【正文】 孕育劑：促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止球化元素造成的白口傾向，使石墨球圓整、細(xì)化，改善球鐵的力學(xué)性能。稀土鎂合金（其中鎂、稀土含量均小于10%，其余為硅和鐵）綜合了稀土和鎂的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)合了我國的資源特點(diǎn)，用它作球化劑作用平穩(wěn)、節(jié)約鎂的用量，還能改善球鐵的質(zhì)量。稀土的沸點(diǎn)高于鐵水溫度，故加入鐵水中沒有沸騰現(xiàn)象，同時(shí)，稀土有著強(qiáng)烈的脫硫、去氣能力，還能細(xì)化組織、改善鑄造性能。鎂是重要的球化元素，但它密度?。ǎ?、沸點(diǎn)低（1120℃），若直接加入鐵液，鎂將浮于液面并立即沸騰，這不僅使鎂的吸收率降低，也不夠安全。（2）球化處理和孕育處理 球化處理和孕育處理是制造球墨鑄鐵的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格控制。硫易與球化劑化合形成硫化物，使球化劑的消耗量增大，并使鑄件易于產(chǎn)生皮下氣孔等缺陷。表 珠光體球墨鑄鐵和45號鍛鋼的力學(xué)性能比較 性 能 45號鍛鋼（正火） 珠光體球墨鑄鐵（正火） 抗拉強(qiáng)度sb/MPa 伸長率δ（%） 疲勞強(qiáng)度（有缺口試樣）s1/MPa 硬 度/HBS 690 410 26 150 ﹤229 815 640 3 155 229~321 2．球墨鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)（1）鐵液 要有足夠高的含碳量，低的硫、磷含量，有時(shí)還要求低的含錳量。球墨鑄鐵的焊接性能和熱處理性能都優(yōu)于灰鑄鐵。圖738 球墨鑄鐵的顯微組織a）鐵素體球墨鑄鐵 b）鐵素體+珠光體球墨鑄鐵 c）珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的石墨呈球狀，它對基體的割裂作用減至最低限度，基體強(qiáng)度的利用率可達(dá)70%~90%，因此球墨鑄鐵具有比灰鑄鐵高得多的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度可以和鋼媲美，塑性和韌度大大提高?；诣T鐵件一般不需要進(jìn)行熱處理，或僅需時(shí)效處理即可。灰鑄鐵的鑄造性能優(yōu)良，鑄造工藝簡單，便于制造出薄而復(fù)雜的鑄件，生產(chǎn)中多采用同時(shí)凝固原則，鑄型不需要加補(bǔ)縮冒口和冷鐵，只有高牌號鑄鐵采用定向凝固原則。由于孕育處理過程中鐵液溫度要降低，故出爐的鐵液溫度必須高達(dá)1400~1450℃。孕育劑為含硅75%的硅鐵，%~%。圖737 孕育處理對大截面（300300）鑄件硬度的影響1孕育鑄鐵 2普通灰鑄鐵孕育鑄鐵的用途：靜載荷下要求較高強(qiáng)度、高耐磨性或高氣密性鑄件以及厚大鑄件。由于鐵液中均勻地懸浮著外來彌散質(zhì)點(diǎn)，增加了石墨的結(jié)晶核心，使石墨化作用驟然提高，因此石墨細(xì)小且分布均勻，并獲得珠光體基體組織，使孕育鑄鐵的強(qiáng)度、硬度比普通灰鑄鐵顯著提高，含碳量愈少、石墨愈細(xì)小，鑄鐵的強(qiáng)度、硬度愈高。3．灰鑄鐵的孕育處理 向鐵液中沖入硅鐵合金孕育劑，然后進(jìn)行澆注的處理方法。壁厚的影響：在鑄型材料相同的條件下，壁厚不同的鑄件因冷卻速度的差異，鑄鐵的組織和性能也隨之而變，因此，必須按照鑄件的壁厚選定鑄鐵的化學(xué)成分和牌號。圖736 冷卻速度對鑄鐵組織的影響利用激冷：在同一鑄件的不同部位采用不同的鑄型材料，使鑄件各部分的組織和性能不同。為了確保鑄件的組織和性能，必須考慮冷卻速度對鑄鐵組織和性能的影響。從圖736所示的三角形試樣的斷口處可以看出，冷卻速度很快的下部尖端處呈銀白色，屬于白口組織；其心部晶粒較為粗大，屬于灰口組織；在灰口和白口交界處屬麻口組織。因此，對一般灰鑄鐵件來說，%以下，%~%以下，%~%。%時(shí)，則形成以Fe3P為主的共晶體，這種共晶體的熔點(diǎn)較低、硬度高（390~520HB），形成了分布在晶界處的硬質(zhì)點(diǎn)，因而提高了鑄鐵的耐磨性。%~%。因錳與硫的親和力大，在鐵液中會發(fā)生如下反應(yīng)：Mn+S=MnSMn+FeS=Fe+MnSMnS的熔點(diǎn)約為1600℃，高于鐵液溫度，因它的比重較小，故上浮進(jìn)入熔渣而被排出爐外，而殘存于鑄鐵中的少量MnS呈顆粒狀，對力學(xué)性能的影響很小。此外，硫還使鑄鐵鑄造性變壞（如降低鐵液流動性、增大鑄件收縮率等），%~%以下，高強(qiáng)度鑄鐵則應(yīng)更低。含硫量高時(shí)，鑄鐵有形成白口的傾向。錳和硫 錳和硫在鑄鐵中是密切相關(guān)的。實(shí)踐證明，若鑄鐵中含硅量過少，即使含碳量很高，石墨也難以形成。含碳量愈高，析出的石墨就愈多、愈粗大，而基體中的鐵素體含量增多，珠光體減少；反之，石墨減少且細(xì)化。（1）化學(xué)成分 灰鑄鐵除含碳元素外，還有硅、錳、硫和磷等元素，它們對鑄鐵石墨化的影響如下：碳和硅 碳和硅是鑄鐵中最主要的元素，對鑄鐵的組織和性能起著決定性的影響。要想控制鑄鐵的組織和性能，必須控制鑄鐵的石墨化程度。影響性能的因素：基體組織和石墨的分布。（一）灰鑄鐵 1．灰鑄鐵的顯微組織和性能特點(diǎn) 金屬基體（F、F+P、P）與片狀石墨（G）所組成，如圖735所示。鑄鐵的常用成分范圍見表116。 鑄鐵件的生產(chǎn) 鑄鐵：%的鐵碳合金，鑄造合金中應(yīng)用最廣。一、 表 鑄件的內(nèi)圓角半徑R值 （mm） （a+b）/2 ＜8 8~ 12 12~16 16~20 20~27 27~35 35~45 45~60 R值 鑄鐵 4 6 6 8 10 12 16 20 鑄鋼 6 6 8 10 12 16 20 25 表 幾種壁厚的過度形式及尺寸圖 例 尺 寸 b≤2a 鑄鐵 R≥(1/6~1/3)(a+b)/2 鑄鋼 R≈(a+b)/4 b＞2a 鑄鐵 L＞4(ba) 鑄鋼 L＞5(ba) b＞2a R≥(1/6~1/3)(a+b)/2；R1≥R+(a+b)/2 C≈3(ba)1/2，h≥（4~5）C 表 灰鑄鐵件壁及肋厚參考值 鑄件質(zhì)量/㎏ 鑄件最大尺/㎜ 外壁厚度/㎜ 內(nèi)壁厚度/㎜ 肋的厚度/㎜ 零件舉例 5 6~10 11~60 61~100 101~500 501~800 801~1200 300 500 750 1250 1700 2500 3000 7 8 10 12 14 16 18 6 7 8 10 12 14 16 5 5 6 8 8 10 12 蓋、撥叉、軸套、端蓋 擋板、支架、箱體、悶蓋 箱體、電動機(jī)支架、溜板箱、托架 箱體、液壓缸體、溜板箱 油盤、帶輪、鏜模架 箱體、床身、蓋、滑座 小立柱、床身、箱體、油盤 （三）砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì) 最小壁厚：每種鑄造合金都有其適宜的壁厚，不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同，主要取決于合金的種類和鑄件的大小，見表 。幾種壁厚的過渡形式及尺寸見表113 對細(xì)長件或大而薄的平板件，為防止彎曲變形，應(yīng)采用對稱或加肋的結(jié)構(gòu)。3．結(jié)構(gòu)斜度結(jié)構(gòu)斜度是指在鑄件所有垂直于分型面的非加工面上設(shè)計(jì)的斜度 金屬或合金的鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（50min）考慮到鑄件所用金屬或合金的鑄造性能的好壞，否則鑄件會出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松、變形和裂紋等缺陷 1．合理設(shè)計(jì)鑄件壁；2．鑄件壁與壁連接；3．與合金鑄造性能相關(guān)的問題合金鑄造性能與鑄件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 對鑄件結(jié)構(gòu)的要求 不好的鑄件結(jié)構(gòu) 較好的鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻，否則易在厚壁處產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力和裂紋 鑄件內(nèi)表面及外表面轉(zhuǎn)角的連接處應(yīng)為圓角，以免產(chǎn)生裂紋、縮孔、粘砂和掉砂缺陷。2．對鑄件內(nèi)腔的要求：(1)鑄件的內(nèi)腔盡可能不用或少用型芯，使工藝簡化。 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 鑄件工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求外形、內(nèi)腔、斜度1．對鑄件外形的要求：(1)避免鑄件外形側(cè)凹；(2)鑄件外形應(yīng)去掉不必要的外圓角，使分型面為 平面。如鑄件壁厚要均勻；增加型砂和芯砂的退讓性；降低鋼和鑄鐵中的磷含量，因?yàn)榱啄茱@著降低合金的沖擊韌度，使鋼產(chǎn)生冷脆。冷裂往往出現(xiàn)在鑄件受拉應(yīng)力的部位，特別是應(yīng)力集中的部位。冷裂紋特征：表面光滑，具有金屬光澤或呈微氧化色，貫穿整個晶粒，常呈圓滑曲線或直線狀。特別是后者，因?yàn)榱蚰茉黾愉摵丸T鐵的熱脆性，使合金的高溫強(qiáng)度降低。特征：熱裂紋尺寸較短、縫隙較寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈嚴(yán)重的氧化色。1. 圖733 T型梁鑄鋼件變形示意圖反變形法：有效地防止變形的產(chǎn)生，如圖115所示。如圖732所示的框架型鑄件和圖734所示的T型梁鑄鋼件。將鑄件加熱到550~650℃之間保溫，進(jìn)行去應(yīng)力退火可消除殘余內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生拉伸或剪切應(yīng)力，是暫時(shí)存在的，在鑄件落砂之后，這種內(nèi)應(yīng)力便可自行消除。圖730 熱應(yīng)力的形成+表示拉應(yīng)力 表示壓應(yīng)力熱應(yīng)力形成規(guī)律：鑄件的厚壁或心部受拉應(yīng)力，薄壁或表層受壓應(yīng)力。1．熱應(yīng)力的形成 由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期鑄件各部分收縮不一致而引起。計(jì)算機(jī)凝固數(shù)值模擬技術(shù)，可以幫助預(yù)測縮孔或縮松產(chǎn)生的位置。圖727 順序凝固示意圖冷鐵：為了實(shí)現(xiàn)定向凝固，在安放冒口的同時(shí)，在鑄件上某些厚大部位增設(shè)的金屬材料，如圖728所示。順序凝固：在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位最先凝固（圖18I），爾后是靠近冒口的部位凝固（圖727 Ⅱ、Ⅲ），冒口本身最后凝固?？s松大多分布在鑄件中心軸線處、熱節(jié)處、冒口根部、內(nèi)澆口附近或縮孔下方，如圖726所示。圖726 縮孔形成過程示意圖合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，澆注溫度越高，鑄件的壁越厚，縮孔的容積就越大。（1）縮孔的形成 主要出現(xiàn)在金屬在恒溫或很窄溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件壁呈逐層凝固方式的條件下?？s孔多呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙。按照孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類。表14 鑄造碳鋼的凝固收縮率 含碳量（%） 凝固收縮率（%） （二）鑄件的縮孔和縮松 1．例如，碳素鑄鋼隨含碳量的增加，其結(jié)晶溫度范圍變寬，凝固收縮率增大。常用鑄造合金的線收縮率見表 。常用合金中，鑄鋼的收縮率最大，灰鑄鐵最小。圖725 合金收縮的三個階段體收縮率：因?yàn)楹辖鸬囊簯B(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，故常用單位體積收縮量來表示。 固態(tài)收縮：從凝固終止溫度（Ts）到室溫間的收縮。（3） 液態(tài)收縮：從澆注溫度（T澆）到凝固開始溫度（即液相線溫度Tl）間的收縮。（1）收縮能使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、變形和內(nèi)應(yīng)力等缺陷。（二）影響熔融合金充型的條件 鑄型的溫度低、熱容量大，充型能力下降；鑄型的發(fā)氣量大、排氣能力較低時(shí)，會使合金的充型能力下降；澆注系統(tǒng)和鑄件的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，合金在充型時(shí)的阻力越大，充型能力下降；提高澆注速度、澆注溫度和增加直澆道的高度會使合金的充型能力提高。提高合金的澆注溫度和澆注速度，以及增大靜壓頭的高度會使合金的流動性增加。由圖可見，亞共晶鑄鐵隨含碳量增加，結(jié)晶溫度區(qū)間減小，流動性逐漸提高，愈接近共晶成分，合金的流動性愈好。 化學(xué)成份 純金屬和共晶成分的合金，由于是在恒溫下進(jìn)行結(jié)晶，液態(tài)合金從表層逐漸向中心凝固，固液界面比較光滑，對液態(tài)合金的流動阻力較小，同時(shí)，共晶成分合金的凝固溫度最低，可獲得較大的過熱度，推遲了合金的凝固，故流動性最好；其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的，由于初生樹枝狀晶體與液體金屬兩相共存，粗糙的固液界面使合金的流動阻力加大，合金的流動性大大下降，合金的結(jié)晶溫度區(qū)間越寬，流動性越差。 影響合金流動性的因素（1） 鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含Al和Zn） 錫青銅（wSn≈10%，wZn≈2%） 硅黃銅（wSi=%~%） 砂型 砂型 金屬型（300℃） 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680~720 700 1040 1100 100 200 700~800 400~600 420 1000 2.常用合金的流動性數(shù)值見下表。螺旋形流動性試樣衡量合金流動性，如圖723所示。流動性差：鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔和夾雜等缺陷。 金屬或合金的鑄造性能一、金屬或合金的流動性及充型 液態(tài)合金充滿型腔是獲得形狀完整、輪廓清晰合格鑄件的保證，鑄件的很多缺陷都是在此階段形成的。（5）勞動強(qiáng)度低，勞動條件好，設(shè)備簡易，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。（3）鑄件在壓力下結(jié)晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表面光潔，力學(xué)性能較高，對于大薄壁件的鑄造尤為有利。圖722 低壓鑄造示意圖（二）低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)： （1）澆注時(shí)的壓力和速度可以調(diào)節(jié)，故可適用于各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各種合金及各種大小的鑄件。緩慢地向坩堝爐內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，金屬液受氣體壓力的作用，由下而上沿著升液管和澆注系統(tǒng)充滿型腔，如圖722b所示。應(yīng)用：生產(chǎn)鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件；汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)、儀表和電子儀器工業(yè)、在農(nóng)業(yè)機(jī)械、國防工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械等制造業(yè)等。（4）生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)半自動化及自動化生產(chǎn)。（3）壓鑄件的強(qiáng)度和表面硬度較高。（2）可以壓鑄壁薄、形狀復(fù)雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，、。4．對于復(fù)雜而無法取芯的鑄件或局部有特殊性能（如耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)磁和絕緣等）要求的鑄件，可采用嵌鑄法，把鑲嵌件先放在壓型內(nèi)，然后和壓鑄件鑄合在一起。由于壓鑄工藝的特點(diǎn)，金屬澆注和冷卻速度都很快，厚壁處不易得到補(bǔ)縮而形成縮孔、縮松。2．壓力鑄造可鑄出細(xì)小的螺紋、孔、齒和文字等，但有一定的限制。冷壓室壓鑄機(jī)，可用于壓鑄熔點(diǎn)較高的非鐵金屬，如銅、鋁和鎂合金等。冷壓室壓鑄機(jī)又可分為立式和臥式兩種，目前以臥式冷壓室壓鑄機(jī)應(yīng)用較多，其工作原理如圖721所示。（一）壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過程壓鑄機(jī)分類：根據(jù)壓