6铸造工艺基础

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,*,2.1 铸造工艺根底,什么是金属的液态成形:,即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中,待其冷却凝固,以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.,金属的液态成形的作用:,金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的不同,金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最根本的液态成形方法,所生产的铸件要占铸件总量的80%以上.,1,砂型铸造过程,2,液态成型的特点,适于做复杂外形,特别是复杂内腔的毛坯,对材料的适应性广,铸件的大小,几乎不受限制,本钱低,原材料来源广泛,价格低廉,一般不需要昂贵的设备,是某些塑性很差的材料,(,如铸铁等,),制造其毛坯或零件的唯一成型工艺,液态成型优 点,3,液态成型的特点,工艺过程比较复杂,一些工艺,过程还难以控制,液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差,液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷,产品 质量不够稳定,由于铸件内部晶粒粗大,组织不均匀,且常伴 有缺陷,其力学性能比同类材料的塑性成形低,液态成型缺 点,4,液态合金的工艺性能,液态合金的工艺性能表征为液态合金的,铸造性能：指合金在铸造成形时获得外形准确、内部健全铸件的能力。,通常是指合金的,流动性,、,收缩性,吸气性,及,偏析,等性能,合金铸造性能是选择铸造金属材料,确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据,5,1,合金的充型能力,液态金属充满铸型型腔,获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力,充型能力的概念,:,充型能力缺乏,浇缺乏,冷 隔,夹 砂,气 孔,夹,渣,充型能力的决定因数,合金的流动性,铸型性质,浇注条件,铸件结构等,6,浇缺乏缺陷,7,气孔缺陷,8,夹砂缺陷,9,合金的充型能力,测试合金充型能力的方法:,如右图,将合金液浇入铸型中,冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇出的试样越长,合金的流动性越好,合金充型能力越好.,合金的流动性愈好,冲型能力愈强,愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。同时有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除。,10,几种不同合金流动性的比较,*,铸铁的流动性,*,铸钢的流动性,实验证明铸铁的流动性好,铸钢的流动性差。,比较下面几种合金流动性能,11,浇注条件对充型能力的影响,浇注,条件,浇注温度,充型压力,浇注系统,浇注温度越高,液态金属的粘度越小,过热度高,金属液内含热 量多,保持液态的时间长,充型 能力强。,液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,充型能力越强。,浇注系统的结构越复杂,则流动,阻力越大,充型能力越差。,12,铸型充填条件对充型能力的影响,铸型温度,(,不能过高,),铸型蓄热系数,:,即从金属中吸取热量,并储存的能力,铸型的发气和,透气能力：,浇铸时产生气体,能在金属液与铸型间形成气膜,减小摩擦阻力,有利于充型。,但发气能力过强,透气能力又差时,假设浇铸速度太快,则型腔中的气体压力增大,充型能力减弱。,13,铸件结构对充型能力的影响,折算厚度：,折算厚度也叫当量厚度或模数,是铸件体积与铸件外表积之比。折算厚度越大,热量散失越慢,充型能力就越好。铸件壁厚相同时,垂直壁比水平壁更容易充填.(大平面铸件不易成形),复杂程度：,铸件结构越复杂,流动阻力就越大,铸型的充填就越困难。,14,2,铸件的凝固与收缩,铸件的凝固过程：,在铸件的凝固过程中,其截面一般存在三个区域,即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。,凝固方式有：,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固.,金属液在冷凝过程中,其液态收缩和凝固过程假设得不到有效补充,铸件将产生缩孔或松动缺陷。,15,影响凝固的主要因素,*合金的结晶温度范围：,合金的结晶温度范围越小,凝固区域越,窄,越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通,灰铸铁为逐层凝固,高碳钢为糊状凝固。,*铸件的温度梯度：,在合金结晶温度范围已定的前提下,凝,固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。,假设铸件内外层之间的温度差由小变大,则其,凝固区相应由宽变窄。,16,合金的收缩,合金的收缩的过程:,合金从液态冷却至室温的过程中,其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难,会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。,合金收缩的三个阶段,17,缩孔与缩松的形成,缩孔的形成:,纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中,如得不到合金液的补充,在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.,液态合金在冷凝过程中,假设其液态收缩和凝固收缩所减少的体积得不到有效补充,则铸件最后凝固的部位形成空洞,按空洞大小、分布,可分为缩孔和缩松。,18,缩松的形成原因:,铸件最后凝固的收缩未能得到补足,或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固,凝固区域较宽,液、固两相共存,树枝晶兴旺,枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。,19,缩孔与缩松的形成演示,20,判断缩孔出现的方法,A,等温线法,B,内截圆法,21,消除缩孔和缩松的方法,定向凝固原则,是铸件让远离冒口的地方先凝固,靠近冒口的地方次凝固,最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄,将缩孔转移到冒口中去。,原理,合理布置内浇道及确定浇铸工艺。,方法,合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。,22,解决缩孔的方法演示,：,冒口和冷铁,23,3,液态成形内应力、变形与裂纹,内应力,热应力,机械应力,变形,裂纹,铸件在凝固和冷却的过程中,由于铸件的壁厚不均匀,导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。,铸件在固态收缩时,因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。,剩余热应力的存在,使铸件处在一种非稳定状态,将自发地通过铸件的变形来缓解其应力,以回到稳定的平衡状态。,当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。,铸件在凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩假设受到阻碍,铸件内部将产生内应力,这些内应力有时是在冷却过程中暂存的,有时一直保持到室温,成为剩余应力,其是铸件产生变形的根本原因。,24,热应力的消除方法,铸件的结构：,工艺方面：,采用同时凝固原则,时效处理：,人工时效；自然时效,铸件的结构尽可能对称,铸件的壁厚尽可能均匀,25,铸件的变形的消除方法,防止变形的方法：与防止应力的方法根本相同。带有剩余应力的铸件,变形使剩余应力减小而趋于稳定。,问题,铸造时所受的应力与变形情况。,分析有长、短不一的两根弹簧,将其固定,使其到达同等长度,即其中一弹簧被拉长,另一弹簧被压缩,此时所受的应力状态？然后将其固定约束去掉,试分析其变形趋势？,26,小结,合金工艺性能,充 型 能 力,凝 固 方 式,应力与变形,流动性,浇注条件,铸型条件,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,收 缩 性 能,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,27,