铸造知识概述

铸造知识概述（１）第三篇铸造概念：把熔化的金属液浇注到与零件形状相适应的铸型中，使其凝固获得铸件和毛坯的方法称——。

特点：1、可生产形状复杂件，如箱体、床身、机架、矿车轮等。

2、铸造方法适应性广，各种合金及大小，武重40T的龙门刨，床身26T。

86.11上海压力机厂生产铸件490T世界少有。

3、铸件成本低，砂，粘土，设备。

4、节省金属、毛坯与零件相近。

但铸件机性差、组织粗大，铸件质量难于控制，工人劳动强度大。

矿山机械中铸件占重量80%左右。

特别是近年来特种铸造出现，可做到少，无切削。

第一章铸造工艺基础铸造常用合金有铸铁，铸钢和铸造有色合金。

铸造合金除了有必要机要性能，物理、化学性能，还应有良好的铸造性能，是指合金在铸造生产中表现出的工艺性能，选择合金的重要依据，是保证铸件质量的重要因素，包括：流动性、收缩、偏析、吸气等。

§1-1液态合金的流动性一、合金的流动性：概念：浇注时，液体金属充填铸型的能力，与合金种类、结晶，特点，粘度等有关。

流动性好，充型能力强，可得到形状复杂，轮廓清晰的铸件，缺陷少，补缩好。

流动性差，易于产生浇不足、冷隔，是选择合金重要依据，流动性测定用螺旋试样，见实验指导书。

常见合金、黄铜、铸铁最好，铸钢最差。

二、影响合金流动性因素：影响保持液态时间长短……1、化学成分：与合金种类、成分、结晶特点及物理性能有关，结构特点。

见P64图3.1-1。

层状结晶，纯金属、共晶合金流动性好。

见图3.1-2。

P能降低液体粘度和表面张力，提高流动性，明太祖朱元障在南京铸钟……。

2、浇注温度：T℃高，粘度小，冷却慢，提高流动性T℃太高，收缩大，吸气严重，氧化严重，粘砂厉害。

3、充型能力：减小流动阻力，减小冷却速度、均使流动性提高，铸型光滑，流提高，直浇口高，压力大，流动性提高，含水少，透气性好，流动性高，金属型<砂型，干>湿。

§1-2铸造合金的收缩一、合金的收缩及影响因素：1、合金的收缩：合金在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象。

使铸件产生缩孔，缩松、裂纹、变形、内应力……。

分为三个阶段。

（1）液态收缩：从浇注温度到开始凝固温度时产生的收缩，产生缩孔原因之一。

（2）凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度的收缩，产生缩孔，缩松的主要原因。

（3）固态收缩：从凝固终止温度冷却到室温时的收缩，产生应力，变形，裂纹主要原因，P66表3.1-1几种合金收缩率。

2、影响合金收缩的因素：（1）化学成分：不同成分收缩不同、钢中碳增加凝固收缩大、固态改缩略小。

铸铁中C增加，G增加收缩小。

硅增加，石墨增加，收缩小，Mn↓。

S↓G↓收缩小。

（2）浇注温度：T℃提高，收缩大，高温出炉，低温浇注。

（3）铸件结构与铸型：受阻收缩，芯子阻力，比自由收缩要小。

二、铸件缩孔、缩松的形成及防止：1、缩孔及缩松的形成（1）缩孔：温度降低后，外壳冷却快，形成封闭壳，补充壳凝固、收缩，金属下降一层，又一层形成缩孔。

纯金属和共晶合金属于层状凝固。

（2）缩松：缩松是分散最后凝固部位细小缩孔，结晶区间宽的合金，先析出枝晶把液体分开，在最后凝固部位形成缩松。

2、缩孔、缩松的防止：（1）安放冒口补充凝固收缩，使缩孔移出件外，P67，图3.1-66。

冒口还可排气、集渣，ZG件比较大，冒口占件1/3-1/2，铸钢体收缩10-14%。

（2）安放冷铁调整冷速，使铸件同时凝固或顺序凝固，图3.1-6C§1-3铸造内应力、铸件的变形与裂纹铸件在凝固后，冷却过程中要产生固态收缩，当受阻时，就会产生内应力，甚至变形与裂纹一、铸造内应力的形成与控制：分为热应力与机械应力。

1、热应力、由于铸件厚薄不均，冷速不同，收缩不同（同一时刻）而引起的应力为……。

以铸造应力框来分析热应力形成过程，图3.1-7（1）当杆Ⅰ、Ⅱ均处于塑性状态时，两杆因冷速不同而收缩不一致，产生内应力被塑变而消除，图3.1-7（a）。

（2）当杆Ⅰ处塑性，杆Ⅱ细处于弹性收缩大，杆Ⅰ受压，处于高塑性状态，发生塑性变形，内应力消失。

图3.1-7（b）。

（3）当Ⅰ、Ⅱ均处于弹性状态：杆Ⅰ温度较高，杆Ⅱ温度较低，收缩很小，而Ⅰ收缩大，杆Ⅰ收缩受杆Ⅱ阻碍，Ⅰ受拉应力，Ⅱ受压应力，当其强度超过会发生变形和裂纹。

2、机械应力：铸件固态收缩受阻（铸型、型芯）图3.1-9所示，落砂后会消失，但机械、热应力共同作用会产生熟裂纹。

二、铸件的变形及防止：壁厚不同收缩时会产生内应力，产生变形，图3.1-10厚受拉应力，薄受压应力。

（1）铸件壁厚要尽量均匀，对称，图3.1-11（2）尽量同时凝固，加冒口、冷铁。

（3）反变形法。

（4）时效处理、人工时效、自然时效。

三、铸件裂纹及防止：当内应力超过时，产生裂纹，铸件报废。

（1）热裂：铸件凝固未期高温下产生裂纹，强度，塑性低，收缩受阻会产生裂纹，特点是裂纹短、缝宽、形状曲折，呈氧化色。

与合金结晶特点、成分有关，合理设计，减少型砂阻力。

（2）冷裂：低温下形成裂纹，特征是裂纹细小、直线形、无氧化色、减少内应力、脆性增加、↓P 含量< 0.3%。

第二章常用铸造合金常用铸造合金有铸铁、铸钢、铸造有色合金等。

§2-1铸铁件生产一、概述：1、铸铁的特点及种类：是生产中应用最广泛的材料。

铸造性能好，切削加工性好，生产工艺简单，成本低，但塑性差，可焊性差。

常用来制造机架、床身、箱体、曲轴……。

按着碳的存在形态和石墨的形状不同分为：（1）白口铸铁：C除极少数溶入铁素体外、其余都以F e3C形态有在、断口呈银白色、又硬、又脆、不易机加工。

可用来做可铁毛坯，也用于耐磨件，如轧辊、锤头、磨球、犁桦等见P73图3.2-1(a)（2）灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部全部以片状不石墨形式存在，断口呈灰色。

应用最广泛的铸铁，图3.2-1(b)。

（3）球墨铸铁：碳大部全部以球状石墨形式存在，用于高性能件，如曲轴……。

（4）可锻铸铁：碳大中或全部以团絮状石墨形式存在，用于较高强度、韧性件，如后桥等。

二、灰铸铁：占铸铁总数80%以上，组织由基体+G片1、灰铸铁化学成分、组织和性能：（1）灰铁化学成分与组织：成分：2.6-3.6%C、1.2-3.0%S、0.4-1.2%Mn、S<0.15%、P<0.3%。

按着基体组织不同分为：①铁素体灰铁：F+G粗片大，HB低，切削加工性好，用于要求不高零件。

②铁素体珠光体灰铁：F+P+G，较差，铸造性能、切削加工性好，应用较广。

片③珠光体灰铁：P+G细片，、HB高、重要机械零件。

（2）灰铸铁的性能：钢的基体上嵌入大量G片（孔洞）①机械性能：由于G的20mpa，δ、ψ=0，HB=3，相当孔洞，使性能↓，=120-250Mpa，δ、ψ=0，极低，抗压与钢相近。

②工艺性能：共晶成分，铸造性能好，切削加工性好，不能压力加工，焊接性能差。

③减震性：大量G片，阻碍震动传播、吸震。

床身、锻锤机座。

④耐磨性：G干润滑剂，G坑储存油，导轨。

⑤缺口敏感性低：G存在大量缺口，对外来缺口不敏感了。

2、灰铸铁的孕育处理：性能决定基体和石墨形态，为了提高性能用碳、硅低的铁水，C=2.7-3.2，Si1=2%，Mn=1%，S<0.12%，p<0.3%，直接浇注白口，麻口。

在铁水包中加入Si-Fe（Si=75%）加入量0.2-0.5%，块度3-10mm,使其得到细小片状石墨，σb、塑性无变化，耐磨性提高特别是厚大截面性能均匀，P75图3.2-2。

常用于齿轮、床身、泵体……。

3、灰铸铁的牌号和应用：灰铁和性能取决成分和冷却速度，常用机械性能表示，HT200为灰铁，=200Mpa见表3.2-1与老牌号HT20-40相同。

三、球墨铸铁1、球铁的牌号、组织和性能QT450-10为球铁，，表3.2–2P76组织：铁素体球铁：F+G球铁素体珠光体球铁，F+P+G球珠光体球铁，P+G球球状石墨对机体割裂作用少，应力集中小，性能大大提高，成本降低，以铁代钢，东风4000，曲轴锻钢一万，球铁三千元。

1、球墨铸铁的生产（1）化学成分：3.4-4%C，2-2.6%Si，S<0.07%，P<0.1%。

（2）球化剂与孕育剂：Mg-稀土合金，脱S，去气，提高铸性，石墨球化，成本低。

加入量1-1.6%。

孕育剂Si-Fe为0.5-1.0%，细化石墨球。

（3）球化处理工艺：包底冲入法图3.2-3，加入1/3-1/2铁水。

（4）球铁的热处理：改变基体来提高性能，退火，正火，淬火，回火。

四、可锻铸铁：成分：2.4-2.8%C，0.4-1.4%Si，浇注成白口铁，经长时间（40-70h）高温（900℃以上）退火，使F e3c→Fe+G形成团絮状，耗能大，成本高，重要件，汽车后桥。

（团）KTH300-06墨心可铁（F），。

常见铁素体，珠光体基体，表3.2-3五、其他铸铁：1、蠕墨铸铁，介于球铁，灰铁之间……2、合金铸铁：耐磨、耐热、耐腐蚀……§2-2铸钢件生产一、概述在煤矿机械中，要求强度高，塑性好，韧性好，常用铸钢件（1）综合性能高于铸铁，如矿车轮，高压阀门……（2）焊接性能好，低中碳钢，液压支架（3）性能稳定，质量较易控制（4）便于制造具有耐磨，耐蚀，耐热铸件。

二、铸钢的分类、性能和应用：按着化学成分分为铸造碳钢和铸造合金钢。

1、铸造碳钢：常分为低碳钢，中碳钢和高碳钢C<0.25%，C=0.25-0.45%,C=0.5-0.6%。

牌号：ZG200-400，，原牌号ZG15。

见表3.2-4应用。

2、铸造合金钢：为了提高钢的机械性能，使其具有耐磨、耐热、耐蚀及特殊物理化学性能，加进一些合金元素。

低合金铸钢，Re<3.5%,ZG35Mn高合金铸钢，Re>10%，ZGMn13，表3.2-4三、铸钢工艺特点：1、流动性差，δ>8mm，结晶宽。

2、收缩大：体10-14%，线1.8~2.5%易于产生缩孔、缩松加冒口补缩。

3、熔点高：1500℃左右，易氧化粘砂，SiO2>95%四、铸钢件的热处理：铸钢件晶粒粗大，过热组织、偏析、残余应力，使机性下降，为此要采用退火和正火。

五、铸钢的熔炼：常见的有电弧炉炼钢和感应电炉炼钢。

§2-3常用有色合金1、纯铝：熔点660℃，d=2.7，导电、导热性好。

常用L1、L2、L3……L82、变形铝合金：①热处理不能强化铝合金，防锈铝合金，表3.2-5②热处理能强化铝合金，硬铝含金，超硬铝合金、锻铝合金。

3、铸造铝合金①铝硅合金ZL101……表3.2-6 P84，应用②铝铜合金ZL201……③铝镁合金ZL301……④铝锌合金ZL401……二、铜合金1、纯铜：熔点1083℃，d=8.98/cm3导电、导热、抗腐蚀、塑性高。

常用T1，T2，T3，T4号大，纯度差。