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铸造合金及熔炼

铸造合金及熔炼. 成都理工大学工程技术学院 曹凤红. 金属学基本知识. 金属学基本知识. 1 、金属结晶的一般过程. 金属学基本知识. 金属的结晶 （ 1 ）纯金属的结晶：晶核长大的方向 — 冷却速度最大的方向 （ 2 ）合金的结晶：结晶过程 — 在一定温度范围内进行. 金属的树枝晶. 金属的树枝晶. 金属的树枝晶. 冰的树枝晶. 树枝状结晶. 珠光体. Q. Fe-C 合金结晶. 同心三螺旋流动性试样. 标准法测试合金流动性的铸型合型图. 测定合金自由线收缩试样简图. 测量铸造应力试样. 铸造应力动态测定仪示意. 铸造合金热裂试验仪简图.

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铸造合金及熔炼

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Presentation Transcript

  1. 铸造合金及熔炼 成都理工大学工程技术学院 曹凤红

  2. 金属学基本知识

  3. 金属学基本知识 1、金属结晶的一般过程

  4. 金属学基本知识 • 金属的结晶 • （1）纯金属的结晶：晶核长大的方向—冷却速度最大的方向 • （2）合金的结晶：结晶过程—在一定温度范围内进行

  5. 金属的树枝晶 金属的树枝晶 金属的树枝晶 冰的树枝晶 树枝状结晶

  6. 珠光体 Q Fe-C 合金结晶

  7. 同心三螺旋流动性试样 标准法测试合金流动性的铸型合型图 测定合金自由线收缩试样简图

  8. 测量铸造应力试样 铸造应力动态测定仪示意

  9. 铸造合金热裂试验仪简图

  10. 铸铁曲轴 铸铁的特点及分类 • 铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。 • 铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。

  11. P+G F+P+G F+G • 1、铸铁的组织特点 • 钢的基体+石墨(片状、球状、蠕虫状和团絮状) • 基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。

  12. 铸铁与铸钢的强度比较 • 2、铸铁的性能特点 • ⑴ 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。 • ⑵ 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 • ⑶ 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 • ⑷ 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于共晶. • ⑸ 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。

  13. KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，% 3、铸铁的分类与牌号表示方法

  14. 铸铁的分类与牌号表示方法（续）

  15. 铸铁的分类

  16. 温度 工业铸铁的成分范围 Si/Mg/Ce 中速冷却 快冷 缓冷 中速冷却 缓冷 中速冷却 缓冷 白口铸铁 珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁 珠光体 球墨铸铁 铁素体 球墨铸铁 珠光体 蠕墨铸铁 铁素体 蠕墨铸铁 石墨化退火 快冷 缓冷 铁素体 可锻铸铁 珠光体 可锻铸铁 工业铸铁的成分范围与组织

  17. Si对Fe-C相图的影响

  18. 碳当量和共晶度 • (1) 碳当量：为了定量分析如Si、P等元素对Fe-C状态图的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称之为碳当量，以CE表示。 CE＜4.26% 亚共晶成分 CE = 4.26% 共晶成分 CE＞4.26% 过共晶成分

  19. (2) 共晶度 铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以Sc表示。 Sc＞l 为过共晶成分 Sc＝1 为共晶成分 Sc＜l 为亚共晶成分

  20. 灰铸铁齿轮箱 常用铸铁 • 一、灰铸铁 • 灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。 • 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。

  21. 铁素体灰铸铁 石墨片的三维形貌 铁素体加珠光体灰铸铁 珠光体灰铸铁 灰 铸铁 的显 微组 织

  22. 孕育处理前 孕育处理后 • 常对灰铸铁进行孕育处理，目的是消除白口、细化组织。 • 孕育处理是在铁水中加入少量材料，促使形成结晶核心以改善金属组织和性能的方法 • 常用的孕育剂有硅铁（FeSi75）和硅钙合金。

  23. 孕育剂加入时间应占出铁时间的60%以上，并在出铁接近1/3时加入；加入量与铁液成分、铸件壁厚、孕育剂种类和孕育方式有关，一般炉前孕育的加入量为铁液质量的0.2%-0.5%，瞬时孕育0.08%-0.2%孕育剂加入时间应占出铁时间的60%以上，并在出铁接近1/3时加入；加入量与铁液成分、铸件壁厚、孕育剂种类和孕育方式有关，一般炉前孕育的加入量为铁液质量的0.2%-0.5%，瞬时孕育0.08%-0.2% 硅钙 硅铁

  24. 提高灰铸铁性能的途径： 合理选择化学成分(提高Si/C)； 孕育处理(孕育铸铁) ； 低合金化(Ni, Cu, Mn, Cr, Mo, V)； 合成铸铁。

  25. 变速箱体 重型机床床身(HT-250) 大型船用柴油机汽缸体(HT-300) • 用途：制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。

  26. 稀土镁 硅铁 硅钙 • 二、 球墨铸铁 • 石墨呈球形的灰口铸铁，由液态铁水经石墨化得到。 • 1、组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G • 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 • 球化剂为镁、稀土硅铁镁合金和 镁中间合金。 • 为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。 • 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。

  27. 球墨铸铁中的石墨球 铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁 铁素体加珠光体球墨铸铁 球墨铸铁的显微组织

  28. 2、化学成分的选择 • 碳和碳当量：一般碳当量质量分数选在共晶点附近（4.6~4.7%），碳的质量分数一般为3.5~3.9%； • 硅：珠光体球铁1.7~2.6%Si，铁素体球铁2.5 ~ 3.2%Si； • 锰、硫、磷：适当控制； • 镁和稀土：适当控制； • 合金元素：Ni、Cu、Cr、Mo、V等。

  29. 3、球化处理

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