材料工程基础金属材料加工工艺第二章铸造ppt课件

1、第一节第一节 概述概述 第二节第二节 铸造的工艺根底铸造的工艺根底第三节第三节 砂型铸造砂型铸造第四节第四节 特种铸造特种铸造第二章第二章 铸铸 造造 金属的成形方法可分为铸造、塑性成形或称压力加工、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。 铸造是消费金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其铸造是消费金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有本钱低，工艺灵敏性大，适宜消它工艺方法相比，它具有本钱低，工艺灵敏性大，适宜消费不同资料、外形和分量的铸件，并适宜于批量消费。费不同资料、外形和分量的铸件，并适宜于批量消费。 第一节第一节 概概 述述 但它的缺陷是公差较大，易产生但它的缺陷是公差较大，

2、易产生内部缺陷。内部缺陷。 第二节第二节 铸造的工艺根底铸造的工艺根底q 定义：铸造是指将熔融态的金属或合定义：铸造是指将熔融态的金属或合金浇注于特定型腔的铸型中凝固成形的金浇注于特定型腔的铸型中凝固成形的金属资料成形方法。金属资料成形方法。q 铸造的根本过程：铸造的根本过程：q 本质：液态金属或合金充填铸型型本质：液态金属或合金充填铸型型腔并在其中腔并在其中q 凝固和冷却。凝固和冷却。砂型铸造概略图砂型铸造概略图q 主要影响要素主要影响要素 铸造的主要影响要素主要表达在二个方面：一是影响铸造的主要影响要素主要表达在二个方面：一是影响充型的主要要素和影响凝固收缩的主要要素。充型的主要要素和影响

3、凝固收缩的主要要素。 阶阶 段段主要影响要素主要影响要素 铸 造 充充 型型 金属的流动性金属的流动性 浇注温度浇注温度 充型压力充型压力 凝凝 固固 收收 缩缩 凝固方式凝固方式 冷却速度冷却速度 金属的流动性：金属的流动性：改善金属改善金属的流动性的流动性加快凝固中液体的补缩加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体排除内部夹杂物和气体构成薄壁复杂的铸件构成薄壁复杂的铸件有利于有利于 实验如右图所示：实验如右图所示： 浇注温度：浇注温度：T浇注浇注t凝固凝固流动性流动性粘度粘度充填途径充填途径充型才干充型才干 充型压力：充型压力：P充型充型V流动流动充型才干充型才干 铸件的凝固方式：铸件的凝

4、固方式： 在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式凝固方式就是根据凝固区的宽窄来划分的。就是根据凝固区的宽窄来划分的。 纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金在凝固中由于不存在固液金在凝固中由于不存在固液两相并存的凝固区，所以固两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面明晰可见，体与液体分界面明晰可见，不断向铸件中心挪动。不断向铸件中心挪动。 铸件在结晶过程中，当结铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，那么不存上的温

5、度梯度较小，那么不存在固相层，固液两相共存的凝在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。固区贯穿整个区域。 大多数合金的凝固是介于逐大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。间凝固。 普通以为：铸模的冷却才干越大，越有利于在结晶普通以为：铸模的冷却才干越大，越有利于在结晶过程中坚持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的开展。过程中坚持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的开展。 柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧

6、制时容易开裂。 因此，钢铁或镍合金塑形较差应防止柱状晶的出因此，钢铁或镍合金塑形较差应防止柱状晶的出现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。 铸件的收缩：铸件的收缩：铸件温度降低铸件温度降低浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开场凝固温度开场凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体积收缩体积收缩线收缩线收缩%100110VVVV%100110LLLL 其中其中 V0V0，L0L0表示铸件在高温表示铸件在高温T0T0时的体积和一维方向的长度；时的体积和一维方向的长度； V1V1，L1L1表示铸件在高温表示铸件在高温T1T1时的体积和

7、一维方向的长度。时的体积和一维方向的长度。 合金的收缩给铸模的设计和铸件的精细成形等带来较合金的收缩给铸模的设计和铸件的精细成形等带来较大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。 3.34.20.13.614003.50灰口铸铁灰口铸铁5.46.34.22.414003.00白口铸铁白口铸铁7.863.01.616100.35碳钢碳钢固态收缩固态收缩凝固收缩凝固收缩液态收缩液态收缩浇注温度浇注温度 碳含量碳含量 合合 金金 种种 类类 表表2-1 2-1 典型合金的收缩率典型合金的收缩率VV 缩孔：缩孔：q 铸造缺陷铸造缺陷 疏松：疏松： 另外，疏松还能够由凝固时被截

8、留在铸件内的气体无另外，疏松还能够由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。不过，疏松内外表应该是光滑，近似球状。法排除所致。不过，疏松内外表应该是光滑，近似球状。顺序凝固表示图顺序凝固表示图安装冒口或放置冷铁等工安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固图中口的部位先凝固图中，尔后在接近冒口的，尔后在接近冒口的部位凝固图中部位凝固图中、，最后是冒口本身凝固。最后是冒口本身凝固。内置冷铁法内置冷铁法外置冷铁法外置冷铁法 设置冒口法设置冒口法 冒口、冷铁共用法冒口、冷铁共用法 在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。铸造应力铸

9、造应力相变应力相变应力热应力热应力机械应力机械应力 铸件特殊位置的裂纹表示图铸件特殊位置的裂纹表示图以有利于释放铸造应力为原那么；以有利于释放铸造应力为原那么；1 1、采用正确的铸造工艺正确设计浇注系统、补缩系统、采用正确的铸造工艺正确设计浇注系统、补缩系统等；等；2 2、铸件外形设计要求简单、对称和厚薄均匀；、铸件外形设计要求简单、对称和厚薄均匀；3 3、对铸件进展热处置。、对铸件进展热处置。 鼓鼓 泡泡 渗渗 漏漏 冷冷 隔隔 未未 注注 满满第三节第三节 砂型铸造砂型铸造 砂型铸造是指用砂粒制备铸型来消费铸件的铸造方砂型铸造是指用砂粒制备铸型来消费铸件的铸造方法。可追溯到公元前法。可追溯

10、到公元前30004000年，用石头和金属型做年，用石头和金属型做出铜器。出铜器。砂型铸造概略图砂型铸造概略图q 铸模设计：铸模设计： 确定浇注位置和分型面：确定浇注位置和分型面：浇注位置：浇注位置： 指浇注时铸件再铸型中所处的位置。指浇注时铸件再铸型中所处的位置。分型面：分型面： 指铸型的分割或装配面。指铸型的分割或装配面。 正确设置浇注位置和分型面是完成外型、取模、设置正确设置浇注位置和分型面是完成外型、取模、设置浇冒系统和安装砂芯的需求。浇冒系统和安装砂芯的需求。 确定主要工艺参数：确定主要工艺参数： 正确选择收缩量、正确选择收缩量、机械加工余量和拔模机械加工余量和拔模斜度等。斜度等。拔模

11、斜度拔模斜度 浇注系统的设计：浇注系统的设计： 浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由交口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。交口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。设计原那么：确保液态金属可以平设计原那么：确保液态金属可以平稳稳而合理地充溢型腔。而合理地充溢型腔。 补缩系统的设计：补缩系统的设计： 为消除缩孔和疏松，必需为消除缩孔和疏松，必需设置冒口、冷铁等补缩系统。设置冒口、冷铁等补缩系统。浇注系统表示图浇注系统表示图设计原那么：教材设计原那么：教材P20P201 1、冒口的凝固时间必需大于或等于铸件被补缩部分的凝、冒口的凝固时间必需大于或

12、等于铸件被补缩部分的凝固时间。固时间。2 2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。充铸件内部的体收缩。3 3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。缩通道。4 4、为添加铸件部分冷却速度，在铸型部分区域设置激冷、为添加铸件部分冷却速度，在铸型部分区域设置激冷才干强的资料如铸铁、石墨或铸钢等作为冷铁。才干强的资料如铸铁、石墨或铸钢等作为冷铁。q 消费预备：消费预备： 模型和芯盒的设计：模型和芯盒的设计： 模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的外形相一致，并模型的

13、内轮廓应该与铸件的外轮廓的外形相一致，并且在尺寸上比铸件大出一个收缩量。且在尺寸上比铸件大出一个收缩量。 对于有孔或中空的铸件，需在模腔中放置型芯来获得。对于有孔或中空的铸件，需在模腔中放置型芯来获得。型芯的尺寸设计也要思索到收缩量的问题。型芯的尺寸设计也要思索到收缩量的问题。 型芯砂的制备：型芯砂的制备：技术要求：型芯砂具有一定的强度、透气性、退让性技术要求：型芯砂具有一定的强度、透气性、退让性和溃散性等。和溃散性等。影响要素：影响要素：1 1、外型要素：、外型要素： 主要指砂型主要指砂型 的紧实程度。的紧实程度。右图表示了右图表示了几种常用的压几种常用的压实型砂的方法实型砂的方法) )2

14、2、型砂的影响：、型砂的影响： 1 1原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比；原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比； 型型 砂砂稀释剂稀释剂原原 砂砂粘结剂粘结剂铬铁矿砂铬铁矿砂水溶剂水溶剂粘粘 土土水玻璃水玻璃树树 脂脂石英砂石英砂锆英砂锆英砂2 2原砂的外形、粒度情况原砂的外形、粒度情况 普通以为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于普通以为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于 砂型强度的提高，但透气性较差。砂型强度的提高，但透气性较差。 工工艺艺过过程程q 特点及运用：特点及运用：1 1、不受铸件材质、尺寸、质量和消费批量的限制；、不受铸件材质、尺寸、质量和消费批量的限制；2 2、属于一次性铸呵斥形，外

15、型任务量大；、属于一次性铸呵斥形，外型任务量大；3 3、铸件精度和外表质量差；、铸件精度和外表质量差；4 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；5 5、设备简单、投资少，价钱低廉，运用广泛。、设备简单、投资少，价钱低廉，运用广泛。第四节第四节 特种铸造特种铸造 为获得高质量、高精度的铸件，提高消费率，人们在为获得高质量、高精度的铸件，提高消费率，人们在砂型铸造的根底上，发明了多种其它的铸造方法；通常把砂型铸造的根底上，发明了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。金

16、属型金属型铸造铸造熔模铸造熔模铸造消逝模消逝模铸造铸造延续铸造延续铸造离心铸造离心铸造低压铸造低压铸造压力铸造压力铸造q 金属型铸造：金属型铸造： 定义：金属型铸造是指利用金属资料制成铸型，在重力定义：金属型铸造是指利用金属资料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。也称永久型铸造。 工艺过程：工艺过程： 特点和运用：特点和运用： 1 1、可反复运用，消费效率高，劳动条件好，但本钱高；、可反复运用，消费效率高，劳动条件好，但本钱高； 2 2、铸件精度高，外表粗糙度较低；、铸件精度高，外表粗糙度较低；

17、 3 3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好； 4 4、不透气且无退让性，易呵斥铸件浇缺乏或开裂。、不透气且无退让性，易呵斥铸件浇缺乏或开裂。 5 5、适于消费大批量有色金属铸件。、适于消费大批量有色金属铸件。q 熔模铸造：熔模铸造： 定义：是指利用易熔资料制成模型，并在模型外表粘结定义：是指利用易熔资料制成模型，并在模型外表粘结一定厚度的耐火资料，然后将模型熔化而使金属液充溢型一定厚度的耐火资料，然后将模型熔化而使金属液充溢型腔的一种铸造方法。腔的一种铸造方法。 工艺过程：工艺过程： 特点和运用：特点和运用： 1 1、铸件尺寸精度高，外表光洁；、铸件

18、尺寸精度高，外表光洁； 2 2、可铸造外形复杂零件；、可铸造外形复杂零件； 3 3、工艺过程复杂，消费周期长，本钱高；、工艺过程复杂，消费周期长，本钱高； 4 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或或 无切削精细铸件。无切削精细铸件。 运用实例：航空发动机等轴晶叶片的制备运用实例：航空发动机等轴晶叶片的制备 航空发动机叶片早期采用变形高温合金资料，随航空发动机叶片早期采用变形高温合金资料，随着合金资料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来着合金资料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提高强度，效果明显，但同时也添加了资料的加工难度。提高强

19、度，效果明显，但同时也添加了资料的加工难度。 目前，世界各国等轴晶叶片的消费通常利用真空环境目前，世界各国等轴晶叶片的消费通常利用真空环境下的熔模铸造来处理这一技术难题。下的熔模铸造来处理这一技术难题。q 压力铸造：压力铸造： 定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。得铸件的一种铸造方法。 工艺过程：工艺过程： 大型压铸机及压铸模大型压铸机及压铸模 特点和运用：特点和运用： 1 1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业；

20、、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3 3、铸件尺寸精度高，外表光洁；、铸件尺寸精度高，外表光洁； 4 4、凝固速度快，排气困难，易构成疏松和缩孔；、凝固速度快，排气困难，易构成疏松和缩孔； 5 5、模具本钱高，铸件尺寸受限；、模具本钱高，铸件尺寸受限； 6 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量消费。、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量消费。q 低压铸造：低压铸造： 定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方

21、法。下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。 工艺过程：工艺过程： 低压铸造火车车轮表示图低压铸造火车车轮表示图 特点和运用：特点和运用： 1 1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2 2、铸型散热快，组织致密，机械性能好；、铸型散热快，组织致密，机械性能好； 3 3、无需冒口设置，金属利用率高；、无需冒口设置，金属利用率高； 4 4、铸件尺寸精度高，外表光洁；、铸件尺寸精度高，外表光洁； 5 5、适于消费质量要求高的铝镁等有色金属铸件。、适于消费质量要求高的铝镁等有色金属铸件。q 离心铸造：离心铸造： 定义：是指将液态金属浇入

22、高速旋转的铸型中，使金属定义：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。 工艺过程：工艺过程： 2 2、改善金属的流动性，提高了充型才干；、改善金属的流动性，提高了充型才干； 3 3、简化了中空圆柱形铸件的消费过程；、简化了中空圆柱形铸件的消费过程； 4 4、成分偏析严重，尺寸难以控制；、成分偏析严重，尺寸难以控制； 5 5、特别适于横截面呈圆柱的铸件消费。、特别适于横截面呈圆柱的铸件消费。q 延续铸造：延续铸造： 定义：是指将熔融金属延续不断地浇注到被成为结晶器定义：是指将熔融金属延续不断地浇注到被成为结晶器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出，的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出，从而获得恣意长度的等横截面铸件的铸造方法。从而获得恣意长度的等横截面铸件的铸造方法。 特点和运用：特点和运用： 1 1、离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；、离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少； 工艺过程：如右图所示。工艺过程：如右图所示。