【正文】 通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理，改變其金相組織或成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵。孕育鑄鐵適用于對強(qiáng)度、硬度和耐磨性要求較高的重要鑄件，尤其是厚大鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等。常用的孕育劑是 FeSi75，熔點(diǎn)為 1300℃ ，經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱孕育鑄鐵。 d) 耐磨性好 e) 缺口敏感性低 2. 灰鑄鐵的孕育處理 孕育是以少量材料加入熔融金屬，促進(jìn)成核，以改善其組織和性能的方法。 c) 減振性 灰鑄鐵具有良好的減振性，其減震能力約為鋼的 5～ 10倍。 b) 工藝性能 灰鑄鐵屬于脆性材料，不能進(jìn)行沖壓 ；同時，其焊接性能也很差。 3. 根據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分分類 （ 1）普通鑄鐵 （ 2） 合金鑄鐵 （二） 灰鑄鐵 1. 灰鑄鐵的顯微組織及其性能 （ 1）灰鑄鐵的顯微組織 灰鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與片狀石墨組成。 （ 3）麻口鑄鐵 指碳部分以游離碳化鐵形式出現(xiàn)，部分以石墨形式出現(xiàn)，斷口灰白相間。 （ 2）灰鑄鐵 指碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色。在這些合金中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了在共晶溫度時能保留在奧氏體固溶體中的量。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下 1mm2mm處，孔內(nèi)表面光滑，孔徑 1mm3mm。其特征是尺寸細(xì)小，多而分散，形狀多為圓形、橢圓形或針狀，往往分布于整個鑄件斷面內(nèi)。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。 鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為體積質(zhì)量偏析。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。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。 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；同時金屬在熔煉過程中，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。當(dāng)固態(tài)合金的線收縮受到阻礙，產(chǎn)生的應(yīng)力若超過該溫度下合金的強(qiáng)度，即產(chǎn)生熱裂；而冷裂是鑄件處于彈性狀態(tài)時，鑄造應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的。 c) 設(shè)置工藝?yán)? 為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設(shè)置工藝?yán)?。防止鑄件變形有以下幾種方法： a) 采用反變形法 可在模樣上做出與鑄件變形量相等而方向相反的預(yù)變形量來抵消鑄件的變形，此種方法稱為反變形法。如圖 19所示。 c）收縮應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。 （ 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程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。 b）合理確定鑄件的澆注位置、內(nèi)澆道位置及澆注工藝 澆注位置的選擇應(yīng)服從定向凝固原則；內(nèi)澆道應(yīng)開設(shè)在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要合理選擇澆注溫度和澆注速度，在不增加其它缺陷的前提下，應(yīng)盡量降低澆注溫度和澆注速度。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?？s松形成過程見圖 17。縮孔形成過程見圖 16。通?？s孔隱藏于鑄件的內(nèi)部，有時經(jīng)切削加工才能暴露出來。這種阻力越大，鑄件的實(shí)際收縮率就越小。 2. 澆注溫度 合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。 （三） 影響合金收縮的因素 1. 化學(xué)成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。 金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。 （二） 鑄造合金的收縮 鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。 2. 凝固方式的影響因素 （ 1）合金凝固溫度范圍的影響 合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中間凝固方式。 3）中間凝固方式 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固方式。 （ 2）糊狀凝固方式 合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。 二 合金的凝固與收縮 （ 一）鑄件的凝固方式及影響因素 1. 鑄件的凝固方式 （ 1）逐層凝固方式 合金在凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開，這種凝固方式稱為逐層凝固。 b）充型壓力 液態(tài)合金在流動方向上所受的壓力越大，其充型能力越好。 （ 2）澆注條件 a）澆注溫度 澆注溫度對合金的充型能力有著決定性的影響。 b）鑄型溫度 提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。 2. 充型能力的影響因素 （ 1）鑄型填充條件 a）鑄型的蓄熱能力 鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。 （二）合金的充型能力 1. 充型能力 考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動性叫合金的充型能力。 鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系見圖 14。 在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金，凝固時鑄件內(nèi)存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區(qū)。其中灰鑄鐵的流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。 合金流動性的好壞，通常以 螺旋形流動性試樣 的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。 2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。 2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排 第一章 . 鑄造 （ 16學(xué)時） 合金的鑄造性能（ 4學(xué)時） 常用合金鑄件的生產(chǎn)（ 2學(xué)時） 砂型鑄造（ 4學(xué)時） 特種鑄造（ 2學(xué)時） 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性（ 4學(xué)時） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排 第二章 . 鍛壓 （ 12學(xué)時） 金屬的鍛造性能（ 4學(xué)時） 自由鍛（ 2學(xué)時） 模鍛（ 2學(xué)時） 沖壓（ 2學(xué)時） 少無切削鍛壓工藝簡介（ 2學(xué)時） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排 第三章 . 焊接 （ 12學(xué)時） 焊接的基本原理（ 1學(xué)時） 焊條電弧焊（ 2學(xué)時） 其它焊接方法（ 1學(xué)時） 壓焊與釬焊（ 2學(xué)時） 堆焊與熱噴涂（ 2學(xué)時） 常用金屬材料的焊接（ 2學(xué)時） 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（ 2學(xué)時） 教材及參考書： 教材： 王俊昌、王榮聲 《 工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ) 》 機(jī)械工業(yè)出版社 參考書：趙一善 《熱加工工藝基礎(chǔ)》 高等教育出版社 第一章 鑄 造 何為鑄造？ 熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。北京理工大學(xué)遠(yuǎn)程教育 熱加工工藝基礎(chǔ) 材料學(xué)院 張朝暉 副教授 TEL： 010— 68913304 EMAIL： 《熱加工工藝基礎(chǔ)》教學(xué)大綱 英文名稱： High Temperature Process 學(xué)分： 2 學(xué)時： 40 適用專業(yè)： 機(jī)電工程、車輛工程 課程的性質(zhì)、地位和任務(wù) 熱加工工藝基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程、機(jī)電工程、車輛工程等專業(yè)的必修課程。本課程對了解材料的熱加工工藝過程、材料熱加工過程中的結(jié)晶、變形及強(qiáng)化規(guī)律有重要作用，對解決材料加工實(shí)際問題有很大幫助。 鑄造優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機(jī)架等。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由 1m左右。 缺點(diǎn)： 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。 一、流動性和充型能力 （一）合金的流動性 1. 流動性 流動性是指熔融金屬的流動能力。 第一節(jié) 合金的鑄造性能 2. 流動性的影響因素 1）合金的種類 不同種類的合金，具有不同的螺旋線長度，即具有不同的流動性。 2）化學(xué)成分和結(jié)晶特征 純金屬和共晶成分的合金，凝固是由鑄件壁表面向中心逐漸推進(jìn)，凝固后的表面比較光滑，對未凝固液體的流動阻力較小，所以流動性好，見圖 13a。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達(dá)，對金屬流動的阻力越大，金屬的流動性就越差，見圖13b。圖中表明，純鐵和共晶鑄鐵的流動性最好，亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動性變差。合金的流動性是金屬本身的屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能力不僅和金屬的流動性相關(guān)，而且也受外界因素的影響。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。 c）鑄型中的氣體 鑄型中氣體越多，合金的充型能力就越差。澆注溫度越高，合金的粘度越低，合金的充型能力就越好；但澆注溫度過高，液態(tài)合金的收縮增大，吸氣量增加，氧化嚴(yán)重，容易導(dǎo)致產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、粘砂、粗晶等缺陷。 c）鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件壁厚過小，壁厚急劇變化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大的水平面時，都將會影響合金的充型能力。常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。 （ 2）鑄件溫度梯度的影響 增大溫度梯度，可以使合金的凝固方式向逐層凝固轉(zhuǎn)化；反之，鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉(zhuǎn)化。它主要包括以下三個階段： 金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。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。固態(tài)收縮對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。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。 3. 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時，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。 （四）收縮對鑄件質(zhì)量的影響 1. 縮孔和縮松 （ 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。縮孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮。 （ 2）縮松的形成 宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位，顯微縮松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞，形成縮松的主要原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮所致。 （ 3）縮孔、縮松的防止措施 a）采用定向凝固的原則 所謂定向凝固，是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程。定向凝固原則見圖 18。 2. 鑄造應(yīng)力、變形和裂紋 在鑄件的凝固以及以后的冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。 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。 （ 2）鑄造應(yīng)力的防止和消除措施 a）采用同時凝固的原則 同時凝固是指通過設(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間凝固。 b）提高鑄型溫度 c）改善鑄型和型芯的退讓性 d）進(jìn)行去應(yīng)力退火 （ 3）鑄件的變形和防止 鑄件的變形包括鑄件凝固后所發(fā)生的變形以及隨后的切削加工變形。 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。 （ 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裂方式。熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色；冷裂裂紋常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。