鑄造合金及其熔煉-鑄鋼、有色

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1、鑄造合金及其熔煉CastingAlloyandItsMelting主講教師：河南科技大學第一章緒論在機械制造業(yè)中，鑄鋼的應(yīng)用頗為廣泛。由于鑄鋼具有高的強度和良好的韌性，故適于制造承受重載荷及經(jīng)受沖擊和振動的零件。具有抗磨、耐蝕、耐熱等特殊使用性能的專用鋼種，則適用于一些特殊的工況條件。鑄鋼材料的品種從普通碳鋼、低合金鋼至高合金鋼。由于采用鑄造方法成形，能夠在尺寸、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)復雜程度等方面不受限制，故鑄鋼件的質(zhì)量從幾十克到數(shù)百噸，結(jié)構(gòu)從最簡單到極復雜。1.1鑄鋼的特點：與鑄鐵材料相比，其優(yōu)點與缺點如下(1)力學性能較高：強度高，韌性好。(2)

2、具有焊接性鑄鐵材料一般是不能焊接的，而鑄鋼材料中大部分都具有焊接性→缺陷可焊補、可用鑄——焊結(jié)構(gòu)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜的大型鑄鋼件。(3)熔煉成本較高：采用電弧爐或感應(yīng)電爐冶煉冶煉過程復雜。(4)造型材料成本較高：澆注溫度較高(比鐵高150～200℃)，對造型材料的耐火度要求高。(5)鑄件成品率較低鑄造性能差、流動性較差，形成縮孔、熱裂、冷裂及氣孔的傾向均比鑄鐵要大。1.2近年來鑄鋼生產(chǎn)技術(shù)水平發(fā)展狀況近年來國內(nèi)外在鑄鋼生產(chǎn)技術(shù)水平方面有很大的提高，主要表現(xiàn)在以下幾方面。(1)鑄鋼的性能不斷提高，品種日益齊全：碳鋼→合金鋼→低合金高強度鋼→鑄造高合金

3、鋼。(2)采用煉鋼新技術(shù)，提高鋼液質(zhì)量：采用爐外使鋼的性能大幅提高，出現(xiàn)了高強度、超高強鑄鋼。(3)控制鋼的結(jié)晶過程，改善鑄態(tài)組織：一次結(jié)晶的控制，改善鑄鋼組織、↑性能（孕育處理、微量元素合金化→細化鋼的晶粒、改善鑄態(tài)組織）。第二章鑄造碳鋼2.1鑄造碳鋼的牌號及力學性能工程用鑄造碳鋼大體上是按其強度劃分牌號的，我國按照ISO標準，根據(jù)室溫下的屈服強度和抗拉強度進行分級，將一般工程用鑄造碳鋼分為ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-6405個牌號。下表給出了我國一般工程用鑄造碳鋼5個牌號的

4、成分特點和其對應(yīng)的力學性能。2.2鑄造碳鋼的結(jié)晶過程和鑄態(tài)組織1、結(jié)晶過程以亞共析鋼為例介紹鋼的結(jié)晶過程（1）一次結(jié)晶：當鋼液溫度降至液相線(AB)時，有高溫鐵素體(δ-Fe)析出。溫度下降至包晶溫度時，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，生成奧氏體。溫度繼續(xù)下降，穿過L+γ區(qū)時，又有奧氏體自鋼液中析出，此析出過程進行到固相線(JE)溫度為止，結(jié)晶完畢進入γ相區(qū)，在γ相區(qū)，γ?；?，樹枝晶→等軸晶。（2）二次結(jié)晶：當溫度下降至GS線與PS線之間的區(qū)域時，有先共析鐵素體α相析出。隨著α相的析出，剩余奧氏體的含碳量上升。當溫度達到共析轉(zhuǎn)變溫度時，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光

5、體。結(jié)晶過程完，鋼的組織不再變化。（3）鑄態(tài)組織特征：晶粒粗大，有時還有魏氏（網(wǎng)狀）組織。與熱處理后的組織相比，鑄態(tài)組織的晶粒較粗大，而且存在柱狀晶區(qū)，鑄件斷面上典型的晶粒分布見右圖。魏氏組織：魏氏體組織形態(tài)見右下圖。鐵索體在奧氏體晶粒內(nèi)部以一定的方向呈條狀析出。這種形態(tài)的鐵素體常出現(xiàn)在中等含碳量，特別是壁較薄的鑄件中。通過熱處理，可使魏氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的粒狀組織形態(tài)。2.3碳鋼鑄件的熱處理、金相組織及力學性能。目的：細化晶粒，消除魏氏體(或網(wǎng)狀組織)和消除鑄造應(yīng)力。熱處理方法有退火、正火或正火加回火。1、退火（1）加入溫度：將鑄件加熱

6、至奧氏體溫度并保溫一段時間，然后隨爐冷卻。適宜的加熱溫度AC3以上30～50℃，依鋼的含碳量而定，見右圖。（2）保溫時間：要保證由珠光體→奧氏體完全轉(zhuǎn)變,具體時間依鑄件厚度而定，一般每25㎜厚，加熱1小時。（3）冷卻過程：隨爐冷卻到200～300℃以下，出爐空冷。（4）特點：優(yōu)點冷卻速度慢，產(chǎn)生的應(yīng)力小，可避免鑄件變形和裂紋。缺點爐子占用時間長，冷速慢，晶粒細化作用不能充分發(fā)揮。2、正火正火所采用的加熱溫度及保溫時間與退火相同。不同之處是保溫時間達到后將鑄件拉出爐外空冷至常溫。正火的目的與退火相同，由于冷速快，奧氏體→細小分散的珠光體（索氏

7、體）、韌性高。3、正火加回火為了進—步提高鋼的性能，可采取在正火后加以回火的熱處理工藝。回火溫度為550～650℃。保溫時間2～3h空冷?；鼗鸬淖饔茫菏拐鸬玫降乃魇象w中的片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榱?。使鋼的性能得到進一步提高。注意事項：控制升溫速度，防止應(yīng)力及裂紋，特別在650~800℃時，緩慢升溫并保留一段時間（相變應(yīng)用產(chǎn)生）。碳鋼不進行淬火的原因是因為淬透性差。4、碳鋼組織及不同熱處理條件下的力學性能不同碳鋼的金相組織見圖1。不同熱處理條件下的力學性能見圖2圖1不同含碳量的碳鋼在退火狀態(tài)下的金相組織(均為放大100倍)，圖中白色的組織為鐵素

8、體,黑(灰)色的組織為珠光體a)C0.22％；b)C0.30％；c)C0.50％2.4影響鑄造碳鋼力學性能的主要因素1、化學成分（C、Mn、Si、S、P）（1）碳C：鋼的主要強化