绪论第二节金属的液态成型.ppt
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1、1,第一章 铸造 一.定义 液态合金浇入与零件形状相适应的铸型内,等冷却后得到铸件的方法.液态金属铸型铸件 二.铸造方法 砂型铸造-基本铸造方法 熔模铸造 金属模铸造 特种铸造 压力铸造 离心铸造,2,三.铸造加工的特点 1.可制造出形状复杂的铸件.如,箱体床身等 2.适应能力强 3.成本低 4.机械性能低 5.质量不稳定 6.劳动条件差,与当前世界工业化国家先进水平相比,我国的铸造生产的差距不是表现在规模和产量上,而是集中在质量和效率上.,3,3,旧砂 型芯砂 造型 砂箱 配置 制芯 工装 合型 落 铸件 清理 后处理 检 出 准备 浇注 砂 精整 热处理 验 厂 炉料 合金 准备 熔炼 报
2、废铸件 砂型铸造流程图,4,合金的铸造性能:本章要介绍的内容:充型能力 凝固与收缩 铸造应力、变形、裂纹 气孔,5,第二节 金属的液态成形,一.铸件的凝固方式 1.铸件的温度场 凝固:凝固(结晶角度来看):温度场:铸件温度分布曲线.见图1-1.温度梯度:温度场的变化速率.,6,2.凝固区域 铸件在凝固过程中除纯金属与共晶合金以外,铸件断面上存在着三个区域:液相区、凝固区、固相区.TL:凝固开始温度TS:凝固结束温度,7,三种含碳量的铸铁的凝固方式,8,8,金属的凝固方式 铸件的“凝固方式”是依据凝固区的宽窄来划分的。一般分为逐层凝固方式、体积凝固(或称糊状凝固)方式和中间凝固方式。,1、逐层凝
3、固方式 书图1-2a为恒温下结晶的纯金属或共晶成分合金某瞬间的凝固情况,随着温度的下降,固体层不断加厚,逐步达到铸件中心,这种情况称为“逐层凝固”。,9,9,tc是结晶温度,T1和T2是铸件断面上两个不同时刻的温度场,从图中可以看到,恒温下结晶的金属,在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零,断面上的固体和液相由一条界线(凝固前沿)清楚地分开。,10,10,2 体积凝固方式,如果合金的结晶温度范围很宽(图2-5a),或因铸件断面温度场较平坦(图2-5b),铸件凝固的某一段时间内,其凝固区域很宽,甚至贯穿整个铸件断面,而表面温度尚高于ts,这种情况称为“体积凝固方式”,或称“糊状凝固方式”。
4、,11,11,3、中间凝固方式 如果合金的结晶温度范围较窄(图2-6a),或因铸件断面的温度梯度较大(图2-6b),铸件断面上的凝固区域宽度介于前二者之间时,则属于“中间凝固方式”。,12,12,凝固区域的宽度可以根据凝固动态曲线上的“液相边界”与“固相边界”之间的纵向距离直接判断,因此,这个距离的大小是划分凝固方式的一个准则。如果两条线重合在一起恒温下结晶的金属,或者其间距很小,则趋向于逐层凝固方式。如果二曲线的间距很大,则趋向于体积凝固方式。如果二曲线的间距较小,则为中间凝固方式。由上述可知,铸件断面凝固区域的宽度是由合金的结晶温度范围和温度梯度两个量决定的。,13,13,铸件的温度梯度主
5、要取决于:(1)合金的性质 合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶潜热愈大,铸件内部温度均匀化能力愈大、而铸型的激冷作用变小,故温度梯度小(如多数铝合金);(2)铸型的蓄热能力 铸型蓄热能力愈强,激冷能力愈强,铸件温度梯度愈大;(3)浇注温度 浇注温度愈高,因带入铸型中热量增多,铸件的温度梯度减小。,14,二 液态合金的充型充型-液态合金填充铸型的过程。充型能力-液态合金充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。充型能力铸件质量充型能力产生浇不足、冷隔浇不足:铸件形状不完整.冷隔:形状完整,但存在未完全熔合的垂直接缝.,15,15,铸件形成理论基础,液态金属充满铸型,获得尺寸精确、轮廓清晰
6、的铸件,取决于充型能力。在液态合金充型过程中,一般伴随着结晶现象,若充型能力不足时,在型腔被填满之前,形成的晶粒将充型的通道堵塞,金属液被迫停止流动,于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。,16,16,铸件的浇不足与冷隔,17,在相同的浇注工艺条件下,将金属液浇入铸型中,测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长,合金的流动性愈好!,18,19,铸钢的流动性,铸铁的流动性,20,21,铸造生产过程,22,合金的充型能力是由合金的流动性决定,同时又受外界条件的影响。如铸型、浇注条件、铸件结构.结论:合金流动性越强,充型能力越高。设计零件时,尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件,一定要选流动性好的合金。铸型导热速度
7、小 流动性好 铸型排气良好 流动性好 浇注温度高 流动性好 铸型结构平直园滑 流动性好,23,23,影响充型能力的因素和原因,24,24,影响充型能力的因素和原因,25,第三节 铸件的收缩一、合金的收缩性收缩:铸件在凝固过程中体积的减小的现象。合金收缩的阶段:a.液态收缩 b.凝固收缩 c.固态收缩液态收缩、凝固收缩,是产生缩孔缩松的基本原因。固态收缩是产生内应力、裂纹、变形的主要因素A液态收缩对铸件质量影响不大B凝固收缩对铸件内在质量影响大C固态收缩对铸件外形质量影响大,26,26,金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段:,液态收缩 原因:气体排出;空穴减少;原子间间距减小。(
8、2)凝固收缩 原因:空穴减少;原子间间距减小。(1)与(2)在外部表现皆为体积减小,一般表现为液面降低,因此称为体积收缩。是缩孔或缩松形成的基本原因。(3)固态收缩 原因空穴减少;原子间间距减小。,27,27,固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大,是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。不同的合金收缩率不同。在常用的合金中,铸钢的收缩最大,灰口铸铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的,由于石墨的比容大,在结晶过程中,石墨析出所产生的体积膨胀,抵销了合金的部分收缩(一般每析出1%的石墨,铸铁体积约增加2%)。,28,28,2
9、.影响收缩的因素(1)化学成分 铸钢,随着碳含量增加,收缩率增大。灰口铸铁,随着碳和硅的含量增加,则石墨增加,收缩率下降。合金的化学成分不同,收缩率也不同。(2)浇注温度 浇注温度升高,合金的液态收缩量增加,故合金的总收缩量增大。(3)铸件结构和铸型条件 铸件在铸型中是受阻收缩而不是自由收缩。阻力来自于铸型和型芯;铸件的壁厚不同,各处的冷却速度不同,冷凝时,铸件各部分相互制约也会产生阻力。因此铸件的实际线收缩率比合金的自由线收缩率要小。,29,29,30,30,缩孔及缩松 缩孔和缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性能大大降低,以至成为废品。是极其有害的铸造缺陷之一。,二、收缩对铸件的质量影响(
10、铸件的缺陷),31,A 缩孔形成 缩孔:铸件中大而集中的空洞,1型壁散热-凝固,2外层结壳-封闭,3逐层凝固-空穴,4凝固结束-缩孔-凹陷,32,缩孔形成过程,液态,冷却结壳,逐层凝固形成真空,进一步逐层凝固形成真空,固体收缩形成真空泡(缩孔),33,B 缩松的形成 分散的微小孔.对于凝固区宽的合金,结晶是在液-固两相区进行的,从晶粒的形成-晶枝的长大过程中,晶体连成骨架,存在于骨架内的金属形成互相分隔的小“溶池”,继续结晶后,收缩的体积得不到补缩,形成微小的孔洞-缩松。,1型壁散热-凝固,2外层结壳-封闭,3糊状凝固-缩松,4凝固结束-,34,缩松形成过程 分散的微小孔.,缩松形成过程,液态
11、,冷却结壳,糊状凝固固液共存,进一步糊状凝固固液共存,固体收缩形成松散细真空泡(缩松),35,缩 孔 及 缩 松 的 形 成,缩孔及缩松:液态金属在冷却收缩过程中得不到 充分补充而形成孔洞的现象。,金属按一定次序结晶(顺序凝固)易形成缩孔,金属在大范围内结晶(同时凝固)易形成缩松,实现顺序凝固的方法:,安放冒口、冷铁!,36,36,集中缩孔易于检查和修补,便于采取工艺措施防止。但缩松,特别是显微缩松,分布面广,既难以补缩,又难以发现。合金液态收缩和凝固收缩愈大(如铸钢、白口铸铁、铝青铜等),收缩的容积就愈大,愈易形成缩孔。合金浇注温度愈高,液态收缩也愈大(通常每提高100,体积收缩增加1.6%
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