第七章 铸造低合金钢
第七章 铸造工艺方案设计
在铸件加工表面上留出的，准备切削去的金属层厚度，称为 机械加工余量。
加工余量的选择与下列因素有关
(1) 铸造合金的种类 (2) 铸造方法和生产批量
(3) 铸件尺寸大小和加工精度要求
(4) 铸件加工面在浇注时的位置
铸件工艺余量，是为了满足工艺上的某些要求而附加 的金属层。
铸件工艺余量的大小应根据工艺要求的实际情况而定。
芯头与芯座的配合关系和轴与轴承的配合相似，必须有一定 的装配间隙。
选择芯头与芯座的装配间隙，应按模样和芯盒的材料及其制 造精度、砂型和砂芯精度、砂芯在运输、烘干过程中变形的大小 以及下芯时是否采用检验样板和测具等实际生产情况而定。
为防止圆形砂芯在下芯、合箱和浇注时产生转动或水平位置偏 移，或者对砂芯的角向位置有要求、在下芯易搞错方位时，芯头应 有良好的定位结构。
芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。 当砂芯本体尺寸较大，其出口处(即芯头部分)又较狭窄时，应对芯 头的尺寸进行验算，以保证在金属液的最大浮力作用下不超过铸型的 许用压力。芯头的承压面积应满足下式：
F
KP
为了便于造型、造芯、下芯和合箱操作、芯头和芯座 在造型取模和下芯方向应有一定的斜度。
当铸件批量小时，砂型铸造费用最低。在单件大型铸件的生产， 从成本考虑，砂型铸造是唯一的方法。而当铸件批量大时，压力铸 造的综合费用较低。
选择铸造工艺方法时，应从以上几方面综合考虑，根据铸件的 具体情况进行分析，最后选择一种合适工艺方法。
(一) 铸件上重要工作面和大平面应尽量朝下或垂直安放
(二) 应保证铸件有良好的液态金属导入位置，保证铸件能充满 (三) 保证铸件能自下而上的顺序凝固 (四) 应尽量少用或不用砂芯；
(1) 最好将整个铸件安置在同一半型中成型，
第7章 铸造成形
① 浇注温度
在保证流动性足够的条件下，浇注温度应尽可能低些，
在实际生产中掌握的原则是“高温出炉，低温浇注”。
② 充型压力 压力越大，充型能力越强。
③ 铸型条件
a.铸型的蓄热能力
b. 铸型温度
c. 铸型中的气体
d. 铸件结构
7.1.2 铸件的凝固与收缩
(1)铸件的凝固方式 在铸件凝固过程中，其断面一般存在三个区域，即固相
7.3.3 压力铸造
缺点：
① 铸件凝固快，易产生缩松，影响铸件内在质量。 ② 压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作。 ③ 压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长，故只适 合于大批量生产。
压力铸造主要多用于生产非铁合金的中小型、薄壁、 复杂铸件的大量生产。
7.3.4 离心铸造
离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用 下凝固成形的铸造方法。
7.3.4 离心铸造
离心铸造主要用于生产回转体的中空铸件，也可用于 生产双金属铸件。
7.3.5 常用铸造方法的对比
7.4 铸造机械与设备
自动造型生产线：
思考题与习题
1. 什么是熔融合金的充型能力，它与合金的流动性有什么 关系？它受哪些因素影响？
2. 铸件的凝固方式有哪几种类型？它受哪些因素影响？ 3. 某铸件时常产生裂纹缺陷，如何鉴别其裂纹性质？如果
(1)浇注位置的选择 ② 铸件上宽大的平面应位于型腔下面。
③ 铸件壁薄而大的平面应位于型腔的下面、侧面或倾斜。
7.2.2 浇注位置和分型面的选择
(2)分型面的选择 分型面是指铸型间相互接触的表面。 在选择分型面时要考虑以下原则：
① 分型面的位置应保证模型能顺利从铸型中取出。 ② 应使铸件全部或大部分位于同一砂型内，或使主要加 工面与加工的基准面处于同一砂型中，以防错型，保证 铸件尺寸精度，便于造型和合型操作。
热处理工艺上官晓峰知行相长敦德励学
敦 第一章 金属的加热
德第二章 退火和正火
励第三章 钢的淬火及回火 第四章 钢的表面淬火
学第五章 金属的化学热处理
第六章 热处理工艺设计
西安工业大学——材料与化工学院
近代表面工程技术——夏峰
知 行 相 长
敦 第一章 绪论
第二章 固体表面的物理化学特征
德 第三章 表面摩擦与磨损
第四章 表面腐蚀基本理论 第五章 电镀和化学镀
类别 序号
敦 课程名称
学时 学分 考核 授课教师
1
大学生就业指导
16
1 考查 学生处
公 共 课
2
知 德 大学生社会实践
1周
1
考查
校团委
3 1
行 励 形式与政治
4
信息检索
24
0.25 考查 1.5 考查
思政部 图书馆
专 业
2 3
相 学 工程材料学★
48
设计型综合实验★ 32
3 考试 上官晓峰
2 考查
王鑫
敦德励行 知行相长
3.2 热处理方向专业课
敦
序 号
知 课程名称
学 考核
德 学时
学位课 授课教师
分 方式
行 励 1 热处理工艺学★
32
2 近代表面工程技术★ 32
2 考试 2 考试
是 是
上官晓峰
夏峰
相 3 金属腐蚀与防护
学 32 2 考试 否
王萍
长 4 热处理设备课程设计 2周 2 考查 否 刘志学
学 第十一章 钢的炉外精炼
第十二章 铸造铝合金 第十三章 铸造铝合金的熔炼 第十四章 铸造铜合金 第十五章 铸造铜合金的熔炼 第十六章 铸造镁合金及其熔铸 第十七章 铸造锌合金及其熔炼
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
金工-7-合金钢
♦ 不锈、耐蚀和耐热钢——如不锈钢、抗氧化钢和热强钢等； ♦ 工具钢——如合金工具钢、高速工具钢； ♦ 轴承钢——如高碳铬轴承钢、不锈轴承钢等；
♦ 特殊物理性能钢——如软磁钢、永磁钢、无磁钢（如0Cr16Ni14）等；
♦ 其它——如铁道用合金钢等。
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合金结构钢
建筑及工程用钢或构件用钢 机器制造用钢 刃具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢
电工用钢和纯铁 铁合金和生铁
高温合金和耐蚀合金 精密合金及其他特殊物 理性能材料
E ××××× 不锈、耐蚀和耐热钢 S ××××× F ××××× 工具钢
H ××××× 非合金钢 J ××××× 焊接用钢及合金
T ×××××
U ××××× W ×××××
低合金钢
L ×××××
§7－3
低合金钢
低合金钢是一类可焊接的低碳低合金结构用钢，大多数在热轧或正火状态下 使用。
合金碳化物本身都有极高的硬度，有的可达71～75HRC。合金碳化物的存在提 高了钢材的强度、硬度和耐磨性。
非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。
5
二 合金元素对钢的热处理和力学性能的影响
1 合金元素对钢加热转变的影响 合金元素在不同程度上减缓了奥氏体的形成过程。为了获得均匀的奥氏体， 大多数合金钢需加热到更高的温度，并需要保温更长的时间。 大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用（锰和硼除外）。合金钢中 合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的过程是通过合金碳化物实现，因而有利于合金 钢淬火后获得细马氏体组织，也有利于通过适当提高加热温度，使奥氏体中溶 入更多的合金元素，从而提高合金钢的淬透性和力学性能。
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金工-7-合金钢 (1)
合金工具钢
特殊性能钢
耐热钢 耐磨钢 磁钢
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二 低合金钢和合金钢的牌号 （一）低合金高强度钢的牌号
Q + 数字 + A（B、C、D、E ） + F（b） + 脱氧方法
→ “屈服”+ 屈服值 + 质量等级 例 Q390A
☆ 如果是专用结构钢一般在上述表示方法的基础上加钢产品的用途符号。 例 Q345R—压力容器用钢、Q390g—锅炉用钢、Q420q表示桥梁用钢等。
8
3 对Fe - Fe3C相图的影响 ⑴ Ni、Mn、Co、C、N等元素扩大奥氏体相区。 Mn13%或Ni9%时, 室温下为单相奥氏体组织, 称奥氏体钢。 ⑵ Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元素缩小奥氏体相区。 Cr13%时，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢。
锰对奥氏体相区的影响
铬对奥氏体相区的影响
4 对过冷奥氏体转变的影响
⑴ 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移 ，淬透性提高。 ▪ 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 ⑵ 对Ms、Mf点的影响：除Co、 Al外，所有元素都使Ms、Mf点下降。
10
§7－2
低合金钢与合金钢的分类及牌号
一 低合金钢和合金钢的分类
合金碳化物本身都有极高的硬度，有的可达71～75HRC。合金碳化物的存在提 高了钢材的强度、硬度和耐磨性。
非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。
5
二 合金元素对钢的热处理和力学性能的影响
1 合金元素对钢加热转变的影响 合金元素在不同程度上减缓了奥氏体的形成过程。为了获得均匀的奥氏体， 大多数合金钢需加热到更高的温度，并需要保温更长的时间。 大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用（锰和硼除外）。合金钢中 合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的过程是通过合金碳化物实现，因而有利于合金 钢淬火后获得细马氏体组织，也有利于通过适当提高加热温度，使奥氏体中溶 入更多的合金元素，从而提高合金钢的淬透性和力学性能。
低合金钢生产工艺
低合金钢生产工艺低合金钢是一种具有较低成本和良好性能的钢材，在工业生产中广泛应用。
本文将介绍低合金钢的生产工艺，包括原料选择、炼钢方法、热处理和成品加工等方面的内容。
一、原料选择低合金钢的原料主要包括铁矿石、焦炭、废钢和合金等。
铁矿石是制造钢材的主要原料，焦炭是炼铁过程中的还原剂，废钢可以部分替代铁矿石，合金可以调整钢材的性能。
在原料选择上，需要根据所需的钢材性能和成本因素进行合理的配比。
二、炼钢方法低合金钢的炼钢方法主要有转炉法、电弧炉法和氧气转炉法等。
转炉法是最常用的炼钢方法之一，其优点是生产效率高、适用范围广。
电弧炉法适用于小批量、多品种的生产，可以灵活调整合金配比。
氧气转炉法则是在转炉法的基础上引入氧气进行增氧，提高钢水的纯净度和合金化程度。
三、热处理低合金钢的热处理包括淬火、回火和正火等工艺。
淬火是将钢材加热至适宜温度后迅速冷却，使钢材获得高硬度和较高的强度。
回火是在淬火后将钢材加热至较低的温度，以减轻淬火时产生的内应力，提高钢材的韧性和塑性。
正火是将钢材加热至适宜温度后保持一段时间，使钢材内部结构得到均匀化，提高钢材的机械性能。
四、成品加工低合金钢在生产过程中，还需要进行成品加工，包括锻造、轧制和焊接等工艺。
锻造是通过对钢材加热后进行冲击或挤压，改变钢材的形状和组织结构，提高钢材的强度和韧性。
轧制是将钢材通过辊轧机进行塑性变形，获得所需的厚度和宽度。
焊接是将不同部件的钢材通过加热和冷却使其相互连接，形成整体结构。
低合金钢的生产工艺包括原料选择、炼钢方法、热处理和成品加工等环节。
正确选择原料，合理采用炼钢方法，精确控制热处理参数，严格执行成品加工工艺，都对低合金钢的性能和质量有着重要影响。
在实际生产中，需要根据具体要求和条件，灵活运用各种工艺，确保低合金钢的生产达到预期的效果。
铸钢的金相组织及检验
铸钢的金相组织及检验一、铸造碳钢的金相组织及检验（一）铸造碳钢的显微组织1．铸态组织为铁素体＋珠光体＋魏氏组织。
如图8-1、图8-2。
图8-1 ZG230-450铸钢铸态组织(100×) 图8-2 ZG310-570铸钢铸态组织(100×)铸态组织的形貌和组成相的含量与钢的碳含量有关。
碳含量越低的铸钢，铁素体含量越多，魏氏组织的针状越明显、越发达，数量也多。
随铸钢碳含量的增加，珠光体量增多，魏氏组织中的针状和三角形的铁素体量减少，针齿变短，量也减少，而块状和晶界上的网状铁素体粗化，含量也增多。
若存在严重的魏氏组织，或存在大量低熔点非金属夹杂物沿晶界呈断续网状分布，将使铸钢的脆性显著增加。
2．退火组织为铁素体＋珠光体。
铁素体呈细等轴晶。
珠光体分布形态随钢的碳含量增加而变化。
随钢的碳含量增加，珠光体呈断续网状分布→网状分布→珠光体与铁素体均匀分布，其含量也不断增多。
若退火组织中存在残留的铸态组织或组织粗化均属于不正常组织。
3．正火组织为铁素体＋珠光体，分布较均匀，如图8-3。
与退火组织相比较，正火组织的组成相更细、更均匀，珠光体含量稍多。
若存在残留铸态组织或组织粗化均属不正常组织。
4．调质组织 ZG270-500以上牌号的铸造碳钢可进行调质处理，组织为回火索氏体，见图8-4。
若出现未溶铁素体或粗大的回火索氏体属不正常组织。
图8-3 ZG230-450 铸钢正火组织(100 ×) 图8-4 ZG35CrMo铸钢调质组织(650×)5．几种常用铸造碳钢的组织见表8-1,表8-1 常用铸造碳钢的组织铸造碳钢 ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640显微组织铸态魏氏组织+块状铁素体+珠光体珠光体+魏氏组织+铁素体珠光体+铁素体部分铁素体呈网状分布铁素体呈网状分布退火铁素体+珠光体珠光体+铁素体珠光体呈断续网状分布珠光体呈网状分布正火铁素体+珠光体珠光体+铁素体调质回火索氏体（二）铸造碳钢的质量检验铸造碳钢多数用于一般工程，金相检验按照GB/T 8493-1987《一般工程用铸造碳钢金相》标准进行。