材料成形(铸造)

1、Fundamental of Materials FormingFaculty of Mechanical EngineeringJimei University前前 言言 材料是人类文明的基石，材料是人类文明的基石，是现代高科技的三大支柱之一。是现代高科技的三大支柱之一。没有材料，就没有人类文明。没有材料，就没有人类文明。 但是，材料需要成形才能使但是，材料需要成形才能使用，材料的发展和成形工艺的发用，材料的发展和成形工艺的发展是密不可分的。所以材料成形展是密不可分的。所以材料成形工艺是材料能否得到善用的关键。工艺是材料能否得到善用的关键。1.1.金属液态成形金属液态成形2.2.金属塑性成形

2、金属塑性成形3.3.金属连接成形金属连接成形4.4.非金属材料成型非金属材料成型5.5.材料成形方法选择材料成形方法选择本本课课程程内内容容 注意注意2个过程：个过程：（1）充填型腔充填型腔；（2）凝固冷却凝固冷却 铸造工艺特点铸造工艺特点分分 类类按造型分按造型分: 砂型铸造与特种铸造。砂型铸造与特种铸造。 砂型铸造是基础，砂型铸造是基础，特种铸造是在砂型铸造特种铸造是在砂型铸造基础上革新发展起来的。基础上革新发展起来的。 型砂配制型砂配制砂型干燥砂型干燥工装准备工装准备炉料准备炉料准备合金冶炼合金冶炼芯砂配制芯砂配制型芯干燥型芯干燥工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇工艺三大块：冶炼，造型（芯

3、）和浇注注落砂清理落砂清理铸件检验铸件检验入库入库砂型铸造工艺流程图砂型铸造工艺流程图凝固冷却凝固冷却1 金属液态成型工艺基础金属液态成型工艺基础 1.1 流动性及充型流动性及充型 流动性通义是流体流动性通义是流体的流动能力，但不的流动能力，但不同学科对流动性有同学科对流动性有不同的定义，这里不同的定义，这里是材料成形学的定是材料成形学的定义。它的定义说流义。它的定义说流动性是这样的一种动性是这样的一种能力，这种能力体能力，这种能力体现在现在2个方面：个方面：（1）充满型腔；）充满型腔；（2）形成符合要）形成符合要求的优质铸件。求的优质铸件。这个定义这个定义突出地突出地表明了流动性对表明了流动

4、性对金属液态成型工金属液态成型工艺的重要性艺的重要性。如。如果流动性不好，果流动性不好，就不能充满型腔，就不能充满型腔，就不能形成符合就不能形成符合要求的优质铸件。要求的优质铸件。也说明不同的合也说明不同的合金具有不同的流金具有不同的流动性特点。在进动性特点。在进行铸件设计和铸行铸件设计和铸造工艺制定时，造工艺制定时，必须考虑合金流必须考虑合金流动性。那么，我动性。那么，我们怎样衡量合金们怎样衡量合金的流动性呢的流动性呢？螺旋形流动性试样螺旋形流动性试样 如铸铁，主要是如铸铁，主要是铁铁Fe和碳和碳C的合的合金，还含硅金，还含硅Si等。等。 =6.2%表表示化学成分为含示化学成分为含碳量碳量C

5、%+含硅量含硅量Si%为为6.2%，其，其余为余为Fe的铸铁的铸铁影响合金流动性的材料因素影响合金流动性的材料因素温度，温度，T碳钢碳钢铸铁铸铁合金的化学成分决定了合金的化学成分决定了2种凝固模式种凝固模式 离共晶点离共晶点C越远，结晶越远，结晶温度区间越宽，流动温度区间越宽，流动性就越差。换句话说，性就越差。换句话说，C点成分以前的铁碳合点成分以前的铁碳合金，即亚共晶铸铁，金，即亚共晶铸铁，流动性随含碳量的增流动性随含碳量的增加而提高；过共晶铸加而提高；过共晶铸铁呢，即铁呢，即C点成分以后点成分以后的合金，流动性随含的合金，流动性随含碳量的增加而下降。碳量的增加而下降。这就是铁碳合金流动这就

6、是铁碳合金流动性与含碳量的关系性与含碳量的关系。影响熔融合金充型的工艺条件影响熔融合金充型的工艺条件1.2液态合金的收缩液态合金的收缩 能产生缩孔，能产生缩孔，缩松，裂纹，缩松，裂纹，变形，内应变形，内应力等缺陷，力等缺陷，使铸件质量使铸件质量不符合要求。不符合要求。 收缩历程对应凝固冷却过程收缩历程对应凝固冷却过程可以分为可以分为3阶段阶段合金收缩率是合金收缩率是3阶段收缩率之和。阶段收缩率之和。常用合金的收缩衡量：体收缩率和线收缩率常用合金的收缩衡量：体收缩率和线收缩率。 P4。化学成分。碳当量。可见，收缩与化学成分有关。 收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现收缩是液态合金凝固冷却过程中的

7、必然现象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。对铸造工艺影响很大。 分布分布特征特征存在存在部位部位容积容积大小大小形状形状特征特征发生发生材料材料缩缩 孔孔集集 中中上部，上部，最后最后较大较大倒锥状倒锥状近共晶近共晶缩缩 松松分分 散散特殊特殊区域区域细小细小不规则不规则远共晶远共晶缩孔形成机理：缩孔形成机理：逐层凝固方式逐层凝固方式下最后凝固部下最后凝固部位得不到补充位得不到补充而形成的空隙。而形成的空隙。 缩松形成机缩松形成机理：树枝状理：树枝状晶体所分隔晶体所分隔的晶间液体的晶间液体区得不到补区得不到补缩形成的小缩形成的

8、小孔隙。孔隙。 缩孔形成过程图解缩孔形成过程图解防止产生缩孔的有效措施：定向凝固，防止产生缩孔的有效措施：定向凝固，P6所谓定向凝所谓定向凝固，是通过固，是通过安放冒口和安放冒口和冷铁等工艺冷铁等工艺措施，实现措施，实现人为的顺序人为的顺序凝固凝固。 冒口：铸型中冒口：铸型中特设的空腔，特设的空腔，用于储备多余用于储备多余金属液体以弥金属液体以弥补收缩引起的补收缩引起的金属液体不足。金属液体不足。冷铁：型壁上冷铁：型壁上外设的铁块，外设的铁块，用于加快该处用于加快该处的冷却速度。的冷却速度。浇注系统浇注系统型腔型腔冒口冒口温度温度距离距离123缩孔缩孔123冷铁冷铁2. 铸造应力与铸件变形铸造

9、应力与铸件变形热应力热应力：由由于铸件壁厚于铸件壁厚不均，各部不均，各部分冷却速度分冷却速度不同，以致不同，以致收缩不一致收缩不一致引起的应力引起的应力。 机械应力机械应力：合金线收缩合金线收缩受到铸型或受到铸型或型芯的机械型芯的机械阻碍而形成阻碍而形成的内应力。的内应力。 热应力形成分析热应力形成分析+-+-+框架结构框架结构-T型梁结构型梁结构内应力薄压厚拉内应力薄压厚拉变形方向恰相反变形方向恰相反铸件变形归纳铸件变形归纳减小应力措施减小应力措施 发生期发生期引发引发因素因素特征特征倾向倾向防止防止措施措施热热 裂裂凝固凝固高温高温机械机械应力应力短宽短宽曲氧曲氧塑性塑性区宽区宽退让性，退

10、让性，S冷冷 裂裂凝固凝固低温低温复合复合应力应力光滑光滑穿晶穿晶脆性，脆性，大型大型壁厚，壁厚，P3. 3. 裂裂 纹纹裂纹是铸造内裂纹是铸造内应力超过金属应力超过金属材料抗拉强度材料抗拉强度的产物。的产物。热裂：凝固后期因机热裂：凝固后期因机械应力超强而产生。械应力超强而产生。影响因素：合金性质影响因素：合金性质和铸型阻力。和铸型阻力。冷裂：继续冷却至冷裂：继续冷却至室温形成的裂纹。室温形成的裂纹。特点特点P101.3 铸件常见缺陷铸件常见缺陷归归 纳纳本节主要介绍铸造工艺性：流动性与收缩。本节主要介绍铸造工艺性：流动性与收缩。思考题：P62，1-1，1-3，1-5 作作 业业 1 1一、

11、判断题一、判断题 1. 1. 在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。（在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。（ ） 2. 2. 凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中易产生缩松。（凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中易产生缩松。（ ） 3. 3. 防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性。（防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性。（ ） 4. 4. 合金的浇注温度越高越好。（合金的浇注温度越高越好。（ ） 5. 5. 铸钢件一般都要安置冒口和冷铁，使之实现同时凝固。（铸钢件一般都要安置冒口和冷铁，使之实现同时凝固。（ ）二、选择题二、选择题1. 1. 造成铸件冷隔的主要原因是造成铸件冷隔的主要原因是

12、a. a. 浇注温度过高浇注温度过高b. b. 浇注温度过低浇注温度过低c. c. 浇注速度太快浇注速度太快 2. 2. 生产中为提高合金的流动性常采用的方法是生产中为提高合金的流动性常采用的方法是 a. a. 加大出气口加大出气口b. b. 延长浇注时间延长浇注时间c. c. 提高浇注温度提高浇注温度3. 3. 冒口的一个重要作用是冒口的一个重要作用是 a. a. 液体金属迅速浇注满型腔液体金属迅速浇注满型腔b. b. 浇注金属液的通道浇注金属液的通道c. c. 补缩和排气补缩和排气 4. 4. 浇注温度过高，铸件会产生浇注温度过高，铸件会产生 a. a. 气孔气孔b. b. 夹杂物夹杂物c

13、. c. 冷隔冷隔5. 5. 在下列物品中，适用于铸造生产的是在下列物品中，适用于铸造生产的是 a. a. 钢精锅钢精锅b. b. 铝饭盒铝饭盒c. c. 机床丝杠机床丝杠d. d. 哑铃哑铃 6. 6. 能够制造形状复杂、特别是具有复杂内腔毛坯的加工方法是能够制造形状复杂、特别是具有复杂内腔毛坯的加工方法是 a. a. 铸造铸造b. b. 压力加工压力加工c. c. 焊接焊接d. d. 切削加工切削加工三、填空题三、填空题1. 1. 浇注温度过低，液体金属量不够，铸件就会产生冷隔或浇注温度过低，液体金属量不够，铸件就会产生冷隔或_。 2. _2. _对合金流动性的影响最显著。对合金流动性的影响最显著。 3. 3. 合金的铸造性能用合金的铸造性能用_和和_来衡量。来衡量。 4. 4. 铸钢的流动性比铸铁铸钢的流动性比铸铁_ _ 。 5. 5. 浇注温度越浇注温度越_，上砂箱越，上砂箱越_，合金的充型能力越好。，合金的充型能力越好。 6. 6. 铸造合金的收缩经历铸造合金的收缩经历_、_、