铸造合金及其熔炼(铸铁)

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1、第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )2培训要点：培训要点： 重点掌握各种铸造合金的牌号及性能；重点掌握各种铸造合金的牌号及性能；化学成分对灰铸铁、球墨铸铁性能的影响；化学成分对灰铸铁、球墨铸铁性能的影响；孕育铸铁、球墨铸铁的生产技术；孕育铸铁、球墨铸铁的生产技术；冲天炉熔炼操作工艺、一般过程和基本原理；冲天炉熔炼操作工艺、一般过程和基本原理；熔炼配料计算方法；熔炼配料计算方法；了解各种铸造合金的发展趋势；了解各种铸造合金的

2、发展趋势；了解铸钢和非铁合金的熔炼过程及主要设备。了解铸钢和非铁合金的熔炼过程及主要设备。 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3第一节第一节 铸铁及其熔炼铸铁及其熔炼 一、铸铁一、铸铁 铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的多元合铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的多元合金，此外，还含有锰、磷、硫等元素。有时金，此外，还含有锰、磷、硫等元素。有时为了改善铸铁的性能，还可加入铜、铬、钼为了改善铸铁的性能，还可加入铜、铬、钼等合金元素。铸铁碳的质量分数一般在等合金元素。铸铁碳的质量分数一般在2.4%2.4%4.0%4.0%。常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸。常用的铸铁有灰

3、铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )41 1. 灰铸铁灰铸铁 （1）灰铸铁的牌号及性能）灰铸铁的牌号及性能 抗拉强度是灰铸铁抗拉强度是灰铸铁最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大小来区分的，根据小来区分的，根据GB9439-1988灰铸铁件灰铸铁件的规定，按单铸的规定，按单铸30mm试棒的抗拉强度值将试棒的抗拉强度值将灰铸铁分为六种牌号，见表灰铸铁分为六种牌号，见表3-1。 牌号牌号抗拉强度抗拉强度b/MPa牌号牌号抗拉强度抗拉强度b/MPaHT100

4、100HT250250HT150150HT300300HT200200HT350350表表3-1 按单铸试棒性能分类按单铸试棒性能分类 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )5 灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨灰铸铁的力学性能是由金属基体组织及石墨形态决定的。分为以下三种：形态决定的。分为以下三种：1)1) 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 在铁素体基体上分布着粗在铁素体基体上分布着粗大的片状石墨，其强度、硬度都较低；大的片状石墨，其强度、硬度都较低；2)2) 铁素体铁素体- -珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 在铁素体和珠光在铁素体和珠光体基体上分布着细小的片

5、状石墨，其强度、体基体上分布着细小的片状石墨，其强度、硬度都比铁素体灰铸铁为高；硬度都比铁素体灰铸铁为高；3)3) 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 在珠光体基体上分布着细在珠光体基体上分布着细小的片状石墨，具有较高的硬度，在灰铸小的片状石墨，具有较高的硬度，在灰铸铁中强度最高。铁中强度最高。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )6图图3-1 灰铸铁的组织灰铸铁的组织a)铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁 b)铁素体铁素体-珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 c)珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 灰铸铁中存在的片状石墨，一方面减少了金属基体的灰铸铁中存在的片状石墨，一方面减少了金属基体的

6、承载面积，另一方面石墨片的尖角处造成了应力集中，所承载面积，另一方面石墨片的尖角处造成了应力集中，所以，灰铸铁的抗拉强度较差，塑性较低。由此可见片状石以，灰铸铁的抗拉强度较差，塑性较低。由此可见片状石墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )7（2 2）化学成分对灰铸铁组织和性能的影响）化学成分对灰铸铁组织和性能的影响 灰铸铁的化学成分除了含有碳、硅、锰、灰铸铁的化学成分除了含有碳、硅、锰、磷、硫五种主要元素外，还含有一些其它元磷、硫五种主要元素外，还含有一

7、些其它元素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产生不同影响。生不同影响。 铸铁的组织取决于石墨化程度，研究化学铸铁的组织取决于石墨化程度，研究化学元素对灰铸铁组织的影响，主要研究化学元元素对灰铸铁组织的影响，主要研究化学元素对石墨化的影响。素对石墨化的影响。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )8 铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，铸铁中的元素按其对石墨化影响的不同，可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。可分为促进石墨化和阻碍石墨化两大类。 促进石墨化元素促进石墨化元素 阻碍石墨化元素阻碍石墨化元素Al，C，Si，T

8、i，Ni，Cu，P，Co，Zr，Nb，W，Mn，Mo，S，Cr，V，Fe，Mg，Ce，B 左边的元素促进石墨化，右边的元素阻碍左边的元素促进石墨化，右边的元素阻碍石墨化，距铌越远作用越强烈。由此可知，石墨化，距铌越远作用越强烈。由此可知，铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都会影响石墨化的进行会影响石墨化的进行第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )9 1 1）碳和硅）碳和硅 碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通碳和硅都是强烈促进石墨化的元素，通过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。过调整碳和硅的含量可以控制灰

9、铸铁的组织和性能。灰铸铁碳的质量分数大多在灰铸铁碳的质量分数大多在2 2.6 6%3 3.6 6%，硅的质量，硅的质量分数在分数在1 1.2 2%3 3.0 0%。 碳是构成石墨的元素，铁液中碳的质量分数越高，石墨碳是构成石墨的元素，铁液中碳的质量分数越高，石墨的数量也就越多。硅是促进石墨化的元素。当硅的质量分数的数量也就越多。硅是促进石墨化的元素。当硅的质量分数在在1.0%2.0%范围内增加时，硅促进石墨化的作用特别强范围内增加时，硅促进石墨化的作用特别强烈。一般以碳当量综合考虑碳和硅的影响。烈。一般以碳当量综合考虑碳和硅的影响。 碳当量过高，促使灰铸铁石墨片变粗、数量增多，基体碳当量过高，

10、促使灰铸铁石墨片变粗、数量增多，基体中铁素体量增多，强度和硬度下降。碳当量过低，铸铁易出中铁素体量增多，强度和硬度下降。碳当量过低，铸铁易出现麻口或白口组织，会导致灰铸铁铸造性能降低、铸件断面现麻口或白口组织，会导致灰铸铁铸造性能降低、铸件断面敏感性增大、内应力增加，强度下降，硬度上升加工困难。敏感性增大、内应力增加，强度下降，硬度上升加工困难。因此，必须选取合适的碳硅量，使灰铸铁碳当量控制在合适因此，必须选取合适的碳硅量，使灰铸铁碳当量控制在合适的范围内。的范围内。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )10 2 2）锰和硫）锰和硫 锰和硫都是阻碍石墨

11、化的元素，但两者锰和硫都是阻碍石墨化的元素，但两者共同存在时，会形成高熔点的共同存在时，会形成高熔点的MnS，不仅无阻碍石墨，不仅无阻碍石墨化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，化的作用，而且可作为石墨化的非自发晶核。所以，锰能削弱硫的有害作用。此外，锰能促使珠光体形成锰能削弱硫的有害作用。此外，锰能促使珠光体形成并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁并细化珠光体，从而提高灰铸铁的力学性能，灰铸铁中锰的质量分数一般为中锰的质量分数一般为0 0.6 6%1 1.2 2%。 硫在高含量时有阻碍石墨化的作用，使铸件形成白口硫在高含量时有阻碍石墨化的作用，使铸件形成白口组织，同时还使奥