工程材料与金属工艺学（5）铸造

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,金属工艺学,铸造,唐伟强,三,.,铸造应力、铸件变形和开裂,铸造内应力的形成,铸件的固态收缩受到阻外而引起的应力，称“铸造应力”，分为三种：,由铸件各部分冷却时收缩不一致引起的应力称“热应力”；,由铸件固态相变时产生体积变化而产生的应力称“相变应力”；,由铸件在冷却过程中因机械阻碍引起的应力称“收缩应力”。,例：相变应力的形成,例：,以薄壁不均匀的,T,型铸件,为例，,分析热应力的形,成。,2.,变形与裂纹,当上述,T,型铸件在热应力作用下，超过屈服强度时，会产生变形，其方向如图虚线所示，这是因为,T,型铸件冷却后，厚壁受拉，薄壁受压，相当于两根不同长度的弹簧 ，图示,所示。,将上面的短弹簧拉长，下面的长弹簧压短，以维持同样的长度，图示,所示,；,但这样的组合不稳定，力图恢复原来的自由状态，即上面的弹簧要缩短，下面的弹簧要伸长，就出现图,所示的情况；,因此，在设计上把减少铸造的内应力作为防止变形的根本措施,。,设计上力求铸件的壁厚均匀；,铸造上以各部分基本达到同时冷却；,增加型芯（砂）的容让型；,对铸件的变形趋向预测，制造模型采用反变形补偿；,在热处理上，应用退火，去除部分铸造残余应力。,关于裂纹,当铸造应力超过材料强度极限时，铸件会产生裂纹缺陷,有“热裂”和“冷裂”两种。,热裂：高温下形成的裂纹；,特征为裂纹短裂缝宽，一般在,铸件的连接处的位置,原因,:,主要铸型容让性差。,冷裂：室温或低温下形成的裂纹,特征裂纹细小，呈连续直,线状，一般在应力集中的,位置。,解决的措施：,铸件的设计；铸型的工艺；,材料中,S,、,P,的控制。,合金的偏析,偏析：,在铸件中出现化学成分不均匀的现象，偏析使到铸件的性能不均匀，严重的造成废品,。,原因：,合金的凝固速度较快，原子来不及扩散，由开始进行下一轮的结晶过程，合金的成分出现集聚。,解决,：,用高温保温，使原子扩散或进行扩散退火；,在浇注时对金属液进行搅拌；,加速金属液的冷却，使不同比重的合金来不及分离。,合金的吸气性,合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能,被吸收的气体可能与合金中的某些元素形成化合物，如,FeO,等，以杂质物的形式存在于铸件中，若所吸收的气体以原子状态存在，凝固后则以固溶体存在于合金中。,气体在合金中的溶解度与气体的压力和温度有关，压力越高，温度越高，溶解度越大。,因此，液态合金在冷却凝固中，随着温度的降低会析出过饱和气体，这些气体来不及从合金液排出，将在铸件中形成气孔的铸造缺陷,。,解决：,缩短熔炼时间；,精练除气；,真空熔炼。,四,.,造型方法,按造型的手段分为手工造型和机械造型两大类,，手工造型的方法很多，要根据铸件的形状、大小和生产量的不同进行选择，常用的有：,一,.,整箱造型,模型为一个整体，造型时模型全部放在一个砂箱内，分型面（上型和下型的接触面）是平面。这类零件的最大截面一般是在底部，而且是平面，造型方法简单。适用于生产各种批量而形状简单的铸件。,二,.,分模造型,分模造型的模型是分成两半的，造型时分别在上、下箱内，分型面也是平面。,这类零件的最大截面不在端部，如果做成整模，在造型时会取不出来。,如：套筒的铸造，其分型面（分开模型的平面）也是分型面。,适用于各种套筒、管子、阀体等。,三,.,挖砂造型和假箱造型,有些铸件，如手轮，最大截面不在一端，模型不允许分成两半，可以把模型做成整体，采用挖砂造型。,由于挖砂造型操作技术要求高，生产率低，只适用单件生产，生产数量多时，一般采用假箱造型,先造出一个假箱代替底板，再在假箱上下造型，用假箱造型不必挖砂就可以露出最大的截面。假箱只用于造型，不参与浇注，所以称,“假箱”,四,.,活块造型,活块造型用于有凸台的铸件，模型上有小凸台，取模时，难以和模型主体取出，就可以把模型的土台做成活动的，称为 “活块”。,五,.,三箱造型,有些形状较复杂的铸件，往往具有两头截面大而中间截面小的特点，用一个分型面取不出模型，需要从小截面处分开模型，所以使用两个分型面，三个砂箱造型。这种方法称为三箱造型。,三箱造型较复杂，不能用机械造型。,六,.,刮板造型,有些尺寸大于,500mm,的回转体铸件，在少量铸型时，可以做成刮板造型,。,刮板造型是一块和铸件断面相适应的木板，造型时刮板绕中心轴旋转，在砂型中刮出所需的型腔。,七,.,砂芯制造,制造模型（芯）,合箱,浇注,缩孔与缩松的形成,木模有准确的形状,型砂具有“四性”,型箱,合箱方法,铸型的填充,（流动性、浇注温度）,收缩,（,自由收缩、实际收缩,）,内应力,偏析与吸气,第四节 铸件结构工艺性,学习要求：,1.,了解铸件结构工艺性的含义及重要性,；,2.,了解铸造工艺对铸件结构设计的要求,；,3.,了解常用铸件结构的特点。,铸造构件工艺性指铸件中的外形、内腔、壁厚、壁与壁之间的连接形式、加强筋、凸台及壁耳等的形式在铸造中应满足铸造工艺的要求，即能顺利起模；造芯；下芯、合箱直至落砂、清理均能操作方便。,一,.,铸件的外形设计,（一）铸件外形力求简单,目的：减少制模、造型、制芯、铸件清理,等工作量；提高生产率；降低废品,率。,1.,尽量避免不必要的型芯，以便制模与,造型,2.,分型面的形状尽量简单,（二）,铸件的台、筋条等突出部分，尽量不,要妨碍起模；,简化工艺,（三）尽量减少分型面的数目；,减少工艺的困难性,（四）有合理的结构斜度,凡垂直分型面的非加工表面，应有结,构斜度，以便起模合简化工艺（查表）,（五）铸件在冷却时能自由收缩，以免内应,力过大而产生裂纹。,（六）铸件应避免过大的水平面,减少气孔、夹渣、夹砂等缺陷,二,.,铸件的内腔设计,（一）尽量不用或少用型芯,铸件的内腔大部分用型芯做出，制造型芯多，成本上升，而且合箱时容易损坏型芯，影响铸件质量，所以，内腔设计尽量简单和少用型芯。,（二）型芯应设计成能稳固地支承 在铸型中，并有利于排气,P100,图,7,41,、,42,(,三,),照顾清砂方便,三,.,铸件壁及其连接设计,（一）铸件的壁厚要适当,铸件壁厚不能太薄，否则会引起冷隔和浇不足等缺陷。,例：铝合金管接头,1mm,废品率,80,1.5mm,废品率,35,2mm,废品率,10,但壁厚也不能太厚，否则会引起晶粒粗大，容易产生缩孔和缩松等缺陷。,每种合金都有一个临界壁厚，超过这一厚度，铸件的承载能力不按壁厚的增加成比例地增加。,铸铁的临界壁厚大致按其最少壁厚的三倍计算（,P101,表,7,3,）。,因此，为了增加铸件的承载能力和刚度，不能单从增加壁厚来实现，应主要依靠合理选择铸件的截面形状，如,槽型,、箱型、,工字型,等和设置加强筋的方法来实现。,（二）铸件壁厚要均匀,不均匀，会引起较大的内应力，使铸件产生裂纹等，同时会产生因金属局部积聚而产生缩孔等缺陷。,铸件壁厚均匀性的目的要符合同时凝固的条件，应把加工余量考虑在内，还要考虑铸件各部分的实际散热条件。,一般地，铸件的外壁、内壁和加强筋的厚度大致保持在,1,：,0.8,：,0.6,的范围内。,对于收缩比较大的铸件，则应按顺序凝固原则来确定铸件的壁厚。,（三）铸件的壁连接要过渡,铸件各部分壁厚往往难以均匀一致，在连接处应避免壁厚的突变而采用过渡的方法连接，其原则为：,1.,两壁厚相差不大，用圆弧连接，可防止直交处产生结晶的方向性，形成晶间隙的脆弱性；,2.,当两壁面相差较大时，仅有圆弧不够，还必须有壁厚的渐变过渡（,P102,图,7,46,）。,（四）铸件避免交叉和锐角连接,为了避免交叉，中小型铸件可考虑选用交错接头，而大件则以环形接头为宜（,P103,图,7,49,）,铸件壁间也应避免锐角，如用过渡等方法。,（五）应用组合铸件,大铸件或形状复杂的铸件，会给铸造带来很大的困难，应用组合铸件可以化大为小，把复杂简单化。,所谓的化大为小，就是把大铸件分解为几个小铸件进行设计，然后再用连接的方法使之连接成型；使工艺简化，质量得到保证。,所谓复杂化为简单，就是把不易加工的部分分解为几块有规律的铸件进行加工，加工后再组合。,谢 谢！,