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1、球墨鑄鐵的工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 工藝特點(diǎn)1.1球墨鑄鐵的流動(dòng)性與澆注工藝球化處理過程中球化劑的加入，一方面使鐵液的溫度降低，另一方面鎂、稀土等元素在澆包及澆注系統(tǒng)中形成夾渣。因此，經(jīng)過球化處理后鐵液的流動(dòng)性下降。同時(shí)，如果這些夾渣進(jìn)入型腔，將會(huì)造成夾雜、針孔、鑄件表面粗糙等鑄造缺陷。為解決上述問題，球墨鑄鐵在鑄造工藝上須注意以下問題：（1）一定要將澆包中鐵液表面的浮渣扒干凈，最好使用茶壺嘴澆包。（2）嚴(yán)格控制鎂的殘留量，最好在0.06%以下。（3）澆注系統(tǒng)要有足夠的尺寸，以保證鐵液能做盡快充滿型腔，并盡可能不出現(xiàn)紊流。（4）采用半封閉式澆注系統(tǒng)，根據(jù)美國鑄造學(xué)會(huì)推薦的數(shù)據(jù)，直澆道、橫澆道與內(nèi)澆道的比

2、例為4：8：3。（5）內(nèi)澆口盡可能開在鑄型的底部。（6）在澆注系統(tǒng)中安放過濾網(wǎng)會(huì)有助于排除夾渣。（7）適當(dāng)提高澆注溫度以提高鐵液的充型能力并避免出現(xiàn)碳化物。對(duì)于用稀土處理的鐵液，其澆注溫度可參閱我國有關(guān)手冊(cè)。對(duì)于用鎂處理的鐵液，根據(jù)美國鑄造學(xué)會(huì)推薦的數(shù)據(jù)，當(dāng)鑄件壁厚為25mm時(shí)，澆注溫度不低于1315；當(dāng)鑄件壁厚為6mm時(shí)，澆注溫度不低于1425。 1.2、球墨鑄鐵的凝固特性與補(bǔ)縮工藝特點(diǎn) 球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比在凝固特性上有很大的不同，主要表現(xiàn)在以下方面： （1）球墨鑄鐵的共晶凝固范圍較寬。灰鑄鐵共晶凝固時(shí)，片狀石墨的端部始終與鐵液接觸，因而共晶凝固過程進(jìn)行較快。球墨鑄鐵由于石墨球在長(zhǎng)大后期被

3、奧氏體殼包圍，其長(zhǎng)大需要通過碳原子的擴(kuò)散進(jìn)行，因而凝固過程進(jìn)行較慢，以至于要求在更大的過冷度下通過在新的石墨異質(zhì)核心上形成新的石墨晶核來維持共晶凝固的進(jìn)行。因此，球墨鑄鐵在凝固過程中在斷面上存在較寬的液固共存區(qū)域，其凝固方式具有粥狀凝固的特性。這使球墨鑄鐵凝固過程中的補(bǔ)縮變得困難。 （2）球墨鑄鐵的石墨核心多。經(jīng)過球化和孕育處理，球墨鑄鐵的石墨核心較之灰鑄鐵多很多，因而其共晶團(tuán)尺寸也比灰鑄鐵細(xì)得多。 （3）球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹力。由于在球墨鑄鐵共晶凝固過程中石墨很快被奧氏體殼包圍，石墨長(zhǎng)大過程中因體積增大所引起的膨脹不能傳遞到鐵液中，從而產(chǎn)生較大的共晶膨脹力。當(dāng)鑄型剛度不高時(shí)，由此產(chǎn)生的

4、共晶膨脹將引起縮松缺陷。 （4）在凝固過程中球墨鑄鐵的體積變化可以分為三個(gè)階段:鐵液澆入鑄型后至冷卻到共晶溫度過程中的液態(tài)收縮，共晶凝固過程中由于石墨球的析出引起的體積膨脹，鐵液凝固后冷卻過程中的體收縮。 由于上述凝固特性，從補(bǔ)縮的角度考慮，球墨鑄鐵在鑄造工藝上有以下特點(diǎn)：（1）鑄型要有高的緊實(shí)度，以使鑄型有足夠的剛度以抵抗球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)的共晶膨脹力。需要指出的是，此時(shí)要特別注意采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣哞T型的透氣性，同時(shí)要盡可能地降低型砂中的水份，以防止出現(xiàn)“嗆火”。（2）合理設(shè)置澆冒口。球墨鑄鐵的冒口與普通鋼及白口鐵不同，球墨鑄鐵冒口設(shè)置的合理性在于它能夠充分補(bǔ)充鐵液的液態(tài)收縮，而當(dāng)鐵液進(jìn)入共

5、晶膨脹階段時(shí)，澆注系統(tǒng)和冒口頸及時(shí)冷凍，使鑄件利用石墨析出的膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮。（3）砂箱應(yīng)有足夠的剛度，上箱和下箱之間應(yīng)有牢固的緊固裝置。 第二節(jié) 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 鑄件的生產(chǎn)，不僅需要采用合理的先進(jìn)的鑄造工藝和設(shè)備，而且還要求零件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適合鑄造生產(chǎn)的要求。 在鑄造生產(chǎn)中常碰到一些鑄件的結(jié)構(gòu)不合理，給生產(chǎn)帶來困難，甚至有的很難鑄出，有的保證不了鑄件的質(zhì)量。所以鑄造零件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)除了應(yīng)滿足機(jī)器設(shè)備本身的使用性能和機(jī)械加工的要求外，還應(yīng)滿足鑄造工藝的要求。這種對(duì)于鑄造生產(chǎn)而言的鑄件結(jié)構(gòu)的合理性（包括形狀、尺寸及其各部分的相互位置），叫鑄件的“鑄造工藝性”。 鑄件的結(jié)構(gòu)是否合理，和鑄造合金的種

6、類、產(chǎn)量的多少、鑄造方法和生產(chǎn)條件等密切相關(guān)。下面從保證鑄件質(zhì)量、簡(jiǎn)化鑄造工藝和鑄造合金的特點(diǎn)等幾個(gè)方面介紹鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。2.1 鑄件質(zhì)量對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求合理的零件結(jié)構(gòu)可以消除許多鑄造缺陷。為保證獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1.鑄件的最小壁厚 從保證合金液充型能力看，在設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)，要考慮合金液的流動(dòng)性和鑄件的輪廓尺寸。在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚。為了避免鑄件的澆不到和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。對(duì)于砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的最小壁厚可參考表1-1 表1-1 砂型鑄造鑄鐵件最小壁厚 （單位：mm

7、）鑄鐵種類 當(dāng)鑄件最大輪廓為以下值時(shí)2000灰鑄鐵344556688101012孕育鑄鐵5668810101212161620球墨鑄鐵34488101012含磷較高的鑄鐵2鑄件的最小壁厚還和最小壁厚處所具有的面積有關(guān)。鑄件的設(shè)計(jì)壁厚小于最小壁厚時(shí)，應(yīng)采用特殊工藝予以保證。2.鑄件的臨界壁厚在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了充分發(fā)揮金屬的潛力，節(jié)約金屬，必須考慮鑄造合金的力學(xué)性能對(duì)鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析和硬度低等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。從這方面考慮，各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，鑄件的壁厚超過臨界壁厚以后，鑄件的力學(xué)性能并不按比例地隨著鑄件厚度的增加而增加，二十

8、顯著地下降。因此，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)地選擇壁厚，以節(jié)約金屬和減輕鑄件重量。厚大的球墨鑄鐵件，易出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，造成球化不良，使鑄件的力學(xué)性能顯著惡化，因此球墨鑄鐵的壁厚也不能過大。砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚可按其最小壁厚的三倍來考慮，也可按表1-2來確定。 表12 砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚合金種類與牌號(hào)當(dāng)鑄件重量為下列值時(shí)0.12.5Kg2.510Kg10Kg灰鑄鐵HT100、HT15081010152025HT200、HT250121512151218HT3001218151825HT3501520152025可鍛鑄鐵KTH30006、KTH330086101012KT

9、H35010、KTH370126101012球墨鑄鐵QT40015、QT4501010152050QT50007、QT600031418182060上述推薦的臨界壁厚數(shù)值雖不相同，但可作為設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)參考。很顯然，臨界壁厚的數(shù)值對(duì)于設(shè)計(jì)薄壁鑄件具有直接的參考價(jià)值；對(duì)于設(shè)計(jì)重型鑄件也可參考臨界壁厚數(shù)值，從選擇合理的斷面結(jié)構(gòu)形狀著手，以盡量避免過厚的斷面。3.鑄件的內(nèi)壁厚度 砂型鑄造時(shí)，散熱條件差的鑄件內(nèi)壁，即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力學(xué)性能往往比外壁的要低，同時(shí)在鑄造過程中易在內(nèi)外壁交接處產(chǎn)生熱應(yīng)力，致使鑄件產(chǎn)生裂紋，對(duì)于凝固收縮大的鑄造合金還易產(chǎn)生縮孔和縮松。因

10、此，將鑄件的內(nèi)壁厚度設(shè)計(jì)得比外壁薄一些是合理的。 砂型鑄造各種鑄造合金件之內(nèi)、外避厚度相差值可參考表13。外壁的模數(shù)一般應(yīng)為內(nèi)壁模數(shù)的1.11.4倍。表13 砂型鑄造各種鑄造合金件之內(nèi)外壁厚度相差值合金種類鑄鐵鑄鋼鑄鋁鑄銅鑄件內(nèi)壁比外壁厚度應(yīng)減少的相對(duì)值10202030102015204.鑄件壁的過渡和連接一般情況下，鑄件壁的斷面尺寸不可能完全相同，同時(shí)，鑄壁有類型各異的接頭。壁的過渡形式和尺寸可參考表14，接頭斷面的類型大致可分為L(zhǎng)形、T形、V形、Y形和十字形等五種形式。在接頭處，凝固速度慢，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中，應(yīng)注意優(yōu)先選用L形接頭，以減少或

11、分散熱節(jié)點(diǎn)，避免交叉連接。表1-4 壁厚的過渡形式與尺寸5.鑄造斜度 非加工面上的鑄鐵壁的內(nèi)、外兩側(cè)，沿著起模方向應(yīng)該設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)男倍?，即結(jié)構(gòu)斜度，以便于起模和簡(jiǎn)化鑄造工藝。斜度的設(shè)計(jì)可參考表1-5.。表1-5 鑄造斜度6.肋 為了增加鑄件的力學(xué)性能、減輕鑄件重量、消除鑄件的縮孔和防止鑄件產(chǎn)生裂紋、變形、夾砂等缺陷，在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大量采用肋。在肋的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮其合理的位置、形狀和尺寸。在滿足鑄件使用要求的條件下，應(yīng)考慮其鑄造工藝性。設(shè)計(jì)肋時(shí)，要盡量分散與減少熱節(jié)點(diǎn)，避免多條肋互相交叉，肋與肋和肋與壁的連接處要有圓角，垂直于分型面的肋應(yīng)有鑄造斜度。除此之外，還應(yīng)考慮一下問題：應(yīng)用肋來提高鑄件

12、質(zhì)量和載荷性能，在設(shè)計(jì)鑄鐵件的加強(qiáng)肋時(shí)，應(yīng)考慮鑄鐵的抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的34倍的特點(diǎn)，不應(yīng)使肋處于拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，而應(yīng)使其在壓應(yīng)力狀態(tài)下工作。肋的布置應(yīng)減少熱節(jié)點(diǎn)；肋的布置要盡量避免肋與肋的十字形交叉。肋與壁相交時(shí)，如有必要，可在熱節(jié)點(diǎn)處開孔，以防止縮松、裂紋。肋的尺寸 肋的厚度應(yīng)小于鑄件的壁厚，鑄件內(nèi)腔中肋的厚度應(yīng)小于鑄件的外肋的厚度。一般按下列關(guān)系式確定肋的尺寸： =0.8d =（0.6-0.7）d h=5d式中 鑄件外表面上肋的厚度 鑄件內(nèi)腔中肋的厚度； d與肋連接的鑄壁的厚度 h肋的厚度7.凸臺(tái) 鑄件上凸臺(tái)有用于安裝螺栓、壓力表、排氣塞、油杯、測(cè)溫計(jì)等的凸臺(tái)和鑄孔與窗口邊緣的凸臺(tái)（緣

13、）。它們都會(huì)在鑄件上造成金屬局部堆積，對(duì)于凝固收縮大的合金，在凸臺(tái)內(nèi)易形成縮孔、縮松，降低鑄件的質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)凸臺(tái)時(shí)要選擇正確的形狀和尺寸。凸臺(tái)之間的中心距較小時(shí)，應(yīng)將凸臺(tái)連成一整體，以便于鑄造和切削加工。凸臺(tái)與鑄件垂直壁的距離小時(shí)，為便于造型，應(yīng)與垂直壁相連。有關(guān)凸臺(tái)的設(shè)計(jì)可參考表16表1-8。表1-6 凸臺(tái)尺寸關(guān)系 (單位：mm) 表1-7 凸臺(tái)間的中心距 （單位：mm）注：中心距A小于表中數(shù)值時(shí)，凸臺(tái)應(yīng)選為整體，如圖b所示。 表1-8 孔邊凸臺(tái)8.提高鑄件質(zhì)量的合理結(jié)構(gòu) 鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鑄造合金凝固體收縮和線收縮特性、鑄件結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。球墨鑄鐵件的結(jié)構(gòu)：球墨鑄鐵以體積方式凝固，

14、而且共晶石墨是在奧氏體包圍下以共晶團(tuán)形式長(zhǎng)大，相鄰共晶團(tuán)的體積長(zhǎng)大趨于將它們的中心距擠得更開，使其間的孔洞擴(kuò)大，因而補(bǔ)縮性很差，產(chǎn)生分散縮松的傾向性大。球墨鑄鐵的彈性模量較灰鑄鐵高，殘余應(yīng)力大，加上相變應(yīng)力，往往使其韌性降低很多，因此壁厚不均的球墨鑄鐵件易產(chǎn)生裂紋。2.2 鑄造工藝對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求鑄件的結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)有利于保證鑄件的質(zhì)量，而且應(yīng)考慮到模樣制造、造型、制芯和清理等操作的方便，以利簡(jiǎn)化制造工藝過程，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高生存率和降低成本。其基本要求如下：1. 簡(jiǎn)化或減少分型面的鑄件結(jié)構(gòu) 2. 減少砂芯數(shù)量的鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件的內(nèi)腔一般要用砂芯形成，這就增加制芯工時(shí)和工藝裝備，而且使鑄型裝配復(fù)雜

15、化和增加鑄件的清理工作量，因此，鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量不用或少用砂芯。3. 方便起模的鑄件結(jié)構(gòu) 合理地設(shè)計(jì)凸臺(tái)、肋、凹槽等，可以方便起模和減少砂型的損壞。4. 有利于砂芯的固定和排氣的鑄件結(jié)構(gòu)為了保證鑄件的尺寸精度，防止偏芯和氣孔等鑄造缺陷，鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于砂芯固定和排氣。應(yīng)盡量避免懸臂砂芯、吊芯及使用芯撐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。5. 具有鑄造工藝孔的鑄件結(jié)構(gòu) 具有封閉形狀或半封閉形狀內(nèi)腔的鑄件，要設(shè)計(jì)出鑄造工藝孔。其作用是支持砂芯以形成內(nèi)腔，便于砂芯排氣以及掛鏈、吊運(yùn)和清砂等。6. 有利于鑄件清理的鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件的清理工作包括清砂、切割澆冒口、去除飛邊毛刺、打磨休整、矯正變形和修補(bǔ)缺陷等。這部分的工作量很大

16、，勞動(dòng)條件差。因此，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量為鑄件的清理提供方便。 減少鑄件的分型面、設(shè)計(jì)出清砂孔、減少鑄造應(yīng)力和防止變形等的鑄件結(jié)構(gòu)，均屬于有利于鑄件清理的結(jié)構(gòu)。除此之外，鑄件輪廓的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于清砂，有利于切割冒口和減少設(shè)置冒口的結(jié)構(gòu)。7. 有利于滿足鑄件尺寸公差的鑄件結(jié)構(gòu) 由于砂型鑄造的鑄件有較寬的尺寸公差帶，鑄件的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)，只有考慮到鑄件在鑄造上的尺寸公差，才不至于生產(chǎn)出來的鑄件在力學(xué)性能及尺寸上滿足不了設(shè)計(jì)圖樣的要求。8. 鑄件與其他零件的裝配間隙 鑄件與其他零件裝配時(shí)，其鑄造表面與其相鄰零件之間的設(shè)計(jì)間隙，除應(yīng)考慮鑄件尺寸公差帶外，還應(yīng)參考表1-10選取，才不致因鑄件尺寸的偏差而

17、妨礙裝配。表1-10 鑄件表面與相鄰零件間最小距離 (單位：mm)鑄件最大尺寸最小間隙a相鄰零件未加工相鄰零件經(jīng)過加工相鄰零件是運(yùn)動(dòng)的63006548679. 退刀槽 為了便于轉(zhuǎn)角部位的切割加工，零件結(jié)構(gòu)上往往設(shè)計(jì)出退刀槽。設(shè)計(jì)退刀槽時(shí)，應(yīng)將加工余量考慮進(jìn)去，使退刀槽具有一定寬度。退刀槽如果狹窄，容易產(chǎn)生粘砂。粘砂不能完全去除時(shí)，在切削加工時(shí)易損傷刀具。退刀槽的尺寸可參考表1-11選取。表111 退刀槽尺寸 （單位：mm） 第三節(jié) 砂型鑄造方法的分類與選擇鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造應(yīng)用最為廣泛。世界各國用砂型生產(chǎn)的鑄件占鑄件總產(chǎn)量的80%以上。這是因?yàn)樗a(chǎn)率高，成本低，靈活性大，適應(yīng)面廣，而且相對(duì)

18、來說技術(shù)也比較成熟。3.1 濕型砂機(jī)器造型方法1.高壓造型 壓實(shí)造型就是型砂借助于壓頭或模樣所傳遞的壓力堅(jiān)實(shí)成型，按比壓大小可分為低壓（0.150.4MPa）、中壓（0.40.7Mpa）、高壓（0.7Mpa）三種。高壓造型具有效率高，所得鑄件尺寸精度高和表面質(zhì)量較好。同時(shí)，由于砂型緊實(shí)度高，強(qiáng)度大，砂型受振動(dòng)或沖擊而塌落的危險(xiǎn)性小，因而可以降低鑄造缺陷。對(duì)于較大的砂型，例如砂箱內(nèi)框尺寸為800mm*600mm 或更大時(shí)，可以應(yīng)用無箱帶的砂箱，造型和落砂都十分方便。所以，高壓造型目前應(yīng)用很普遍。特別是大批和大量生產(chǎn)的鑄造車間，多采用高壓造型。高壓造型通常采用多觸頭高壓造型機(jī)，以使砂型緊實(shí)度均勻化

19、。隨著造型設(shè)備的不斷發(fā)展，目前多觸頭的壓力已可以根據(jù)不同鑄件（或模樣的不同部位的要求進(jìn)行調(diào)整，可以在同一砂型中得到不同的砂型緊實(shí)度。因此其適應(yīng)范圍廣，可以用于精度要求較高的、較復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。2.射壓造型 射壓造型就是利用壓縮空氣將型砂以很高的速度射入砂箱而得到緊實(shí)。射壓造型具有很多優(yōu)點(diǎn)：緊實(shí)度分布均勻、工作無振動(dòng)、無噪聲、緊實(shí)速度快、機(jī)器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單等。射壓造型也可以采用模板加壓法或同時(shí)采用壓板加壓與模板加壓（或稱差動(dòng)加壓），以保證在模樣復(fù)雜，具有很大砂胎的情況下，砂型也能獲得均勻的緊實(shí)度。射壓造型在精度要求不高、一般中小件的成批大量生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。3.氣流緊實(shí)造型 氣流緊實(shí)造型主要

20、分為氣流沖擊造型和靜壓造型。氣流沖擊造型就是利用具有一定壓力的氣體瞬時(shí)膨脹釋放出來的沖擊波作用在型砂上使其緊實(shí)，且由于型砂受到急速的沖擊產(chǎn)生觸變（瞬時(shí)液化）,克服了粘土膜引起的阻力，提高了型砂的流動(dòng)性。在沖擊力和觸變作用下迅速成形。其砂型特點(diǎn)是緊實(shí)度均勻且分布合理，靠模樣出的緊實(shí)度高于鑄型背面。其沖擊氣流可分為空氣沖擊和燃?xì)鉀_擊。空氣沖擊是采用普通壓縮空氣作為動(dòng)力，通過調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力來調(diào)節(jié)砂型緊實(shí)度；燃?xì)鉀_擊是用天然氣、丙烷氣、甲烷和乙烷按一定比例和空氣混合后，點(diǎn)火引爆?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)砂型緊實(shí)度。氣流緊實(shí)靜壓造型的過程包括：（1）在砂箱內(nèi)填砂（模板上有通氣塞）。（2）對(duì)型砂施以壓縮

21、空氣進(jìn)行氣流加壓（一般0.3s）通入的壓縮空氣穿過型砂經(jīng)通氣塞排出。此時(shí)越靠近模板處型砂密度越高。（3）用壓實(shí)板在型砂上部壓實(shí)，使其上下緊實(shí)度均勻。此法砂箱吃砂量較小，起模斜度較小。4.震壓造型 震壓造型，即震擊和加壓使型內(nèi)砂子緊實(shí)。其砂型密度的波動(dòng)范圍小，可獲得緊實(shí)度較高的砂型。一般應(yīng)用較多的是微震壓實(shí)造型方法，其振動(dòng)頻率400500Hz,振幅小，可同時(shí)微震壓實(shí)，也可先微震后壓實(shí)，比單純壓實(shí)可獲得較高的砂型緊實(shí)度，均勻性也較高?？捎糜诰纫筝^高、較復(fù)雜鑄件的成批大量生產(chǎn)。 由于震壓造型機(jī)的振動(dòng)大，噪聲大，生產(chǎn)率低等原因，現(xiàn)正逐漸被高壓、射壓、氣流緊實(shí)等高效率造型機(jī)所取代。5.拋砂造型 拋砂

22、造型是用機(jī)械的方法將砂團(tuán)以高速拋入砂箱，使砂層在高速砂團(tuán)的沖擊作用下得到緊實(shí)。砂團(tuán)的速度越大，砂型緊實(shí)度越高。若供砂情況和拋頭移動(dòng)的速度穩(wěn)定，則砂型各部分緊實(shí)度均勻。拋砂造型和其他實(shí)砂方法相比，有以下特點(diǎn)：（1）適應(yīng)性強(qiáng)，只要在拋頭的工作范圍內(nèi)，不同砂箱尺寸的砂型都可以用拋砂機(jī)造型。特別對(duì)于小批量生產(chǎn)的中、大型鑄件，其適應(yīng)性更好。（2）填砂與緊實(shí)同時(shí)進(jìn)行，兩套機(jī)構(gòu)合一，對(duì)于造大的砂型來說，拋砂機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)工藝設(shè)備要求不高，甚至可以使用木模樣。（3）能量消耗小，直接利用機(jī)械能緊實(shí)型砂。 但拋砂造型也有一定缺點(diǎn)，主要是（1）砂型頂部還需補(bǔ)充緊實(shí)，浪費(fèi)人工。(2)不適宜造過小的砂型，否則撒落砂過

23、多。（3）對(duì)型砂質(zhì)量要求較高，型砂中嚴(yán)禁有鐵釘、鐵塊等金屬雜物。（4）拋頭葉片磨損嚴(yán)重，備件要多，更換麻煩。(5)操作工要求熟練，一般要經(jīng)過嚴(yán)格的訓(xùn)練。（6）大型拋砂機(jī)工人，要求坐在拋砂機(jī)座椅上操作，振動(dòng)對(duì)工人有不利的影響。拋砂造型即可以用來緊實(shí)砂型，也可以用來制芯。既適用于中大件的砂箱造型，也可用于地坑造型。單件、小批成批均可使用，但鑄件的精度較低，并存在上述缺點(diǎn)，目前應(yīng)用較少。3.2 自硬樹脂砂造型、制芯自硬樹脂砂工藝系指在室溫下，通過向型、芯砂加入一定量的液體樹脂砂粘結(jié)劑及固化劑，使之在芯盒或砂箱中在一定時(shí)間內(nèi)能自行硬化成形的一種造型、制芯工藝。此工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有：3.3 水玻璃砂造型制

24、芯3.4 干型和表干型3.5 實(shí)型鑄造3.6 負(fù)壓造型3.7 手工造型3.8 制芯方法的分類和選擇 第四節(jié) 鑄造工藝方案的確定4.1 澆注位置的確定4.2 分型面的選擇4.3 砂箱中鑄件數(shù)量和排列的確定 第五節(jié) 工藝參數(shù)5.1 鑄件尺寸公差5.2 鑄件重量公差5.3 機(jī)械加工余量5.4 鑄件線收縮率與模樣放大率5.5 起模斜度5.6 非加工壁厚的負(fù)余量5.7 最小鑄出孔和槽5.8 工藝?yán)?.9 反變形量5.10 工藝補(bǔ)正量5.11 分型負(fù)數(shù) 第六節(jié) 砂芯設(shè)計(jì)6.1砂芯的分類6.2 砂芯設(shè)置的基本原則6.3 砂芯的固定和定位6.4 芯頭的尺寸和間隙6.5 砂芯負(fù)數(shù)6.6芯撐和芯骨6.7 砂芯的排

25、氣、拼合及預(yù)裝配第七節(jié) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1 澆注系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)7.2 澆注系統(tǒng)引入位置的確定7.3 澆注系統(tǒng)尺寸結(jié)構(gòu)的確定7.4 球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸的確定 第八節(jié) 冒口設(shè)計(jì)一、冒口模數(shù)的定義與計(jì)算：一定的液態(tài)球鐵鑄件的冷卻速度及其凝固所需要的時(shí)間取決于鑄型的熱性質(zhì)、所澆注的合金、澆注溫度以及鑄件的形狀和尺寸。假定鑄型的性質(zhì)和澆注溫度不變，則冷卻和凝固速度完全取決于鑄件。其尺寸的影響能用簡(jiǎn)單的比例關(guān)系來正確地描述：這個(gè)比例稱做模數(shù)，用M表示。因?yàn)轶w積是用cm3或in3度量以及面積是用cm2或in2度量，所以模數(shù)的單位是cm或in。根據(jù)J.Jamar的意見，模數(shù)的幾何計(jì)算只是在定向放熱(無限

26、大的板、無限長(zhǎng)的圓棒和球)時(shí)提供正確數(shù)值。其它形狀所計(jì)算的模數(shù)和放熱速度真正成比例的理論值相比要小百分之三十。然而Berry等人以及Karsay的試驗(yàn)工作發(fā)現(xiàn)對(duì)于球體、圓柱體和矩形形狀，其幾何的和“實(shí)際的”模數(shù)之間并無明顯差別。由于在實(shí)際應(yīng)用中幾何模數(shù)已足夠準(zhǔn)確，所以下文中用之。為了設(shè)計(jì)冒口，無論重量或壁厚都不能像模數(shù)那樣準(zhǔn)地代表鑄件。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的鑄件其模數(shù)計(jì)算是簡(jiǎn)單的。下圖中給出了幾個(gè)例子。1.立方體aM= a /6t2.平板水平尺寸至少比“t”大5倍M= t /23.正方形棒bM= b /4 （長(zhǎng)度5b）4.圓棒dM= d /4 （長(zhǎng)度5d）5.矩形棒fe(f5e)M=ef/(2e+2f

27、)（長(zhǎng)度5e） 圖3-1簡(jiǎn)單形狀鑄件模數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜的形狀需要用假想的表面分割為一些簡(jiǎn)單的部分。對(duì)每個(gè)分割的部分其體積份額以1的分?jǐn)?shù)來汁算，每個(gè)分體的模數(shù)也要計(jì)算，根據(jù)計(jì)算值繪制累積體積份額與模數(shù)圖。圖中的每個(gè)部分應(yīng)按其在鑄件上的實(shí)際次序來排列。這樣的圖形可以像階梯形如圖3-2（A）所示，或者幾個(gè)厚大斷面被割開，如圖3-2(B)所示。M1M2M3M4M51.0累積的體積份額Minchcm0Minchcm(A)1.00累積的體積份額Minchcm123456(B)圖 3-2 累積的體積份額模數(shù)圖當(dāng)有的分體形狀仍然比較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)該以近似尺寸的簡(jiǎn)單立方體積來代表其形狀和尺寸。應(yīng)著重記住，分割各個(gè)部分

28、的假想表面并非冷卻面，所以對(duì)各部分的模數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，不應(yīng)該計(jì)入這些面。圖3-3中虛線表示這些假想的分剖面，而各分割部分則以羅馬數(shù)字來表示。例1 模數(shù)與體積份額圖的繪制（尺寸用毫米計(jì)，圖3-3）圖3-3 例1的鑄件圖3-3的分體I。因?yàn)樗慕孛娉叽绫绕鋱A周長(zhǎng)度要小得多，所以這一部分可以看作是截面為0.81.0cm的無限長(zhǎng)的桿。模數(shù)（簡(jiǎn)化為橫截面積被圓周除來計(jì)算）：。（注意：分割面并非冷卻表面）圖3-3的分體II。實(shí)際體積和冷卻表面積按簡(jiǎn)化的進(jìn)行計(jì)算，其內(nèi)徑是冷卻表面積由此：圖3-3的分體III按無限長(zhǎng)的、截面為31cm2、冷卻表面積為3+3=6cm（由周長(zhǎng)代替）的桿計(jì)算其模數(shù)（分割面為非冷卻表面

29、）。體積III（已簡(jiǎn)化）模數(shù)MIII =3/6=0.5cm圖3-3的分體IV近似體積假定這一分體是一塊無限大的平板，計(jì)算其模數(shù)。MIV =1.2/2=0.6cm圖3-3的分體V近似為一根無限長(zhǎng)的桿。體積模數(shù)冒口模數(shù)為1.20.74=0.89cm，體積計(jì)算為118cm3。體積份額為：VI+VII+VIII+VIV+VV+VR=1223.2cm3，由此式VI ：=0.01VII ：=0.06VIII ：=0.07VIV ：=0.42VV ：=0.34VR ：=0.10用于繪制模數(shù)與體積份額圖所需要的全部計(jì)算現(xiàn)已全部完成。這個(gè)圖形示于圖3-4。冒口I 0.010.270.51.0模數(shù)cm00.10.

30、20.30.40.50.60.70.80.91.0II 0.060.59III 0.030.3750.60IV0.440.74V0.360.840.10體積份額圖3-4圖3-3鑄件換算為模數(shù)與體積份額圖用例1來說明繪制模數(shù)與體積份額圖的一個(gè)重要步驟。這個(gè)圖形總是把冒口看作是鑄件與冒口增合體的必須部分。為此必須先知道冒口的體積與模數(shù),模數(shù)的計(jì)算結(jié)果及其分布是與冷卻和凝固順序相一致的。二、實(shí)用冒口設(shè)計(jì)從球鐵澆注完到凝固開始所經(jīng)過的時(shí)間(平方根)是：。以及，同樣的鑄件從澆注完到凝固結(jié)束所需要的時(shí)間（平方根）是：式中：M：模數(shù)；Tp：澆注溫度；單位用：t：分；M（厘米）=（時(shí)/2.54）；Tp（）只有

31、當(dāng)球鐵澆入濕型時(shí)，這兩個(gè)方程式才都有效。只要冒口的模數(shù)大于它所連接著的鑄件的分體的模數(shù)(表示為Ms或ML)則冒口保持為液體的時(shí)間比鑄件分體的要長(zhǎng)，這個(gè)觀點(diǎn)需要立即說明。鑄件或其任何部分是不會(huì)同對(duì)凝固的，下面就這個(gè)問題將進(jìn)一步討論。說到冒口(明冒口或暗冒口)最重要的是冒口中所包含的液體要與外部大氣保持連通。圖3-5所示是完全背離正常冒口設(shè)計(jì)原則的。楔形冒口(示于上模板)首先在其頂部凝結(jié)，而頂部凝固的冒口與大氣不連通，因而冒口不能發(fā)揮其作用。結(jié)果鑄件產(chǎn)生缺陷。圖3-5 形狀不正確的冒口通常冒口的形狀應(yīng)使體積與冷卻表面的比值(模數(shù))達(dá)到最大值。這并不是說推薦冒口應(yīng)該是球形的，顯然球形具有最大的模數(shù)。

32、甚至在小冒口中，熱流把比較熱的(低比重的)液體帶到冒口頂部，幫助頂部區(qū)域保持為液態(tài)。冒口底部溫度要稍低一些，也需要有措施以防止冒口頸凍結(jié)。所以，一個(gè)設(shè)計(jì)好的冒口其高大于直徑，而且冒口下部延伸到冒口頸以下，以便使冒口受熱。而且冒口的水平截面通常是圓形的，雖然并非必須這樣。因?yàn)槿粲靡粋€(gè)冒口補(bǔ)給幾個(gè)鑄件是可以用其它形狀的。 由于以上以及其他許多理由，冒口形狀不能標(biāo)準(zhǔn)化。然而，在許多設(shè)計(jì)中可以采用標(biāo)準(zhǔn)的冒口形狀，這樣可以明顯地減少冒口的體積和模數(shù)的計(jì)算時(shí)間。圖3-6表示了所推薦的冒口形狀以及其和模數(shù)有關(guān)系的直徑和體積的計(jì)算公式。注意圖3-6中每一個(gè)冒口的頂部都可看到一個(gè)局部剖視，都表示了沖向冒口圖3-

33、6 標(biāo)準(zhǔn)冒口形狀內(nèi)部的“凹窩”。這個(gè)凹窩的底部充分受熱，從而防止哪怕是很薄的凝固層產(chǎn)生，所以使冒口中液體繼續(xù)保持與大氣接觸。楔形或單獨(dú)插入的(大氣壓冒口)坭芯可以達(dá)到同樣的目的。上述討論使人想起一種幾乎過時(shí)的冒口設(shè)置方法，即采用所謂的壓邊冒口。圖3-7所示是從四個(gè)不同角度照的，壓邊胃口(邊常為矩形)搭接于鑄件上。這種方法不僅降低鑄件的工藝出品率，而且增加治理車間的成本。圖3-7 壓邊冒口與此相反，采用易割芯片則冒口易去除，而且降低清理車間的成本。要是鑄造中采用易割芯片，那么坭芯的厚度以及孔口的直徑的選擇應(yīng)不減少其有效的連接面積。根據(jù)Wlodawer的文章，具有下列關(guān)系：表3-1冒口模數(shù)、坭芯厚

34、度及孔口直徑選擇冒口模數(shù)坭芯厚度孔口直徑cmincmincmin1.00.40.420.161.950.772.00.790.840.333.901.533.01.191.260.505.92.324.01.601.700.677.83.105.01.972.100.839.73.82現(xiàn)在可以從生產(chǎn)陶瓷的廠商買到非常薄的易割芯片，這種易割芯片可以減小所需要的孔口的直徑(見圖3-8)。而且這種易割芯片也可與預(yù)制的暗冒口保溫殼一起組裝好造入鑄型內(nèi)，這種方法可以適用于所有生產(chǎn)場(chǎng)合(圖3-9)。圖3-8 陶瓷易割芯片圖3-9 預(yù)制的配有陶瓷易割芯片的暗冒口保溫殼三、控制壓力冒口這是實(shí)用冒口設(shè)計(jì)的第三種

35、也是最后一種方法，它同樣也是利用了膨脹的好處?？刂茐毫γ翱谠噲D控制膨脹所產(chǎn)生的壓力，使鑄型不致發(fā)生塑性交形。這種方法自從球墨鑄鐵一開始生產(chǎn)就有采用的，但是，它的應(yīng)用是根據(jù)失敗、成功等反復(fù)試驗(yàn)以及學(xué)習(xí)了鑄造工作者的經(jīng)驗(yàn)。這是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的冒口設(shè)計(jì)方法，只有在下述條件時(shí)才不必采用控制壓力冒口：a)當(dāng)鑄件模數(shù)小于0.4cm(0.16in)時(shí)(膨脹所產(chǎn)生的壓力不應(yīng)使?jié)裥妥冃?。 b)當(dāng)濕型鑄件厚壁處內(nèi)部允許有縮松時(shí)。c)當(dāng)鑄型強(qiáng)度高，能夠抵抗膨脹壓力而不產(chǎn)生塑性變形時(shí)。因?yàn)榇蟛糠骤T鐵件采用濕型或殼型都是強(qiáng)度比較低的，而鑄件壁厚(至少部分厚度)往往超過10mm或0.4in，因此，大部分鑄件需要用控制壓

36、力冒口的方法。它比直接實(shí)用冒口設(shè)計(jì)方法的鑄件工藝出品率要低，但是在上述情況時(shí)，為完全消除縮松，就必須適用它。四、冒口頸設(shè)計(jì)冒口頸的有效模數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)扔贛T，但是它的尺寸總是小于幾何形狀和大小相同但分開鑄造的單體。主要是由于在鑄件與冒口相連接處沒有冷卻表面而獲得了好處。實(shí)際上，這兩個(gè)非冷卻表面從鄰接的鑄件和冒口中獲得并將熱量傳送給冒口頸。延長(zhǎng)冒口頸冷卻和凝固時(shí)間的第二個(gè)影響因素是在它附近地區(qū)的砂型被熾熱。其溫度高于鑄件和冒口處的砂型，冒口頸愈短，則其溫度愈高。內(nèi)繞道連接冒口(熱冒口)也得到類似的及附加的熱效果。通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例很容易得出主要影響的程度，讓冒口頸斷面為方形，而長(zhǎng)度為。有效模數(shù)(一次近

37、似)很容易看到，上面的公式與無限長(zhǎng)的方棒的模數(shù)相同。這公式也可用在當(dāng)冒口頸長(zhǎng)度等于a，即為一立方體時(shí)。同樣尺寸的立方體如果單獨(dú)分開鑄造的話：圖3-1)或 同樣，更精確的計(jì)算也證明冒口頸的有效模數(shù)為同樣大小、形狀的單體模數(shù)的1.52倍，因?yàn)閱误w向所有方向散熱冷卻。前面所談的第二個(gè)影響因素一定要更增加有效模數(shù)值()。但是因?yàn)椴蝗菀锥?，它們將被省略不?jì)，只是把的數(shù)值簡(jiǎn)化為0.6?？傊?，兩個(gè)方向散熱的冒口頸模數(shù)的選擇為，或(考慮了冒口頸區(qū)域冷卻較慢)： 。冒口頸在造型條件允許的限度內(nèi)應(yīng)盡量短一些。因?yàn)槿Q于冶金質(zhì)量，所以也是如此。在大多數(shù)生產(chǎn)情況下值為鑄件關(guān)鍵部分模數(shù)的3555，這不僅是足夠的而且也

38、是安全的。冶金質(zhì)量越是好，則能夠選得更小一些。在減小安全系數(shù)、使用方形冒口頸的條件下，以上冒口頸設(shè)計(jì)原則得到了充分的考驗(yàn)。圖3-10表示設(shè)計(jì)中的一例，鑄件的斷面(圖3-10B)清楚地表明了它的成功。（A）（B）圖3-10 控制壓力冒口采用立方形冒口頸（A：帶冒口的鑄件 B：鑄件最大部分的斷面）第三節(jié) 工藝案例下面介紹一些在考慮到球墨鑄鐵鑄造性能的情況下，制定一些鑄件的鑄造工藝案例。圖3-11 75型泥漿泵軸承座及其簡(jiǎn)明鑄造工藝 2. 軋煤機(jī)轉(zhuǎn)盤。它的外形尺寸為：直徑400mm，高度140mm。單重58公斤。圖3-12 軋煤機(jī)轉(zhuǎn)盤及其簡(jiǎn)明鑄造工藝圖3-13 Z6312D拋砂機(jī)大臂迥轉(zhuǎn)缸體及其簡(jiǎn)明

39、鑄造工藝3-39 車刀刀桿及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-40 WGZ-35/39鍋爐上接頭及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-41 S400鉆機(jī)上接頭及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-42 30型泥漿泵活塞體及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-43 30型泥漿泵十字頭及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-44 LG-10/7空壓機(jī)飛輪及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-45 蝸輪及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-46 ZL300減速機(jī)齒輪及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-47 S400鉆機(jī)大傘齒輪及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-48 1250噸水壓機(jī)蝸輪齒圈及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-49 S400鉆機(jī)拔塊及其簡(jiǎn)明鑄造工藝3-50 滑管及其簡(jiǎn)明鑄造工藝第四章 球墨鑄鐵的熱處理第一節(jié) 固態(tài)相變 雖然，鋼和鑄鐵都可以進(jìn)行熱處理，但二

40、者的影響因素有明顯區(qū)別，簡(jiǎn)述如下： (1)確定熱處理規(guī)范時(shí)，鋼主要是根據(jù)含碳量，鑄鐵則主要是根據(jù)含硅量，因?yàn)殍T鐵含碳量比鋼高得多，而硅比碳對(duì)奧氏體臨界溫度的影響更大，所以按含硅量確定奧氏休化溫度更能保證基體完全奧氏體化。 (2)鑄鐵含有更多的C、Mn元素，由于它們對(duì)奧氏體有更大的穩(wěn)定化作用，而是鑄鐵比鑄鋼有更好的淬透性。 (3)鑄鐵件結(jié)構(gòu)比鑄鋼件更復(fù)雜，更要注意緩慢加熱和延長(zhǎng)保溫時(shí)間，以避免加熱不均勻引起內(nèi)應(yīng)力和變形。 (4)鑄鐵中的石墨起著碳庫作用，溫度超過共析臨界范圍時(shí)，碳溶入奧氏體直到飽和。當(dāng)以較快速度冷卻時(shí)碳來不及析出，富碳奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；若冷卻速度緩慢，碳來得及析出，貧碳奧氏體

41、即轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。碳從奧氏體中析出的推動(dòng)力是溫度和含硅量，含硅量越高，碳在奧氏體中的溶解度越小，碳越容易以石墨形式析出。相反，如含有錳、鉻、錫及游離的硫則阻礙碳以石墨形式析出。(5)鑄鐵的共析反應(yīng)和鋼不同，由于第三組元素的存在，使鑄鐵的共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成，不像鋼那樣在一個(gè)溫度線上完成。此外，其它元素如P、Mn、Ni也影響共析轉(zhuǎn)變溫度，下表4-1列出幾個(gè)元素對(duì)共析轉(zhuǎn)變溫度的影響。表4-1 元素對(duì)共析臨界溫度的影響元素含量范圍（%）每1%含量對(duì)上臨界點(diǎn)的影響/每1%含量對(duì)下臨界點(diǎn)的影響/硅磷錳鎳0.3-3.50-0.20-1.00-1.0+37+220-37-17+29+220-130-2

42、4鑄鐵的熱處理原理：奧氏體轉(zhuǎn)變是共析反應(yīng)的核心，根據(jù)純Fe-C合金的等溫轉(zhuǎn)變圖，共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與冷卻速度有關(guān)，緩慢冷卻的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體、珠光體，較快冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，很快冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。鑄鐵的時(shí)效處理：用加熱方法消除內(nèi)應(yīng)力所依據(jù)的原理與蠕變概念有關(guān)，當(dāng)金屬被加熱時(shí)其強(qiáng)度、硬度下降，材料松弛或應(yīng)力降低，這種使材料應(yīng)力減少的熱處理稱為時(shí)效。雖然降低鑄件冷卻速度，減少冷卻過程的收縮障礙都能減少一部分內(nèi)應(yīng)力，但時(shí)效能達(dá)到最大的應(yīng)力松弛效果。鑄件內(nèi)應(yīng)力被消除的程度取決于：原始應(yīng)力水平；高溫保溫時(shí)間；加熱冷卻循環(huán)周期；化學(xué)成分及顯微組織。一般原始應(yīng)力水平越高，時(shí)效溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)消除內(nèi)壓力的效果越

43、好。結(jié)果表明，短時(shí)高溫時(shí)效比長(zhǎng)時(shí)低溫時(shí)效降低應(yīng)力的效果好得多。鑄鐵的退火：退火是一種使鑄件緩慢冷卻通過共析臨界溫度范圍、基體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的熱處理工藝。經(jīng)過退火處理的鑄件強(qiáng)度、硬度降低，塑性韌性提高。退火還兼有消除內(nèi)應(yīng)力的功效。完全退火包括兩個(gè)階段：第一階段在臨界溫度以上完成碳化物分解、基體均勻化和消除元素偏析；第二階段在臨界溫度以下完成碳脫溶，把基體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。鑄鐵退火不僅包括基體鐵素體化過程，同時(shí)也伴隨固態(tài)石墨化過程，因此又稱為石墨化退火。為了進(jìn)行有效的退火必須注意以下幾點(diǎn)：(1)加熱速度。為了減少溫差過大產(chǎn)生的不良后果，應(yīng)緩慢加熱鑄件，對(duì)厚壁不均的復(fù)雜件可緩慢預(yù)熱到500左右，然后再移到

44、溫度更高的加熱爐，從室溫到退火溫度可按100/h加熱速度控制。(2)保溫時(shí)間。為了消除非合金鑄鐵中的大量共晶碳化物，建議保溫時(shí)間(13)小時(shí)，再按每25mm壁厚加1小時(shí)計(jì)算。如果含Cr、Mo、V等穩(wěn)定化元素則應(yīng)在更高的溫度上延長(zhǎng)保溫時(shí)間，才可能使復(fù)雜碳化物分解。(3)冷卻速度。如果期望鑄件得到最大的軟化并有最好的加工性能，冷卻速度要緩慢到允許完全鐵素體化，避免出現(xiàn)熱梯度，重新產(chǎn)生內(nèi)庫力。冷卻速度一般控制在50/h以內(nèi)。(4)注意微量元素的影響。許多元素對(duì)碳化物和珠光體有穩(wěn)定化作用，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定程度時(shí)將使鑄鐵完全退火發(fā)生困難。如下表所示，有些元素哪怕含量很少也完全阻礙珠光體或碳化物分解。

45、表4-2 阻礙完全退火的微量元素濃度碳化物穩(wěn)定元素珠光體穩(wěn)定元素Cr005V005在灰口鑄鐵中的S沒有被Mn平衡B0.005灰口鑄鐵中有NA0.02%Sn0.02%Cu0.05Cr0.05Ni0.1Mo005Mn未被平衡，特別是在厚大鑄件中未被平衡灰口鑄鐵中的硫沒有被錳平衡鑄鐵的退火規(guī)范和原始組織有密切關(guān)系，碳化物是原始組織中最穩(wěn)定的非金屬相，其數(shù)量越多需要分解的溫度越高，需要分解的溫度越高，如果沒有碳化物，石墨化退火的溫度就可以大大降低。第一種完全石墨化退火工藝，適用于于三種不同的組織情況。如果有碳化物，尤其是晶間碳化物存在，為了使它們分解必須采用(900950)高溫石墨化退火，第一階段高溫

46、保溫時(shí)間2小時(shí)，再按鑄件壁厚每25mm加1小時(shí)。如果只有少量分散的碳化物則用(820900)中溫石墨化退火規(guī)范，對(duì)于灰口鑄鐵或無碳化物的球墨鑄鐵可以不用第一階段石墨化退火而用亞臨界鐵素體化退火或低溫石墨化退火工藝，辦法是把鑄件加熱到共析溫度下限以下，即(730790)保溫，保溫時(shí)間按壁厚25mm1小時(shí)計(jì)算，通過擴(kuò)散而不是相變完成珠光體向鐵素體的轉(zhuǎn)變。鑄件冷卻可按爐冷(約550/h)方式緩慢冷卻到315(灰口鑄鐵)或345(球墨鑄鐵)，然后空冷至室溫。第二種完全石墨化退火工藝，其特點(diǎn)是鑄件完成第一階段石墨化后快速冷卻到共析溫度以下保溫，完成第二階段石墨化。第三種完全石墨化退火工藝又叫兩段石墨化退

47、火，適用于灰口鑄鐵或僅含分散碳化物的球墨鑄鐵，第一階段加熱到(870900)奧氏體化，快冷至675以下，再加熱到700保溫，進(jìn)行第二階段石墨化，最后空冷。由于兩段石墨化退火不用緩慢通過共析區(qū)冷卻而縮短了退火周期，并獲得比較好的力學(xué)性能。以上三種完全石墨化工藝都能達(dá)到基體完全鐵素體化的目的，但是由于退火過程不同，它們的組織性能和生產(chǎn)效率有所區(qū)別。高溫石墨化退火是生產(chǎn)可鍛鑄鐵必不可少的工序，白口鐵坯件經(jīng)過高溫石墨化退火將碳化物和珠光體分解，得到由鐵素體和退火石墨組成的顯微組織，性能由低強(qiáng)度、無塑性、無韌性變?yōu)橹械葟?qiáng)度、高塑性、高韌性，由不可加工變?yōu)楹眉庸?。鑄鐵的正火-回火：正火就是把鑄件加熱到共析

48、臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間完成奧氏體化，然后空冷得到全珠光體組織的一種最簡(jiǎn)單的熱處理方法。正火的目的是提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，并具有適當(dāng)?shù)募庸ば浴?正火溫度由含硅量決定，一般按共析臨界上限溫度加50計(jì)算。具體溫度可按鑄鐵種類劃分如下：可鍛鑄鐵 (800830)高強(qiáng)度灰口鑄鐵 (810870)低強(qiáng)度灰口鑄鐵 (840900)球墨鑄鐵 (820900) 冷卻速度對(duì)正火組織影響很大，沒有足夠的冷卻速度就不可能得到足夠多的珠光體，中小件可用空冷，厚大件必須用風(fēng)冷甚至霧冷。為避免冷卻過程產(chǎn)生變形、開裂等缺陷，要注意鑄件均勻冷卻。合金鑄鐵有比較好的淬透性，采用比非合金鑄鐵更慢的冷卻速度也能得到滿意的正火效

49、果。正火過程的快速冷卻會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力，因此正火處理后必須進(jìn)行時(shí)效處理(即回火)。回火過程伴隨著硬度降低，所以考慮回火溫度應(yīng)注意鑄件的硬度要求。通?；鼗饻囟葹?500650) ，然后爐冷到300出爐。正火鑄件的性能可通過控制加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度、回火規(guī)范來調(diào)整。許多元素能提高淬透性，因而對(duì)正火有很好的組織及性能效應(yīng)，使厚大件正火也能得到更細(xì)的珠光體或針狀組織。試驗(yàn)表明，多元合金比單一合金的硬化效果更好，相對(duì)提高厚壁鑄件的硬度尤其顯著。由于合金鑄鐵的強(qiáng)度、硬度、剛度比較大，其回火溫度應(yīng)取上限，一般為(500625)?；鼗鸨貢r(shí)間按1h/25mm計(jì)算。根據(jù)鑄鐵正火處理的奧氏體化程度可分為完全奧

50、氏化正火和部分奧氏體化正火兩種工藝。完全奧氏體化正火國內(nèi)生產(chǎn)球墨鑄鐵由于原材料含有較多的穩(wěn)定化元素，鐵水溫度偏低或用稀土含量較高的球化劑而使鐵水白口傾向增大，原始組織往往含有5%以上碳化物，在這種情況下必須采取完全奧氏體化正火工藝，第一階段為(930950) /(23)小時(shí)分解碳化物，第二階段為(880930)/(0.51.0)小時(shí)奧氏體均勻化，空冷后經(jīng)(550650)回火處理，以降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力、改善加工性能。對(duì)原組織沒有碳化物的鑄件，尤其是球墨鑄鐵件可采用快速正火工藝，能大大縮短生產(chǎn)周期，提高材料的綜合性能。其理論根據(jù)是球墨鑄鐵含硅量較高，奧氏體化過程十分迅速，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一般壁厚加熱90

51、0，500s或930，100s即可全部完成奧氏體化轉(zhuǎn)變，而且從表面到中心的溫度基本一致，而且由于高溫停留時(shí)間短，奧氏體的固溶碳量少(約(0.550.65)%C)，這種低碳奧氏體的正火組織更加均勻，綜合性能更好。 部分奧氏體化正火利用鑄鐵含硅量比較高，存在共析轉(zhuǎn)變區(qū)的特點(diǎn)，把鑄件加熱到共析區(qū)內(nèi)即得到部分奧氏體十鐵素體十石墨三個(gè)平衡相，在正火過程中唯獨(dú)只有奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其余鐵素體和石墨仍保留其原來結(jié)構(gòu)。不過，經(jīng)過這樣處理獲得的鐵素體不是塊狀而是碎塊狀。 形成碎塊狀鐵素體的原因是硅在奧氏體枝晶內(nèi)偏聚，在奧氏體一次或多次枝晶內(nèi)有不同的硅濃度，進(jìn)入三相平衡區(qū)后，硅濃度最高的微區(qū)最早轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，它

52、在正火過程中不再轉(zhuǎn)變，其余硅濃度低的區(qū)域仍保留奧氏體組織，在正火過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。部分奧氏體化溫度越低，碎塊狀鐵素體越多。由于奧氏體是樹枝狀結(jié)構(gòu)，所以三相干衡區(qū)形成的鐵素體具有分散分布的特征。部分奧氏體化正火有兩種規(guī)范： (1)把工件加熱到共析臨界下限溫度以上(2050)，即+(2050)或(820840)，保溫(12)小時(shí)便部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，另一部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗閴K狀鐵素體，空冷后使得到珠光體十碎塊狀鐵素體十石墨組織。 (2)把鑄件首先實(shí)現(xiàn)完全奧氏體化，加熱到+(3050)即(880920)保溫12小時(shí)，然后降到-(2030)，即(780790)保溫0.52.0小時(shí)，實(shí)現(xiàn)部分奧氏體化。部分

53、奧氏體化正火得到復(fù)相組織，故綜合性能好，強(qiáng)度韌性都比較適中，球墨鑄鐵部分奧氏體正火后的性能b(800900)MPa，(47)，k(4964)J/cm2。缺點(diǎn)是部分奧氏體化溫度范圍窄，工業(yè)上較難準(zhǔn)確控制。鑄鐵的淬火-回火：如果鑄鐵完成奧氏體化以后不是在空氣中而是在冷卻速度很大的液體介質(zhì)(如水、油等)中冷卻，這種熱處理稱為淬火。由于冷卻速度很快，鑄件的冷卻曲線不與S型曲線相交，冷卻過程不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體，而是馬氏體。而馬氏體十分堅(jiān)硬，很難加工，必須進(jìn)行回火處理，降低硬度，以便獲得足夠的強(qiáng)度、硬度和可加工性。所以，淬火及回火是不可分割的工藝過程。淬火-回火的目的是為了獲得比正火-回火更高的力學(xué)性

54、能，通常適用于球墨鑄鐵的熱處理。 球墨鑄鐵的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)約為230，轉(zhuǎn)變終了溫度Mf點(diǎn)位于負(fù)溫區(qū)，故奧氏體冷卻到室溫不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，得到的淬火組織為馬氏體十殘余奧氏體。過冷奧氏體在Ms點(diǎn)以下向馬氏體轉(zhuǎn)變屬無擴(kuò)散相變，奧氏體在這樣低的溫度下其碳原子不能充分?jǐn)U散，鐵原子只能作不超過原子間距的錯(cuò)動(dòng)，面心立方晶格的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N變態(tài)的體心立方晶格過飽和固溶體，即馬氏體。馬氏體的含碳量與母相奧氏體的含碳量完全相同。鑄鐵的馬氏體形態(tài)呈片狀，每一片都是一個(gè)單晶體，它由非常細(xì)的成疊的孿晶組成。馬氏體的生長(zhǎng)速度極快，形核后可在10-4秒內(nèi)完成結(jié)晶?；鼗疬^程是馬氏體分解或過飽和固溶體析出過量

55、碳原子并形成碳化物的過程，同時(shí)也是殘余奧氏體繼續(xù)完成其相變的過程。馬氏體在回火過程的分解程度與回火溫度有關(guān)。 (1)(140250)低溫回火得到的組織叫回火馬氏體，由于回火溫度低，原馬氏體只析出極細(xì)小的碳化物微粒，含碳量略減少，仍保持馬氏體針狀形態(tài)，這種組織的強(qiáng)度、硬度、耐磨性很高，但脆性和內(nèi)應(yīng)力明顯減少。 (2)(350500)中溫回火，馬氏體分解完畢，得到回火屈氏體，具有較高的強(qiáng)度、彈性、韌性、耐磨性和一定的熱穩(wěn)定性(500)，可用于廢氣鍋爐的密封環(huán)等，420回火的硬度為HRC4246。(3)(500600)高溫回火，從馬氏體中析出的碳化物聚集長(zhǎng)大，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為回火索氏體，硬度HB21533

56、0?；鼗鹚魇象w的結(jié)構(gòu)不同于正火索氏體，回火索氏體中的滲碳體顆粒彌散分布在鐵素體基體內(nèi)，正火索氏體為細(xì)片狀碳化物與鐵素體結(jié)合的層狀組織，故回火索氏體具有更好的強(qiáng)度、塑性和耐磨性。回火溫度與淬火球墨鑄鐵性能的關(guān)系可從下表的數(shù)據(jù)得到說明。表4-3 稀土鎂球墨鑄鐵經(jīng)900/60min奧氏體化后油淬，再回火90min的力學(xué)性能和回火溫度的關(guān)系回火溫度（）b（ MPa）（*100）k（Jcm2）硬度（HB）450500600650121110587575330.335.06.052504558395375280190鑄鐵的等溫淬火： 等溫淬火是高溫奧氏體在共析點(diǎn)以下、Ms點(diǎn)以上進(jìn)行的等溫固態(tài)相變，相變產(chǎn)物

57、相等溫溫度及等溫時(shí)間有關(guān)。共析點(diǎn)以下，550以上等溫產(chǎn)物為珠光體+鐵素體+石墨，在此溫度范圍內(nèi)，等溫溫度越低，珠光體量越多，其分散度越大，強(qiáng)度、硬度越高。550附近的等溫產(chǎn)物為屈氏體。550Ms點(diǎn)范圍等溫產(chǎn)物為貝氏體+殘余奧氏體+石墨。(330550)等溫轉(zhuǎn)變形成的組織為上貝氏休，它由許多平行而密聚排列的鐵素體片形成，片間夾著斷續(xù)細(xì)小的滲碳體顆粒外觀呈羽毛狀，硬度HRC3139。330Ms等溫組織為下貝氏體+殘余奧氏體+石墨。下貝氏體中的鐵素體呈針狀，其中彌散分布著細(xì)小的滲碳體顆粒，腐蝕后呈黑色針狀。等溫溫度越低，鐵素體針越細(xì)，針的成排性越差。下貝氏體的硬度約為HRC5055。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)

58、變?yōu)樨愂象w的過程，總是首先從石墨周圍開始，因?yàn)檫@些區(qū)域是富硅區(qū)，奧氏體的穩(wěn)定性最差，最有利于貝氏體轉(zhuǎn)變。共晶團(tuán)邊界是Mn、Cr、Mo等穩(wěn)定奧氏體元素富聚區(qū)，因而是殘余奧氏體形成區(qū)。為防止等溫過程引起表面脫碳和氧化，高溫奧氏體化宜在33%NaCl+65%BaCl+2NaCN高溫鹽浴中進(jìn)行，等溫淬火則在50%KN03+25%NaN02+25%NaN02低溫鹽浴中進(jìn)行。等溫淬火技術(shù)在鑄鐵中的主要應(yīng)用是生產(chǎn)奧貝球墨鑄鐵，這是一種高強(qiáng)韌性合金，對(duì)于同一水平的延伸率的奧貝球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比普通球墨鑄鐵約高一倍。奧貝球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和延伸率與合金鋼相近。它的接觸疲勞強(qiáng)度和滲氮鍛鋼相當(dāng)，接近滲碳鍛鋼水平。

59、奧貝球墨鑄鐵的彎曲疲勞強(qiáng)度上限與滲氮鍛鋼及滲碳鍛鋼也處于同一水平。此外，奧貝球墨鑄鐵內(nèi)因含有石墨而有比較小的摩擦系數(shù)和更低的運(yùn)行噪音，因而許多重要機(jī)械零件可用成本低廉的奧貝球墨鑄鐵取代合金鋼，如齒輪、曲軸、凸輪軸、萬向節(jié)、農(nóng)機(jī)具等。奧貝球墨鑄鐵的高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性的統(tǒng)一，使它適用于要求耐磨和受沖擊的零件，如泥漿泵、機(jī)車車輪和刮板等。影響貝氏體組織和性能的主要因素如下： 1.原始組織原始組織狀況對(duì)等溫淬火組織和性能有直接影響。原始組織不均勻、元素偏析都影響貝氏體轉(zhuǎn)變的速度和轉(zhuǎn)變的完全性，并造成等溫轉(zhuǎn)變過程的不均勻膨脹和變形。為避免這些不良后果，淬火前的鑄鐵組織應(yīng)為單一金屬基體(鐵素體或珠光體)，而且共晶團(tuán)細(xì)小，元素偏析少。2.化學(xué)成分過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變受C、Si、Mn、Mo、Ni、Cu等元素的影響。球墨鑄鐵淬透的合適用量可參考下表的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表4-4 使球墨鑄鐵淬透的合金用量鑄件壁厚（mm）淬火介質(zhì)鹽浴空氣強(qiáng)制冷卻810253750不加合金不加合金0.3%Mo0.5%Mo或者0.35%Mo+1.0%Cu0.3%Mo0.35%Mo+1.0%Cu 或者0.48%Mo0.30%Mo+1.0%Cu或者0.3%Mo+1.5%Ni0.7%Mo+1.0%Cu0.5%Mo