铸造合金及其熔炼(铸铁).pptVIP

培训要点： 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； 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； 熔炼配料计算方法； 了解各种铸造合金的发展趋势； 了解铸钢和非铁合金的熔炼过程及主要设备。 第一节 铸铁及其熔炼 一、铸铁 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2.4%～4.0%。常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。 1. 灰铸铁 （1）灰铸铁的牌号及性能 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小来区分的，根据GB9439-1988《灰铸铁件》的规定，按单铸φ30mm试棒的抗拉强度值将灰铸铁分为六种牌号，见表3-1。 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： 铁素体灰铸铁 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； 铁素体-珠光体灰铸铁 在铁素体和珠光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； 珠光体灰铸铁 在珠光体基体上分布着细小的片状石墨，具有较高的硬度，在灰铸铁中强度最高。 图3-1 灰铸铁的组织 a)铁素体灰铸铁 b)铁素体-珠光体灰铸铁 c)珠光体灰铸铁 （2）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、磷、硫五种主要元素外，还含有一些其它元素，各种元素及其含量都对灰铸铁的性能产生不同影响。 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，主要研究化学元素对石墨化的影响。 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。 1）碳和硅 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。灰铸铁碳的质量分数大多在2.6%～3.6%，硅的质量分数在1.2%～3.0%。 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。当硅的质量分数在1.0%～2.0%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。 碳当量过高，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。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。 2）锰和硫 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MnS，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，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，灰铸铁中锰的质量分数一般为0.6%～1.2%。 硫在高含量时有阻碍石墨化的作用，使铸件形成白口组织，同时还使奥氏体枝晶粗化，降低铸铁性能。硫还能使铁液的流动性降低，收缩量增大，使铸铁有较大的热裂倾向。因此，硫作为有害元素应加以控制，一般质量分数控制在0.15%以下。但目前认为，为确保孕育效果，灰铸铁中含硫量亦非愈低愈好，一般质量分数不低于0.05%～0.06%。 3）磷 磷使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，故计算碳当量时，应计入磷的含量。 当磷的质量分数大于0.3%时，会生成硬而脆，且熔点低的磷共晶，常以网状分布在晶界上，使铸铁脆性增加。降低铸铁的力学性能尤其是韧性和致密性。磷量高往往是铸件产生冷裂的原因。但磷共晶能提高铸件的耐磨性，且磷能降低铸铁的熔点和共晶温度，提高铁液的流动性，改善铸造性能。一般灰铸铁，磷的质量分数不应超过0.2%；高强度灰铸铁的磷的质量分数应控制在0.12%以下；有致密性要求的，磷的质量分数需低于0.06%；有耐磨和高流动性要求的磷的质量分数可达0.3%～1.5%。 4）合金元素 灰铸铁的低合金化是提高其力学性能、使用性能及节省材料的重要途径，低合金灰铸铁可以含有一种或几种合金元素，其总的质量分数一般在3%以下，合金元素的作用主要有以下几方面： 改善并显著提高铸铁的力学性能，增加硬度； 增加铸件性能的均匀性，降低断面敏感性； 改善铸件的塑性； 改善铸铁的高温及低温性能； 提高铸铁热处理的淬透性及改善耐磨性。 常用的合金元素有：铬、镍、钼、铜、钒、锡、钛、硼等。 （3）冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响 在生产中可以看到，同一铸件壁厚不同的部位，其组织往往不同，壁厚处呈灰口组织，而壁薄处常出现白口组织。这表明