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第二章 常用合金铸件的生产 第一节 铸铁件的生产 一、灰铸铁 按照铁水处理方法的不同，灰铸铁可分为普通灰铸铁和孕育铸铁两大类。 1．普通灰铸铁 指出炉铁水不经任何处理而制成的铸铁，如HTl00和HT150均属这类铸铁。普通灰铸铁也称低强度灰铸铁，其碳、硅含量较高(3.0%～3.7%C，1.8％～2.4％Si)。 普通灰铸铁的主要缺点是壁厚敏感性较大(表6—1)，铸件壁愈大时，石墨片愈粗大，强度愈低。当截面增加到1OOmm时，强度可下降50%左右。故普通灰铸铁不宜制造壁厚较大的铸件，仅适用于制造受力较小、形状复杂的中小型铸件。 2．孕育铸铁 为了进一步提高灰铸铁的力学性能，在生产上常采用孕育处理(也称变质处理)。其方法是：浇注前，往铁水中加入一定量的孕育剂(硅铁或硅钙合金)造成人为晶核，以改变铁水的结晶条件，使其获得细晶粒的珠光体基体组织和均匀细小片状的石墨。这种方法处理后的铸铁叫“孕育铸铁”或“变质铸铁”，也称高强度铸铁。 为了取得较好的孕育效果，必须从以下条件入手： 碳、硅含量均低的原始铁水(2.7％一3.3%C，1％一2％Si) 废钢加入量25％一50％ 铁水出炉温度 约为1400~1450℃ 孕育剂含硅量为75％的硅铁，块度为3一lOmm，硅铁的加入量为铁水重量的0.25％—0.6％(厚壁铸件取下限)。 孕育处理后的铁水应尽快浇完，否则孕育效果衰退。 孕育铸铁的力学性能，特别是强度、硬度比普通灰铸铁有显著提高。其抗拉强度为250～400MPa、HB＝170~270，含碳愈少、石墨愈细小，强度、硬度愈高。由于孕育铸铁的石墨仍为片状，本质仍属于灰铸铁，所以其塑性、韧性仍然很低。 孕育铸铁的另一优点是，组织和性能的均匀性较高，壁厚敏感性很小；冷却速度对其组织和性能的影响较小，这就使得在铸件的厚大截面上的性能较均匀，如图6-1所示。 孕育铸铁适用于静载荷下要求较高强度、高耐磨性或高气密性的铸件，特别是厚大铸件，如机床床身、发动机气缸体等。 3．灰铸铁的铸造工艺特点 灰铸铁通常是在冲天炉内熔炼，且大多不需进行炉前处理直接浇注即可。灰铸铁的铸造性能优良，便于制出薄而复杂的铸件，一般也不需设置冒口和冷铁，使铸造工艺简化。 灰铸铁的浇注温度较低(1200～1350℃)，因而对型砂的要求比铸钢低，中小型铸件多采用经济、简便的湿型来铸造。 二、球墨铸铁 球墨铸铁是对一定成分的铸铁铁水进行球化和孕育处理后得到的。与灰铸铁相比，球墨铸铁件的生产有如下特点。 1．严格控制原铁水的化学成分 制造球墨铸铁所用的铁水与灰铸铁原则相同，但成分要求较严格，其硫含量愈低愈好．硫应控制在0.07％以下。磷使球墨铸铁的塑性，韧性急剧降低，且易冷裂，因此，含磷量应小于0.1％。有时还要求低的含锰量，低锰、低磷可提高球墨铸铁的塑性和韧性。此外，铁水含碳量应高些(一般为3.6％～4.0％)，以改善铸造性能和球化效果。 由于铁水经球化和孕育处理温度要降低50—1OO℃，为防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上。 2．选择恰当的球化剂和孕育剂 这是制造球铁的关键，必须严格掌握。 球化剂的作用是使石墨结晶时呈球状析出。 球化剂：镁、稀土镁合金。 孕育剂：含硅量75%的硅铁 球化处理方法 冲入法，如图6-2所示 型内球化法，如图6-3所示。 4．球墨铸铁的铸造工艺特点 球墨铸铁的凝固过程、铸造性能和灰铸铁有明显的不同，因而铸造工艺也不同。 (1)流动性比灰铸铁差。因为球化和孕育处理，使铁水温度大大下降。因此，球墨铸铁需要较高的浇注温度和较大的浇口尺寸。 (2)收缩较灰铸铁大。其主要原因是：球铁为糊状凝固特征，球铁含碳量高，近共晶成分，凝固收缩率低，但缩孔、缩松倾向较大。球铁在浇注后的一个时期内，截面上存在相当宽的液固共存的同时凝固区，凝固后的外壳强度甚低如图6-4(a)，而球状石墨析出时的膨胀值却很大(每析出1％的石墨，体积增加2％)。如果铸型的刚度不够，铸件的外壳将向外胀大，造成金属液的不足，于是在铸件最后凝固的部位产生缩孔和缩松如图6-4(a)。为防止上述缺陷，可采取以下措施。 ① 在铸件热节部位安置冒口或冷铁，对铸件进行补缩。 ② 增加铸型刚度，防止铸件外形扩大。如增加型砂紧实度，采用干型或水玻璃快干型，保证砂箱有足够的刚度，并使砂箱间牢固地夹紧。 三、可锻铸铁 可锻铸铁是将白口铸铁坯件经长时间高温退火而得到的一种具有较高塑性和韧性的铸铁。 1.白口铸件的生产 为了获得合格的可锻铸铁件，关键是必须保证浇铸出的铸件坯料组织全部是白口，否则，即使铸件组织中有少量的片状石墨，也会影响退火后可锻铸铁件的组织和性能。为此，出炉的铁水必须具备低碳、低硅、低硫和低磷。例如，KTH350—10的化学成分