金属工艺学第一章铸造工艺基础.ppt

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1、铸造篇,第二篇 铸 造,一、什么是铸造生产（液态凝固成型）,将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。,铸造生产过程,零件图,铸造工艺图,铸型,型芯,芯盒 芯砂,型砂模型,熔化,合 箱,落砂、清理,检 验,铸 件,二、砂型铸造的工艺过程,（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。,三、铸造生产的特点,1可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。,（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。,2适应性强：,3成本低：,4废品率高、表面质量较低、劳动条件差；铸件力学性能、砂型铸造铸件精

2、度较差。,高档6缸小轿车的内部结构,不需加工或少加工的精密铸件,不需加工开式叶轮精密铸件,高档6缸小轿车的发动机壳体,1.1 液态合金的充型,充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。,（一）液态合金的流动性,合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。,充型 液态合金填充铸型的过程。,充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。,影响充型能力的主要因素：,第一章 铸造工艺基础,浇不足 冷隔现象,0.45%C 铸钢：200mm,4.3%C 铸铁：1800mm,合金流动性的测定：螺旋试样测定法,合金的流动性愈好，其长度就愈长。,通常，灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢

3、流动性最差。,合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。,图1不同结晶特征合金的流动性,亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。,a)在恒温下凝固,b)在一定的温度范围内凝固,图2 Fe-C合金流动性与含碳量的关系,（3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。,（二）浇注条件,（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。,（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。,在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。,灰铸铁浇注温度为1200-1380；铸钢为1520-1620；铝合金为680-780。薄壁复杂件取上限温度值

4、，厚件则取下限。,（2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小，充型能力越强。,（3）铸型中的气体,（4）铸件结构,（三）铸型填充条件,（1）铸型材料 铸型材料的导热系数愈大，对液态合金的微冷能力愈强，合金的充型能力愈差。,1.逐层凝固 纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”。,1.2、合金的凝固特点,一、铸件的凝固方式,2.糊状凝固（体积凝固）当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的

5、凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“糊状凝固”（或称体积凝固）。,3中间凝固 金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”方法。,（2）铸件的温度梯度,在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。,影响铸件凝固方式的主要因素：,（1）合金的结晶温度范围,合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。,体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。,体收缩率：,线收缩率：,线收缩率是铸件产生应力、变

6、形、裂纹的根本原因。,（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。T固 T室,（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。T液 T固,二、合金的收缩特点,1.收缩的概念,合金的收缩经历如下三个阶段：,（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。T浇 T液,（1）化学成分,灰铸铁中碳、硅含量愈高，硫含量愈低，收缩率越小。,2.影响收缩的因素,（2）浇铸温度,浇铸温度升高，液态收缩增加，总收缩量增大。,（3）铸件结构与铸型条件,铸件收缩是受阻收缩；铸件收缩受阻愈大，实际收缩率愈小。,（1）缩孔与缩松,液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝

7、固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。,1)缩孔和缩松的形成,三、铸件中的缩孔与缩松,缩孔与缩松,2)缩孔和缩松的防止,防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。,缩孔与缩松的防止,冒口 储存补缩用金属液的空腔。,顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。,2.3铸造应力、变形和裂纹及其防止措施,一.内应力的形成,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。,1.机械应力（收缩应力）,合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。,上型,下型,内应力分为机械应力和热应力,机械应力是暂存的应力

8、，铸件落砂后应力自行消失。,防止产生机械应力的措施：提高铸型和型芯的退让性。,2热应力,热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。,塑性状态,弹性状态,1,2,+,-,+,-,-,+,t0t1:,t1t2：,t2t3：,T0-T1:粗、细杆均处在塑性状态，无应力；,T1-T2:细杆进入弹性状态，而粗杆仍处在塑性状态；两杆收缩不同，形成暂时应力（如b），但随温度降低，应力消失（如c）；,T2-T3:两杆均处在弹性状态，但T粗T细，导致粗杆收缩细杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受压缩。,二.铸件的变形与防止,反变形法,防止变形的方法：,1）使铸件壁

9、厚尽可能均匀；,3）采用同时凝固的原则；,2）采用反变形法；,4）时效处理。,三、铸件的裂纹与防止,1 热裂,热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。,热裂的防止：,应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。,2 冷裂,冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。,冷裂的防止：,1）使铸件壁厚尽可能均匀；,2）采用同时凝固的原则；,3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。,2.4 铸件中的气孔,一、析出性气孔 当金属液冷却时，由于对气体的

10、溶解度下降而析出的气体来不及跑出时，会在铸件中形成析出气孔。特点：裸眼可见的小圆孔，分布面大，热节处密集，多见于 铝合金和铸钢件。防止：清理炉料油污，烘干炉料，真空熔炼，除气处理等。,各种铸造合金尤其是有色金属和合金，在液态时都有吸气（H2为主）的特性。气孔,二、侵入性气孔 造型材料中的气体侵入金属液中形成的气孔。特点：体积较大，圆形或椭圆形，分布在铸件表面。防止：控制型砂中的含水量，提高铸型排气能力等。三、反应性气孔 金属液与铸型之间发生化学反应产生的气孔。特点：多见于黑色金属铸件，分布在表皮 下面，又称皮下气孔。防止：型腔表面喷涂料，烘干炉料，减少 型砂水分等。,铸件中的缺陷,常见铸件缺陷及特征,