金属材料认识实习铸造工艺.ppt

金属材料专业认识实习介绍 铸造工艺 黄永长,我国铸造技术的发展,材料成形加工的方法：1.金属铸造成形2.金属塑性成形（锻造、板料冲压和先进塑性成形加工工艺）3.金属焊接成形（气焊、割焊、埋弧焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊、激光焊、扩散焊和摩擦焊等）4.非金属材料成形（工程塑料成形、橡胶制品成形和特种陶瓷成形）,历史发展：,铸造：就是将金属熔成符合一定一定要求的液体并浇注到铸型里，待其冷却，凝固后落砂清理形成具有一定形状与性能的金属件的生长方法。铸造具有悠久的历史，远在5000多年前，人类就铸出了简单的铜斧头。我国是世界上较早掌握铸造技术的文明古国之一，2000多年之前以青铜铸造为主，之后以铸铁为主。世界上公认中国是最早应用铸铁的国家。,出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟，重达832.84公斤,高达133厘米,是迄今为止出土的最大最重的青铜器。,司马戊大鼎,永乐大钟高6.75m、直径3.3m、重量46.5t的铜钟，是明朝永乐年间（约1420年）铸造的，在世界大钟之林中铸造年代最久远。钟身内外铸满了佛经，经文清晰，排列巧妙，总字数达230184个，是世界上铸字最多的大钟。撞击一下，钟声悠扬悦耳，可传4050km。,永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间。,九龙大鼎（广东肇庆市）高6.68米,宽5.58米,重量16吨，整座由青铜浇铸而成。,越王勾践剑越王者旨於赐剑越王州句复合剑越王不寿剑,香港天坛大佛 高34米，重250吨，由200块青铜铸件砌成。耗资2000万港元。,无锡灵山大佛,1、灵山大佛通高88米，佛体79米，莲花瓣9米。2、灵山大佛佛体（不含莲花瓣）由1560块6-8毫米厚的铜壁板构成，焊缝长达30余公里。3、灵山大佛铸铜约700吨，铜板面积达九千多平方米，约一个半足球场大小。4、由于高科技的运用，灵山大佛能抵御14级台风和8级地震的侵袭。,在现代各种类型的机器设备中，按质量计算，铸件所占比例很大，如在机床、内燃机中，铸件占机器质量的7080%，农业机械中占4070%，拖拉机中占5070%。铸造的优点：1）适应性广：它适用于各种合金（如铸铁、铸钢和各种有色合金等），能制造外形和内腔很复杂的零件，铸件的尺寸、质量和生产批量都不受限制。2）成本低廉：所用原材料来源广，设备投资少，节省工时，材料利用率高。铸造的缺点：铸造工艺的控制较困难，因而铸件质量不稳定，废品率较高。另外，铸造生产劳动强度大，条件差，环境污染较大。,铸造生产一般工艺流程,铸造按生产方式不同可分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造：用型砂紧实成型进行铸造的方法，称为砂型铸造。砂型铸造生产的铸件占铸件总产量的80%以上。砂型铸造所用的型砂由原砂和粘结剂组成，必要时，还可加入各种附加物。原砂是耐高温材料，常用的是含SiO2较多的硅砂，常用的粘结剂有粘土、水玻璃等。砂型和芯砂应具有以下性能：透气性、强度、耐火度、可塑性和退让性。生产中常采用砂子、粘土（常用膨润土）和水等经混制而成的粘土砂，为满足透气性，型砂中还可加入锯末、煤粉等。,铸型的构造及作用：铸型一般由上型、下型、型芯、浇注系统等几部分组成。,1-上砂箱 2-型腔 3-上型芯头 4-出气孔 5-冒口 6-浇口杯 7-直浇道 8-下砂箱 9-分型面 10-下型芯头 11-冷铁 12-内浇道 13-型砂 14-横浇道,特种铸造包括：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷铸造和连续铸造。熔模铸造：用易熔材料（如蜡）制成零件的精确模样，在模样上涂覆多层耐火材料，制成壳芯，待壳芯干燥、硬化后，加热型壳使蜡模融化形成空腔，型壳经高温培烧后即可进行浇注获得铸件的铸造工艺方法叫熔模铸造。,熔模铸造的特点：1.铸件尺寸精度高，可以无加工余量。2.可铸造形状复杂的铸件。3.不受材料的限制。熔模铸造可用来制造碳钢、合金钢、球墨铸铁、铝合金、镁合金、高温合金、贵重金属的铸件。4.铸件尺寸不能太大，重量也有限制。5.工艺过程复杂、工序繁多，使生产过程控制难度增大。消耗的材料较贵，对模具和设备要求较严，生产周期长。6.铸件冷却速度慢，铸件晶粒粗大。,陶瓷型铸造：在20世纪50年代有英国人肖完善试验成功，它是在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的，即在硅酸乙酯水解液和耐火粉料的陶瓷浆料中加入破坏硅酸乙酯水解液稳定性的催化剂，用浇灌浆料代替捣实型砂的方法制造铸型，浇注金属液生产铸件。采用这种方法制得的铸件具有较高的尺寸精度和较细的表面粗糙度。,陶瓷铸造的过程：先将模样固定在型板上，在模样表面抹分型剂，而后在型板上放好型框，向其中灌注陶瓷浆料，待浆料固化至有一定弹性，尚未完全坚硬的程度，从型中取出模样，随后立即点火喷烧，烧去浆料中的酒精，吹压缩空气助燃，最后把其送入高温炉中培烧，准备合型浇注。,陶瓷性著作的优缺点：1.陶瓷型铸造的铸件尺寸精度高。2.陶瓷型铸造的铸件重量最大可达十几吨的精密度要求较高的铸件。3.陶瓷型铸造可用来浇注多种合金。4.生产准备简单，不需要复杂设备，但所用原料价格较高，不适于批量大、结构复杂、重量轻的铸件的生产。生产过程难于实现机械化、自动化。,金属型铸造：用铸铁、铸钢或耐热钢制造铸型，将熔炼好的液态金属浇注进去，以获得铸件的铸造方法叫金属型铸造。金属型铸造的优缺点：1.铸件的质量和尺寸精度高。2.金属型冷却速度块，晶粒细小，铸件的力学性能高。3.铸造生产中不用型砂，可节省造型材料，减少砂处理和型砂运输设备。4.铸型的制造成本高，生产准备费时，不能生产大型铸件，铸件的外形不易太复杂。,低压铸造：是一种介于重力铸造与压力铸造之间的铸造工艺方法。,低压铸造的优缺点：1.金属自下而上平稳充填型腔，减少卷入气体和氧化物的可能性，防止铸件产生气孔和非金属夹杂物缺陷。2.铸件补缩效果好，铸件致密度高、力学性能好。3.简化了浇注系统，金属的利用率高。4.减轻了劳动强度，整个过程易于机械化、自动化，生产效率高。5.设备模具消耗较大。,离心铸造：将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成型的工艺叫离心铸造。离心铸造分为立式离心铸造和卧式离心铸造。,造型方法：手工造型和机器造型两大类。手工造型：手工造型是全部用手工或手动工具紧实型砂、制造砂型的造型方法。其优点是操作方便，灵活性强，特别适合单件小批量生产。下图是手工造型主要工艺流程图。,常用的手工造型方法有：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型、两箱造型、三箱造型和地坑造型。,机器造型：主要由填砂、紧实、起模、修型等工序组成。用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法称为机器造型。按紧砂和起模方式不同，有多种不同类型的机器造型方法及相应的造型机。按型砂的紧实方式，主要的机器造型方法有压实造型、震实造型、抛砂造型、射砂造型、静压造型、高压造型和震压造型。其中以震压造型在中、小工厂应用较广。气动微振压实造型机的紧砂原理。,铸造设备,熔炼设备：冲天炉、感应电炉、电弧炉混砂设备：筛沙机、混砂机运输设备：皮带运输型砂、运动小车运输砂型、链轮式循环运输砂芯造型设备：射砂机、造型机、翻转砂箱设备、合箱设备造芯设备：热芯盒造芯机、冷芯盒造型机浇注设备：浇注小车清理设备：落砂设备、抛丸机,冲天炉：,冲天炉广泛应用于铸铁熔炼。冲天炉的优点有很多，如设备费较低，占地面积小、能连续供应铁液、因有冶金反应易于得到品质优良的铁液。冲天炉的主要缺点：铁液的化学成分和温度波动较大，且铁液的供应量不易改变、柔性不足。,感应电炉特点：1.熔炼工艺稳定，可以熔炼各种成分的铸铁。熔炼过程氧化烧损少，又能方便的调节铁液的成分和温度，获得的铁液质量较稳定。2.用感应电炉熔化有色金属，可减少烧损或实现真空无氧化熔炼。3.可利用廉价的原材料。在感应电炉熔炼过程中，由于存在电磁搅拌，特别有利于熔炼各种加工切削和细小的边角料。4.减少环境污染。,电弧炉：,电弧炉是利用电弧产生的高温熔炼金属。在电弧炉中存在一个或多个电弧。由于电弧温度高，电热效率高，炉内气氛和炉子操作容易控制，特别适合冶炼难溶金属。,铸造行业的发展趋势铸件的轻量化铸件的精确化数字化铸造网络化铸造近无缺陷铸造技术绿色铸造技术结束语,一、铸造行业的发展趋势,高速发展的工业技术要求 产品精密化、轻量化、集成化,国际化的市场竞争要求 产品性能高、成本低、周期短,环境要求 能源消耗低、污染少,铸件的发展方向：更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本更低、周欺更短、质量更高 铸造技术的发展方向：轻量化、精确化、高效化、数字化及绿色化,轻量化的要求 以汽车制造为例，汽车重量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。为了达到这一目标，要求整车重量减轻40%50%，其中车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统减轻10%。新一代汽车中钢铁材料用量将大幅度减少，而铝及镁合金用量将显著增加，铝合金将从129公斤(284磅)增加到333公斤(733磅)，镁合金将从4.5公斤(10磅)增加到39公斤(86磅)。专家预测到2009年74%的汽车发动机缸体及98%的缸盖将用铝合金铸造。,二、铸件的轻量化,轻量化材料 1.高强铝合金 高强铝合金，其最终产品涉及航空、航天、国防、兵器、交通运输等各行业。第二次世界大战后，一系列新型高强铝合金（尤其是7000系），相继研制成功，东北轻合金公司已开发出7A04、7A09、7075、7050、7574、7001六个牌号的7系铝合金，生产的7系变形铝合金产品已应用于航空航天领域，在国产战斗机、长二捆火箭、神州系列飞船上得到应用，从神州一号到神州五号都受到国家奖励。,2.镁合金 镁合金是被世界各国材料界看好的最具有开发和发展前途的轻金属材料，被誉为21世纪最具开发和应用潜力的“绿色”工程材料。镁合金产品具有以下优势：1）轻量化：密度1.8g/cm3左右，是钢铁的1/4、铝的2/3、与塑料相近。2)比强度高、刚性好，优于钢及铝。3)极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。4)优良的热传导性，可改善电子产品散热问题。5）非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性好。6）加工成形性能好，成品外观美丽、质感佳，无可燃性(相对于塑料)。7)材料回收率高，符合环保法。8)尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变(相对于料)。,镁合金压铸件的应用：已广泛应用于交通工具如汽车、摩托车及飞机零件等、信息行业如手机、数码相机及手提电脑壳体等产品及小型家电(摄像机、照相机及其他电子产品外壳等)等行业(图1)。同时压铸镁合金产品在国防建设等领域也有十分广阔的应用前景。,图1 典型镁合金压铸件,金属材料的热加工是将原材料制成我们所需要的零件毛坯的重要方法。当今一个重要的发展趋势是，随着精密成型技术的发展，毛坯的成型精度不断提高，正从近精确成型向精确成型方向发展。,三、铸件的精确化 新一代精确铸造技术,精确铸造技术包括：自硬砂精确砂型铸造高紧实度半刚性砂型铸造强迫铸型铸造特种铸造,自硬砂精确砂型铸造 主要有改性水玻璃砂和合成树脂砂，适用于生产大型近精确铸件。近年来采用冷芯盒树脂砂发展起来的“精确砂芯组芯造型”技术，可以生产壁厚仅有2.5mm的缸体、缸盖、排气歧管等复杂的铸件。,高紧实度半刚性砂型铸造 主要有高压、射压、气压和静压等造型方法。铸型虽然不烘干，但由于紧实度大大提高了，所以铸件的表面质量、精度很高，表面粗糙度可提高23级，适用于大批量铸件的生产。,强迫铸型铸造 所谓强迫铸型是通过一定的措施，避免起模及刷涂料时引起的铸型精度及表面质量下降，使其完全等同于模样的水平。主要方法有消失模铸造、涂料转移法铸造等。,1.消失模铸造研究的热点(1)消失模型材料及制模技术的研究(2)消失模铸造用涂料的研究(3)金属液气化膜涂料之间相互作用机理的研究(4)消失模铸造工艺的研究(5)提高铸件内在质量的研究(6)气化模与其它工艺相结合的气化模复合工艺的研究,2.我国消失模铸造与国外的差距(1)我国消失模铸件产量偏低，据铸造协会实型铸造专业委员会最新统计，2001年我国消失模铸造黑色合金总产量为6.5万吨。消失模铸造企业不下500家，但多数消失模铸造生产线远未发挥应有的效益；不少企业没有经过技术积累过程，就仓促投资上马，因产品废品率居高不下，使黑色铸件的年产量长期徘徊在千吨以下。（2）在我国，消失模铸造生产复杂铝合金铸件的各方面条件还不成熟，排除市场原因，还有多道技术难关没有攻克，我国的消失模铝合金铸造任重道远。,(3)我国消失模铸造技术虽有长足进步，但在汽车关键铸件(缸体缸盖等)上还作为不大，还没有把消失模铸造的优势发挥出来。可喜的是目前我国有几家民营和私营企业，正在用消失模技术攻克缸盖和缸体等汽车关键铸件的生产。（4）目前国内各消失模铸造行业企业之间存在有一种不给参观和不允许拍照的不良现象，应打破“互相保密、闭门造车、闭关自守”的局面，有利于相互间取长补短共同提高，进而提高整体水平和发展我国的消失模铸造事业。（5）欧美及日本等国家，消失模铸造行业早己实现了专业化、标准化和商品化，而这却是我国消失模铸造行业最为薄弱的环节。,特种铸造技术 包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、挤压铸造、半固态铸造、喷射成形技术、快速成形技术等。以刚型取代砂型、非重力浇注取代重力浇注，使铸件尺寸精确，表面光洁，内部致密，铸件可实现少切削或无切削加工。,1.快速成形技术 快速成形技术的基本原理 快速成形技术在铸造生产中的应用方式 快速成形技术的应用特点 常用的快速成形技术,快速成形技术的基本原理 快速成形技术（RPM）是国际上新开发的一项高科技成果，它的核心技术是计算机技术和材料技术，这是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控、激光技术和材料科学为一体的新型技术。快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，它采用离散、堆积原理，自动而迅速地将所设计的物体CAD几何信息，通过激光束或其他方法将材料堆积而形成零件模型。还可将RPM原型与传统铸造工艺相结合，快速制造出实用零件。利用该技术可大大提高企业新产品的研制速度，节省新产品的反复试制费用，打破机械制造周期长的传统模式，是制造业一种全新的新技术，该技术引起了学术界和企业界的广泛关注，被称为二十一世纪制造业发展的方向。,快速成形技术在铸造生产中的应用方式(1)用快速成型方法得到的模型代替母模直接用于浇注铸件，形成快速铸造技术，用于时间要求十分紧迫的形状复杂的单件生产。如航空航天工业中的特殊铸件，或者是新产品试制时先做一两个铸件供进一步试验用。(2)用快速成型方法制造母模后再浇注铸件，适用于小批量铸件的生产。(3)用快速成型方法制造模具，这方而的应用最为广泛，可用于铸件的大批量生产。传统的铸造生产中，模板、芯盒、压铸模等模具的制造是靠机械加工的方法来完成，费时耗资，且精度不高。特别是对于一些形状复杂的薄壁铸件，模具的制造更是一个老大难问题。而对激烈的市场竟争，产品更新换代日益加快，铸造模具加工的现状很难适应当前的形势，而快速成型技术的出现为解决这个问题提供了一条颇具前景的新路。,快速成形技术的应用特点(1)可通过产品CAD设计图或测量机测得的原型几何数据，直接复制成塑料件或金属件，不需任何模具和人工雕刻。(2)适应于制造任意复杂的零部件，可充分体现设计细节，无需机加工，大大提高了尺寸和形状的精确度。(3)能快速制造模具和复杂零件原型，特别是在新产品研制开发中，能根据有限元分析CAE的结果，快速制造原型实体，可对每次设计构思进行可行性评估，便于设计者不断优化自己的设计。,(4)可以实现高度自动化，长时间连续工作。(5)特别适宜于单件、小批量及特殊、新试制品的制造，无需工装投入，其成本低，工作效率高。(6)可直接制造复合材料零件。(7)在快速造型的反求工程中具有广泛的应用价值：运用反求法与RPM的结合(如在RPM服务机构上配备激光扫描仪)，使产品的设计与制造过程共成于一闭环系统，有可能并行进行，如图2所示。改变了传统的设计制造程序，充分体现了设计 评价 制造一体化的思想。,图2 快速成形闭环系统图,输入要求,输出结果,常用的快速成形制造技术 目前各种RPM方法有三十多种，但实用价值较高、已投入商业运行的主要有SLA,LOM,SLS,FDM,TDP等原理的决速造型系统。(1)立体光照成形(SLA)法是采用紫外线激光来硬化光敏树脂生成三维物体模型。该技术最早投人运行，日臻成熟，能制造精细的零件，表面质量好，但设备和所用材料价格昂贵，成本相对较高。(2)物体分层制造法（LOM）是近年来快速发展起来的一门RPM分支技术，它是通过对原料纸进行层合与激光切割来形成零件，设备和原材料价格低，适宜于制造大尺寸制作件。目前，该方法显示出良好的发展前景，有可能替代SLA法而成为RPM技术的主体。,(3)选择性激光烧结法（SLS）是在工作台面上均匀地铺上一层金属粉，外覆一层热塑性材料形成粉末团，然后采用计算机CAD系统控制激光器，按照所设计零件在该层的几何信息进行有选择性地烧结，被烧结部分固化在一起构成原型零件的实心部分(零件空心部分则不烧结，仍为粉末状)，如此反复，逐层烧结，直至原型加工完成，该方法材料选择性广，无毒，能循环利用，可配合不同用途。(4)熔丝沉积制造法（FDM），其所用材料为聚碳酸脂、ABS和铸造蜡材，能实现塑料零件无注塑模快速成形制造。该技术方法不采用激光，成本低，制作速度快，但精度相对较差。(5)三维印刷系统TDP法是美国麻省理工学院最先发明的，TDP法可用材料范围很广，尤其是可以制作粉末冶金材料模和陶瓷模，主要问题是表面粗糙度相对较差。目前美国3D系统公司推出了多喷头的TDP系统，制作零件速度非常快，成本更低。,2.半固态铸造 半固态铸造的基本原理 半固态铸造的特点 半固态成形方法 半固态铸造的工业应用,半固态铸造的基本原理 半固态成形（铸造）即半固态合金成形，它是介于液态成形和固态成形之间的一种成形方法。半固态合金是将合金熔化后，待它冷却到液相线温度以下时，对合金进行搅拌，在搅拌力的作用下，合金中析出的树枝状晶被破坏，并在周围金属液的摩擦熔融作用下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球状的颗粒，分布在整个液态金属中。这种合金即使固态组分达40%60%，仍然像糊状悬液，具有一定的流动性。而在剪切力较小或为零时，它又具有固体性质，可以搬运储藏。利用半固态合金独特的性质实现浇注或压注成形的方法，称为半固态成形。,半固态铸造的特点(1)适用合金范围宽，非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金;铁基合金有不锈钢、低合金钢等。(2)零件因晶粒细化、组织分布均匀，力学性能大幅度提高。既可显著提高零件的品质，还可生产薄壁零件。(3)半固态合金己释放了部分结晶潜热，故半固态模锻温度比压铸等铸造工艺的低，锻件留模时间短、充型平稳、热负荷小，减轻了对模具的热冲击，有利于提高模具寿命。(4)半固态模锻零件重量可小到20g，大到15 kg.，加工余量小，近净成形，半固态模锻己成为生产接近成品尺寸零件最经济的工艺。(5)因作业时摆脱了高温液态金属环境，减少污染和不安全因素，劳动条件和环境好。生产率更高，成品率几乎是100%，且成形温度低，可节能35%左右。(6)工艺过程简单，适合专业化生产和微机应用，便于实现自动化。,半固态成形方法 半固态成形方法分为流变成形、触变成形两种，其工艺过程如图3所示。,图3 半固态成形工艺过程,(1)流变成形(俗称“一步法”)流变成形(rheforming)是指利用半固态金属制备器批量制备或连续制备糊状浆料，直接进行加工成形(铸造、挤压、轧制、模锻等)的方法。这种工艺方法的基本设备有半固态浆料制备器和成形机。这种方法由于直接获得的半固态浆料不便于保存和输送，其发展缓慢，成熟的应用技术有限。射铸成形(injectlonmlding or thixmolding)是己应用于生产镁合金的一种成熟技术，其成形机中含有一个特殊的螺旋推进系统，并配有半固态合金加热源。合金的普通铸锭从螺旋推进系统一端加入，一边被加热一边螺旋搅拌推进，到达另一端的合金己是有流动性的半固态合金，随后被射入模型中成形。流变成形比触变成形节省能源，流程短，设备简单，是未来重要的发展方向。,(2)触变成形(俗称“两步法)触变成形(thixoforming)是指将用浆料连续制备器生产的半固态浆料铸成一定形状铸锭的成形方法，它像软的固体一样可以搬运、切块、储藏，使用时将其重新加热到半固态温度范围，装入成形机进行成形(铸造、挤压、轧制、模锻等)。由于半固态金属坯料加热输送方便，易于实现自动化，因而这种工艺在生产中得到广泛应用。,半固态成形的工业应用 金属半固态成形加工技术己在铝合金、铜合金、镁合金、钢、高温合金零件生产中投入了商业性生产，其中在铝合金零件加工方面进行了约15年的商业化生产，对变形铝合金与铸造铝合金全面适用，零件质量可轻到20g，大到15 kg，己为汽车、摩托车、家用电器、电子产品、通讯器材、航空航天器生产了大批零件，成为生产近成品尺寸零件最经济的工艺。日前，利用半固态铝合金触变成形工艺生产的主要汽车零件有：制动总泵体、连杆端头、油道、悬挂件、转向齿杆壳件等。,镁合金半固态成形技术近年来也得到了迅速发展，镁合金半固态触变注射成型法是一种集半固态浆料的制备、输送、成型为一体的一步成型法。,3.喷射成形技术 喷射成形技术的基本原理 喷射成形技术的特点 喷射成形技术的应用,喷射成形技术的原理,图4 喷射成形原理示意图,喷射成形(Spray Form ing)技术，也称为喷射沉积(Spray Deposition)或喷射铸造(Spray casting)技术。金属喷射成形原理如图4所示，该技术包括金属熔化、雾化和沉积三个过程，即用高压惰性气体将融化后的金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到具有一定形状的接收体上，从而获得99%理论密度的金属实体。这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征、整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的半成品坯件。,（1）工艺简单生产周期短成本低 常规铸造工艺 粉末冶金工艺 喷射成形工艺 无缝钢管生产工序比较,熔炼铸锭加热轧坯打磨退火锻造切头切割扒皮穿孔扩孔挤压切头酸洗冷拔退火17道工序,熔炼雾化筛分包套装套封罐固化挤压切头去套冷拔退火12道工序,熔炼沉积切头扒皮镗孔冷拔退火7道工序,喷射成形技术的特点,（2）具有快速凝固组织特征 喷射成形由于雾化的高冷速，使沉积坯组织具有快速凝固的组织特征。消除了坯件中合金成分的宏观偏析，没有一般铸锭中严重存在的枝晶偏析和粗大的一次相及共晶，抑制了显微偏析及偏析相的产生。晶粒为均匀细小的等轴晶，其晶粒大小一般在10100m之间。,（a)普通铸造ZA27合金微观组织,(b)喷射成形Zn-27Al-Cu合金挤压态微观组织,Al-Cu-Mg(2024)合金的力学性能,475,310,441,543,20.0,18.5,0.2,MPa b,MPa,%,SF,PM,0.2,MPa b,MPa,%,Al-Zn-Mg-Cu(7075)合金的力学性能,510,601,572,687,13.0,8.9,PM,SF,(3)含氧量低,在雾化过程中，由于冷却速度非常快，致使金属材料的固溶度明显提高，原始颗粒与急冷边界基木消除。另外，雾化熔滴处于液态的时间极其短暂(0.3s)，且沉积是在惰性气氛中完成的，金属氧化程度很小。而且由于液体金属一次成形，避免了粉末冶金工艺中因储存、运输等工序带来的氧化，减轻了材料的受污染程度，材料的氧化程度很小。,（4）材料致密度较高 金属喷射成形工艺过程中，深过冷金属雾化液滴高速撞击到接收体上沉积、凝固，沉积层之间良好地结合在一起，沉积成形后的密度可以达到理论密度的95%，如果工艺控制合理则可达到99%。可见喷射成形工艺仅存在轻微的疏松现象，经随后的冷加工或热加工很容易达到完全致密化。目前实际使用的致密化工艺有热等静压、热压、真空热压及热挤压。,（5）喷射沉积效率高 各种实用的雾化器喷嘴的生产率在25200kg/min，用作涂层的成形速率可达50kg/min，单个产品重量可达600kg。,（6）具有广泛的适用性,其研究与应用领域几乎覆盖了所有传统材料及新型金属材料。此外，在特定的雾化器设计和适当的雾化参数的配合下，改变沉积器的形状并调节沉积器的运动方式，就可以生产出不同形状的沉积坯，如盘、柱、板、环、管等形状。,喷射成形技术的应用,（1）铝基合金 Al-Si系合金：主要应用在汽车工业中 1995年，日本住友轻金属公司将喷射成形Al-17Si-6Fe-Cu-Mg合金挤压材用于Madza汽车公司的Miller循环发动机上。沉积坯最大尺250mm1400mm 1997年，德国PEAK公司将喷射成形GHAlSi17Cu4Mg合金管材用于Mercedes Benz公司V12和V8发动机汽缸衬套上。沉积坯最大尺寸为400mm2500mm Al-Li系合金：主要应用在航天、航空和航海领域 喷射成形Al-Li提高了Li的含量（4%），使该合金的比模量和耐蚀性提高 Al-Fe系合金：是典型耐热合金，主要应用在航天领域 喷射成形Al-8Fe合金与粉末冶金相比仅需很低的挤压比（2）就可达到最大延伸率和极限抗拉强度。从而为传统轧制工艺不能生产大尺寸工件开辟了新途径。高强铝合金2000系和7000系：主要应用在汽车和航天领域 喷射成形2000系和7000系合金的塑性、韧性和疲劳性能显著提高。,我国用于高速列车刹车系统生产的喷射成形Al-Si合金材料,轧辊 1993年日本住友重工生产出高铬铸铁、高炭高速钢轧辊辊套和高速钢/碳钢复合轧辊，最大尺寸外径800mm，内径610mm，长500mm 英国Forged Roll公司、Osprey公司和 Sheffield大学联合通过将芯棒预热并采用多喷嘴技术，将轧辊合金直接复合到芯棒上。已生产出0.8C/3Cr、0.8C/5Cr冷轧辊和17Cr铁/高速钢热轧辊。不锈钢管和复合管 1991年瑞典Sandvik公司生产出最大尺寸3808000mm，壁厚25-50mm的不锈钢管和复合管，其典型产品是Sanicro65镍基合金复合钢管，主要应用在欧洲一些国家的垃圾处理焚烧厂。,（2）铁基合金,德国的Wieland公司和瑞士的Swissmetal Boillat公司在1991年利用喷射成形技术生产最大尺寸为300mm2000mm铜合金棒坯，其研究主要集中在以下几种合金上：Cu15Ni8Sn合金：喷射成形使其获得了良好的机械加工性能，可取代铜铍合金用于制造连接器和弹簧。CuCrZr合金：典型的焊接电极合金。喷射成形过程中添加Al2O3 粒子可以提高其寿命。高Sn含量的青铜：喷射成形可提高其冷热加工性能，而且冷变形后还有弹性模量低、流变应力高的特性，可用来制造弹簧。,（3）铜基合金,德国Wieland生产的喷射成形铜合金部件,1980年美国GE公司利用喷射成形技术制备7.532mm Rene80合金盘锭 1990年美国Howmet公司利用喷射成形技术制备200400mm高温合金盘锭、850500mm，厚75mm的环件1990年日本住友重工业社利用喷射成形技术制备300400mm高温盘锭1991年瑞典Sandvik公司利用喷射成形技术制备市政焚化炉用Sanicro65镍基合金复合管1996年英国特殊钢铁公司利用喷射成形技术制备6002500mm高温合金柱形坯美国海军地面武器中利用喷射成形技术，生产出Alloy625从4英寸到14英寸直径的镍基高温合金管材1996年美国GE公司和Teledyne Allvac公司采用纯净金属喷射成形技术制备高温合金Rene95、Rene85和In718预制坯,（4）高温合金,美国Sprayform Technologies 制造的喷气发动机高温合金环,四、数字化铸造 铸造过程的模拟仿真,随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交叉学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第三个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。铸造过程计算机仿真能在计算机上实现电脑试浇，显示充型及凝固过程随时间流动及温度的变化，预测显示因工艺不合理而产生的铸造缺陷，对各种不同铸造工艺方案作出最优的选择，从而保证铸件质量，提高经济效益。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算，模拟仿真可提高产品质量515倍、增加材料出品率25%、降低工程技术成本13%30%，降低人工成本5%20%、增加投入设备利用率30%60%，缩短产品设计和试制周期30%60%等。,五、网络化铸造 产品及铸造工艺设计集成系统,现代的产品设计及制造开发系统是在网络化环境下以设计与制造过程的建模与仿真为核心内容，进行全生命周期设计。美国先进金属材料加工工程研究中心提出了产品设计/制造(铸造)集成系统(Rational Product/Process Design)。在网络化环境下，产品零部件的设计过程中同时要进行影响产品及零部件性能的铸造等材料成形制造过程的建模与仿真，它不仅可以提供产品零部件的可制造性评估，而且可以提供产品零部件的性能预测。因此，在网络化环境下，铸造过程的模拟仿真将在新产品的研究与开发中发挥重要作用。,六、近无缺陷铸造,概念 毛坯和零件成型加工质量高低的一个重要指标是缺陷的多少、大小和危害程度。由于铸造过程十分复杂，因素多变，所以很难避免缺陷的产生。近年来，国外热加工界提出了“近无缺陷成形与加工”的概念，这个缺陷是指不致引起早期失效的临界缺陷概念，而不是绝对的零缺陷。,实现近无缺陷铸造的两项技术（1）金属熔体的纯净化、致密化技术，这是提高铸件内在质量，从根本上杜绝夹杂、气孔、偏析和组织与性能不合要求等缺陷的基础。主要方法有真空熔化浇注、炉外精炼、强化孕育变质、采用定向结晶、快速凝固及电磁搅拌等新型凝固技术。（2）是铸件的无损检测技术及安全可靠性评估，根据铸件的服役条件及载荷类型、大小，科学界定铸件的临界缺陷的具体量值，结合无损检测及工艺模拟优化技术，预测不同工艺条件下铸件可能产生的缺陷量值，建立铸件安全可靠性评估系统。,七、清洁（绿色）铸造,必要性 世界环境与发展21世纪议程强调人类社会经济可持续发展战略，提出了清洁生产概念。所谓清洁生产应该是，合理使用资源，生产全过程节能、降耗，产生的排放物无毒无害、数量少且最大限度再生利用，生产环境安全、清洁、舒适、宁静。日趋严格的环境与资源的约束，使以清洁生产为特征的绿色制造技术越来越重要，它将成为21世纪制造业的重要特征。环境保护是我国的一项基本国策，铸造行业要在21世纪得到可持续发展，必须积极发展清洁铸造生产。,清洁铸造技术的主要内容(1)采用洁净的能源，如以铸造焦代替冶金焦、以少粉尘少熔渣的感应电炉熔化代替冲天炉熔化。(2)采用无砂、少砂的特种铸造工艺，如压力铸造、金属型铸造、金属型覆砂铸造、挤压铸造等。(3)研究并推广使用清洁无毒的工艺材料，如研究使用无毒无味的变质剂、精炼剂、粘结剂，用湿型砂无毒无污染粉料光洁剂代替煤粉等。(4)采用高溃散性型砂工艺，如树脂砂、改性酷硬化水玻璃砂工艺。(5)研究开发多种废弃物的再生和综合利用技术，如铸造旧砂的再生回收技术、熔炼炉渣的处理和综合利用技术。(6)研制开发铸造机器人或机械手，以代替工人在恶劣条件下工作（如大批量的清理工作）。,八、结束语,当今各种高新技术层出不穷，发展迅速。高新技术对传统工艺的影响不断加大，这是当代科学技术发展的大趋势。铸造作为一个传统产业，其发展水平很大程度上影响和制约着制造业的发展水平。高新技术与铸造业相结合将给传统的铸造业带来一次革命。开发应用新技术是企业提高产品质量和经济效益，增强自身竟争力，使企业得以发展的必由之路。,谢谢！,