材料成形_第五章_凝固成形技术

第一节 凝固成形用金属材料
灰铸铁的牌号 国家标准（GB9439-1988）中规定，我国灰铸铁牌号以HT加三 位数字表示，“HT”代表灰口铸铁，后面的三位数字代表最低 抗拉强度值。 如HT250，表示以φ30mm试棒按有关标准加工成的试样测出的 抗拉强度为σb≥250MPa的灰铸铁。 灰口铸铁共分为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300和 HT350六个牌号。牌号越高，抗拉强度越高。
1.1.3、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是继球墨铸铁后发展起来的一种新型铸铁，石墨呈短 片状，片端钝而圆，类似蠕虫，是介于片状和球状之间的一种 过渡形态。蠕墨铸铁与球墨铸铁生产类似，通过向铁液中加入 蠕化剂及孕育剂，改变石墨生长时的方式，从而获得蠕虫状石 墨，蠕虫状石墨的片端钝而圆，承载时应力集中比灰口铁要小 得多，但比球墨铸铁大。力学性能介于灰铁和球铁之间。
前言
凝固成形俗称铸造，这种成形方法能够制成形状复杂 （特别是具有复杂内腔）的零件，而且其大小不受限 制，重量从几克到上百吨。（优点） 由于模型制造、收缩以及工艺需要等方面的原因，得 到的铸件与实际零件的尺寸、形状有差别，往往是半 成品毛坯件，需要进一步进行机械加工。（缺点）
前言
随着凝固技术的不断发展，目前已经出现“近净成形” 技术，可提供比较精密的铸件，从而缩短了生产周期， 降低了生产成本。 铸件在机械产品中所占的比例极大，例如内燃机关键 零件都是铸件，占内燃机总重的80%～90%，汽车中铸 件占19%（轿车）～23%（卡车）；总之，铸件在很多 领域中起着不可替代的作用。
第一节 凝固成形用金属材料
凝固成形用金属材料通常称为铸造合金，可分为三大类：铸铁、铸钢、有色 合金。每一类合金有不同的成分及性能特点。
• 1.1 铸铁合金
铸铁是主要的铸造合金，许多重要的机器零件，如机床床身、发动机汽缸体、 汽缸套、减速箱等都是铸铁制造的。
铸铁是含碳量wC>2.11%（实用的含碳量范围wC=2.8%～3.5%）的铁碳合金。根 据碳在铸铁组织中存在形式不同，可分为：
第一节 凝固成形用金属材料
1.1.2、球墨铸铁 球墨铸铁简称球铁，是40年代末发展起来的一种新型铸造合金。 它是通过向铁液中加入一定量球化剂及孕育剂，使得铁液凝固 时按球状石墨的形式生长，最终得到具有球状石墨的铸铁。
第一节 凝固成形用金属材料
1、球墨铸铁力学性能 由于石墨球对金属基体的割裂作用和应力集中作用大为减轻， 因此，其力学性能与灰铸铁相比，得到很大提高。珠光体基体 的球墨铸铁屈服强度超过了0.45％C的钢。 显然，对承受冲击载荷不大的零件，用球墨铸铁代替钢是安全 可靠的。球墨铸铁不仅具有与钢相近的力学性能，而且也具有 灰口铸铁的一系列优点，如良好的铸造性、减摩性及低的缺口 敏感性等。 球墨铸铁随化学成分、冷却速度或热处理方法的不同。可得到 不同的基体组织，如铁素体球铁、珠光体球铁、破碎状铁素体 球铁、奥氏体－贝氏体球铁和马氏体球铁。
第一节 凝固成形用金属材料
2、球墨铸铁的牌号
国家标准（GB1348-1988）中规定，球墨铸铁牌号中的"QT"表示 球墨铸铁，后面用两组数字分别表示最低抗拉强度（MPa）及最 低伸长率（％）。如QT400－18，表示该球铁的最低抗拉强度为 400MPa，最小伸长率为18％。
第一节 凝固成形用金属材料
灰铸铁的典型石墨形态
a) 片状 b) 蠕虫状 c) 团絮状 d) 球状
第一节 凝固成形用金属材料
1.1.1、普通灰口铸铁
通常指具有片状石墨的铸铁，其产量占各类铸件总产量的80％以 上，在机械制造中具有重要的地位。普通灰铸铁的显微组织是由 金属基体（铁素体及珠光体）与片状石墨组成。 1、力学性能 抗拉强度、弹性模量比钢低，塑韧性接近于零，脆性材料。原因： 石墨一方面减少有效承载截面（石墨本身的强度非常低），另一 方面，石墨尖端造成大的应力集中，促使铸铁呈脆性断裂。 2、工艺性能 作为脆性材料，普通灰铸铁不可锻、冲和焊接成形。但灰铸铁 具有优良的铸造性能和切削加工性能。
第五章 凝固成形技术
第一节 凝固成形用金属材料 第二节 液态金属的获得 第三节 凝固成形方法 第四节 凝固成形件的结构设计 第五节 计算机在凝固成形中的应用
本章重、难点
重点： 铸铁、铸钢和有色合金的组织及性能 各种凝固成形方法的特点及适用范围 凝固件结构设计原则
难点： ห้องสมุดไป่ตู้种凝固合金的特点及区别 各种凝固成形方法的比较
白口铸铁 难切削加工，不常制造机器零件。
碳基本上以Fe3C形式存在，断口呈银白色，组织中存有大量共晶莱氏体， 因此非常脆硬，难以加工，通常用于一些可不经加工而直接与砂、石接触的 耐磨零件。
第一节 凝固成形用金属材料
灰口铸铁 除微量溶于铁素体以外，绝大部分以石墨形式存在，断 口呈灰色，是应用最广的铸铁。根据石墨形态不同又可分为普通灰口 铸铁（片状）、蠕墨铸铁（蠕虫状）、可锻铸铁（团絮状）、球墨铸 铁（球状），图5-1为上面4种典型的石墨形态。
麻口铸铁 碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C形式存在，是 介于白口与灰口之间的过渡组织，断口有黑白相间的麻点，难切削加 工 。其硬度介于白口铸铁与灰口铸铁之间，一般工业中较少使用。 根据铸铁的化学成分，铸铁还可分成普通铸铁与合金铸铁。合金铸铁 是指含硅量大于4％wt，含锰量大于2％wt，或含有一定量的其它合金 元素，如Cr、Ni、Mo等，常具有耐磨、耐蚀等特殊性能。
第一节 凝固成形用金属材料
3、减震性能 灰铸铁的减震性能是钢的10倍左右。原因是石墨对机械振动波 的衰减作用很好，因此常用来制造机床床身、底座。 4、减摩性能 灰铸铁摩擦面上的石墨构成了大量微小的凹坑，可用来储存润 滑油，此外，石墨本身也是很好的润滑剂，当其铺展在摩擦面 上时，成为非常好的绿色固体润滑剂，起到减摩的作用。因而 常用以制造机床导轨、衬套、滑动轴承等摩擦件。 5、缺口敏感性 灰口铸铁中存在的石墨，使得灰铸铁的缺口敏感性远低于钢， 当存在表面缺陷或缺口时，对疲劳强度的影响甚微，这增加了 零件工作的可靠性。