ht250支座铸造及热处理复合工艺设计,毕设论文|ht热处理工艺

工艺课程设计 课程设计(论文) 设计（论文）题目HT250支座铸造及热处理复合工艺设计 学院名称 材料与化学化工学院 专业名称 材料科学与工程 学生姓名 学生学号 任课教师 设计（论文）成绩 教务处 制 2016年 6 月 26 日 目录 前言 5 HT250支座铸造及热处理复合工艺设计任务书 6 1 HT250支座工艺分析 7 1.1 支座零件图 7 1.2 工艺分析 7 2 铸造工艺方案的确定 8 2.1 铸造方法的选择 8 2.2 造型、造芯方法的选择 9 2.3 凝固原则、浇注位置的确定 9 2.4 分型面的选择 11 2.4.1分型方案 12 2.4.2比较分析各方案的优缺点 12 2.4.3确定最佳分型面 13 3 铸造工艺参数的确定 13 3.1 铸件尺寸公差 13 3.2 机械加工余量 13 3.3 最小铸出孔和槽 14 3.4 起模斜度 14 3.5 铸造收缩率 14 4 砂芯设计 15 4.1 芯头的设计 15 4.2 砂箱中铸件数量的确定 15 4.3 砂芯数量的确定 15 5 浇注系统设计 16 5.1 浇注系统类型的选择 16 5.3决定直浇道的位置和高度 17 5.4 浇注系统的设计与计算 18 5.4.1 铸件重量 18 5.4.2 金属液总质量 G 19 5.4.3 浇注时间t的确定 19 5.4.4 流量因数 u 19 5.4.5 平均静压头 Hp 20 5.4.6 铸铁件在浇注系统最小截面积 20 5.4.7确定浇口比 20 5.4.8计算内浇道截面积 21 5.4.9计算横浇道截面积 21 5.4.10计算直浇道截面积 22 5.4.11 浇口杯的设计 23 5.4.12 工艺出品率校核 23 6 冒口的设计 24 6.1 铸铁件无冒口工艺设计的条件 24 6.2 冒口的计算方法 24 6.3 冒口及尺寸确定 24 7 排气的设计 24 7.1 砂型的排气 24 7.2 砂芯的排气 25 8 铸造工艺图和铸件图的绘制 25 9 铸造质量控制 26 9.1 铸造缺陷分析及防止措施 26 9.2 铸件质量检查 27 10 铸造工艺卡的拟定 28 11 铸铁件热处理种类 29 11.1 常见热处理 29 11.2 本次设计的热处理方式 32 11.3 铸铁件时效处理工艺曲线 33 11.4 热处理后的组织及其性能 33 12 热处理后的检验工作 34 12.1 质量检验 34 12.2 化学成分检验 35 13 误差分析及预防措施 36 13.1 淬火、回火缺陷分析及防止补救措施 36 14 总结 38 15参考文献 39 前言 本设计是对支座零件进行铸造毛坯工艺设计。根据零件的使用条件、结构特点、生产批量，结合工厂现有设备等进行铸造工艺分析，确定了铸造方法、造型及造芯方法、 凝固原则及浇注位置、 分型面、 砂箱中铸件数量、 砂芯数量等，完成了砂芯、浇注系统、相关工装设备等设计，并进行铸件质量控制分析及制定了检验要求。铸造机械一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型铸造三类。特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；
一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。

HT250支座铸造及热处理复合工艺设计任务书 学 院 材料与化学化工学院 专 业 材料科学与工程 学 生 姓 名 余圣圣 班 级 学 号 201302040515 课程设计题目 HT250支座铸造及热处理复合工艺设计 设计任务：
1. 铸件结构的分析与选材 2. 铸造工艺方案拟定 3. 铸造工艺参数的确定 4. 浇注系统的设置 5. CAD 出图绘制零件图 1 张、铸造工艺图 1 张及铸件图 1 张的绘制 6. 铸造工艺卡的拟定 7. 工艺设计中特殊问题的论证 8.进行 HT150 支撑台的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计 9.根据性能要求，选定能满足该性能要求的热处理方法，制定工艺参数 10.画出热处理工艺曲线图 设计进度安排：
1. 6月20号-23号：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。

2. 6月24号-25号：撰写课程设计说明书，并进行检查、修改、完善设计说明书。

3. 6月26号：进一步作出修改，调整，并打印装订上交。

HT250支座铸造及热处理复合工艺设计 1 HT250支座工艺分析 1.1 支座零件图 图1 HT250支座零件图 1.2 工艺分析 支座用以支承容器或设备的重量，并使其固定于一定位置的支承部件。还要承受操作时的振动与地震载荷。如室外的塔器还要承受风载荷。支座的零件图如图1所示，支座的三维图如图2所示，此机架铸件以中心轴为对称轴有一个尺寸为50mm的空心圆柱，长为200mm。两边有两个凸台，每个凸台中都有一个尺寸为Φ15的空心圆柱，此两空心圆柱线间的距离为145mm。凸台高30mm，表面粗糙度为12.5.支架为120mm，下底面表面粗糙度为12.5，上顶面表面粗糙度为6.3，支架大圆为Φ80mm。由于该件材质为 HT250，收缩较小同时加上灰铁铸件的石墨化膨胀，形成缩松和缩孔的倾向较小，故不在设计冒口进行补缩。由于该件材质为HT250，收缩较小同时加上灰铁铸件的石墨化膨胀，形成缩松和缩孔的倾向较小，故不在设计冒口进行补缩， 材料 HT250能满足零件的使用要求和适于砂型铸造。

2 铸造工艺方案的确定 2.1 铸造方法的选择 铸型按其型体构成材料，可分为砂型、金属型、熔模型、压力型、陶瓷型和快速成型 RP 技术等，各种铸型均可获得各种所需形状及轮廓尺寸的铸件。

砂型按型体材料特点不同，又可分为干型、湿型、自硬型、水泥砂型、液态砂型等，通常情况下，中小型铸件应尽可能选用湿型，其成本低、生产率高，易于机械自动化。

图2砂型铸造生产工序流程 支座零件具有内腔、小空、圆角、凸台、以及锥角，形状复杂，其表面无特殊要求。零件的最大轮廓尺寸为200mm，零件较复杂，应选砂型铸造成型，采用单件小批量生产。中小型铸件尽量选择湿型，因此铸件的铸型种类为湿砂图2 砂型铸造生产工序流程 型铸造。模样芯盒 炉料准备 金属熔炼 合型浇注 铸件检验 落砂 清理 型砂配置 芯砂配置 造芯 砂芯干燥 型砂干燥 造型 铸件热处理 铸件 2.2 造型、造芯方法的选择 铸件的最大截面在端部并分一个平面，可分为上下砂箱的接触面，且模样全部放在一个砂箱中造型。支座并不是回转体，其中最大截面在端部并分一个平面，因此铸造采用手工整模造型。

2.3 凝固原则、浇注位置的确定 凝固原则：
铸件材质为 HT250， 收缩较小， 为了有利于成型和获得优质铸件，采用同时凝固。

浇注位置：浇注位置的确定对铸件质量和铸造工艺均有很大的影响，通常需根据铸件技术要求，先找出铸件上质量要求高的部分（如加工面、受力面）和易产生缺陷的部分（如厚壁处、大平面、薄壁处） ，在考虑浇注位置，使其既符合铸件凝固方式、保证铸型填充，又置于有利位置而保证铸件质量，同时还要注意以下原则：
1） 重要表面向下原则 铸件重要加工面或者主要工作面应放在铸型的下面。若做不到，可将该表面置于铸型的侧面或倾斜放置进行浇注。若铸件有多个面均要求向下时，应将较大的面朝下放，并对朝上的面采用加大加工余量等措施以保证质量。

2）大而薄表面向下原则 铸件上大面积平直表面或薄壁部分，在浇注时应 放在铸件的下部， 并尽量使薄壁垂直或倾斜浇注， 以免出现浇不足、 冷隔等缺陷。

3）厚大断面处向上原则 对于大型铸钢阀体、铸钢双排齿轮、起重机卷筒 等铸件，由于其壁厚不均匀且铸钢体收缩率较大，因而在确定浇注位置时，应从顺序凝固原则出发，而将厚大部分放到上面或者侧面，以便于放置冒口和冷铁，从而造成自下而上的顺序凝固条件，以利于补缩而防止缩孔或缩松。

4）型芯设置稳定原则 在确定浇注位置时，应尽量减少铸件型芯数量，以便于造芯、下芯与芯盒的制作；
同时还应有利于型芯定位、稳固、排气和检验方便。

对于本次设计中，由于支座在工作中承受载荷，起支撑作用，下面受力较大，应宽大。按照重要平面向下方的原则，为避免出现浇注不足、隔冷等缺陷， 应将支撑台水平浇注，可使两端加工面处于侧立的位置，以便保证铸件质量和精度，并利于型芯稳固、排气、落砂和检验。

2.4 分型面的选择 分型面是指上、下砂型的接触面或铸造模样的分合面，分型面的选择应在保证铸件的质量前提下，尽量简化工艺过程，尤其是质量要求不高的支架类和外形复杂的小批铸件，可优先选择分型面，同时应遵循以下原则：
1）分型面在最大截面处的原则分型面一般应选在铸件的最大截面处，以保 证从铸型中取出模样，而不易损坏铸型，但应注意尽可能消除垂直于分型面方向上的飞边、毛刺及错箱。

2） 分型面少而平直原则 为简化造型工艺， 提高铸件尺寸精度和生产效率，应尽量减少分型面和活块数目，并尽量做到只有一个分型面。

3）铸件全部放下型原则 在制作工艺方案时，应使铸件的重要加工面、大 部分加工面或者加工基准面均放在同一砂箱内， 而且还应尽可能地放在下砂箱内，以利于型芯的安放和检验，并保证铸件的尺寸精度，减少铸件的飞边、毛刺或错箱等缺陷。

4） 利于内浇口引入原则 分型面的选择应尽可能考虑到内浇口的引入位置，使合箱后与浇注位置一致，并使模样在一个砂箱内不致于过高，以避免合箱后翻转损坏砂型型腔。

2.4.1分型方案 图3 分型方案图 1）以支架的底面为分型面 2）以凸台为分型面 3）以110mm的对称中心线为分型面 4）以直径为50mm孔的轴线为分型面 2.4.2比较分析各方案的优缺点 第一种：遵守分型面少而平的原则及其分型面数量不仅少而且还平，铸件全部放在下型，不仅便于型芯安和检验，而且可以使上型高度变低而便于合箱和检验壁厚，还有利于起模及翻箱操作。顶面粗糙度要求为6.3的面可以向下方，以保证表面的粗糙度。凸台厚端面向上放置，可以实现顺序凝固，分型面为地面时便于起模。

第二种：不利于起模及翻箱操作，大面应该向下方向，易于保证质量。

第三种：分模两箱容易产生错箱，从而影响铸件精度 第四种：若采用以Φ50孔的轴线为分型面，则容易产生错箱，从而影响铸件精度，顶面侧放可以保证其粗糙度的要求。选凸台时候用活快才便于起模，薄壁处易出现浇注不足、冷隔等缺陷且不利于补缩。

2.4.3确定最佳分型面 通过以上分析，得出第一种方案更合理。

3 铸造工艺参数的确定 3.1 铸件尺寸公差 查表2-14[1]，小批量生产的砂型铸的灰铸铁尺寸公差等级为CT15～CT13，与MA配套关系为（CT15～CT13）/H，选取CT14/H。单侧加工余量为8.0mm，双侧加工时每侧加工余量为6.0mm。

3.2 机械加工余量 机械加工余量指的是铸件凡需加工表面，在拟定方案时所要加大的尺寸量，其大小取决于逐渐的种类、尺寸大小、生产批量、加工表面质量要求以及所浇注的位置等因素。

根据表 2-15 中大于“160～250mm 双侧切削加工” ，支座铸件两侧面加工余量为 7.5mm 3.3 最小铸出孔和槽 一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据零件生产批量由《金属成形工艺设计》查表 2-22 得：最小铸出孔直径尺寸为 15～30mm，因此零件上的 8 个孔无需铸出，机械加工较为经济方便。

3.4 起模斜度 根据零件尺寸有表2-18[1]查出起模斜度为1° 3.5 铸造收缩率 铸造收缩率又称铸件线收缩率， 用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：
K=[（L1-L2）/L1]×100％ 其中，K—铸造收缩率 L1—模样长度 L2—铸件长度 零件受阻收缩率由《金属成形工艺设计》查表 2-13 得：中小型铸铁件的自由收缩率 0.8～1.0，阻碍收缩率 0.9～1.1 4 砂芯设计 4.1 芯头的设计 砂芯主要靠芯头固定在砂型上。对于垂直芯头为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。

　　表 1 垂直型芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙（JB/T5106-91）(mm) L 砂型类别 D 或 ≦25 >40～63 S h S h >100～160 湿型 0.2 20～25 ≦100 湿型 0.3 25～30 4.2 砂箱中铸件数量的确定 由于该件小批量生产，机器湿砂造型，为了便于操作和保证质量，每箱放置一件铸件。

4.3 砂芯数量的确定 根据铸件结构和已选定的分型面，使用一个芯子。

5 浇注系统设计 浇注系统是指砂型中引导金属液流入行腔的通道，一般由浇口杯、直浇杯、横通道等组成。浇口杯承接金属液，并进入横浇道，再分配给内浇道流入型腔，因此各浇道形状及截面均影响铸件质量。

5.1 浇注系统类型的选择 浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件小件。而支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。

图3 HT250支座的中间注入式浇注系统 5.2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向 支座结构较为简单且是小型件，铸造时采取一箱四件，故每个铸件上只用一个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上。因为铸件采用底座朝上且铸件全部位于下箱的方式进行铸造，这样铸件凝固顺序为由下至上凝固，这样有利于支座的重要部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在底部侧面引入金属液，如图4所示。

图4 内浇道位置示意图 5.3决定直浇道的位置和高度 实践证明，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，容易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到上表面缩凹等缺陷。初步设计直浇道高度等于上砂箱高度200mm。但应检验该高度是否足够。

检验依据为，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：
式中 HM——最小剩余压力头 L——直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离 a——压力角 由《铸造工艺学》查表3-4-11得：а为9～10 取10 因为铸件全部位于下箱，所以剩余压力头HM等于上箱高度200mm 经过验证剩余压力头满足压力角的要求。

5.4 浇注系统的设计与计算 因该件属于形状简单的小型铸件，所以采用经验法，以此计算出该浇注系统浇注时间、内浇道截面积、浇注系统各组元断面尺寸，并校核最小压力头。

5.4.1 铸件重量 按照铸件的基本尺寸（包括加工余量在内）计算出铸件的体积和铸件的质量，其计算公式为：
式中 m—铸件质量（g） —金属材料的密度，对一般铸件可取 =7.2 V—铸件的体积（） 根据铸件图计算单个铸件的体积: 对于不太复杂的铸件可以根据以上公式计算。

=7.2×892.83=6.43kg S=（110×30+200×110+200×30）×2-3.14×7.5×7.5×4-3.14×25×25×2+（3.14×15+3.14×50）×30+110×90×2+30×90×2+110×30=926 5.4.2 金属液总质量 G 根据铸件质量和生产类型选择铸件浇注系统占的质量百分比为 20%， 金属液总质量 G=m×（1+20%）=6.43×1.2=7.72kg 5.4.3 浇注时间t的确定 确定 10t 以下各类铸件的浇注时间，常用公式如下：
t—浇注时间，单位为s G—包括冒口在内的铸件总质量单位为kg —铸件壁厚，单位为mm S1—系数，普通灰铸铁一般取 2.0 5.4.4 流量因数 u 根据铸型种类和阻力大小流量因数 u 取 0.5 5.4.5 平均静压头 Hp 平均静压头计算公式：
Hp：平均计算静压头 Ho：阻流截面以上的金属压力头 C：铸件（型腔）总高度 P：阻流以上的型腔高度 5.4.6 铸铁件在浇注系统最小截面积 奥赞公式法：
该方法利用力学公式先求出浇注系统的最小横截面积，再根据不同工艺条件下的浇注系统各组元截面比例，确定其它的横截面积。

铸铁件浇注系统最小横截面积计算公式：
所以 5.4.7确定浇口比 浇口比由《铸造实用手册》查表1.4-58得：
∑S直：∑S横：∑S内=1.4：1.2：1 5.4.8计算内浇道截面积 内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用。由于设计内浇口有四个，因此S内=6.53/8≈0.82cm²，内浇道形状取梯形断面形状如图5所示：
图5 内浇道截面示意图 梯形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：
a=7mm b=5mm c=7mm 5.4.9计算横浇道截面积 横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。

由于设计横浇口有两个，因此S横=6.53*1.2/2=3.92cm² 横浇道形状取梯形断面形状如图6所示：
图6 横浇道截面示意图 梯形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：
A=15mm B=10mm C=16mm 5.4.10计算直浇道截面积 直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。由于设计直浇口有一个，因此S直=6.53*1.4=9.14cm² 直浇道形状取圆形截面形状如图7所示：
图7 直浇道截面示意图 圆形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：D=25mm 5.4.11 浇口杯的设计 浇口杯是用来接纳来自浇包的金属液流的， 因为铸件是典型的支座类铸铁件，为保证有足够的压力头、方便浇注和操作，由于该件较小压力头足够，所以不单独放置浇口杯， 在手工造型过程中手工在上型的直浇道上端挖出简易的普通漏斗形浇口杯。

5.4.12 工艺出品率校核 生产工艺确定后，应用经过大量生产实践总结出来的“铸件工艺出品率”即成品率来校核衡量。工艺出品率太低时，说明所设计的工艺不合理，应对工艺进行调整和优化；

在铸件合格的前提下， 应尽量提高工艺出品率。由[3]中表3-149查得，灰铁件单件小批生产的工艺出品率为 65～75%。

工艺出品率={铸件质量 /（ 铸件质量+冒口质量+浇注系统质量）}×100% 6 冒口的设计 6.1 铸铁件无冒口工艺设计的条件 铸件的冷却模数 M，要求铸件的 ，铸件太薄（如M<1） ， 初始膨胀已消耗压力， 铁水反馈到浇注系统中去， 形成无效膨胀力释放。

6.2 冒口的计算方法 冒口的计算方法常用的有模数法、比例法和补缩液量法。

6.3 冒口及尺寸确定 冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。一般小型、壁厚均匀的铸件可不设置冒口。

7 排气的设计 铸件浇注过程中，在型腔中的会产生气体，如果不能及时排出，会产生气孔铸造缺陷，所以应合理设计排气系统。

7.1 砂型的排气 为加强铸型的排气，上箱造完型后，在其表面用￠4-5 的气眼针再扎若干暗气眼，气眼距铸型型腔的距离为10-20mm。

7.2 砂芯的排气 砂芯为水平砂芯，从上箱芯头处扎出 2-3 个￠4-5 明气眼，使气体由下向上排出。为增加透气性，砂箱开设了出气孔。

8 铸造工艺图和铸件图的绘制 图8 HT250支座铸造工艺图 图9 HT250支座铸件图 9 铸造质量控制 9.1 铸造缺陷分析及防止措施 本铸件常见的铸件缺陷分析及防止措施：
1) 气孔 由于采用湿型砂，发气量较大，为简化操作提高工艺出品率，未设置出气冒口，也可能因浇注工艺不同，而出现气孔。

防止措施：严格控制型砂含水量、浇注温度。湿型砂发气量较大，可能出现气孔，为此，要严格控制型砂水分，砂型要适当的多扎气孔，提高铸型排除气体能力。

2) 粘砂 湿型造型，铸件表面金属氧化，氧化物与造型材料作用生成低熔点化合物或浇注时金属液渗入到砂粒间隙。

防止措施：保证有足够透气性的前提下，尽可能选用粒度细的原砂，提高砂型的紧实度。

3) 错型 由于是机器造型，由于精度不够或工艺装备不合适容易造成错型 防止措施 加强操作者专业技能和责任心培训和教育，在工作过程中严格执行工艺。

9.2 铸件质量检查 经落砂、清理后的铸件应进行质量检验。铸件质量包括外观质量、内在质量和使用质量。铸件均须进行外观质量检查，重要铸件则须进行内在质量和使用质量的检查。

本铸件检查内容如下：
1) 理化检验：按熔炼炉次核对化学成分和机械性能。

2) 外观检查：铸件表面残砂必须清除，冒口和浇口按规定打磨。

3) 尺寸检查：对铸件进行划线。

10 铸造工艺卡的拟定 表2 HT250支座铸造工艺卡 铸件名称 材料牌号 生产类型 毛坯质量 支座 HT250 小批量 6.43kg 造 型 造型方法 湿砂型铸造两箱整模造型 砂箱 内部 尺寸 规则 长 宽 高 紧固方法 上箱 200 110 120 压铁紧固600kg 下箱 200 110 120 浇冒口 尺寸 mm 浇道数量 长 宽 高 截面积 横浇道2个 15 10 16 392 内浇道4个 7 5 7 82 11 铸铁件热处理种类 11.1 常见热处理 1 退火 1) 去应力退火 为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。

去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。

通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。

铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。

2) 石墨化退火 灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。

若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；
当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。

低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。

高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。

2 正火 灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。

正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。

3 淬火与回火 1) 淬火 铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。

对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。

随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。

灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。

石墨使铸铁的导热性降低，从而使它的淬透性下降，石墨越粗大，越多，这种影响越大。

2) 回火 为了避免石墨化，回火温度一般应低于550℃，回火保温时间按t=[铸件厚度（mm）/25]+1（h）计算。

3) 等温淬火 为了减小淬火变形，提高铸件综合力学性能，凸轮、齿轮、缸套等零件常采用等温淬火。等温淬火的加热温度和保温时间与常规淬火工艺相同。

11.2 本次设计的热处理方式 灰铸铁铸件一般不需进行热处理，通常对灰口铸铁进行热处理的目的是为了减少铸件中的内应力；
消除薄壁铸件或铸件薄断面部分的白口组织；
提高铸件工作表面的硬度和耐磨性等。常用的热处理方法有时效处理、降低硬度的退火、正火和表面淬火。

对于此灰铁铸件采用时效处理。其目的是消除铸件冷却凝固过程中所产生的内应力，以防止铸件在后续工序中，由于内应力而引起变形和裂纹。

自然时效是将铸件在机械加工前放置六至十八个月左右，让其内应力自行消除。此法的缺点是时间长、效果差，故目前很少应用。

人工时效又称低温退火。它是将清砂后的铸件送入100-200℃的炉中，随炉升温至500-600℃。保温较长时间后（一般为4—10小时），再以20-30℃/小时的冷却速度缓慢冷至200℃以下出炉空冷，从而消除其内应力。

11.3 铸铁件时效处理工艺曲线 图10 时效热处理工艺图 11.4 热处理后的组织及其性能 经过时效强化后得到的组织为P+G。珠光体的数量越多，则抗拉强度和硬度越高。石墨的强度、塑性、韧性极低，在铸铁中相当于裂缝和孔洞，破坏了基体金属的连续性，同时很容易造成应力集中。因此，灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧性都明显低于碳钢。石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对基体的割裂作用越严重。但是石墨片很细，尤其相互连接时，也会使承载面积显著下降。因此，石墨片长度应以0.03～0.25mm为宜。石墨的存在，使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减振性和切削加工性都高于碳钢，缺口敏感性也较低。灰铸铁的硬度和抗压强度主要取决于基体组织，而与石墨的存在基本无关。因此，灰铸铁的抗压强度约为抗拉强度3～4倍。

灰铸铁的热处理常用于消除铸件的内应力和稳定尺寸，消除铸件的白口组织、改善切削加工性，提高铸件表面的硬度及耐磨性。

12 热处理后的检验工作 12.1 质量检验 1 外观检验 零件热处理后，需要对零件的外观质量进行检验，外观质量检验的内容有：遗留缺陷、表面损伤、表面氧化等。外观检验主要以目测为主。

2 硬度检验 由于硬度是金属盒合金力学性能的一项重要指标，因此，常做为零件设计中选材及确定工艺过程的非常重要的依据，同时也是鉴定热处理工艺质量的重要手段。包括布氏硬度检验、洛氏硬度检验、维氏硬度检验。

洛氏硬度是以规定钢球或锥角为120º金刚石压头先施加预载荷P1，在施加不同的主载荷P，使压头垂直压入试样表面，然后出去P1，在保持P的情况下测出由P1产生的残余压入深度，并以测定的压入深度作为洛氏硬度值。

3 变形检测及开裂检测 1) 变形检测 零件经热处理后，由于内应力的作用，不可避免地将产生不同程度的变形，因此，各种零件在不同热处理工序上都应给出不同的允许变形量，经检验后判断是否合格。避免不合格流入下道工序，将不合格的零件设法校正过来。

2) 开裂检验 目测法：用肉眼或低倍[（10-15）×]放大镜观察浸蚀后的截面。

4 金相检验 金相检验是指对渗层、淬火层、心部等的金相组织等级要求的检验。如淬火马氏体等级、晶粒度等级、残余奥氏体数量、游离铁素体等。金相检验是热处理质量检验、质量分析不可缺少的重要手段。

12.2 化学成分检验 1) 火花检验 操作规程及检验方法：
 （1）火花检验的工作场地应明暗适中，不能太亮，也不能太暗。白天应在室内光线不太明亮处，夜晚应在稍暗的灯光下操作。

‚ （2）操作时注意手感，压力要适中，注意手感力要与观察火花结合起来。

ƒ （3）观察火花特征，并与标样进行校核，鉴别钢中的含碳量及常见合金元素。

2) 光谱分析 光谱分析法速度快，灵敏度高。生产现场使用手提式小型光谱分析仪。

13 误差分析及预防措施 13.1 淬火、回火缺陷分析及防止补救措施 1 氧化和脱碳 钢件加热时，由于介质的氧、水和CO2等与钢件表层的铁和碳发生反应就会发生氧化和脱碳。钢件所形成的氧化皮会造成钢件淬火软点、有效尺寸减小，严重时有可能会造成零件报废，脱碳严重时，易造成淬火裂纹。此外，还可造成淬火件硬度不足，耐磨性和抗疲劳性能下降。

为防止零件氧化和脱碳，可用盐浴炉、控制气氛炉加热，或采用防氧化脱碳措施加以预防。

2 过热和过烧 钢件进行奥氏体化加热时，如果加热温度过高或加热时间过长，便会引起奥氏体晶粒长大变粗，生成的马氏体也粗化，这就是过热。过热的零件很容易产生淬火裂纹，因为在生成的马氏体中存在大量的微裂纹，这种马氏体裂纹也会发展成淬火裂纹。如果加热温度更高，使钢的奥氏体晶粒进一步粗化并产生晶界氧化或晶界熔化，这就是过烧。产生过烧的零件，其性能急剧降低。

产生过热缺陷的零件，可先进行一次细化组织的正火或退火，然后再按正常工艺规范重新淬火。而产生过烧的零件因无法挽救只能报废。

3 淬火变形 淬火变形是指零件在加热和冷却过程中出现的尺寸变化（如伸长、缩短、变粗或变细等与原来零件呈相似形的变化）和形状变化（如翘曲、弯曲、扭曲等与原来零件呈非相似形的变化）。

为防止变形应采取如下措施：
①对于容易变形的零件，如细长轴、薄状零件等，应在淬火前预先进行去应力退火。

‚ ②为减小质量效应和形状效应，加热时应缓慢而均匀，或在奥氏体化加热前进行预热。

ƒ ③为防止零件自重变形，装炉时应注意支撑、悬挂或装吊方式。支撑跨度以不超过零件直径的3倍为宜。装吊具时应先校正吊具，零件装吊后要有适当的活动余地，切忌用外力做强制性装卡。

④冷却时要有正确选择淬火冷却方式，根据钢号、零件形状尺寸、批量和技术要求，可采用等温、分级、热介质、预冷、双介质淬火等冷却方式。

⑤截面变化较大的零件，可将某些孔堵死或在某个部位开工艺孔；
薄壁部位用石棉包裹，使截面均匀化；
在易变形的一侧捆绑加强筋或机加工时预留加强筋，淬火后去除。

4 淬火裂纹 淬火裂纹是零件在进入淬火冷却过程中产生的裂纹。这种裂纹在进入介质后，温度降至Ms点以下才发生。这是因为零件从奥氏体化温度急冷时发生收缩，在Ms点以下却又相反地发生膨胀，于是裂纹产生。

改进措施：合理设计零件形状，如尖锐角改成圆角；
壁厚相差大的部分不要连成一个整体，可改成组合体等。零件淬水而产生裂纹时，应改用冷却速度较缓的淬火介质或进一步提高冷却速度。凡是需要进行淬火处理的钢，起杂质含量不可超过规定标准。

14 总结 本次铸造工艺课程设计历时一周，是第一次进行独立的进行工艺设计。在设计过中，设计思想是在保证铸件质量前提下，尽量采取合理的工艺及先进的分析方法来消除各种缺陷，最后才考虑工艺出品率的提高，还要考虑生产上的安全性和经济上的合理性。在对铸造工艺的理论学习中，我对铸造的理解是很有限的，我们所遇到的关于专业的实际应用也仅限于书上的例题，这些都是理论的或是局部的计算，而这次课程实际让我接触到了铸造生产过程中的工艺设计和一些辅助结构的计算。

通过本次设计的训练，我受益匪浅，不仅深层次的学习了铸造知识，掌握了铸造工艺设计流程，而且还提高了分析能力、独立思考的能力、解决问题的能力，使自己的专业素质得到了进一步的锻炼和提升。这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，同时，通过课程设计，还使我树立了正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的态度。

最后，在此特别要感谢X老师和X老师对我们的指导与支持帮助，你们渊博的知识和丰富的经验是我们学习的榜样。同时，也感谢在本次设计中给我帮助的同学。

15参考文献 [1] 戴起勋.金属材料学.化学工业出版社,2009 [2] 王爱珍.金属成形工艺设计.北京航空航天大学出版社,2009 [3] 王文清.李魁盛.铸造工艺学.机械工业出版社,2013 [4] 王顺兴.金属学热处理原理与工艺.哈尔滨工业大学出版社,2011 [5]蔡启舟 吴树森.铸造合金原理及熔炼.化学工业出版社，2010 [6]弗兰卡(德). 铸造实用手册[M]. 冶金工业出版社, 2014. 学生学习心得 通过本次课程设计，我学会了对支座零件进行铸造和热处理的设计，对于铸造工艺学中比较抽象、难理解的知识点，通过本次课程设计我也更好地掌握和理解。

其次，在本次课程设计中用到了CAD绘图软件。对于大一学习的课程又是再一次的拾起，虽然很多内容多忘记了，但是参照课本，还是把我们本次所需要绘制的三幅图给做出来了。又很好解释了我当时大一存在学那些高数课、工程制图课有什么用的疑惑。

学生(签名): 年 月 日 诚信承诺 本人郑重声明所呈交的课程报告是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同学对本文研究所做的贡献均已在报告中作了明确的说明并表示谢意。

学生（签名）：
任课 教师 评语 成绩评定: 任课教师(签名): 年 月 日

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