【正文】 2) 石墨片的邊緣形成缺口,應力集中,局部開裂,形成脆性斷裂,基本強度只利用30~50%∴ 石墨越多,越粗大,分布越不均或呈方向性,則對基體的割裂越嚴重,機械性能越差. * 灰口鑄鐵的抗壓強度受石墨的影響較小,與鋼的抗壓強度近似.灰口鐵的機械性能還與金屬基體類別有關(1) 珠光體灰口鐵: 珠光體基體上分布細小,均勻的石墨. ∵ 石墨對基體割裂較輕,故機械性能好. 如齒輪(2) 珠光體—鐵素體灰口鐵: ∵珠光體與鐵素體混合基體上分布粗大石墨,∴ 強↓適于一般機件,鑄造性,切削加工性,減振性,(3) 鐵素體灰口鐵∵鐵素體基體分布多而粗大的石墨片∴ 強 硬↓ 塑 ,韌性差(基體的作用遠趕不上石墨對基體的割裂作用)2) 工藝性能: 脆性材料 不能鍛壓。 可焊性差(易裂紋,焊區(qū)白口,難加工)鑄造性能好(缺陷少)。 切削性能好(因石墨,崩碎切屑)3) 減振性: ↑ ∵石墨有緩沖作用,阻止振動能量傳播,適于機床床身等4) 耐磨性: ↑∵1 石墨是潤滑劑,脫落在磨擦面上. 2 灰口鐵摩擦面上形成大量顯微凹坑,能起儲存潤滑油的作用,是摩擦面上保持油膜連續(xù). ∴ 適于 導軌 襯套 活塞環(huán)等5) 缺口敏感性: ↓ ∵,外來缺口(鍵槽,刀痕)對灰口鐵的疲勞強度影響甚微,提高了零件工作的可靠性 2 影響鑄鐵組織和性能的因素* 鑄鐵中的碳 可能以化合狀態(tài)(Fe3C)或自由狀態(tài)(石墨)存在. 灰鐵中, 一方面分析:C化合=%時,為珠光體灰鐵,石墨片細小,分布均勻,強 硬度高,可制造較重要的零件. C化合 %時,珠光體+鐵素體灰口鐵 強度低,適于一般機件,其鑄造性能,切削加工性和減振性均優(yōu)于前者. C化合=0 時鐵素體灰口鐵 強 硬低 塑 韌 ↓ 很少用 另一方面分析:鑄鐵的組織和性能與石墨化程度有關.* 影響石墨化的主要因素: 1)化學成分: C↑ 石墨化↑ Si↑石墨化↑(Si與Fe結合力比與C強,能增大鐵水和固態(tài)鑄鐵中碳原子的游離擴散能力) ∵ (1) C ,Si過高,形成鐵素體灰鐵,強↓↓ 過低,易形成硬脆的白口組織,并給熔化和鑄造增加困難. ∴合理含量: ~%C,~%Si ∵(2) S ↑ 石墨化↓ FeS—熱脆 易形成白口 ∴ % 以下. (3)Mn↑ 石墨化↓ 合理含量: ~%少量:Mn+S—MnS, Mn+ FeS—Fe+MnS, MnS比重小,提高基體強度.過多: 阻止石墨化. (4)P 促進石墨化,但不明顯,多—冷脆 ∴ 合理量 % 以下2)冷卻速度: 冷卻速度增加 阻礙石墨化 灰口—麻口—白口 3 灰口鐵的孕育處理為了提高灰口鐵的強度,硬度,盡量使石墨片細化,增加石墨結晶核心,得到珠光體灰鐵,受冷卻速度影響小孕育鑄鐵(又叫變質鑄鐵),適于較高強度,高耐磨性,氣密性鑄件 常用孕育劑:令Si 75%的硅鐵,~%.沖入孕育劑. 與Si對石墨化影響一致 4 灰口鑄鐵的生產特點1) 沖天爐熔煉: ∵Si Mn易氧化.∴ 配料時增加含量. 為降低含S量,選優(yōu)質鐵料和焦炭,加廢鋼以控制含C量.(如孕育鑄鐵,原鐵水含C,Si低,防止加入孕育劑后石墨粗)2) 鑄造性能優(yōu)良,便于鑄出薄而復雜的鑄件,(流動性好,收縮↓)3) 一般不需冒口,冷鐵,使工藝簡化.4) 一般不用熱處理,或僅需時效. 5 牌號和用途 牌號: HT+三位數 HT—灰鐵, 數—抗拉強度參考值 Mpa (N/mm2)* 選牌號時必須參考壁厚類別鑄件壁厚mm抗拉強度Mpa硬度HBS類別鑄件壁厚mm抗拉強度Mpa硬度HBSHT100~1010~2020~3030~501301009080110~16793~14087~13182~122HT150~1010~2020~3030~50175145130120136~205119~179110~167105~157此表中的鑄件壁厚為鑄件工作時主要負荷處的平均厚度. 三 可鍛鑄鐵(又叫馬鐵) 白口鐵晶石墨化退火而成的一種鑄鐵∵ 石墨呈團絮狀,故抗拉強度↑ 且塑,韌↑ 1 牌號及應用: KTH(KTZ)+3位數+2位數KTH—F基體 黑心 KTZP基體3位數—抗拉強度, 2位數延伸率 如KTH300—06, KTZ450—06應用: 形狀復雜,承受沖擊載荷的薄壁小件(KTH),曲軸,連桿,齒輪等(KTZ) 2 生產特點 生產過程: 白口鐵—石墨化退火(920~980℃,保溫10~20h)—團絮狀石墨 ∴必須采用C,Si含量低的鐵水,防石墨化. ~%C, ~%Si熔點比灰鐵高,凝固溫度范圍大,流動性不好,液固兩相區(qū)寬,砂型耐火性要求高. 周期長(40~70h),成本高. 四 球墨鑄鐵 鐵水中加入球化劑,孕育劑 1 球鐵的組織和性能 組織: 鐵素體球鐵: 塑性,韌性↑ 鐵素體+珠光體球鐵: 兩者之間珠光體球鐵: 強度,硬度↑牌號: QT+三位數 + 兩位數 數字含義與可鍛鑄鐵相同性能: 強度 塑性韌性遠遠超過灰鐵,由于可鐵, 鑄造性,減振性,切削性,耐磨性等良好疲勞強度語中碳鋼接近熱處理性能好(退火,正火,調質等,淬火(等溫淬火))應用: 受力復雜,負荷較大的重要零件∵鑄造工藝比鑄鋼簡單,成本低,性能好,代許多鑄鋼,可鍛鑄鐵件 2 生產特點(1)鐵水: C↑(~%)接近共晶成分,可改善鑄造性能和球化結果 S↑(=%)S易與和球化劑合成硫化物,浪費球化劑 P↓(=%)提高塑性,韌性鐵水出爐1400℃ 以防球化后溫度過低.(2)球化處理和孕育處理球化劑(稀土鎂合金), 使石墨呈球狀析出孕育劑: (硅鐵75%Si)促使石墨化,分布均勻先用2/3鐵水沖入球化劑,充分反應后,用1/3鐵水沖入孕育劑,進行孕育.處理后的鐵水要及時澆注,保證球化效果.(3)鑄造工藝: 比灰鐵易產生縮孔,縮松,夾渣等a 熱節(jié)上安冒口,冷鐵—補縮b 增加鑄型剛度,防止鑄件外形擴大—石墨膨脹c S↓ 殘余鎂量↓ 降低型砂含水量—氣孔↓(侵入)Mg+H2O=MgO+H2↑ MgS + H2O = MgO+ H2S↑D 澆注系統(tǒng)應使鐵水平穩(wěn)流入,并有良好的擋渣效果(4)熱處理: 退火: 鐵素體基體,塑 韌↑QT42010以上 正火: 珠光體基體 強度 硬↑ QT6002以上. 167。2 鑄鋼鋼鐵件也是一種重要的鑄造合金,產量僅次于灰鐵,約為可鐵和球鐵的和. 一 鑄鋼的類別和性能二類: 鑄造碳鋼 應用廣泛: ZG+兩位數(含C萬分之幾)鑄造合金鋼 性能: 強 塑 韌 可焊性↑應用: 適于制造形狀復雜的,強和韌性要求高的零件鑄—焊大件 火車輪 鍛錘機架等 二 生產特點 1 熔煉: 電弧爐(多用),感應爐(合金鋼中小件),平爐等電弧爐:利用電極與金屬爐料間電弧產生熱量熔煉金屬.優(yōu)點:鋼液質量高,熔煉速度快(一爐2~3h)溫度容易控制,適于各類鑄鋼件原料:廢鋼 生鐵 鐵合金等 造渣材料 氧化劑 增碳劑等感應爐: 利用感應圈中交流電的感應作用,使金屬爐料(鋼液)產生感應電流,產生熱量.優(yōu)點: 加熱速度快,. 2 鑄造工藝:∵ 鋼澆注溫度高,流動性差,易吸氣,易產生缺陷(氣孔縮松 變形 裂紋等)∴ 型砂: 高耐火性 強 透氣 退讓性↑ 加冒口,冷鐵—消耗大量鋼水 3 熱處理∵ ,內應力,強 塑↓∴ 正火: 機械性能↑ 成本↓ 內應力↑ 退火: 機械性能↓ 成本↑ 內應力↓ 形狀復雜,易裂紋的鑄件,或易硬化的鋼退火為宜. 167。3 有色金屬 一 銅及銅合金 1 純銅: 導電 導熱↑ 塑↑(面心) 強 硬↓ 2 黃銅: Cu + Zn—普通黃銅 Cu + Zn + Pb,Al,Si等 特殊黃銅 可鑄可鍛 3 青銅: 除黃銅,白銅(銅鎳合金)以外的,銅與其它元素組成.錫青銅: Sn + Cn 耐磨 耐蝕 鋁青銅: 耐磨 耐蝕 4 鑄造工藝1) 熔煉: 易氧化 吸氣 ①防氧化: 液面蓋上溶劑(碎玻璃,蘇打,鵬砂)②脫氧:Cu+O2Cu2O(氧化亞銅)塑↓加磷銅 脫氧 普通黃銅和鋁青銅因有Zn能脫氧③除氣: 錫青銅: 吹N2, N2 上浮帶出H2 . 鋁青銅: 吹N2 黃銅: 沸騰法Zn(907℃)蒸汽帶出H2④精煉除渣:鋁青銅液中有AL2O3,加堿性溶劑(蘇打,瑩石等)精練,造出比重小,熔點低的溶渣. 熔煉用坩堝爐2) 鑄造: ①細砂鑄型—光潔 減少切削量,粘砂②澆注時勿斷流—防氧化③澆注系統(tǒng)使液流平穩(wěn)流入—防飛濺④加冒口—補縮(錫青銅出外) 二 鋁及鋁合金 1 純鋁: 導電↑ 導熱↑ 塑↑ 抗蝕↑(Al2O3) L1 L2……L7 號大,越不純 2 鋁合金: 比重輕 熔點低 導電 導熱 耐蝕↑鑄造鋁合金分四類: ① 鋁硅合金(硅鋁明): 機械性能↑ 耐蝕性,鑄造性↑ 適于形狀復雜或氣密性要求高的零件. 如 內燃機氣缸② 鋁銅合金: 強,耐熱↑ 比重大,鑄造性↓(熱裂紋↑疏松↑) 應用: 高強度,高溫件 如活塞 牌號: ZL201③ 鋁鎂合金:強度↑ 耐蝕↑ 耐熱↓ 鑄造性↓應用: 受沖擊載荷 耐蝕件,形狀簡單④ 鋁鋅合金: 強較高 抗蝕↓ 熱裂紋↑ 應用:汽車 拖拉機發(fā)動機零件,日用品. 3 鑄造工藝1) 熔煉: 除氣(H2)除渣(Al2O3)常用方法,用鐘罩壓入六氯乙烷(C2Cl6)3C2Cl6 + 2Al2AlCl3↑+3C2Cl4↑ AlCl3沸點183℃, C2Cl4 沸點121℃ 帶出H2或3ZnCl2 + 2Al=3Zn + 2AlCl3↑防氧化: 加KCl NaCl 溶劑2) 鑄造:與銅合金相同 第三章 砂型鑄造 目前,鑄件生產的主要方法,砂型鑄件占鑄件總量的90%以上,可生產各種鑄鋼,灰鐵,球鐵,可鍛鑄鐵,砂型鑄造生產過程:配砂→造型→烘干制模 熔化 澆注→落砂→清理→檢驗配砂→造芯→烘干造型操作順序:1安放鑄模 2套下箱,撒防粘材料 3蓋上面砂 4鏟填背砂 5用尖頭砂沖舂砂 6用平頭砂沖舂砂 7刮去多余型砂 8翻轉下型 9撒分型砂 10吹去鑄模上的分型砂 11撒防粘材料 12加面砂 13填上型 14扎通氣孔 15去上型 16 起模 17挖澆口 18合箱澆注. 167。1 型砂及型芯砂 一 型砂(芯)性能1強度:型砂在外力作用下,不易破壞的性能,強度不足,會造成塌箱,砂眼等2透氣性:型砂之間本身有空隙,易出現氣孔.3耐火性:型砂在高溫金屬液的作用下而不軟化,砂粒粘在鑄件表面上形成一層硬皮,造成切削加工困難,粘砂嚴重,鑄件報廢.4退讓性:型(芯)砂具有隨鑄件的冷卻收縮而被壓縮其體積的性能. 若退讓性不足,鑄件收縮受阻,內應力加大,甚至產生裂紋、木屑,提高退讓性. 二 型砂的分類、成分和應用 1 粘土砂:砂子,粘土,水,附加物(煤粉,木屑等).應用廣泛:1) 不受鑄件大小,重量,尺寸,批量影響.2) 鑄鋼,鑄鐵,銅,鋁合金等均可鑄.3) 手工,機器造型均可.4) 粘土來源廣,價低.粘土砂分兩類: 濕型砂:中,小件. 干型砂:質量要求高的件,大件. 2 水玻璃砂:水玻璃(硅酸鈉的水溶液)為粘結劑優(yōu)點:不需烘干,硬化速度快,生產周期短,強度高,易機械化.缺點:易粘砂,出砂性差,回用性差. 3油砂:植物油為粘結劑(桐油,亞麻油),油在烘烤時生成強度很高的氧化膜.優(yōu)點:干強度高,不易吸濕返潮,退讓性,出砂性↑,不易粘砂,內腔光滑.缺點:價格高 5 樹脂砂:合成樹脂作粘結劑.優(yōu)點:生產率高,不需烘干,強度高,型芯尺寸精確,表面光滑,退讓性,出砂性好. 167。2 造型方法選擇造型是砂型鑄造最基本的工序,造型方法選擇的是否合理,對鑄件質量和成本有著重要的影響. 一 各種手工造型方法的特點和應用優(yōu)點:操作靈活,適應性強,模型成本低,生產準備時間短.缺點:鑄件質量差,生產率低,勞動強度高.應用:單件,小批. 1 按砂箱分:兩箱:基本方法,各種批量,大小件 三箱:手工,單件,小批,兩個分型面 地坑:小批,大,中件 脫箱:小件 劈箱:大件,如機床床身 2 按模型分: 整模:最大截面在一端,且為平面分模:最大截面在中部活塊:有突出部位,難起模,單件,小批控砂:分型面為非平面,要求整模,單件,小批刮板:回轉件,輪假箱:成批,需控砂的件假箱:造型前先做一個特制的假箱,來代替造型用的底板,然后做下型,由下型做上型.假箱:(1)先假箱 (2)放模型 (3)砂托 (4)高至突點 (5)下型 (6)由下型做上型. 二 機器造型及其工藝特點優(yōu)點:生產率高,鑄件尺寸精確,光潔度高,加工余量少,勞動強度小,大批量生產.缺點:廠房,設備等要求高,投資大,批量生產才經濟,只適于兩箱(中箱無法緊實),不宜用活塊. 167。3 澆注位置與分型面的選擇澆注位置指金屬澆注時鑄件所處的空間位置分型面指砂箱間的接觸表面 一 澆注位置選擇原則:鑄件澆注位置對鑄件質量,造型方法等有