8)335(34.2)0.7520028050珠光体RuT380380(38.7)300(30.6)0.75193274珠光体RuT340340(34.7)270(27.5)1.
14、0170249珠光体铁素体RuT300300(30.6)240(24.5)1.5140217铁素体珠光体RuT260260(26.5)195(19.9)3121197铁素体第25页,共99页,编辑于2022年,星期日(5)合金铸铁n耐磨铸铁n耐热铸铁n耐蚀铸铁第26页,共99页,编辑于2022年,星期日(5)合金铸铁n耐磨铸铁耐磨铸铁减摩铸铁P基灰铁n制造在润滑、受粘着磨损条件下工作的零件机床导轨、拖板、发动机缸套和活塞环、各种滑块和轴承等n高磷铸铁(含0.40.7P),形成磷共晶,断续网状分布在P基体上,形成坚硬骨架,提高耐磨性n加入适量的Cu、Cr、Mo、P、V、Ti等合金形成合金减摩铸铁
15、,如磷铜钛铸铁、铬钼铜铸铁等抗磨铸铁n制造在无润滑、受磨料磨损条件下工作的铸件轧辊、磨球机磨球、抛丸机叶片、犁铧等n白口铸铁加少量的Cu、Cr、Mo、V、B等合金形成合金碳化物,提高抗磨性。n中锰球墨铸铁(含59.5Mn,3.35.0Si)铸态组织为M、A、碳化物和球状石墨第27页,共99页,编辑于2022年,星期日(5)合金铸铁n耐热铸铁耐热铸铁制造在高温下使用的,抗氧化或抗热生长性能符合使用要求的铸件。如炉底板、烟道挡板、传递链构件等n热生长由于氧化性气体沿着石墨片的边界和裂纹渗入铸铁内部所造成的氧化,以及由于渗碳体分解生成石墨而引起的体积膨胀。抗氧化n加Al、Si、Cr等合金元素高温下,
16、在铸铁表面形成一层致密的氧化膜,如高温下,在铸铁表面形成一层致密的氧化膜,如AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2、CrCr2 2O O3 3。n单相组织如:如:F F基球墨铸铁基球墨铸铁使铸铁在高温下不存在渗碳体分解而析出石墨的可能性使铸铁在高温下不存在渗碳体分解而析出石墨的可能性石墨最好程球状,独立分布,不易形成氧化性气体的渗入通道石墨最好程球状,独立分布,不易形成氧化性气体的渗入通道第28页,共99页,编辑于2022年,星期日(5)合金铸铁n耐蚀铸铁耐蚀铸铁制造具有一定力学性能,且在酸、碱条件下有抗腐蚀能力n加入Al、Si、Cr等合金元素,使之在高温下,在铸铁表面形成一层致密的氧
17、化膜n加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素,提高F的电位以提高耐蚀性n通过合金化,获得单项组织,以减少铸铁中的微电池,从而提高耐蚀性n如高硅耐蚀铸铁,含1.4C,1018SI,组织为含硅合金铁素体石墨Fe3Si(或FeSi)第29页,共99页,编辑于2022年,星期日2.铸钢n应用广泛强度高、塑性韧性优良、焊接性能好强度高、塑性韧性优良、焊接性能好n铸焊联合结构:重型机械制造可加入10各种合金元素n耐磨、耐腐蚀、耐热n铸造性能差糊状凝固收缩率大浇注温度高、流动性差多采用定向凝固工艺措施第30页,共99页,编辑于2022年,星期日铸钢件的铸造工艺示例第31页,共99页,编辑于2022年,星期日3
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