第二章常用铸造合金课件

材料成型基础材料成型基础张艳梅张艳梅第二章第二章 常用铸造合金常用铸造合金常用铸造合金有：常用铸造合金有：铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金。铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写3n铸铁铸铁是含碳量大于是含碳量大于2.11%并含有较并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。基合金。n铸铁具有许多优良的性能及生产简铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。最广泛的材料之一。2.1 2.1 铸铁铸铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写4n例如，机床例如，机床床身、内燃床身、内燃机的汽缸体机的汽缸体、缸套、活塞缸套、活塞环及轴瓦、环及轴瓦、曲轴等都可曲轴等都可用铸铁制造用铸铁制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内内燃燃机机汽汽缸缸柴油机缸缸套套Chapter 10山东大学材料学院李丽编写5nFe-Fe3C 和和 Fe-G(石石墨墨)双重相图双重相图nFe3C是亚稳相，在一是亚稳相，在一定条件下将发生分解：定条件下将发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁基体球墨铸铁基体球墨铸铁根据碳的存在形式分根据碳的存在形式分:1.白口铸铁白口铸铁:碳碳以以Fe3C存存在，断口呈银白色。在，断口呈银白色。2.灰口铸铁灰口铸铁:碳以石墨状碳以石墨状存在，存在，断口呈灰色。断口呈灰色。3.麻口铸铁麻口铸铁:碳以碳以Fe3C和和石墨两种状态存在，断石墨两种状态存在，断口有黑白相间的麻点。口有黑白相间的麻点。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.1 铸铁的分类铸铁的分类根据化学成分根据化学成分:1.普通铸铁普通铸铁 2.合金铸铁合金铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.1 铸铁的分类铸铁的分类白口白口铸铁铸铁1.普通灰口铸铁普通灰口铸铁:石墨呈片状石墨呈片状。2.可锻铸铁可锻铸铁:石墨呈团絮状石墨呈团絮状。3.球墨铸铁球墨铸铁:石墨呈球状。石墨呈球状。4.蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。石墨呈蠕虫状。2.1 2.1 铸铁铸铁灰口铸铁的分类灰口铸铁的分类:2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1.石墨化过程石墨化过程 分三个阶段：分三个阶段：1.11541.1154共晶反应形成共晶反应形成石墨。石墨。2.2.1154-7381154-738析出二次析出二次石墨。石墨。3.3.738738共析反应形成共析反应形成石墨。石墨。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁 根据第三阶段的转变情况，可出现不同的灰口铸根据第三阶段的转变情况，可出现不同的灰口铸铁基体组织：铁基体组织：1.1.珠光体组织：珠光体灰铸铁珠光体组织：珠光体灰铸铁2.2.铁素体组织：铁素体灰铸铁铁素体组织：铁素体灰铸铁3.3.铁素体加珠光体：铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体：铁素体加珠光体灰铸铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写11灰灰 铸铸铁铁 的的显显 微微组组 织织 铁铁素素体体灰灰铸铸铁铁珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体灰灰铸铸铁铁石石墨墨片片的的三三维维形形貌貌2.影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素（1 1）铸铁成分的影响铸铁成分的影响 硅和碳是有效促进石墨化的元素。硅和碳是有效促进石墨化的元素。图图2-2 铝、钛、镍、铜也可促进石墨化过程。铝、钛、镍、铜也可促进石墨化过程。硫和锰以及铬、钨、钼等碳化物形成元素阻碍石墨化。硫和锰以及铬、钨、钼等碳化物形成元素阻碍石墨化。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化碳、硅量控制范围：碳、硅量控制范围：2.54.0%C，1.03.0%Si。2.影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素（2 2）冷却速度的影响冷却速度的影响 冷却速度越慢越有利于碳的石墨化。冷却速度越慢越有利于碳的石墨化。冷却速度受铸型冷却条件及铸件壁厚的影响。冷却速度受铸型冷却条件及铸件壁厚的影响。1.铸型材料铸型材料 金属型、砂型金属型、砂型2.铸件壁厚铸件壁厚 厚壁处厚壁处易形成铁素体易形成铁素体+粗大石墨片；粗大石墨片；薄壁处薄壁处易形成白口或麻口组织。易形成白口或麻口组织。图图2-32.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化2.影响铸件石墨化的因素影响铸件石墨化的因素2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.2 铸铁的石墨化铸铁的石墨化Chapter 10山东大学材料学院李丽编写15n 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。n 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。n 铸造性能好。由于铸铁硅含量高铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶成分接近于共晶.n 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。l2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点l 力学性能低。由于力学性能低。由于石墨相当于钢基体中石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且了基体的连续性，且易导致应力集中。易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较1.灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能 灰铸铁的组织结构可看作在钢的基体中嵌入了大量石灰铸铁的组织结构可看作在钢的基体中嵌入了大量石墨片。墨片。图图2-4（1）力学性能）力学性能 抗拉强度和弹性模量比钢低得多，抗拉强度仅为抗拉强度和弹性模量比钢低得多，抗拉强度仅为120-250MPa。塑性、韧性近于为零，脆性材料。塑性、韧性近于为零，脆性材料。原因原因 灰铸铁中的片状石墨犹如钢基体中布满裂纹。灰铸铁中的片状石墨犹如钢基体中布满裂纹。降低承载能力；降低承载能力；造成应力集中。造成应力集中。抗压强度与钢相近，达抗压强度与钢相近，达60-80MPa，一般铸铁可作抗压，一般铸铁可作抗压件用。件用。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁1.灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能（2 2）工艺性能）工艺性能铸造性能好；铸造性能好；切削性能好；切削性能好；不可锻造、冲压；不可锻造、冲压；可焊性差。可焊性差。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁1.灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能（3 3）减振性）减振性 灰铸铁的减振性是钢的灰铸铁的减振性是钢的5-105-10倍，是制造机床床身、机倍，是制造机床床身、机座、导轨、车辆制动器的理想材料。座、导轨、车辆制动器的理想材料。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁（4 4）耐磨性）耐磨性 灰铸铁的耐磨性比钢好，适于制造导轨、衬套、活塞灰铸铁的耐磨性比钢好，适于制造导轨、衬套、活塞环。环。（5 5）缺口敏感性）缺口敏感性 灰铸铁的缺口敏感性比钢好，增加了零件工作的可靠灰铸铁的缺口敏感性比钢好，增加了零件工作的可靠性。性。1.灰铸铁的组织与性能灰铸铁的组织与性能2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁 灰铸铁的力学性能除了与石墨的数量、大小、分灰铸铁的力学性能除了与石墨的数量、大小、分布有关外，还与基体组织有关：布有关外，还与基体组织有关：1.1.珠光体灰铸铁：力学性能好，强度、硬度高，珠光体灰铸铁：力学性能好，强度、硬度高，用于制用于制造重要机件造重要机件；2.2.铁素体灰铸铁：塑性、韧性好，但强度太低，铁素体灰铸铁：塑性、韧性好，但强度太低，生产上生产上很少使用很少使用；3.3.铁素体加珠光体灰铸铁：强度比珠光体灰铸铁稍低，铁素体加珠光体灰铸铁：强度比珠光体灰铸铁稍低，但铸造性能、切削性能、减振性能好，但铸造性能、切削性能、减振性能好，用途最广用途最广。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写20n灰铸铁用途灰铸铁用途n制造承受压力和震动的零件制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体2.灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁孕育处理：孕育处理：采用孕育剂硅铁（硅含量采用孕育剂硅铁（硅含量75w%）。）。孕育铸铁组织：孕育铸铁组织：细晶粒珠光体细晶粒珠光体+细片状石墨。细片状石墨。孕育铸铁的性能：孕育铸铁的性能：强度、硬度强度、硬度显著提高（抗拉强度显著提高（抗拉强度250-350MPa，布氏硬度，布氏硬度HB=170-270）；）；塑性、韧性塑性、韧性较差；冷却较差；冷却速度对孕育铸铁的组织、性能影响很小，速度对孕育铸铁的组织、性能影响很小，铸件厚大截面的性铸件厚大截面的性能均匀能均匀。孕育铸铁的应用：孕育铸铁的应用：适于静载下，要求较高强度、耐磨或气密适于静载下，要求较高强度、耐磨或气密性的铸件，特别是厚大铸件，如重型机床床身、气缸体、缸性的铸件，特别是厚大铸件，如重型机床床身、气缸体、缸套、液压件等。套、液压件等。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写22n常常对对灰灰铸铸铁铁进进行行孕孕育育处处理理，以以细细化化片片状石墨。状石墨。n常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。n经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙Chapter 10山东大学材料学院李丽编写23n灰铸铁热处理：灰铸铁热处理：n热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。墨形态。n灰铸铁强度只有碳钢的灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。热处理强化效果不大。n灰铸铁常用的热处理有：灰铸铁常用的热处理有：n 消除内应力退火消除内应力退火(又称人工时效又称人工时效)n 消除白口组织退火消除白口组织退火 灰铸铁件灰铸铁件汽汽缸缸套套活活塞塞环环3.灰铸铁件的生产特点及牌号灰铸铁件的生产特点及牌号2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁（1）灰铸铁的生产特点）灰铸铁的生产特点 灰铸铁的铸造性能好：灰铸铁的铸造性能好：接近共晶成分，流动性好；接近共晶成分，流动性好；石墨化膨胀，收缩小，铸件的浇不到、缩孔、缩松、石墨化膨胀，收缩小，铸件的浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹等倾向小。气孔、变形、裂纹等倾向小。不需热处理。不需热处理。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.3 灰铸铁灰铸铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写26n2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁n石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.n1、组织：基体（、组织：基体（F、F+P、P）+球状球状Gn球状石墨是液态铁水经球化处理得到的球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。n球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕匀，在球化处理同时还进行孕育处理。育处理。l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁 球化剂：球化剂：镁、钙、稀土；镁、钙、稀土；孕育剂：孕育剂：硅铁、硅钙合金。硅铁、硅钙合金。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁铁铁素素体体加加珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁 珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁 球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.4 球墨铸铁球墨铸铁2.2.球墨铸铁的球化和孕育处理球墨铸铁的球化和孕育处理 球化剂：球化剂：镁、稀土（镧镁、稀土（镧La、铈、铈Ce、钕、钕Nd等）；等）；孕育剂：孕育剂：含含75w%硅的硅铁、硅钙合金。硅的硅铁、硅钙合金。冲入法、型内球化法。冲入法、型内球化法。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写30n2、性能与热处理、性能与热处理n强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈。球墨铸铁的突出特点是屈强比强比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。l球墨铸铁可球墨铸铁可进行各种热进行各种热处理处理,如退火如退火、正火正火、淬火加淬火加回火回火、等温淬等温淬火等。火等。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写31制制品品(轧轧辊辊与与辊辊环环)组织组织组织组织贝贝氏氏体体基基球球墨墨铸铸铁铁2.1 2.1 铸铁铸铁3.球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号 以抗拉强度和延伸率为牌号分级标准。以抗拉强度和延伸率为牌号分级标准。Chapter 10山东大学材料学院李丽编写33n3、用途、用途n承受震动、载承受震动、载荷大的零件，荷大的零件，如曲轴、传动如曲轴、传动齿轮等。齿轮等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴Chapter 10山东大学材料学院李丽编写34可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 n2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁n石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。n1、组织：、组织：基体基体(F、P)团絮状团絮状Gn铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。n2、性能：强度为碳钢的、性能：强度为碳钢的00%，接近于铸钢。，接近于铸钢。n名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁分类：可锻铸铁分类：（1）铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）铁素体可锻铸铁（黑心可锻铸铁）（2）珠光体可锻铸铁）珠光体可锻铸铁 （3）白心可锻铸铁）白心可锻铸铁白口铸铁在中性介质中按图工艺曲线退火第一、二两个白口铸铁在中性介质中按图工艺曲线退火第一、二两个阶段石墨化过程充分进行，得到黑心铁素体可锻铸铁；若阶段石墨化过程充分进行，得到黑心铁素体可锻铸铁；若第二阶段石墨化过程未进行，得到珠光体可锻铸铁。若在第二阶段石墨化过程未进行，得到珠光体可锻铸铁。若在氧化性气氛中退火石墨化，同时还有脱碳过程，可得白心氧化性气氛中退火石墨化，同时还有脱碳过程，可得白心可锻铸铁。可锻铸铁。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁 性能：性能：可锻铸铁的力学性能，如抗拉强度、可锻铸铁的力学性能，如抗拉强度、塑性、韧性塑性、韧性优于灰铸铁；并接近于同类基体的优于灰铸铁；并接近于同类基体的球墨铸铁。球墨铸铁。2.1 2.1 铸铁铸铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写38 可锻铸铁的显微可锻铸铁的显微组织组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火2.1 2.1 铸铁铸铁 黑心可锻铸铁的基体为铁素体，故塑性、韧性黑心可锻铸铁的基体为铁素体，故塑性、韧性好，耐腐蚀，适于制造受到冲击、形状复杂的薄壁小好，耐腐蚀，适于制造受到冲击、形状复杂的薄壁小件，广泛用于制造各种水管接头、农机件等。件，广泛用于制造各种水管接头、农机件等。珠光体可锻铸铁的强度、硬度耐磨性优良，并珠光体可锻铸铁的强度、硬度耐磨性优良，并可通过淬火、调质等处理来强化，可取代锻钢制造小可通过淬火、调质等处理来强化，可取代锻钢制造小型连杆、曲轴等重要件。型连杆、曲轴等重要件。白心可锻铸铁的力学性能较差，一般很少使用。白心可锻铸铁的力学性能较差，一般很少使用。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.5 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁虽然存在退火周期长，生产过程复杂，能可锻铸铁虽然存在退火周期长，生产过程复杂，能耗大的缺点，但在生产形状复杂，承受冲击载荷的薄耗大的缺点，但在生产形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件时，目前仍有不可替代的位置。这些小件若用壁小件时，目前仍有不可替代的位置。这些小件若用铸钢制造困难较大，若用球墨铸铁，质量又难保证。铸钢制造困难较大，若用球墨铸铁，质量又难保证。可锻铸铁不仅对金属原材料的限制小，且质量容易控可锻铸铁不仅对金属原材料的限制小，且质量容易控制。今后发展方向，主要是探求快速退火新工艺，发制。今后发展方向，主要是探求快速退火新工艺，发展可锻铸铁新品种。展可锻铸铁新品种。2.1 2.1 铸铁铸铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写42n可锻铸铁的用途可锻铸铁的用途n用于制造形状复杂且承受振用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。接头、低压阀门等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件Chapter 10山东大学材料学院李丽编写43n2.1.6 蠕墨铸铁蠕墨铸铁n蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代年代发展起来的一种新型铸铁发展起来的一种新型铸铁.n蠕墨铸铁是液态铁水经蠕蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的化处理和孕育处理得到的.n蠕化剂为稀土硅铁镁合金蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨Chapter 10山东大学材料学院李丽编写44蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的显微组织显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体n蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰灰铸铸铁铁蠕蠕墨墨铸铸铁铁球球墨墨铸铸铁铁Chapter 10山东大学材料学院李丽编写46n蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓工工业业铸铸铁铁的的成成分分范范围围与与组组织织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce2.1 2.1 铸铁铸铁 1.耐磨铸铁耐磨铸铁 高磷耐磨铸铁：加入高磷耐磨铸铁：加入0.4-0.7的的P可形成高硬度断续可形成高硬度断续网状分布的磷共晶；网状分布的磷共晶；铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的C、N化合物；化合物；钒钛耐磨铸铁：加入钒钛耐磨铸铁：加入V、Ti等元素，可形成高硬度的等元素，可形成高硬度的C、N化合物化合物；耐磨铸铁用于机床导轨、汽车发动机缸套、活塞环、轴耐磨铸铁用于机床导轨、汽车发动机缸套、活塞环、轴套、磨球等。套、磨球等。2.1.7 合金铸铁合金铸铁2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁 2.耐热铸铁耐热铸铁 铸铁的耐热性是指它在高温下抵抗氧化和生长的能力。铸铁的耐热性是指它在高温下抵抗氧化和生长的能力。氧化是指在高温氧化是指在高温600以上反复加热时，使铸铁表层发生化以上反复加热时，使铸铁表层发生化学腐蚀起皮的现象。这种现象是由于渗碳体分解为石墨，以学腐蚀起皮的现象。这种现象是由于渗碳体分解为石墨，以及氧化性气体渗入铸铁内部造成氧化所致。及氧化性气体渗入铸铁内部造成氧化所致。为防止铸铁的高温氧化，可向铸铁中加入铝、硅、铬等为防止铸铁的高温氧化，可向铸铁中加入铝、硅、铬等合金元素，使铸件表面形成一层致密的如合金元素，使铸件表面形成一层致密的如A12O3，Si02，Cr2O3等氧化膜，保护内部不被继续氧化并在高温使用时等氧化膜，保护内部不被继续氧化并在高温使用时不致发生石墨化过程，从而提高铸铁的耐热性。不致发生石墨化过程，从而提高铸铁的耐热性。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁 2.耐热铸铁耐热铸铁 耐热铸铁的组织最好是铁素体基体的球墨铸铁，因为球耐热铸铁的组织最好是铁素体基体的球墨铸铁，因为球状石墨呈孤立分布，互不相连，不易形成气体渗入通道，有状石墨呈孤立分布，互不相连，不易形成气体渗入通道，有利于耐热性提高。利于耐热性提高。耐热铸铁用于加热炉底板、炉门、钢锭模等。耐热铸铁用于加热炉底板、炉门、钢锭模等。2.1 2.1 铸铁铸铁2.1.7 合金铸铁合金铸铁3.耐蚀铸铁耐蚀铸铁 铸铁中加入大量的铸铁中加入大量的Si、Al、Ni、Cu、Mo等合金元素，等合金元素，可以提高铸铁基体组织的电极电位，并使铸铁表面形成一可以提高铸铁基体组织的电极电位，并使铸铁表面形成一层致密的保护膜，内部组织为单相基体加孤立分布的少量层致密的保护膜，内部组织为单相基体加孤立分布的少量球状石墨，从而可使铸铁具有耐蚀性。球状石墨，从而可使铸铁具有耐蚀性。根据腐蚀介质的不同，需选择不同的耐蚀合金铸铁。根据腐蚀介质的不同，需选择不同的耐蚀合金铸铁。如高硅耐蚀铸铁在含氧酸如高硅耐蚀铸铁在含氧酸(如硝酸等如硝酸等)中耐蚀性好中耐蚀性好；含铜耐；含铜耐蚀铸铁在碱性介质中耐蚀性好。蚀铸铁在碱性介质中耐蚀性好。耐蚀合金铸铁主要用于制造化工机械的阀门、管道、耐蚀合金铸铁主要用于制造化工机械的阀门、管道、泵及相关容器泵及相关容器。2.2 2.2 铸钢铸钢 铸钢占铸件总量的铸钢占铸件总量的15%，仅次于灰铸铁。，仅次于灰铸铁。（1）铸钢的综合机械性能高于各类铸铁，它不仅强度铸钢的综合机械性能高于各类铸铁，它不仅强度高，而且具有铸铁不可比的优良塑性和韧性，最适宜制造承高，而且具有铸铁不可比的优良塑性和韧性，最适宜制造承受大能量冲击负荷下的高强度、高韧性复杂零件，如火轮、受大能量冲击负荷下的高强度、高韧性复杂零件，如火轮、锻锤机架和砧座、高压阀门、轧辊等。锻锤机架和砧座、高压阀门、轧辊等。（2）某些合金铸钢具有特殊性能，如耐磨性、耐蚀性、）某些合金铸钢具有特殊性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性。耐热性。（3）铸钢的焊接性能好，便于采用铸一焊联合结构制铸钢的焊接性能好，便于采用铸一焊联合结构制造形状复杂的大型铸件，在重型机械制造中甚为重要。造形状复杂的大型铸件，在重型机械制造中甚为重要。按化学成分，铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类。按化学成分，铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类。其中，碳钢应用铰广，约占铸钢件总产量的其中，碳钢应用铰广，约占铸钢件总产量的80以上。以上。2.2 2.2 铸钢铸钢1.碳素铸钢碳素铸钢 碳素铸钢的主要强化元素为碳，其含量为碳素铸钢的主要强化元素为碳，其含量为0.2一一0.6，次要强化元素为硅和锰，它们的含量分别为，次要强化元素为硅和锰，它们的含量分别为(0.5一一0.6)Si，(0.8一一0.9)Mn，其它元素的总，其它元素的总量不超过量不超过1%。由于合金元素少、成本低、铸造性能及。由于合金元素少、成本低、铸造性能及综合力学性能好、熔炼容易而得到广泛应用，可作为综合力学性能好、熔炼容易而得到广泛应用，可作为一般工程结构。一般工程结构。2.2 2.2 铸钢铸钢碳素铸钢的牌号碳素铸钢的牌号 我国碳素铸钢按屈服强度和抗拉强度分级，计有五个牌号。我国碳素铸钢按屈服强度和抗拉强度分级，计有五个牌号。2.2 2.2 铸钢铸钢2.合金铸钢合金铸钢 合金铸钢牌号合金铸钢牌号ZG+数字数字+合金元素符号合金元素符号+数字。数字。合金铸钢分为低合金铸钢（合金总量小于合金铸钢分为低合金铸钢（合金总量小于5%）和高）和高合金铸钢（合金总量大于合金铸钢（合金总量大于10%）。）。2.2 2.2 铸钢铸钢2.合金铸钢合金铸钢 低合金铸钢：锰系、锰硅系、铬系。低合金铸钢：锰系、锰硅系、铬系。普通低合金钢发展以普通低合金钢发展以Cr、Mn、Ni、Mo、Si为主为主的合金系，国外重点发展的合金系，国外重点发展Cr、Ni、Mo合金系，我国结合金系，我国结合资源条件发展合资源条件发展Cr、Mn合金系，辅以合金系，辅以Si、Mo、V等元等元素，近年也注意素，近年也注意Ni在低合金钢中的应用。在低合金钢中的应用。在在锰系低合金钢中锰系低合金钢中，锰是主要强化元素。它一部分，锰是主要强化元素。它一部分固溶于铁素体中，使铁素体强化。过剩的锰形成固溶于铁素体中，使铁素体强化。过剩的锰形成(Fe，Mn)3C碳化物。碳化物。2.2 2.2 铸钢铸钢2.合金铸钢合金铸钢 锰硅系锰硅系：一般碳钢的硅含量为一般碳钢的硅含量为0.20一一0.45，当硅量超，当硅量超过这一含量范围时便称为合金元素。将锰钢中的硅含过这一含量范围时便称为合金元素。将锰钢中的硅含量提高到量提高到0.6为一为一1.0，就构成硅锰低合金钢。，就构成硅锰低合金钢。硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体其固溶硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体其固溶强化作用很大，仅次于碳而超过其它合金元素，从而强化作用很大，仅次于碳而超过其它合金元素，从而大大提高钢的强度和硬度。大大提高钢的强度和硬度。2.2 2.2 铸钢铸钢高合金铸钢高合金铸钢：铸造高合金钢含有铸造高合金钢含有10以上的一种或多种合金元素。以上的一种或多种合金元素。加入大量合金元素的主要目的是改变材料的耐热性、耐蚀加入大量合金元素的主要目的是改变材料的耐热性、耐蚀性和耐磨性。性和耐磨性。适用于高温、耐蚀或抗磨的机械零件。适用于高温、耐蚀或抗磨的机械零件。高锰钢是含约高锰钢是含约13Mn，具有很高的耐磨性，可制作，具有很高的耐磨性，可制作球磨机衬板，挖掘机的斗齿，坦克及拖拉机的履带板等。球磨机衬板，挖掘机的斗齿，坦克及拖拉机的履带板等。2.合金铸钢合金铸钢 2.2 2.2 铸钢铸钢2.2.2 铸钢的铸造工艺铸钢的铸造工艺 铸钢的铸造性能差：铸钢的铸造性能差：熔点高熔点高（1500）、流动性、流动性差、收缩大差、收缩大（比铸铁大三倍）（比铸铁大三倍），钢液易氧化、吸气，易产，钢液易氧化、吸气，易产生粘砂、冷隔、浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹生粘砂、冷隔、浇不到、缩孔、缩松、气孔、变形、裂纹等。等。改善铸造性能的措施：改善铸造性能的措施：（1）铸钢用砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，铸钢用砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，低的发气性等。低的发气性等。（2）铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。（3）在壁厚相交处设计防裂筋。）在壁厚相交处设计防裂筋。2.2 2.2 铸钢铸钢2.2.2 铸钢的铸造工艺铸钢的铸造工艺 （2）铸钢件要安置冒口和铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现顺序凝固。冷铁，以实现顺序凝固。2.2 2.2 铸钢铸钢3.铸钢的热处理铸钢的热处理 热处理是生产铸钢件的必要工序。因为铸态件晶粒粗大，热处理是生产铸钢件的必要工序。因为铸态件晶粒粗大，组织不均匀，常存有残余内应力，会降低铸钢件的强度，特组织不均匀，常存有残余内应力，会降低铸钢件的强度，特别是塑性和韧性。为此需对铸钢件进行正火或退火处理，以别是塑性和韧性。为此需对铸钢件进行正火或退火处理，以细化晶粒，提高机械性能和消除内应力。细化晶粒，提高机械性能和消除内应力。正火钢件的机械性能高于退火钢件且成本低，应尽可能正火钢件的机械性能高于退火钢件且成本低，应尽可能采用。但正火较退火的应力大，因此，对于碳质量分数大于采用。但正火较退火的应力大，因此，对于碳质量分数大于或等于或等于0.35%或形状复杂，容易产生裂纹的铸钢件应采用退或形状复杂，容易产生裂纹的铸钢件应采用退火；对于碳质量分数小于火；对于碳质量分数小于0.35%或形状简单的铸钢件可采用或形状简单的铸钢件可采用正火。正火。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金 铸造有色合金一般是指除铸钢、铸铁等黑色合金以铸造有色合金一般是指除铸钢、铸铁等黑色合金以外的铸造合金。铸造有色合金品种较多，有铝合金、铜外的铸造合金。铸造有色合金品种较多，有铝合金、铜合金、镁合金、钛合金以及轴承合金等。合金、镁合金、钛合金以及轴承合金等。常用的有铸造铜合金和铸造铝合金。常用的有铸造铜合金和铸造铝合金。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金1.铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 由铝与硅、铜、镁、锌等组成的合金称为铸造铝合金，由铝与硅、铜、镁、锌等组成的合金称为铸造铝合金，分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。分为铝硅、铝铜、铝镁及铝锌合金四类。牌号：牌号：ZAl+主元素主元素+主元素的质量分数。主元素的质量分数。特点：特点：密度小，熔点低，导电性好，耐蚀性优良。密度小，熔点低，导电性好，耐蚀性优良。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金1.铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 铝硅合金：铝硅合金：流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，因此，有良好的铸造性能。经变质处理或时效处理，还好，因此，有良好的铸造性能。经变质处理或时效处理，还具有良好的力学性能，故应用最广，约占铸铝件产量的具有良好的力学性能，故应用最广，约占铸铝件产量的50。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、活塞、化油器、仪表外壳、电动机外壳等。内燃机缸体、活塞、化油器、仪表外壳、电动机外壳等。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金1.铸造铝合金的分类、性能及应用铸造铝合金的分类、性能及应用 铝铜、铝镁合金：因远离共晶成分，结晶温度范围大，铸铝铜、铝镁合金：因远离共晶成分，结晶温度范围大，铸造性能差。造性能差。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.1 铸造铝合金铸造铝合金2.铸造铝合金的生产特点铸造铝合金的生产特点（1）铸造铝合金在液态下具有易氧化和吸气的特性。）铸造铝合金在液态下具有易氧化和吸气的特性。铝合铝合金易氧化生成金易氧化生成Al2O3，在铸件中形成非金属夹渣。铝液还极，在铸件中形成非金属夹渣。铝液还极易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。（2）采用坩埚炉熔炼。用）采用坩埚炉熔炼。用NaCl和和KCl等密度小、熔点低的熔等密度小、熔点低的熔剂覆盖金属液隔绝空气。熔炼后期用剂覆盖金属液隔绝空气。熔炼后期用ZnCl和和C2Cl6去气精炼。去气精炼。（3）为防止铝液在浇注过程中氧化、吸气，尽量使其平稳快）为防止铝液在浇注过程中氧化、吸气，尽量使其平稳快浇、快凝，多采用底注式或某些特殊的浇注系统，防止金属浇、快凝，多采用底注式或某些特殊的浇注系统，防止金属液飞溅，使其连续平稳地导入型腔。液飞溅，使其连续平稳地导入型腔。（4）铸造铝合金凝固收缩大，应用顺序凝固原则。）铸造铝合金凝固收缩大，应用顺序凝固原则。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.2 铸造铜合金铸造铜合金1.铸造铜合金的分类、性能及应用铸造铜合金的分类、性能及应用以铜为主，并含有以铜为主，并含有Zn、Si、Be、Sn等组元的铜基铸造合金称等组元的铜基铸造合金称为铸造铜合金。为铸造铜合金。牌号：牌号：ZCu+主元素主元素+主元素的质量分数。主元素的质量分数。分类：铸造黄铜、铸造青铜。分类：铸造黄铜、铸造青铜。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.2 铸造铜合金铸造铜合金1.铸造铜合金的分类、性能及应用铸造铜合金的分类、性能及应用 黄铜是指以铜和锌为主组成的合金，有优良的铸造性能。黄铜是指以铜和锌为主组成的合金，有优良的铸造性能。铸造黄铜常用于重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、铸造黄铜常用于重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和形状复杂的阀门及大型螺旋桨等耐蚀件。齿轮等耐磨件和形状复杂的阀门及大型螺旋桨等耐蚀件。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.2 铸造铜合金铸造铜合金1.铸造铜合金的分类、性能及应用铸造铜合金的分类、性能及应用 青铜是指除锌外，铜与其他元素形成的合金。铜与锡青铜是指除锌外，铜与其他元素形成的合金。铜与锡形成的合金称为锡青铜。锡青铜容易产生显微缩松，这些形成的合金称为锡青铜。锡青铜容易产生显微缩松，这些缩松可作为储油槽，使锡青铜特别适合制造高速滑动轴承缩松可作为储油槽，使锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。青铜的耐蚀性一般优于黄铜，更适合海水中工作和衬套。青铜的耐蚀性一般优于黄铜，更适合海水中工作的零件。的零件。2.3 2.3 铸造有色金属及合金铸造有色金属及合金2.3.2 铸造铜合金铸造铜合金2.铸造铜合金的生产特点铸造铜合金的生产特点 铸造铜合金在液态下也具有易氧化和吸气的特性。铜铸造铜合金在液态下也具有易氧化和吸气的特性。铜合金氧化后生成合金氧化后生成Cu2O，在铸件中形成非金属夹渣。，在铸件中形成非金属夹渣。为了防止上述缺陷产生，在熔铸工艺上需采取下列措为了防止上述缺陷产生，在熔铸工艺上需采取下列措施：施：（1）采用坩埚炉熔炼。用熔剂（玻璃和硼砂）覆盖金属）采用坩埚炉熔炼。用熔剂（玻璃和硼砂）覆盖金属液隔绝空气。用磷铜合金脱氧、去气精炼。液隔绝空气。用磷铜合金脱氧、去气精炼。（2）尽量使其平稳快浇、快凝，多采用底注式或某些特）尽量使其平稳快浇、快凝，多采用底注式或某些特殊的浇注系统，防止金属液飞溅，使其连续平稳地导入型殊的浇注系统，防止金属液飞溅，使其连续平稳地导入型腔。腔。（3）铜合金收缩性较大，需要设置冒口和冷铁，采取顺）铜合金收缩性较大，需要设置冒口和冷铁，采取顺序凝固原则防止缩孔。序凝固原则防止缩孔。