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铸铁铸钢轻合金 有关铸造工艺、熔炼及热处理归纳

铸造工艺方案合金熔炼方案及设备热处理性能及工艺

铸铁件进行设计时,除了要根据工作

条件和金属材料性能来确定铸

铁件几何形状、尺寸大小外,

还必须从铸造合金和铸造工艺

特性的角度来考虑设计的合理

性,即明显的尺寸效应和凝固、

收缩、应力等问题,以避免或

减少铸铁件的成分偏析、变形、

开裂等缺陷的产生。

均可用砂型铸造生产,球墨铸

铁可用熔模铸造生产。一般均

不用金属型和压铸方法生产。

熔炼铸铁的方法依照所用的熔炉设备而分为冲天炉熔炼,

感应电炉熔炼,电孤炉熔炼,反射炉熔炼,以及由某些方法的

联合,如冲天炉一电孤炉、冲天炉一感应电炉双联法等。

冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。它用焦炭作燃料,

焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度,在能

量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。而且设备比较简单,大

小工厂皆可采用。但冲天炉也存在一定的缺点,主要是由于铁

液直接与焦炭接触,故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的

过程。

采用了冲天炉一电孤炉双联熔炼法或冲天炉一感应电炉双

联熔炼法,以充分利用冲天炉熔化效率较高、电孤炉和感应电

炉对铁液过热能力强及化学成分控制容易的优点。

与冲天炉熔炼相比,感应电炉熔炼的优点是熔炼过程中不

会有增碳和增硫现象,而且熔炼过程可以造渣覆盖铁液,在一

定程度上能防止铁液中硅、锰及合金元素的氧化,并减少铁液

从炉气中吸收气体,从而使铁液比较纯净。这种熔炼方法的缺

点是电能耗费大。

电弧炉熔炼的优点是熔化固体炉料的能力强,而且铁液是

在熔渣覆盖条件下进行过热和调整化学成分的,故在一定程度

上能避免铁液吸气和元素的氧化。这为熔炼低碳铸铁和合金铸

铁创造了良好的条件。电弧炉的缺点是耗电能多,从熔化的角

度看不如冲天炉经济,故铸铁生产上常采用冲天一电弧炉双联

法熔炼。

铸铁的热处理一般不能改善原始组织中石墨

的形态和分布状况。

铸铁的热处理和钢的热处埋有相同之处,也

有不同之处。铸铁的热处理一般不能改善原始组

织中石墨的形态和分布状况。对灰口铸铁来说,

由于片状石墨所引起的应力集中效应是对铸铁性

能起主导作用的困素,因此对灰口铸铁施以热处

理的强化效果远不如钢和球铁那样显著。故灰口

铸铁热处理工艺主要为退火、正火等。对于球铁

来说,由于石墨呈球状,对基体的割裂作用大大

减轻,通过热处理可使基体组织充分发挥作用,

从而可以显著改善球性的机械性能。故球铁像钢

一样,其热处理工艺有退火、正火、调质、多温

淬火、感应加热淬火和表面化学热处理等。

具体热处理工艺:

1.消除应力退火

2.消除铸件白口的高温石墨化退火

3.球铁的正火

4.球铁的淬火及回火

5.球铁的多温淬火

6.表面淬火

7.化学热处理

铸钢件铸钢的机械性能比铸铁高,但

其铸造性能却比铸铁差。

1、由于钢液的流动性差,为防

止铸钢件产生冷隔和浇不足,

铸钢件的壁厚不能小于8mm;

浇注系统的结构力求简单、且

截面尺寸比铸铁的大;采用干

铸型或热铸型;适当提高浇注

温度。

2、由于铸钢的收缩大大超过铸

铁,为防止铸件出现缩孔、缩

松缺陷,在铸造工艺上大都采

用冒口和、冷铁和补贴等措施,

以实现顺序凝固。

此外,为防止铸钢件产生

缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷,

应使其壁厚均匀、避免尖角和

直角结构、在铸型用型砂中加

锯末、在型芯中加焦炭、以及

采用空心型芯和油砂芯等来改

善砂型或型芯的退让性和透气

性。

均可用砂型铸造生产,碳钢件

可使用熔模铸造。一般均不用

金属型和压铸方法生产。

铸钢的熔炼一般采用平炉,电弧炉和感应炉等。平炉的特点

是容量大、可利用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼

优质钢及低合金钢,多用于熔炼质量要求高的、大型铸钢件用

的钢液。

三相电弧炉的开炉和停炉操作方便,能保证钢液的成分和

质量、对炉料的要求不甚严格、容易升温,故能炼优质钢、高

级合金钢和特殊钢等,是生产成型铸钢件的常用设备。

此外,采用工频或中频感应炉,能熔炼各种高级合金钢和

碳含量极低的钢。感应炉的熔炼速度快、合金元素烧损小、能

源消耗少、且钢液质量高,即杂质含量少、夹杂少,适于小型

铸钢车间采用。

铸钢件均应在热处理后使用。因为铸态下的

铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩孔和缩松、晶粒

粗大、组织不均及残余内应力等铸造缺陷,使铸

钢件的强度、尤其是塑性和韧性大大降低。

为细化晶粒、均匀组织及消除内应力,铸钢

件必须进行正火或退火处理。正火处理后的钢,

其机械性能较退火后的高,成本也较低,所以应

用较多。但由于正火处理会引起较退火大的内应

力,只适用于含碳量小于0.35%的铸钢件。因为低

碳铸钢件的塑性好,冷却时不易开裂。为减小内

应力,铸钢件在正火后,还应进行高温回火。对

于含碳量≥0.35%的、结构复杂及易产生裂纹的铸

钢件,只能进行退火处理。铸钢件不宜淬火,否

则极易开裂。

具体热处理工艺:退火、正火、均匀化处理、

淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处

理及除氢处理。

轻合金铸件(铝合金、镁合金、钛合金)

(1)铸造铝合金的密度比

铸铁和铸钢小,而比强度则较

高。铝合金有良好的表面光泽,

在大气及淡水中具有良好的耐

腐蚀性。铝合金具有良好的铸

造性能。由于熔点较低(纯铝

熔点为660.230C,铝合金的浇

注温度一般约在730~750oC

左右),故能广泛采用金属型

及压力铸造等铸造方法,以提

高铸件的内在质量,尺寸精度

和表面光洁程度以及生产效

率。

(2)镁合金由于铸造性能

较差,特别是容易产生热裂,

故大部分镁合金铸件仍是采用

砂型铸造,仅小部分形状简单

的铸件,可用金属型铸造。压

力铸造方法在镁合金铸造中用

得很少。

(3)钛合金由于化学活泼

性极强,在铸造过程中钛液与

大多数铸型材料(包括各种型

砂及钢铁)都发生相互作用,

致使铸件被沾污,故只能用特

殊的铸型材料(如氧化钍或石

熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影响。多数

有色合金易产生气孔和夹杂,尤其是钛合金、铝合金、镁合金

和某些铜合金。一般的熔炼工艺流程是:

1)根据铸件技术要求所规定的合金牌号,可查出合金的化

学成分范围,从中选定化学成分;

2)根据元素的烧损率和成分要求,进行配料计算,得出各

种炉料的加入量,并选择炉料。若炉料受到污染,则需要进行

处理,保证所有的炉料清洁、无锈,并在投料前进行预热;

3)检查和准备化用具,涂刷涂料,并预热,防止气体、夹

杂物和有害元素的污染;

4)加料。一般加料顺序为:回炉料、中间合金和金属料,

低熔点易氧化的金属料,如镁,在炉料熔化之后加入;

5)为了减少合金液的吸气和氧化的污染,应尽快熔化,防

止过热,根据需要,有的合金液须加覆盖剂保护;

6)炉料熔化后,进行精炼处理,以净化合金液,并进行精

炼效果的检验;

7)根据需要,进行变质处理和细分组织处理以提高性能,

并检验处理效果;

8)调整温度,进行浇注。有的合金在浇注前要进行搅拌,

以防发生比重偏析。

有色金属常用燃料炉和电炉这两种设备熔炼。

(1)铝合金铸件热处理的目的是提高力学性

能和耐腐蚀性能,稳定尺寸,改善切削加工和焊

接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能

不能满足使用要求,除Al-Si系的ZL102,Al-Mg系

的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外,其余的铸造

铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械

性能和其它使用性能,具体有以下几个方面: 1)

消除由于铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大)

等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所

造成的内应力; 2)提高合金的机械强度和硬度,

改善金相组织,保证合金有一定的塑性和切削加

工性能、焊接性能; 3)稳定铸件的组织和尺寸,

防止和消除高温相变而使体积发生变化; 4)消除

晶间和成分偏析,使组织均匀化。

具体热处理工艺:退火、淬火、时效处理、

循环处理。

(2)镁合金热处理的目的是在不同程度上改

善它的力学性能,比如抗拉强度、屈服强度、硬

度、塑性、冲击韧性和伸长率等。

对于镁合金,常采用的热处理方式包括:均

匀化退火(扩散退火)、固溶(淬火)(T4)、

时效(T5)、固溶+时效(T6)、热水淬火+时效

(T61)、去应力退火、完全退火等。

(3)钛合金的热处理工艺可以归纳为:

①消除应力退火:目的是为消除或减少加工过程

中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化

墨)来铸造。学侵蚀和减少变形。

②完全退火:目的是为了获得好的韧性,改善加

工性能,有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳

定性。

③固溶处理和时效:目的是为了提高其强度,α

钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理,

在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α

相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合

金进一步强化。

此外,为了满足工件的特殊要求,工业上还采用

双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等

金属热处理工艺。

铸造工艺方案