【正文】 火。 3. 易吸氣氧化和粘砂 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （三）鑄鋼件的熱處理 為了細(xì)化組織，消除內(nèi)應(yīng)力，改善偏析，提高鑄件的力學(xué)性能，必須對(duì)鑄鋼件進(jìn)行正火或退火處理。一般小件、薄壁及形狀復(fù)雜的鑄件，其澆注溫度比鋼的熔點(diǎn)高150℃ 左右；大件、厚壁鑄件的澆注溫度比鋼的熔點(diǎn)高 100℃ 左右。 二 鑄鋼 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （二）鑄鋼的鑄造工藝特點(diǎn) 1. 鋼液的流動(dòng)性差 其鑄件壁厚不能小于 8mm，且澆注系統(tǒng)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、截面尺寸要比鑄鐵大、鑄型常用干型。 2. 鑄造合金鋼 對(duì)于具有較高力學(xué)性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金鑄鋼（即鑄造合金鋼）。根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低可分為低碳、中碳和高碳鑄鋼。蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于基體相同的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。球墨鑄鐵凝固時(shí)有較大的內(nèi)應(yīng)力、變形和冷裂傾向，故對(duì)重要的球墨鑄鐵件要退火以消除應(yīng)力。其流動(dòng)性與灰鑄鐵相近，可生產(chǎn)壁厚 3mm~4mm鑄件。其塑性和韌性雖低于鋼，但仍能滿足一般零件的要求。 （ 2）球墨鑄鐵的性能 球墨鑄鐵不僅強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰鑄鐵，優(yōu)于可鍛等鐵，甚至可與鋼媲美，尤其屈強(qiáng)比（一般大于 ）明顯高于碳鋼（僅 ），疲勞強(qiáng)度與中碳鋼接近，而且其耐磨性遠(yuǎn)高于 45鋼表面淬火。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （四）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是鐵液經(jīng)過(guò)球化處理后使石墨大部分或全部呈球狀，有時(shí)少量為團(tuán)絮狀的鑄鐵。同時(shí)，可鍛鑄鐵的凝固過(guò)程沒(méi)有石墨化膨脹階段，體積收縮和線收縮較大，易形成縮孔和裂紋等缺陷。 （ 2）可鍛鑄鐵的性能 可鍛鑄鐵的強(qiáng)度一般為 300～ 400Mpa，最高可達(dá) 700 Mpa，同時(shí)，可鍛鑄鐵具有一定的塑性和較高的沖擊韌度?？慑戣T鐵實(shí)際上并非可以鍛造，這個(gè)名子只表示它具有一定的塑性和韌性?；诣T鐵的孕育處理見(jiàn)圖 14。孕育鑄鐵的強(qiáng)度、硬度 比普通灰鑄鐵有顯著提高。加入的材料稱為孕育劑。工業(yè)上常用它來(lái)制造機(jī)床床身、機(jī)座等。但灰鑄鐵的切削加工性能較好。 灰口鑄鐵的組織： 鐵素體 +片狀石墨 鐵素體．珠光體 +片狀石墨 珠光體 +片狀石墨 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （ 2）灰鑄鐵的性能 a) 力學(xué)性能 由于石墨的存在，一方面使得基體承載的有效面積減少，另一方面在基體中容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和彈性模量均比鋼低得多，斷裂強(qiáng)度通常為 120～ 250Mpa；塑性和沖擊韌性近于 0，屬于脆性材料。 第二節(jié) 常用鑄造合金 一、鑄鐵 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 2. 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)分類 （ 1）普通灰鑄鐵 石墨呈片狀，見(jiàn)圖 10； ?圖 110 灰口鑄鐵 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （ 2）蠕墨鑄鐵 石墨呈蠕蟲(chóng)狀，見(jiàn)圖 11； 圖 11 蠕墨鑄鐵 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （ 3）可鍛鑄鐵 石墨呈團(tuán)絮狀，見(jiàn)圖 12； 圖 12 可鍛鑄鐵 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 （ 4）球墨鑄鐵 石墨呈球狀，見(jiàn)圖 13。它是工業(yè)中應(yīng)用最廣的鑄鐵。 （一） 鑄鐵的分類 1. 根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式分類 （ 1）白口鑄鐵 指碳主要以游離碳化鐵形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈銀白色。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 作業(yè)：書(shū) p71 ,1~10 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 第二節(jié)常用合金鑄件的生產(chǎn) 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 鑄鐵是一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 皮下氣孔是球墨鑄鐵的主要鑄造缺陷 之一，其產(chǎn)生原因是鐵液中逸出的鎂和鐵液表面的硫化鎂，與鑄型中的水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了氫和硫化氫等氣體，這些氣體侵入鑄件表面 ? 措施：防止球墨鑄鐵件皮下氣孔，除了減少鐵液中的含氣量外，要嚴(yán)格控制型砂水分，在保證球化的前提下盡量減少鎂的加人量。其產(chǎn)生原因在于當(dāng)灼熱的鋼液與鑄型接觸時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng) ? Fe＋ H２ O=FeO十 2H ? 生成的氫一部分通過(guò)鑄型逸出，另一部分則向鋼液中擴(kuò)散，使鋼液表層的氫濃度達(dá)到飽和。 ?這種氣孔又稱為皮下氣孔，它常出現(xiàn)在鑄鋼件和球墨鑄鐵件上。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 3）反應(yīng)性氣孔 澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵或溶渣之間，因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔，統(tǒng)稱反應(yīng)性氣孔。 ? 3)反應(yīng)性氣孔澆人鑄型中 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 析出性氣孔產(chǎn)生的主要原因是因?yàn)榻饘僭谌蹮掃^(guò)程中吸氣過(guò)多。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 析出性氣孔的產(chǎn)生源于合金的吸氣，所謂 ? 合金的吸氣，是指熔融金屬和固態(tài)金屬溶解或結(jié)合氣體的過(guò)程。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （ 2）析出性氣孔 ? 析出性氣孔是溶解在金屬液中的氣體，在凝固時(shí)由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產(chǎn)生的氣孔。 ? 當(dāng)鑄件的表面已經(jīng)結(jié)成硬殼，侵人的氣 ? 體尚未逸出，則氣體留在鑄件內(nèi)部，形成氣孔。 ? 當(dāng)高溫的金屬液澆人鑄型，水分急劇蒸發(fā)，加之造型材料中有機(jī)物的燃燒和揮發(fā)，形成了大量的氣體。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 實(shí)例： ? 球墨鑄鐵的石墨飄浮、高鋁鑄鐵的鋁成分上浮以及鉛青銅的上面富銅而下面富鉛等現(xiàn)象都是由于體積質(zhì)量偏析的緣故 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 2. 鑄件中的氣孔和合金的吸氣 ? 按照氣體的來(lái)源，將氣孔分為三種類型，即侵人性氣孔、析出性氣孔和反應(yīng)性氣孔。 ? 鑄件凝固過(guò)程中，如果液相和固相的體積質(zhì)量相差較大，那么體積質(zhì)量大的組元下沉，體 ? 積質(zhì)量小的組元上浮。 ? 避免區(qū)域偏析的發(fā)生，主要應(yīng)該采取預(yù)防措施，如控制澆注溫度不要太高 ，采取快速冷卻使偏析來(lái)不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時(shí)凝固。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 (2)區(qū)域偏析 是指鑄件截面的整體上化學(xué)成分和組織的不均勻。 ? 當(dāng)鑄件凝固時(shí)，往往初生晶軸上含熔點(diǎn)較高的組元多， ? 在枝晶的邊緣上，含熔點(diǎn)較低的組元多，對(duì)于那些凝固范圍較大的形成固溶體的合金，其晶內(nèi)偏析尤為嚴(yán)重。 ? 鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類。 ? 鋼鐵中的硫、磷，因在鑄件中形成低熔點(diǎn)的共晶體，擴(kuò)大了凝固溫度范圍，故含量越多，熱裂傾向越大。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 輪形鑄件的冷裂 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 b）鑄件裂紋的防止 為有效地防止鑄件裂紋的發(fā)生，應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力；同時(shí)金屬在熔煉過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制有可能擴(kuò)大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 冷裂與應(yīng)力的關(guān)系： ? 鑄件產(chǎn)生冷裂的傾向與鑄件形成應(yīng)力的大小密切相關(guān)。 ? 冷裂往往出現(xiàn)在鑄件受拉伸的部位，特別是在有應(yīng)力集中的地方。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 冷裂 ? 冷裂是鑄件處于彈性狀態(tài)時(shí)，鑄造應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的。 ? 當(dāng)固態(tài)合金的線收縮受到阻礙，產(chǎn)生的應(yīng)力若超過(guò)該溫度下合金的強(qiáng)度，即產(chǎn)生熱裂； 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 熱裂紋外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （ 4）鑄件的裂紋及防止 a) 鑄件裂紋的分類及其形貌 鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開(kāi)裂方式。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 b) 進(jìn)行去應(yīng)力退火 鑄件機(jī)加工之前應(yīng)先進(jìn)行去應(yīng)力退火，以穩(wěn)定鑄件尺寸，降低切削加工變形程度。 ? １）鑄件的變形 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 鑄件變形 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ２）切削加工變形 ? 經(jīng)切削加工后產(chǎn)生的變形稱為切削加工變形。為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。細(xì)化晶粒 。 ?目的：消除應(yīng)力 。 ? 應(yīng)用：同時(shí)凝固一般主要應(yīng)用于收縮較小的合金，如灰鑄鐵以及對(duì)氣密性要求不高的鑄件。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 圖 9 同時(shí)凝固原則 同時(shí)凝固原則 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 采用同時(shí)凝優(yōu)點(diǎn)：有效地減小鑄造應(yīng)力，同時(shí)不用或少用冒口，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省金屬。 ? 減小和消除鑄造應(yīng)力的方法如下： a）采用同時(shí)凝固的原則 工藝措施： 同時(shí)凝固是指通過(guò)設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時(shí)間凝固。 ? 鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱為 殘留應(yīng)力 。 ? 鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力、固態(tài)相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力的矢量和。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 收縮應(yīng)力一般為臨時(shí)應(yīng)力，隨著造成收縮應(yīng)力原因的解除，如鑄件落砂清理后，應(yīng)力自行消除。若此時(shí)鑄件各部分溫度均勻一致，則相變同時(shí)發(fā)生，可能不產(chǎn)生應(yīng)力；若鑄件壁厚不均，冷卻過(guò)程中存在著溫度差，則各部分的相變不同時(shí)發(fā)生，其體積變化不均衡而導(dǎo)致產(chǎn)生相變應(yīng)力。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? b）固態(tài)相變應(yīng)力 ? 鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。 C)，合金在此溫度之上處于塑性狀態(tài)，其下則處于彈性狀態(tài) ? ①塑性階段 (t0t1） ? ②彈、塑性階段 (t1t2） ? 以上階段鑄件內(nèi)不殘留應(yīng)力 ? ③彈性階段 (t2t3) 殘留應(yīng)力 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 結(jié)論：鑄件壁厚不均勻，凝固冷卻后其內(nèi)將產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。但鑄件各部分彼此相連，相互制約，不能自由收縮，因而產(chǎn)生熱應(yīng)力。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （ 1） 鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種： a）熱應(yīng)力 ? 鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力 。以減少金屬的液態(tài)收縮量。 ?冒口 是指鑄型中儲(chǔ)存供補(bǔ)縮用熔融金屬的空腔，也指該空腔中充填的金屬 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 圖 8 定向凝固原則 定向凝固原則 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 冒口和冷鐵的合理使用，可消除鑄鋼、高強(qiáng)度鑄鐵和可鍛鑄鐵等澆鑄的索孔和縮松 ? 定向凝固的缺陷：使鑄件各部分的溫差加大，容易導(dǎo)致變形、裂紋等缺陷的產(chǎn)生。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。 ? 在生產(chǎn)中可以采取一定的工藝措施，控制鑄件的凝固方式，使鑄件中的縮孔和縮松在一定的范圍內(nèi)互相轉(zhuǎn)化?？s松形成過(guò)程見(jiàn)圖 7。此時(shí)若下降的液面得不到液體金屬的補(bǔ)足，當(dāng)鑄件全部凝固后，在其上部形成了一個(gè)倒圓錐形的孔洞 —縮孔，見(jiàn)圖 16d. 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? 已形成縮孔的鑄件繼續(xù)冷卻到室溫時(shí)，由于固態(tài)收縮，鑄件的外形輪廓有所減小，縮孔的體積亦有所減小，但縮孔體積與鑄件體積的比值保持不變，縮孔被保留下來(lái)，見(jiàn)圖 16e 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （ 2）縮松的形成 縮松是分散在鑄件某區(qū)域內(nèi)的細(xì)小孔洞，可分為 宏觀縮松和顯微縮松 兩種 ? 凝固范圍較寬的合金有一個(gè)較寬的液固兩相區(qū)，繼續(xù)凝固時(shí)，晶體不斷長(zhǎng)大，直至互相接觸，此時(shí)互相接觸的固體將液相分割成許多封閉的小區(qū)，封閉區(qū)內(nèi)的金屬液凝固收縮時(shí)無(wú)法得到補(bǔ)充，故最后形成一個(gè)個(gè)微小的分散孔洞，即縮松。 ? 縮孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮 。縮孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （ 1）縮孔的形成 縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位， 其外形特征 是：內(nèi)表面粗糙，形狀不規(guī)則，多近于倒圓錐形。 熱加工基礎(chǔ) ——張虎 ? （四）收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 1. 縮孔和縮松 鑄件凝固過(guò)程中，其液態(tài)收縮和凝固收縮所減少的體積如果得不到及時(shí)的補(bǔ)充，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。 3. 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 ? 鑄件冷卻收縮時(shí)，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力，故 鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率 。 l 1. 化學(xué)成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。 ? 固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。 ? 液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因 。 ? 鑄造合金的澆注溫度一般控制在高于液相線 50℃ 150℃ 。 ? 收縮是鑄造合金的物理性能，是多種鑄造缺陷（縮孔、縮松、殘余內(nèi)應(yīng)力、變形、裂紋）產(chǎn)生的基本