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热加工工艺基础热加工工艺基础机械制造基础机械制造基础-第二章第二章 合金的铸造性能合金的铸造性能 第二章第二章 合金的铸造性能合金的铸造性能v 液态合金的充型能力液态合金的充型能力v 铸造合金的凝固与收缩铸造合金的凝固与收缩v 铸件中常见的缺陷及防止铸件中常见的缺陷及防止第一节液态合金的充型能力第一节液态合金的充型能力一一.合金的流动性合金的流动性1.定义定义:液态金属本身的流动能力。液态金属本身的流动能力。流动性好的合金可以浇铸出流动性好的合金可以浇铸出尺寸精确、轮廓清晰完整的铸件。尺寸精确、轮廓清晰完整的铸件。流动性差的合金会引起铸件流动性差的合金会引起铸件产生许多铸造产生许多铸造缺陷缺陷。2.螺旋形试样示意图螺旋形试样示意图常用合金流动性举例常用合金流动性举例合合 金金造型材料造型材料 浇注温度浇注温度 螺旋线长度螺旋线长度灰铸铁灰铸铁C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂砂 型型砂砂 型型1300 1300 1000 mm600 mm铸钢铸钢 (0.4%)砂砂 型型1600 100 mm锡青铜锡青铜(9%11%Sn 2%4%Zn)砂砂 型型1040 420 mm硅黄铜硅黄铜(1.54.5%)砂砂 型型1100 1000 mm铝合金铝合金(硅铝明硅铝明)金属型金属型(300)680720 700800 mm常用合金流动性举例常用合金流动性举例合合 金金造型材料造型材料 浇注温度浇注温度 螺旋线长度螺旋线长度灰铸铁灰铸铁C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂砂 型型砂砂 型型1300 1300 1000 mm600 mm铸铸 钢钢 (0.4%)砂砂 型型1600 100 mm锡青铜锡青铜(9%11%Sn 2%4%Zn)砂砂 型型1040 420 mm硅黄铜硅黄铜(1.54.5%)砂砂 型型1100 1000 mm铝合金铝合金(硅铝明硅铝明)金属型金属型(300)680720 700800 mm二二.影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素v 化学成分化学成分v 浇注条件浇注条件v 铸型填充条件铸型填充条件1.化学成分化学成分:1)碳碳:碳、硅、锰、磷、硫。碳、硅、锰、磷、硫。1.化学成分化学成分:1)碳碳:碳、硅、锰、磷、硫。碳、硅、锰、磷、硫。1.化学成分化学成分:1)碳碳:碳、硅、锰、磷、硫。碳、硅、锰、磷、硫。1.化学成分化学成分:1)碳碳:碳、硅、锰、磷、硫。碳、硅、锰、磷、硫。相同过热度时铸铁相同过热度时铸铁 含碳量与流动性的关系含碳量与流动性的关系2)硅硅:硅是石墨化元素硅是石墨化元素,其作用与其作用与 碳相似碳相似,随着硅量的增加随着硅量的增加,合金的液相线温度下降合金的液相线温度下降,使使 流动性提高。流动性提高。3)锰锰:锰本身对合金的流动性影响锰本身对合金的流动性影响 不大不大,但随着但随着MnS 夹杂物的夹杂物的 增加增加,合金的流动性下降。合金的流动性下降。4)硫硫:合金中含硫量越高合金中含硫量越高,越易形越易形 成氧化膜成氧化膜,增加铁水的粘度增加铁水的粘度,致使致使 铁水流动性降低。铁水流动性降低。5)磷磷:合金中随着含磷量的增加合金中随着含磷量的增加,液相线温度和固相线温度下液相线温度和固相线温度下 降降,铁水的粘度下降铁水的粘度下降,因此因此,提提 高了合金的流动性。高了合金的流动性。2.浇注条件浇注条件 浇注温度浇注温度:浇注温度越高浇注温度越高,流动性越好。流动性越好。充型压力充型压力:充型压力越大充型压力越大,流动性越好。流动性越好。3.铸型结构及填充条件铸型结构及填充条件 铸型的蓄热能力铸型的蓄热能力:铸型的蓄热铸型的蓄热 能力强能力强,充型能力差。充型能力差。铸型温度铸型温度:铸型温度高铸型温度高,有利于有利于 液体金属充型。液体金属充型。铸型中气体铸型中气体:铸型中气体愈多铸型中气体愈多,充型的阻力愈大。充型的阻力愈大。铸型结构铸型结构:铸型结构愈复杂铸型结构愈复杂,充充 型能力愈差。型能力愈差。第二节第二节 铸造合金的铸造合金的 凝固与收缩凝固与收缩v 铸造合金的凝固方式铸造合金的凝固方式v 铸造合金的收缩铸造合金的收缩一一.铸造合金的凝固铸造合金的凝固v 铸造合金的凝固方式铸造合金的凝固方式v 影响凝固方式的因素影响凝固方式的因素1.铸造合金的凝固方式铸造合金的凝固方式逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固2.影响凝固方式的因素影响凝固方式的因素:合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围 铸件的温度梯度铸件的温度梯度温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响二二.铸造合金的收缩铸造合金的收缩v 收缩阶段收缩阶段v 影响收缩的因素影响收缩的因素1.收缩阶段收缩阶段1.收缩阶段收缩阶段-液态收缩液态收缩-凝固收缩凝固收缩-固态收缩固态收缩+-体收缩体收缩-线收缩线收缩S n 1.收缩阶段收缩阶段1.收缩阶段收缩阶段t浇浇2.影响收缩的因素影响收缩的因素:化学成分化学成分合金种类合金种类含碳量含碳量(%)浇注温度浇注温度()总收缩量总收缩量(%)碳素铸钢碳素铸钢0.35161012.46白口铸铁白口铸铁3.014001212.9灰口铸铁灰口铸铁3.514006.97.8球墨铸铁球墨铸铁4.014000.81.0 铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 铸件结构与铸型条件越复铸件结构与铸型条件越复 杂杂,收缩受阻越严重收缩受阻越严重,其总收缩其总收缩 量增加。量增加。浇注温度浇注温度 合金的浇注温度越高合金的浇注温度越高,液态液态 收缩量越大收缩量越大,其总收缩量增加。其总收缩量增加。第三节铸件中常见的第三节铸件中常见的 缺陷及防止缺陷及防止v 铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松v 铸造应力铸造应力v 铸件的变形铸件的变形v 铸件的裂纹铸件的裂纹v 铸造偏析铸造偏析v 铸件中的气孔铸件中的气孔一一.铸件中的铸件中的缩孔与缩松缩孔与缩松 缩孔的形成缩孔的形成 缩松的形成缩松的形成 影响缩孔、缩松形成的因素影响缩孔、缩松形成的因素 缩孔和缩松的防止方法缩孔和缩松的防止方法1.缩孔的形成缩孔的形成1.缩孔的形成缩孔的形成1.缩孔的形成缩孔的形成1.缩孔的形成缩孔的形成1.缩孔的形成缩孔的形成1.缩孔的形成缩孔的形成1)定义定义:液态金属在铸型内凝固过液态金属在铸型内凝固过 程中程中,由于液态收缩和凝固收缩由于液态收缩和凝固收缩,使体积缩小使体积缩小,若其收缩得不到补若其收缩得不到补 充充,就在铸件最后凝固处形成就在铸件最后凝固处形成大大 而集中的孔洞称为缩孔。而集中的孔洞称为缩孔。2)形成的条件形成的条件:铸件呈逐层凝固方铸件呈逐层凝固方 式凝固。式凝固。3)易形成缩孔的金属易形成缩孔的金属:纯金属或共纯金属或共 晶成分的合金。晶成分的合金。2.缩松的形成缩松的形成2.缩松的形成缩松的形成2.缩松的形成缩松的形成2.缩松的形成缩松的形成2.缩松的形成缩松的形成2.缩松的形成缩松的形成1)定义定义:液态金属在铸型内凝固过液态金属在铸型内凝固过 程中程中,由于液态收缩和凝固收缩由于液态收缩和凝固收缩,使体积缩小使体积缩小,若其收缩得不到补若其收缩得不到补 充充,就在铸件最后凝固处形成就在铸件最后凝固处形成细细 小而分散的孔洞称为缩松。小而分散的孔洞称为缩松。2)形成的条件形成的条件:铸件呈糊状凝固方铸件呈糊状凝固方 式凝固。式凝固。3)易形成缩松的金属易形成缩松的金属:非共晶成分非共晶成分 或有较宽结晶温度范围的合金。或有较宽结晶温度范围的合金。3.影响缩孔、缩松形成的因素影响缩孔、缩松形成的因素v 化学成分化学成分v 浇注温度浇注温度v 铸型材料铸型材料v 铸件结构铸件结构1)化学成分化学成分2)浇注温度浇注温度:随着浇注温度的提随着浇注温度的提 高高,使得合金的总使得合金的总 收缩量增大收缩量增大,缩孔缩孔 倾向增加。倾向增加。3)铸型材料铸型材料:铸型材料的冷却能铸型材料的冷却能 力强力强,缩松倾向减缩松倾向减 少。少。4)铸件结构铸件结构:铸件结构对缩孔、缩铸件结构对缩孔、缩 松的形成影响很大。松的形成影响很大。热节热节4.缩孔和缩松的防止方法缩孔和缩松的防止方法v控制铸件的凝固过程控制铸件的凝固过程v合理应用冒口、冷铁等工艺措施合理应用冒口、冷铁等工艺措施1)控制铸件的凝固过程控制铸件的凝固过程v 顺序凝固原则顺序凝固原则v 同时凝固原则同时凝固原则顺序凝固原则顺序凝固原则示意图示意图同时凝固原则示意图同时凝固原则示意图2)合理应用合理应用冒口、冷铁冒口、冷铁等等 工艺措施工艺措施浇口浇口冷铁冷铁热节热节明冒口明冒口暗暗冒冒口口讨讨 论论 题题1.用非共晶成分的合金材料生产用非共晶成分的合金材料生产 组织致密铸件组织致密铸件,请问如何生产请问如何生产?v 用顺序凝固工艺来生产。用顺序凝固工艺来生产。2.用共晶成分的合金材料生产只用共晶成分的合金材料生产只 要求外形完整的铸件要求外形完整的铸件,请问如何请问如何 生产生产?v 用同时凝固工艺来生产。用同时凝固工艺来生产。二二.铸造铸造应力应力v 铸造应力的形成铸造应力的形成v 减小和消除铸造应力的方法减小和消除铸造应力的方法1.铸造应力的形成铸造应力的形成铸造应力铸造应力 的种类的种类热应力热应力:由于铸件壁厚不均由于铸件壁厚不均匀匀,各部分的冷却速度也不各部分的冷却速度也不相同相同,以致在同一时间内以致在同一时间内,铸铸件各部分的收缩不一致而件各部分的收缩不一致而造成铸件内部产生的应力。造成铸件内部产生的应力。机械应力机械应力:铸件冷却到弹性铸件冷却到弹性状态以后状态以后,由于收缩受到机由于收缩受到机械阻碍而产生的应力。械阻碍而产生的应力。热应力形成过程热应力形成过程示意图示意图机械应力机械应力示意图示意图2.减小和消除铸造应力的方法减小和消除铸造应力的方法 使使铸件的凝固过程符合同时凝固铸件的凝固过程符合同时凝固 原则。原则。提高型、芯砂的退让性。提高型、芯砂的退让性。铸件结构上铸件结构上,尽量避免牵制收缩的尽量避免牵制收缩的 结构结构,使铸件各部分能自由收缩。使铸件各部分能自由收缩。去应力退火。去应力退火。三三.铸件的铸件的变形变形车床床身导轨面的挠曲变形车床床身导轨面的挠曲变形圆柱体铸件变形示意图圆柱体铸件变形示意图减小和消除铸件变形的方法减小和消除铸件变形的方法 使使铸件的凝固过程符合同时凝固铸件的凝固过程符合同时凝固 原则。原则。提高型、芯砂的退让性。提高型、芯砂的退让性。铸件结构上铸件结构上,尽量避免牵制收缩的尽量避免牵制收缩的 结构结构,使铸件各部分能自由收缩。使铸件各部分能自由收缩。去应力退火。去应力退火。四四.铸件的铸件的裂纹裂纹铸件裂纹铸件裂纹 的种类的种类热裂热裂:铸件在凝固末期高铸件在凝固末期高 温下形成的裂纹。温下形成的裂纹。冷裂冷裂:铸件处于弹性状态铸件处于弹性状态 即在低温时形成的即在低温时形成的 裂纹。裂纹。1.热裂热裂2.冷裂冷裂3.防止裂纹产生的方法防止裂纹产生的方法 尽量减小铸造应力。尽量减小铸造应力。改善铸型和型芯的改善铸型和型芯的退让性退让性。实现同时凝固原则。实现同时凝固原则。合理设计铸件结构。合理设计铸件结构。五五.铸造偏析铸造偏析1.定义定义:在铸件凝固后在铸件凝固后,其截面上的其截面上的 不同部位不同部位,以至晶粒内部以至晶粒内部,产产 生化学成分的不均匀现象。生化学成分的不均匀现象。2.铸造偏析铸造偏析 的种类的种类微观偏析微观偏析宏观偏析宏观偏析正偏析正偏析反偏析反偏析比重偏析比重偏析六六.铸件中的铸件中的气孔气孔v 侵入性气孔侵入性气孔v 析出性气孔析出性气孔v 反应性气孔反应性气孔1.侵入性气孔侵入性气孔2.析出性气孔析出性气孔3.反应性气孔反应性气孔
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